鋼鐵聯(lián)合企業(yè)分工序核算碳排放量方法研究

孫祥超　潘玉桐　賀姝峒　張　寧

（1.天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司 天津 300352 2.南開(kāi)大學(xué) 天津 300071 3.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 天津 300191）

1　引言

一直以來(lái)，中國(guó)高度重視氣候變化問(wèn)題，在控制溫室氣體排放方面積極采取措施并作出國(guó)際承諾。國(guó)務(wù)院《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》提出有效控制溫室氣體排放，把低碳發(fā)展作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略和生態(tài)文明建設(shè)的重要途徑[1]。其中，充分發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制是我國(guó)控制溫室氣體排放的重要手段之一。2017年，全國(guó)碳排放權(quán)交易體系啟動(dòng)，區(qū)域碳交易試點(diǎn)地區(qū)將繼續(xù)發(fā)揮現(xiàn)有作用，在條件成熟后逐步向全國(guó)碳市場(chǎng)過(guò)渡[2]。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,中國(guó)鋼鐵工業(yè)為滿足國(guó)內(nèi)需求而發(fā)展壯大，是國(guó)家建設(shè)的重要支撐[3]。作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，鋼鐵行業(yè)肩負(fù)著實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的主要任務(wù)，但生產(chǎn)過(guò)程仍存在高耗能、高污染、高排放、二次能源利用效率低、固體廢物利用率低的問(wèn)題[4]。因而，碳排放權(quán)交易七個(gè)試點(diǎn)地區(qū)都納入了鋼鐵行業(yè)。系統(tǒng)、準(zhǔn)確地核算與核查鋼鐵企業(yè)二氧化碳排放量是碳交易市場(chǎng)的重要環(huán)節(jié)，也是鋼鐵行業(yè)在未來(lái)納入全國(guó)碳市場(chǎng)中關(guān)鍵的和必須的一步。

目前，國(guó)際上最主要的兩個(gè)溫室氣體報(bào)告制度，即美國(guó)溫室氣體報(bào)告制度（Greenhouse Gas Reporting Program,GHGRP）和歐盟排放交易體系（EU Emissions Trading Scheme,EU ETS），均是在設(shè)施層面上管理企業(yè)直接碳排放，即強(qiáng)制要求企業(yè)報(bào)告單個(gè)設(shè)施的溫室氣體排放量[5]。我國(guó)國(guó)家發(fā)展改革委于2013年發(fā)布了首批10個(gè)行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行），其中包括鋼鐵行業(yè)[6]。依據(jù)該指南，鋼鐵行業(yè)企業(yè)除報(bào)告企業(yè)二氧化碳排放總量之外，還應(yīng)報(bào)告化石燃料燃燒排放量、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放量、凈購(gòu)入使用的電力、熱力產(chǎn)生的排放量和固碳產(chǎn)品隱含的排放量等四部分排放量，但未要求報(bào)告設(shè)施層面排放量。2016年，國(guó)家發(fā)展改革委就全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)啟動(dòng)部署重點(diǎn)工作，提出企業(yè)報(bào)送的排放報(bào)告應(yīng)包含補(bǔ)充數(shù)據(jù)[7]。鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)年溫室氣體排放報(bào)告補(bǔ)充數(shù)據(jù)表要求企業(yè)進(jìn)行分工序的核算與報(bào)告，包括煉焦工序、燒結(jié)（或造團(tuán)）工序、煉鐵工序、煉鋼工序、鋼鐵加工工序、自備發(fā)電、供熱和其他輔助工序，各工序均需要補(bǔ)充報(bào)告化石燃料燃燒排放、凈購(gòu)入電力、熱力產(chǎn)生的排放，前五個(gè)工序還應(yīng)報(bào)告相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)量。

在此背景下，研究鋼鐵聯(lián)合企業(yè)碳排放分工序核算核查技術(shù)研究，對(duì)于政府主管部門(mén)和企業(yè)掌握、報(bào)告碳排放情況，明確重點(diǎn)排放源，制定有效的節(jié)能減排對(duì)策，特別是對(duì)進(jìn)一步研究鋼鐵行業(yè)配額分配、未來(lái)建立全國(guó)碳市場(chǎng)鋼鐵行業(yè)MRV制度、探索與國(guó)際碳市場(chǎng)對(duì)接可行性等各項(xiàng)工作具有重要意義。因此，本文系統(tǒng)提出具有較強(qiáng)可行性的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)分工序碳排放核算方法與所需數(shù)據(jù)，并以天津市某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)為案例驗(yàn)證這一方法在實(shí)際核算中的應(yīng)用，提出企業(yè)可能遇到的困難及應(yīng)對(duì)方法，以期為全國(guó)碳市場(chǎng)的建立提供方法與實(shí)踐的參考。

2　鋼鐵聯(lián)合企業(yè)分工序碳排放核算方法

2.1　排放源識(shí)別

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)碳排放有三類來(lái)源：化石燃料使用直接排放、生產(chǎn)過(guò)程直接排放與外購(gòu)電力、熱力間接排放，碳類型與示例如表1所示。

表1　鋼鐵聯(lián)合企業(yè)碳排放源類型

鋼鐵企業(yè)直接生產(chǎn)系統(tǒng)排放單元包括：煉焦單元、燒結(jié)單元、煉鐵單元、煉鋼單元、壓延及熱處理單元、石灰燒制單元、自備發(fā)電單元等。主要直接排放源包括：燒結(jié)機(jī)、焦?fàn)t、干熄爐、高爐、轉(zhuǎn)爐、連鑄機(jī)、軋機(jī)、豎窯、回轉(zhuǎn)窯、發(fā)電鍋爐等。間接排放源主要包括使用外購(gòu)電力和熱力的設(shè)備。典型鋼鐵企業(yè)分工序CO2排放單元和排放源識(shí)別如圖1所示。

圖1　典型鋼鐵企業(yè)CO2排放單元和排放源識(shí)別

2.2　碳排放量核算方法

企業(yè)碳排放總量為各排放單元直接排放量與企業(yè)間接排放量之和。

2.2.1直接排放

（1）化石燃料燃燒

企業(yè)外購(gòu)煤、石油、天然氣、煤氣、焦炭等化石燃料，須按照不同排放單元的燃料消費(fèi)量分別核算各自的直接排放量，并納入本企業(yè)碳排放。企業(yè)副產(chǎn)煤氣外銷(xiāo)的，須扣除，不納入本企業(yè)碳排放量。

對(duì)于包含煉焦單元的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，煉焦單元僅需計(jì)算焦?fàn)t燃料燃燒產(chǎn)生的CO2直接排放量，原料煤產(chǎn)生的CO2排放在煉鐵、煉鋼及其他單元中按照焦炭及焦?fàn)t煤氣燃燒計(jì)算，不計(jì)算在煉焦單元中。

此外，煉鐵排放單元CO2直接排放量，須扣除外銷(xiāo)和下游單元使用的本企業(yè)煉鐵副產(chǎn)高爐煤氣和煉鋼副產(chǎn)轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒產(chǎn)生CO2直接排放量。而對(duì)于除煉焦、煉鐵單元外的其他排放單元，則須計(jì)算外購(gòu)化石燃料和企業(yè)副產(chǎn)高、轉(zhuǎn)爐煤氣兩部分的直接排放。

各排放單元消耗的煤、焦炭、石油、天然氣、煤氣等化石燃料排放量，主要基于分燃料品種的燃料消費(fèi)量、燃料低位發(fā)熱值、單位熱值含碳量和碳氧化率計(jì)算得到，見(jiàn)公式（1）：

式中，為化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放量，單位t；i為燃料品種；ADi為燃料i的消費(fèi)量，單位t；Hi為燃料i的低位發(fā)熱值，單位TJ/t；Fchi為燃料i的單位熱值含碳量，單位tC/TJ；Faxi為燃料i的碳氧化率，%。

（2）工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程

煉鐵生產(chǎn)過(guò)程熔劑消耗產(chǎn)生的CO2直接排放量，按公式（2）計(jì)算：

式中，ADl為消耗的作為熔劑的石灰石數(shù)量，單位104t；EFl為石灰石消耗的排放因子，單位tCO2/t；ADd為消耗的作為熔劑的白云石數(shù)量，單位104t；EF為白云石消耗的排放因子，單位tCO2/t；

煉鋼生產(chǎn)過(guò)程含碳原料消耗產(chǎn)生的CO2直接排放量，按公式（3）計(jì)算：

式中,ADr為煉鋼生產(chǎn)過(guò)程鋼鐵企業(yè)消耗的生鐵、鐵水的數(shù)量，單位104t；Fr為煉鋼生產(chǎn)過(guò)程生鐵、鐵水含碳率，%；ADs為煉鋼生產(chǎn)過(guò)程鋼鐵企業(yè)的粗鋼產(chǎn)量，單位104t；Fs為煉鋼的鋼材產(chǎn)品的平均含碳率，%。

石灰生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的CO2直接排放量，按公式（4）計(jì)算：

式中，AD為石灰產(chǎn)量，單位104t；EF為單位石灰生產(chǎn)過(guò)程的CO2排放因子，單位tCO2/t。

燃煤發(fā)電鍋爐、工業(yè)鍋爐等，采用碳酸鹽脫硫環(huán)節(jié)產(chǎn)生CO2的排放，按公式（5）計(jì)算：

式中，ECO2為煙氣脫硫處理產(chǎn)生的CO2量，單位t；A為設(shè)施脫硫消耗碳酸鹽物質(zhì)的量，單位t；C為設(shè)施脫硫消耗碳酸鹽物質(zhì)中碳酸鹽所占的比例，%；為碳酸鹽物質(zhì)的分子量；η為碳酸鹽的反應(yīng)率，%，若企業(yè)無(wú)法提供可采用缺省值100%。

2.2.2間接排放

（1）外購(gòu)電力

外購(gòu)電力CO2排放按公式（6）計(jì)算：

式中，ECO2為外購(gòu)電力消耗產(chǎn)生的CO2排放量，單位t；ADe為外購(gòu)電量，單位104kWh；EFe為電力抵扣量，單位104kWh，僅包括余熱余壓發(fā)電量和光伏發(fā)電量；EFe為外購(gòu)電力的間接CO2排放因子，單位t CO2/104kWh。

（2）外購(gòu)熱力

外購(gòu)熱力二氧化碳（CO2）排放量按公式（7）計(jì)算：

式中，為外購(gòu)熱力消耗產(chǎn)生的CO2排放量，單位t；為外購(gòu)熱量，單位GJ；為外購(gòu)熱力的CO2排放因子，單位tCO2/GJ。

2.3　數(shù)據(jù)來(lái)源

2.3.1活動(dòng)數(shù)據(jù)

直接排放核算所需化石燃料、熔劑、原料消耗量及產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)根據(jù)年度購(gòu)買(mǎi)量或銷(xiāo)售量以及庫(kù)存的變化確定。購(gòu)買(mǎi)量或銷(xiāo)售量采用采購(gòu)單或銷(xiāo)售單等結(jié)算憑證上的數(shù)據(jù)，庫(kù)存變化數(shù)據(jù)采用計(jì)量工具讀數(shù)或其他符合要求的方法來(lái)確定。化石燃料消耗量須細(xì)分到排放單元。

間接排放核算所需外購(gòu)的電力、熱力活動(dòng)數(shù)據(jù)根據(jù)供應(yīng)商出具的結(jié)算憑證獲取。

2.3.2相關(guān)參數(shù)

燃料、原料、產(chǎn)品、副煤氣產(chǎn)出量及動(dòng)力消耗量等通過(guò)企業(yè)計(jì)量或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲取，至少按月份提供統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

含碳率采用實(shí)際檢測(cè)值的算數(shù)平均值，每年應(yīng)至少檢測(cè)12次，且連續(xù)兩次檢測(cè)的時(shí)間間隔不小于1周。

企業(yè)發(fā)電鍋爐、工業(yè)鍋爐所用燃料低位發(fā)熱值必須采用監(jiān)測(cè)值；其他設(shè)備所用燃料低位發(fā)熱值可通過(guò)采用監(jiān)測(cè)值或缺省值兩種方法獲得。

單位熱值含碳量、燃煤碳氧化率等相關(guān)參數(shù)可通過(guò)采用監(jiān)測(cè)值或天津市缺省值兩種方法獲得，其他燃料碳氧化率采用缺省值。

上述缺省值均可通過(guò)《天津市鋼鐵行業(yè)碳排放核算指南（試行）》附錄B獲取[8]。

3　天津市某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)分工序核算案例

3.1　案例概述

案例企業(yè)是天津市一家包含焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼和石灰生產(chǎn)等鋼鐵全流程生產(chǎn)的典型企業(yè)。企業(yè)所在廠區(qū)內(nèi)包含原料場(chǎng)、焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等生產(chǎn)工序，形成了一套完整的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)體系。生產(chǎn)投入的主要能源品種為無(wú)煙煤、煙煤、焦炭、液化石油氣、柴油、電力和中間過(guò)程所產(chǎn)生的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣。該企業(yè)鋼鐵生產(chǎn)工序齊全，能源計(jì)量統(tǒng)計(jì)基本完備，參與碳市場(chǎng)建設(shè)的主動(dòng)性較強(qiáng)，可作為研究鋼鐵聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)碳排放核算方法的典型案例。

3.2　排放源與核算邊界識(shí)別

該企業(yè)主要固定排放源包括：高爐、燒結(jié)機(jī)、加熱爐等消耗無(wú)煙煤、煙煤、焦炭等產(chǎn)生的直接排放；鋼包精煉爐、熱連軋板帶軋機(jī)、除塵器、電機(jī)、風(fēng)機(jī)等耗電產(chǎn)生的間接排放。主要移動(dòng)排放源包括：多臺(tái)廠內(nèi)叉車(chē)及裝卸車(chē)輛消耗柴油產(chǎn)生的直接排放。

該企業(yè)冬季辦公采暖采用轉(zhuǎn)爐、軋鋼和燒結(jié)等工序余熱收回采暖，無(wú)外購(gòu)熱力，也不對(duì)外供熱。企業(yè)的在煉鐵工序產(chǎn)生的高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣供燒結(jié)、球團(tuán)、軋鋼等工序作為燃料使用，因此在煉鐵單元的核算過(guò)程中對(duì)外供燃料氣部分予以扣除。

企業(yè)排放源如表3所示。

表3　企業(yè)排放源列表

3.3　核算結(jié)果

鋼鐵聯(lián)合案例企業(yè)2014年分工序碳排放量核算結(jié)果，如表4。

表4　案例企業(yè)分工序碳排放核算結(jié)果

各工序及企業(yè)碳排放強(qiáng)度水平如表5所示。

表5　各工序碳排放強(qiáng)度水平分析結(jié)果

3.4　分工序核算重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題討論

獲取準(zhǔn)確的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)是分工序核算企業(yè)排放量數(shù)據(jù)的難點(diǎn)之一，需要企業(yè)提供多渠道數(shù)據(jù)支持，并在核算過(guò)程總進(jìn)行交叉核對(duì)。本文研究的案例企業(yè)作為產(chǎn)品復(fù)雜、工序眾多的鋼鐵聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)，存在活動(dòng)水平數(shù)據(jù)繁多、來(lái)源渠道不一、數(shù)據(jù)交叉核對(duì)難度較大等情況。在數(shù)據(jù)獲取與核算工作中，通過(guò)加強(qiáng)與企業(yè)的溝通、多渠道核證保證數(shù)據(jù)真實(shí)性。重點(diǎn)分析企業(yè)主要耗能設(shè)施、工藝流程和能源走向等情況，收集企業(yè)月度、年度能源統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬，生產(chǎn)情況報(bào)表，生產(chǎn)日志以及部分能源品種檢測(cè)記錄等信息，隨機(jī)抽查財(cái)務(wù)結(jié)算發(fā)票，對(duì)各渠道來(lái)源數(shù)據(jù)交叉核對(duì)，對(duì)核對(duì)結(jié)果不一致的情況及時(shí)進(jìn)行記錄，并形成問(wèn)題清單，通過(guò)與企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢查、電話、郵件、傳真等形式進(jìn)行核證，確認(rèn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及核對(duì)差異存在的原因，最終確定可靠、合理、可追溯的數(shù)據(jù)來(lái)源和排放結(jié)果。

分工序核算有助于摸清鋼鐵聯(lián)合企業(yè)溫室氣體排放重點(diǎn)環(huán)節(jié)、深挖鋼鐵工業(yè)碳減排潛力。從碳流向來(lái)看，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的碳源主要來(lái)自三方面：一是煉焦、燒結(jié)、煉鐵消耗的煤和焦炭、各工序消耗天然氣以及汽、柴油產(chǎn)生的直接排放；二是煉焦、煉鐵、煉鋼以及石灰生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程直接排放；三是各工序耗電產(chǎn)生的間接排放。其中，電力消耗量與企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的長(zhǎng)短密切相關(guān)，具有企業(yè)差異性；而工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放也因企業(yè)生產(chǎn)工藝（如轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼）和產(chǎn)品類型的不同具有較大差異。因此，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)碳排放的重點(diǎn)環(huán)節(jié)是燒結(jié)和煉鐵生產(chǎn)工序。分工序核算需要以全面梳理鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的能流、物流、重點(diǎn)耗能設(shè)備為基礎(chǔ)，為摸清本企業(yè)與先進(jìn)企業(yè)在燃料組成、工業(yè)流程以及資源利用效率等方面的差距提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并為企業(yè)進(jìn)一步核算碳減排成本、優(yōu)化生產(chǎn)流程、有針對(duì)性地投入減排技術(shù)設(shè)備提供了有力抓手。

結(jié)語(yǔ)

鋼鐵是能源密集型行業(yè)，是我國(guó)碳排放權(quán)交易的重要參與者。本文提出鋼鐵聯(lián)合企業(yè)碳排放分工序核算方法，并以天津市某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)為案例檢驗(yàn)該算法在實(shí)踐中的應(yīng)用，以期為政府主管部門(mén)和企業(yè)掌握、報(bào)告碳排放情況，明確重點(diǎn)排放源，制定有效的節(jié)能減排對(duì)策，特別是積極有序地推進(jìn)全國(guó)碳市場(chǎng)建設(shè)、控制溫室氣體排放等各項(xiàng)工作提供方法支撐與實(shí)踐參考。

在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)分工序碳排放核查與核算的實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，核算的主要難點(diǎn)集中在各工序活動(dòng)水平數(shù)據(jù)的收集上，主要原因是企業(yè)碳資產(chǎn)管理意識(shí)薄弱、各工序數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作界限不清晰。建議開(kāi)展企業(yè)碳排放報(bào)告與核查工作的地區(qū)組織企業(yè)培訓(xùn)、樹(shù)立企業(yè)碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理意識(shí)，核查單位應(yīng)在首次核查時(shí)理清并記錄各工序核算邊界與數(shù)據(jù)來(lái)源、通過(guò)交叉核對(duì)核證各工序排放量，鋼鐵企業(yè)應(yīng)盡快數(shù)據(jù)分工序核算核查的所需數(shù)據(jù)與流程、配備專業(yè)人員統(tǒng)籌日常數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理與年度核算、報(bào)告、核查工作。

我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展面臨著環(huán)境和資源的雙重壓力，但也孕育著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)化的機(jī)遇。碳排放核算核查全面梳理了鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的能流、物流、重點(diǎn)耗能設(shè)備，鋼鐵企業(yè)應(yīng)以碳排放核算工作為抓手，學(xué)習(xí)行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)的節(jié)能減排技術(shù)和管理方法，將低碳減排作為企業(yè)文化貫徹落實(shí)到每個(gè)員工的思想和行為中，實(shí)現(xiàn)企業(yè)整體減排成本效益最優(yōu)和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”控制溫室氣體排放工作方案的通知[EB/OL].（2016-10-2 7)）[2017-12-31].

[2]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)《全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)建設(shè)方案（發(fā)電行業(yè)）》的通知[EB/OL].(2017-12-18)[2017-12-31].

[3]中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì).中國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展報(bào)告(2016版)[R/OL].(2016-05-24)[2017-12-31].

[4]張蕊嬌,劉振鴻.中國(guó)鋼鐵行業(yè)CO2排放核算[J].中國(guó)人口資源與環(huán)境,2012,v.22;No.141(s2):5-8.

[5]張麗欣,段志潔,燕百?gòu)?qiáng),等.美國(guó)和歐盟溫室氣體管理機(jī)制對(duì)我國(guó)電力行業(yè)碳排放管理的啟示[J].中國(guó)電力,2013,46(5):77-82.

[6]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于印發(fā)首批10個(gè)行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)的通知:發(fā)改辦氣候[2013]2526號(hào)[EB/OL].(2013-10-15)[2017-12-31].

[7]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于切實(shí)做好全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)啟動(dòng)重點(diǎn)工作的通知：發(fā)改辦氣候[2016]57號(hào)[EB/OL].(2016-01-11)[2017-12-31].

[8]天津市發(fā)展和改革委員會(huì).天津市發(fā)展改革委關(guān)于開(kāi)展碳排放權(quán)交易試點(diǎn)工作的通知:津發(fā)改環(huán)資[2013]1345號(hào)[EB/OL].天津:天津市發(fā)展和改革委員會(huì),(2013-01-02)[2017-04-24].