山東省水泥行業(yè)CO減排關(guān)鍵技術(shù)的實施分析3 2

毛紫薇 王 燦 陳吉寧

(清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,北京100084)

山東省水泥行業(yè)CO減排關(guān)鍵技術(shù)的實施分析32

毛紫薇 王 燦 陳吉寧

(清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,北京100084)

由于社會對水泥需求的不斷增長,多年來山東省水泥工業(yè)一直處于快速發(fā)展時期。作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)同時也是高耗能行業(yè),山東省水泥行業(yè)面臨著巨大的CO2減排壓力。同時,技術(shù)自身的先進性決定了其相應(yīng)的減排潛力,而減排效果的實現(xiàn)程度則取決于技術(shù)的推廣度。在技術(shù)的推廣過程中,其減排潛力、減排成本以及相關(guān)的政策支持都是關(guān)鍵性的影響因素,針對技術(shù)實施障礙進行深入的分析和探討對實際減排效果的預(yù)測具有重要的意義。本研究利用長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)軟件建立了LEAP-Shandong Cement模型,對山東省水泥行業(yè)的CO2排放量及相應(yīng)的減排潛力進行了模擬評估。到2020年,相對于基準情景,政策情景和技術(shù)情景下的減排潛力分別為8.2%和15.6%。山東省水泥行業(yè)實現(xiàn)減排主要依靠窯型的替代和相應(yīng)技術(shù)的進步,其中余熱發(fā)電技術(shù)改進為近期的重點減排技術(shù),在水泥行業(yè)減排兼具顯著的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。

CO2;減排;水泥;情景分析

由于社會對水泥需求的不斷增長,多年來山東省水泥工業(yè)一直處于快速發(fā)展時期[1]。作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)同時也是高耗能行業(yè),山東省水泥行業(yè)面臨著巨大的CO2減排壓力。為此,山東省實行控制總量、淘汰落后的方針,積極研發(fā)并引進先進減排技術(shù),在提高生產(chǎn)效率的同時減少資源的消耗量和CO2排放量。技術(shù)自身的先進性決定了其相應(yīng)的減排潛力,而減排效果的實現(xiàn)程度則取決于技術(shù)的推廣度。在技術(shù)的推廣過程中,其減排潛力、減排成本以及相關(guān)的政策支持都是關(guān)鍵性的影響因素,針對技術(shù)實施障礙進行深入的分析和探討對實際減排效果的預(yù)測具有重要的意義。

1 山東水泥行業(yè)概況

從2001年到2006年,山東省的水泥產(chǎn)量持續(xù)增長,其增長率在2004年達到峰值32.3%。2001-2004年是山東水泥發(fā)展史上的第二個高峰期,其間水泥產(chǎn)量翻了一番,這個時期所呈現(xiàn)出來的發(fā)展特點是:立窯水泥迅速縮減,取而代之的是新型干法的快速發(fā)展,僅僅幾年的時間,山東省新型干法生產(chǎn)線就達到了50條,年熟料產(chǎn)能達4 310萬t[2]。

從能效的角度來看,由于熟料燒成煤耗占整個水泥生產(chǎn)能耗的70%以上,同時受限于數(shù)據(jù)的可得性,我們選取該指標進行比較分析。分析結(jié)果顯示:2007年山東水泥行業(yè)能效(即熟料燒成煤耗)平均水平為128 kg ce/t,山東先進能耗水平為115 kg ce/t;而同期全國平均水平、國際平均水平和國際先進水平分別為130 kg ce/t、114 kg ce/t和97.3 kg ce/t?？梢?山東省水泥行業(yè)的平均水平略低于全國的平均水平,但是與國內(nèi)的先進水平相比還有一定的差距,與國際先進水平相比差距更大,這表明山東水泥的技術(shù)裝備水平還有一定的提升空間。但是山東的先進水平已經(jīng)達到國內(nèi)的先進水平的標準,這也反映出山東的落后窯型仍然占有很大的比例,淘汰落后窯型的任務(wù)仍然很艱巨。另外,基于《中國水泥生產(chǎn)許可證企業(yè)名錄》,本研究對山東省水泥企業(yè)裝備現(xiàn)狀進行了統(tǒng)計分析,從對444家水泥企業(yè)的分析結(jié)果看出:山東省熟料生產(chǎn)窯型中僅含立窯和新型干法水泥窯(以下簡稱NSP),其產(chǎn)能比例分別占總產(chǎn)能的55%和45%。立窯的規(guī)模主要分布在年產(chǎn)20-60萬t,NSP的規(guī)模以日產(chǎn)4 000-5 000 t為主,粉磨站規(guī)模以年產(chǎn)60萬t以下為主(表1)。另外,2006年山東新型干法的比例居全國第24位,與全國第一的浙江85%的比例相比還有很大的差距。

表1 山東省水泥窯型分布現(xiàn)狀Tab.1 Current status of cement kiln types in Shandong

在山東目前的窯型中,立窯不論何種規(guī)模均被列入淘汰范圍,1 200 t/d以下的NSP由于規(guī)模太小,技術(shù)經(jīng)濟性不高而會自然淘汰,2 000-4 000 t/d的NSP是目前全國的準入基準規(guī)模,而4 000 t/d以上的NSP目前在山東省受到政策的鼓勵推廣。

2 關(guān)鍵減排技術(shù)識別

在水泥生產(chǎn)的一系列工藝環(huán)節(jié)中,每一個環(huán)節(jié)都在總能耗中承擔(dān)一定的比例。要實現(xiàn)整個水泥行業(yè)節(jié)能減排的目標,也必須要分解到各個基礎(chǔ)生產(chǎn)環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。然而,對各個環(huán)節(jié)所進行的節(jié)能改造所帶來的效果是不盡相同的。這主要是因為各環(huán)節(jié)的能源消耗和CO2排放量在總量中所占的比例不同,同時與技術(shù)的成熟度也密切相關(guān)。因此,考慮到當(dāng)前水泥行業(yè)高耗能高排放的現(xiàn)狀,應(yīng)當(dāng)首先考慮推廣那些能實現(xiàn)較大減排量,同時技術(shù)的成熟度和可市場化程度較高的技術(shù),這也是本研究中對關(guān)鍵技術(shù)的定義。

目前,山東省水泥行業(yè)CO2減排的關(guān)鍵技術(shù)主要有發(fā)展新型干法、推廣新型干法水泥余熱發(fā)電、推廣高效粉磨技術(shù)、電機拖動系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能改造、煤粉強化燃燒及劣質(zhì)燃料燃燒技術(shù)、高效冷卻技術(shù)等等。考察了各項技術(shù)的發(fā)展情況、節(jié)能減排效果以及成本信息[3-4],同時綜合國家及山東的相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,以及兼顧數(shù)據(jù)的可得性,余熱發(fā)電被認為是山東未來10-20年關(guān)鍵的CO2減排技術(shù)?！端喙I(yè)發(fā)展專項規(guī)劃》提出,到2010年新型干法水泥比重要達到70%,而山東省建筑材料工業(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃也明確提出力爭到2010年,新型干法水泥占總產(chǎn)量的比重達到70%,要大力推廣低溫余熱發(fā)電,力爭到2010年,大型新型干法水泥生產(chǎn)線(2 000 t/d以上)低溫余熱發(fā)電推廣率達到60%以上。因此,本研究將運用LEAP著重分析這項技術(shù)的節(jié)能減排效果。

3 技術(shù)及相應(yīng)政策分析——以余熱發(fā)電技術(shù)為例

3.1 關(guān)鍵減排技術(shù)的效果模擬

對余熱發(fā)電技術(shù)的模擬分析框架如圖所示:在掌握山東省水泥行業(yè)NSP規(guī)模分布情況的基礎(chǔ)上,結(jié)合相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和十一五淘汰計劃,對2010和2020年NSP的規(guī)模分布情況作出預(yù)測,這期間考慮以4 000 t/d以上的NSP等量替代立窯,2008-2010年間淘汰4 500萬t立窯落后產(chǎn)能,2010-2020期間淘汰剩下的4 500萬t。然后再結(jié)合余熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢,設(shè)定了基準情景和技術(shù)情景進行比較。其中,基準情景假設(shè)所有新上的NSP均配備了余熱發(fā)電裝置,而技術(shù)情景中技術(shù)的滲透度更高,到2020年,所有2 000 t/d以上規(guī)模的NSP均配備了余熱發(fā)電。同時考慮技術(shù)成本的信息,并通過兩個情景的比較,可以得到余熱發(fā)電技術(shù)所能達到的最大減排潛力和減排成本。

圖1 技術(shù)減排效果模擬分析框架Fig.1 Framework of emission reduction effect of technologies

目前山東落后立窯產(chǎn)能有9 000萬t,“十一五”末要淘汰4 500萬t,剩下的部分到2020年之前全部淘汰掉,同時以4 000 t/d的NSP進行等量替代,其生產(chǎn)線條數(shù)從現(xiàn)有的18條增加到2010年的45條,到2020年進一步增加72條?；鶞是榫爸杏酂岚l(fā)電裝置的增加只是配備在新上的4 000 t/d規(guī)模以上的NSP上,而技術(shù)情景中2 000 t/d規(guī)模以上的NSP均逐漸配備余熱發(fā)電裝置(表2)。

基于以上的情景設(shè)置,通過計算得到兩個情景相應(yīng)年份的水泥生產(chǎn)能耗強度和碳排放強度?？梢园l(fā)現(xiàn),基準情景內(nèi)從2007年到2010年能耗強度降低了4.64%,技術(shù)情景在此基礎(chǔ)上進一步將低3.88%,到2020年,基準情景內(nèi)部實現(xiàn)能耗強度降低9.29%,技術(shù)情景進一步降低4.90%(表 3)。

從余熱發(fā)電對節(jié)能和溫室氣體減排的影響上來看,通過技術(shù)情景和基準情景的比較可以得出該技術(shù)在2010和2020年可以實現(xiàn)的最大節(jié)電量分別是 1 971GWh和2 497GWh,分別占相應(yīng)年份的73%和49%。比較分析這兩個百分數(shù)的大小,說明隨著余熱發(fā)電技術(shù)的滲透程度的提高,其進一步推廣的空間也越來越小。

3.2 關(guān)鍵促進政策識別

一項技術(shù)的節(jié)能減排效果的實現(xiàn),只有通過對其進行充分的運用。這個過程中必然存在種種障礙,以余熱發(fā)電技術(shù)為例,主要存在以下幾方面的實施障礙:首先是市場障礙。余熱發(fā)電量的并網(wǎng)費用很高。這主要是由部門間的利益沖突導(dǎo)致。余熱發(fā)電會降低電力部門的收入。其次,從技術(shù)上來看,余熱發(fā)電存在并網(wǎng)困難的問題。水泥廠的余熱發(fā)電量必須先并網(wǎng)然后再從電網(wǎng)購買使用。并網(wǎng)過程中會對區(qū)域電網(wǎng)造成沖擊,因此電力部門也會采取一定的限制措施。從資金方面來看,主要存在的問題是缺少政府和銀行的支持。由于余熱發(fā)電技術(shù)前期的固定投資很高,幾乎占到了整個水泥廠投資的15%,因此從銀行的角度考慮,沒有明顯的現(xiàn)金流而不原意提供貸款,從水泥廠的角度來看,盡管一些企業(yè)已經(jīng)意識到了余熱發(fā)電投產(chǎn)的高收益,但是迫于資金、市場競爭力的壓力使得他們首先選擇擴大生產(chǎn)能力、提高市場占有率。其次,一些水泥企業(yè)太小還達不到銀行提供貸款的門檻,另外,一些企業(yè)在擴大產(chǎn)能的時候已經(jīng)從銀行獲得貸款支持,企業(yè)自身的負債率已經(jīng)很高,想要再從銀行獲得貸款上余熱發(fā)電很困難(表4)。

表2 基于現(xiàn)狀的減排情景設(shè)置Tab.2 Scenario settings based on current status

表3 情景計算結(jié)果Tab.3 Results of calculation

基于以上對于余熱發(fā)電技術(shù)實施障礙的分析,我們識別出針對余熱發(fā)電的關(guān)鍵促進政策是補貼和貸款。

3.3 關(guān)鍵促進政策的實施效果分析

根據(jù)一個比較完善的政策體系框架,如下圖所示,從已有的針對山東水泥行業(yè)的政策中整理出與余熱發(fā)電技術(shù)相關(guān)的條目,研究發(fā)現(xiàn),目前對于余熱發(fā)電,山東現(xiàn)行的政策措施中僅有命令控制類的條文,而在經(jīng)濟、市場手段方面幾乎是空白。也就是說,與補貼和貸款相關(guān)的政策還有很大的實施空間,但是為什么會出現(xiàn)空缺,這是因為在政策實施的過程中會出現(xiàn)障礙。

就補貼和貸款這項政策來說,其實施過程中可能遇到的障礙主要有以下幾個方面:

從企業(yè)自身來看,根據(jù)中國發(fā)展與改革委員會公布的《印發(fā)關(guān)于加快水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的若干意見的通知》,水泥廠在2010年后在市場上生存發(fā)展的最好策略是將有限的資金投資新型干法水泥生產(chǎn)線的建設(shè)(因為水泥廠很難從銀行獲得貸款建設(shè)水泥生產(chǎn)線)。相比較于擴大生產(chǎn)規(guī)模,包括余熱發(fā)電項目在內(nèi)的能效項目投資回收期較長。而且,水泥廠業(yè)主通常沒有處理電廠的相關(guān)經(jīng)驗。在此之前沒有過自備電廠,甚至沒有緊急供電系統(tǒng)。水泥廠缺乏相關(guān)的管理人才和合格的技術(shù)人員來管理維護電站。相關(guān)的技術(shù)人員需要對發(fā)電和水泥技術(shù)有較高的認識,這樣的技術(shù)人員不容易培訓(xùn),培訓(xùn)需要很長的時間。從技術(shù)層面來說,對于余熱發(fā)電技術(shù)中國企業(yè)可以選擇國外技術(shù)和國內(nèi)技術(shù)。雖然國外的技術(shù)和設(shè)備效率更高,運作更穩(wěn)定,但是高額的前期投資使得只能選擇國內(nèi)技術(shù)。到那時國內(nèi)技術(shù)和設(shè)施在效率和穩(wěn)定性方面無法達到國外技術(shù)標準。國內(nèi)技術(shù)和設(shè)備的風(fēng)險會導(dǎo)致削弱余熱發(fā)電項目的盈利能力,增加項目維護運營成本,同時增加了項目的風(fēng)險。

表4 政策分析參考體系框架Tab.4 Reference framework of policy analysis

從外部環(huán)境來看,由于以下原因,金融機構(gòu)拒絕能效項目的投資機會:①金融機構(gòu)對能效項目缺乏常規(guī)評估收益和風(fēng)險的金融分析工具;②能效項目一般投資規(guī)模小,而對于專業(yè)金融機構(gòu)前期開發(fā)費用較高。此類小規(guī)模投資對于金融機構(gòu)缺乏吸引力;③從貸款金額來看,如果新建的NSP生產(chǎn)線均配備余熱發(fā)電并假設(shè)由銀行提供50%的資金,每年也需要360億人民幣,這并不是一個小數(shù)目;④能效技術(shù)都屬于高新技術(shù),金融機構(gòu)缺乏對此技術(shù)認識,使得他們認為項目風(fēng)險高,同時如果要對技術(shù)進行盡職調(diào)查需增加更多費用雇傭高級技術(shù)人員進行技術(shù)評估。因此,高昂的交易費用和借貸方專業(yè)技術(shù)知識的缺乏使得中小型私營企業(yè)很難從銀行中得到債務(wù)融資。如果要從政府獲得貸款,其程序非常復(fù)雜,包括上報、核實和批復(fù)。其中涉及到經(jīng)貿(mào)委和發(fā)改委對整個流程進行監(jiān)控。同時,水泥行業(yè)的發(fā)展很大程度上依賴于國家和地方的產(chǎn)業(yè)政策?！豆?jié)能中長期專項規(guī)劃》(2004)鼓勵積極利用低溫余熱發(fā)電技術(shù)。然而此計劃沒有要求水泥廠回收利用低溫余熱尾氣,而只是促進利用水泥余熱發(fā)電技術(shù)。其它中國相關(guān)的法律和法規(guī),如《清潔生產(chǎn)促進法》和《中華人民共和國節(jié)能法》也只是鼓勵而沒有從法規(guī)上要求余熱發(fā)電技術(shù)的使用。另外,中國政府限制銀行貸款利率。這個政策不鼓勵借貸給“基于風(fēng)險”的工業(yè)能效項目。這種情形對于像余熱發(fā)電這樣的項目尤其不利,因為這種項目的風(fēng)險被認為是較高的,原因是客戶常常缺乏信用記錄,銀行自身的能效項目經(jīng)驗不足,而提供能源服務(wù)的公司又往往是缺乏財務(wù)信用的新公司。

盡管存在以上的一些政策實施障礙,但是對于余熱發(fā)電來說,補貼和貸款政策還是具有其可操作性,那就是設(shè)備的投資回收期短。以4 000 t/d的新型干法生產(chǎn)線配備9 000 kw的余熱發(fā)電裝置為例,考慮設(shè)備折舊、維護成本、勞動力成本和管理費用,每年的總投資達848萬元,而通過余熱發(fā)電可以在9年內(nèi)全部收回。

面對以上的一些政策實施障礙,政府部門仍然做出了一定的努力,建立了節(jié)能專項資金,為節(jié)能企業(yè)提供補貼,金額為200元每t標煤,如果山東省2010年按照產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的目標達到60%的余熱發(fā)電推廣度,就需要財政提供3.1億人民幣的支持,這占到了2006年整個山東財政收入的0.17%。

4 討 論

就水泥行業(yè)來說,目前國內(nèi)的技術(shù)水平已經(jīng)比較成熟,但是山東甚至是全國實際的技術(shù)水平與國外仍然存在很大的差距,也就是說,一些客觀的因素限制了這些先進的技術(shù)在國內(nèi)的充分發(fā)展。資金問題是一個瓶頸,沒有充足的資金支持新技術(shù)不可能自然地將落后技術(shù)淘汰,因而進一步限制了新技術(shù)的市場化。同時還有一些隱性的成本存在,例如:余熱發(fā)電裝置的配備首先對新型干法生產(chǎn)線有規(guī)模上的要求,從技術(shù)經(jīng)濟性上來考慮,目前一般都是配備在2 000 t/d以上規(guī)模的生產(chǎn)線上。因此不能只考慮單純的一項技術(shù)的成本。另外還有企業(yè)的決策成本等。為了使技術(shù)的推廣更具有可操作性,可以考慮進行相應(yīng)的機制和能力的建設(shè),爭取國內(nèi)的資金支持,甚至是國際合作模式來克服資金障礙,實現(xiàn)軟技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

致謝:本研究得到了來自山東發(fā)改委和建材辦的數(shù)據(jù)支持,在此表示感謝。

References)

[1]廖乃成.學(xué)八部委文件,論山東水泥工業(yè)發(fā)展[J].山東建材,2006,(06):3-9.[Liao Naicheng.Analysis of Cement Industry Development in Shandong Province after Learningfrom Document of Eight Ministries.Shandong Building Material[J],2006,(06):3-9.]

[2]王福江.關(guān)于山東水泥工業(yè)發(fā)展的思考[J].山東建材,2005,(01):4.[Wang Fujiang.Thought of the Development of Shandong’s Cement Industry[J].Shandong Building Material.2005,(01):4.]

[3]國家發(fā)展和改革委員會.國家重點行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)導(dǎo)向目錄(第二批).北京:國家發(fā)展和改革委員會,2003.[National Development and Reform Commission.Orientation Directory of Clean Production Technologies of National Key Industries(Second Batch).Beijing:National Development and Reform Commission,2003.]

[4]國家發(fā)展改革委.國家重點行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)導(dǎo)向目錄(第三批).北京:國家發(fā)展和改革委員會,2006.[National Development and Reform Commission.Orientation Directory of Clean Production Technologies of National Key Industries(Third Batch).Beijing:National Development and Reform Commission,2003.]

[5]Auffhammer M,Carson R T.Forecasting the Path of China’s CO2Emissions Using Province2level Information[J].Journal of Environmental Economics and Management,2008,55(3):229-247.

[6]Barker DJ,Turner S A,Napier2Moore,P A,et al.CO2Capture in the Cement Industry.Energy Procedia,2009,1(1):87-94.

[7]胡秀蓮,姜克雋.中國溫室氣體減排技術(shù)選擇及對策評價[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2001,5-109.[Hu Xiulian,Jiang Kejun.Evaluation and Choice of Technologies for China’s Greenhouse Gas Emission Reduction[M].Beijing:China Environmental Science Press,2001,5-109.]

[8]Price L K,Galitsky C.Oportunities forImproving Energy and Environmental Performance of China’s Cement K ilns.Berkeley,CA:Lawrence Berkeley National Laboratory,2006.

[9]周韋慧,陳樂怡.國外二氧化碳減排技術(shù)措施的進展[J].中外能源,2008,(3):7-13.[Zhou Weihui,Chen Leyi.Progress of CO2Emission Reduction Technologies&Measures Abroad[J].Sino2G lobal Energy,2008,(3):7-13.]

[10]欒健,陳德珍.二氧化碳減排技術(shù)及趨勢[J].能源研究與信息,2009,25(2):88-93.[Luan Jian,Chen Dezhen.Trends and Technologies for Carbon Dioxide Emission Reduction[J].Energy Research and Information,2009,25(2):88-93.]

Analysis for CO2Emission Reduction Potential in Shandong’s Cement Sector

MAO Zi2wei WANG Can CHEN Ji2ning
(Department of Environment Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

Due to increasing demand of cement in Shandong province,the cement sector remains in rapid development for many years.Therefore,the cement sector in Shandongfaces to a huge pressure of CO2emission reduction as a fundamental industryof national economy and also as an energy2consuming sector.Meanwhile,the characteristic of technology itself determines the corresponding emission reduction potential,and the mitigation effect depends on the promotion degree of technologies.In the process of penetration,mitigation potential,costs,and relative supportive policies are keyfactors.In2depth analysisfor the implementation barriersof technologies and the predicted effectsof the actual emission reduction has an important significance.A LEAP2Shandong Cement model has been established here through long2term energy planning system software to simulate the CO2emissions and the corresponding reduction potential of cement industry of Shandong Province.Three scenarioes of baseline scenario,policy scenarios and technical scenario from 2007-2020 have been set up.By 2020,the CO2emission reduction potentials of policy scenario and technical scenario are 8.2%and 15.6%compared with the baseline scenario,respectively.The CO2emission reduction in cement industry in Shandong Province mainly dependson the substitution of kiln types and the promotion of advanced technologies.Waste heat cogeneration can be viewed as a key technology in the near future to improve the energy efficiency of cement production,which has significant environmental,economic and social benefits.

CO2emission reduction;cement sector;scenario analysis

X38

A

1002-2104(2010)03-0014-05

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.03.003

2009-09-29

毛紫薇,碩士生,主要研究方向為氣候變化領(lǐng)域行業(yè)減排方法。

國家十一五科技支撐項目(50578020)資助。

(編輯:王愛萍)