基于碳排放抵扣的碳排放計量方法研究
——以鋼材生產(chǎn)為例

勾麗明，張清華*，陳瀛，云福，孫錦

（1. 北京科吉環(huán)境技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100098；2. 環(huán)境保護(hù)部信息中心，北京 100029）

基于碳排放抵扣的碳排放計量方法研究
——以鋼材生產(chǎn)為例

勾麗明1，張清華1*，陳瀛2，云福1，孫錦1

（1. 北京科吉環(huán)境技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100098；2. 環(huán)境保護(hù)部信息中心，北京 100029）

隨著全球氣候變暖趨勢的不斷加劇，碳排放已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重點，尤其是鋼材生產(chǎn)的碳排放情況更是重中之重。針對國內(nèi)鋼材生產(chǎn)碳排放現(xiàn)狀，本文提出了一種碳排放抵扣計量方法，該方法以鋼材生產(chǎn)碳排放計量基本方法——質(zhì)量守恒法和活動水平因子法為基礎(chǔ)，著重分析了鋼材生產(chǎn)過程的理論碳排放、實際碳排放、碳排放抵扣以及企業(yè)理論直接減排潛力。并以某鋼材生產(chǎn)企業(yè)為實例，對該企業(yè)生產(chǎn)流程中碳排放進(jìn)行抵扣分析，識別與企業(yè)直接減排潛力相關(guān)的物質(zhì)及流程，增加副產(chǎn)品及二次能源利用度，最后對企業(yè)碳減排潛力的研究方向做出初步展望，提出碳減排潛力的有利發(fā)展方向。進(jìn)一步證明該方法的實用性，為該方法在鋼材生產(chǎn)企業(yè)碳排放權(quán)的實際應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

碳排放；鋼材生產(chǎn)；碳排放權(quán)抵扣；理論直接減排潛力；節(jié)能減排

1 背景

近年來，全球氣溫變化形勢不容樂觀，由溫度上升引發(fā)的氣候問題已不容忽視[1]。二氧化碳作為所有溫室氣體中對溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)率最大的氣體，其排放逐漸引起全球的高度關(guān)注。我國正處于發(fā)展階段，各方面技術(shù)不夠成熟，煤、石油、天然氣等能源仍然是支撐整個社會經(jīng)濟命脈的主要能源，因此，在低碳發(fā)展的必然形勢下，我國正面臨巨大的減排壓力[2-3]。

據(jù)統(tǒng)計，我國鋼材生產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放量約占全球鋼材生產(chǎn)碳排放的51%[4]，占我國碳排放總量的15%左右，僅次于電力和水泥行業(yè)，而鋼材生產(chǎn)過程中能源消耗所產(chǎn)生的碳排放已達(dá)到其碳排放總量的90%以上。雖然國家相繼發(fā)布了一系列文件，并啟動了對鋼材生產(chǎn)企業(yè)碳排放的核查工作，但現(xiàn)有核查方法誤差相對較大，適用性較欠缺，不能很好地衡量企業(yè)碳排放情況。因此，深入研究鋼材生產(chǎn)企業(yè)碳排放計量方法對節(jié)能減排工作有著重要的意義。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外學(xué)者在鋼材碳排放方面都做了大量的研究工作，國外學(xué)者對全球鋼材生產(chǎn)碳排放進(jìn)行了分析[5-8]，并基于不同方法對鋼材生產(chǎn)未來一段時間內(nèi)的碳排放情況進(jìn)行了預(yù)測；同時，國內(nèi)學(xué)者也對不同情況下的碳排放計量方法做了相應(yīng)的改進(jìn)，但在方法普適性和準(zhǔn)確性上還存在一定不足。

Ran Jing等認(rèn)為鋼材生產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放占全球碳排放總量比重較大，分別用IPCC2006、LCIL方法和CEC方法對我國鋼材生產(chǎn)行業(yè)碳排放進(jìn)行了分析對比，由于鋼材生產(chǎn)企業(yè)情況各有不同，上述三種方法的選取需要以實際生產(chǎn)情況為準(zhǔn)[9,10]。Claudia根據(jù)政府間氣候變化小組第五次評估報告，基于產(chǎn)生二氧化碳的能源種類，對鋼材生產(chǎn)過程提出了一種分解分析法，詳細(xì)分析了汽車每個主要鋼構(gòu)造生產(chǎn)過程的碳排放情況，并提出2025年汽車行業(yè)鋼件生產(chǎn)碳排放的遠(yuǎn)景[11]。André等探討了在國家碳減排氣候政策的前提下，如何滿足社會對鋼材商品的需求，杜絕出現(xiàn)因政策需求碳排放下降，而使鋼材生產(chǎn)碳排放實際上只轉(zhuǎn)移不減少的“碳漏洞”[12]。Bas等提出了一個全球鋼材業(yè)的仿真模型，模型涵蓋了鋼材生產(chǎn)的完整經(jīng)濟活動鏈，他認(rèn)為在2050年，鋼材生產(chǎn)碳排放總量將達(dá)到峰值，并呈現(xiàn)明顯的下降趨勢[13]。

劉宏強等對鋼材生產(chǎn)的三種常見方法進(jìn)行了簡單介紹，使用投入產(chǎn)出基本方法，分別用清單編制和排放指南中的兩種方法對鋼材生產(chǎn)碳排放進(jìn)行計量。結(jié)果表明，在考慮固碳產(chǎn)品抵扣后，結(jié)果相對更加精確，而基于ISO標(biāo)準(zhǔn)的計算結(jié)果因包含了鋼材生產(chǎn)的整個生命周期則相對誤差較大[14]。賈國玉針對中國國情，重新制定了適用于鋼材生產(chǎn)的計算公式和碳排放因子，并對生產(chǎn)的全流程進(jìn)行碳物質(zhì)流分析，最后對生產(chǎn)系統(tǒng)分別進(jìn)行單目標(biāo)和多目標(biāo)優(yōu)化，為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)提供決策依據(jù)[15]。鄒安全等建立了以物質(zhì)的質(zhì)量守恒為理論依據(jù)的鋼材生產(chǎn)流程EIO-LCA模型，通過模型找出其生命周期內(nèi)碳排放量相對較大的環(huán)節(jié)，并分別從經(jīng)濟和產(chǎn)品周期兩個角度對鋼材生產(chǎn)碳排放進(jìn)行評價，提出節(jié)能減排的相應(yīng)措施[16]。張輝等在IPCC2006碳排放分析框架的基礎(chǔ)上，解決了排放因子方面的問題，提出一種以碳物質(zhì)流分析為基礎(chǔ)的鋼材生產(chǎn)碳排放評價方法，通過碳排放抵扣計算出企業(yè)理論最大減排潛力，為企業(yè)在資金有限的情況下提供了很好的減排方向[17]。

綜上所述，國內(nèi)外文獻(xiàn)對鋼材生產(chǎn)的碳排放方法研究多以IPCC2006為基礎(chǔ)，從而對鋼材生產(chǎn)的碳排放進(jìn)行評價，但實際上，為將不同區(qū)域以及不同流程的鋼材生產(chǎn)企業(yè)囊括在內(nèi)，現(xiàn)有碳排放核查方法大多比較保守，計算數(shù)據(jù)與企業(yè)實際排放數(shù)據(jù)有一定誤差，為使計算結(jié)果更加精確，更能直接反映企業(yè)碳排放現(xiàn)狀，因此有必要對鋼材生產(chǎn)企業(yè)碳排放計量方法進(jìn)行深入研究。

本文主要以質(zhì)量守恒法和活動水平因子法為基礎(chǔ)，通過研究系統(tǒng)中含碳物質(zhì)的流動狀態(tài)和存在形式，扣除潛在的碳排放，從而對企業(yè)碳排放進(jìn)行核算，使企業(yè)深入了解生產(chǎn)工藝中各流程單元碳排放情況，為企業(yè)節(jié)能減排提供方向，為企業(yè)制定可持續(xù)發(fā)展決策提供指導(dǎo)和幫助。

3 鋼材生產(chǎn)業(yè)碳排放方法研究

根據(jù)IPCC2006和《中國鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南》，鋼材生產(chǎn)的溫室氣體核算方法大致分為三種：活動水平因子法、質(zhì)量守恒法以及連續(xù)監(jiān)測法，三種方法均以碳物質(zhì)流分析為基礎(chǔ)。通常情況下，企業(yè)不會對所有與排放有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，故在采用連續(xù)監(jiān)測法對企業(yè)碳排放進(jìn)行計算時，存在數(shù)據(jù)不確定性高或數(shù)據(jù)不完整的情況，從而導(dǎo)致碳排放計算結(jié)果可信度低或無法計量，因此一般不采用連續(xù)監(jiān)測法。

質(zhì)量守恒法即物質(zhì)的質(zhì)量守恒定律，對于鋼材生產(chǎn)來說，這是基于碳物質(zhì)流的一種平衡分析法，即不考慮單元內(nèi)具體的反應(yīng)過程；也是基于企業(yè)輸入碳與輸出碳的一種差額計算方法，在這里，輸入即消耗，輸出即排放。其涉及的工藝原理較復(fù)雜，投入、產(chǎn)出的物質(zhì)種類多樣，且碳含量不穩(wěn)定，投入、產(chǎn)出與CO2排放量的關(guān)系不確定。

如圖1所示，從鋼材生產(chǎn)單元來說，其輸入的碳含量等于以二氧化碳形式輸出的碳含量與非二氧化碳輸出量之和，其具體關(guān)系式表達(dá)如下：

其中，Ein表示單位時間內(nèi)碳的輸入量；Eout表示單位時間內(nèi)以二氧化碳形式排放到空氣中的碳的量；E非表示單位時間內(nèi)非二氧化碳形式輸出的碳的量。

圖1 鋼材生產(chǎn)單元碳物質(zhì)圖

相對于質(zhì)量守恒法來說，活動水平因子法涉及的工藝原理較簡單，投入、產(chǎn)出的物質(zhì)種類較單一，且碳含量相對較穩(wěn)定，不確定因素較少，同時，投入、產(chǎn)出與CO2排放量的關(guān)系明確，一般只需了解活動水平數(shù)據(jù)和排放因子即可。其具體算法見式（2）。

其中，AD表示單位時間內(nèi)某環(huán)節(jié)的活動水平數(shù)據(jù)；EF表示該活動涉及的排放因子。

在實際應(yīng)用中，由于企業(yè)情況各有不同，現(xiàn)有方法已不能完全滿足鋼材生產(chǎn)碳排放核查需求。為更精確地對鋼材生產(chǎn)碳排放進(jìn)行計量，本文在質(zhì)量守恒法和活動水平因子法的基礎(chǔ)上對鋼材生產(chǎn)流程的投入產(chǎn)出進(jìn)行了重新定義，見圖2。

圖2 重新定義的鋼材生產(chǎn)單元碳物質(zhì)圖

目前，企業(yè)層級的碳排放核算一般包括兩部分：直接碳排放和間接碳排放。本文中的直接碳排放為廣義上的系統(tǒng)總輸入（原料、能源含碳量）與總輸出（最終產(chǎn)品含碳量）之差，但通常情況下，直接碳排放中可能會存在一部分的外輸電力和外輸熱力C外輸，該部分的碳排放計算時應(yīng)對其進(jìn)行扣除；在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)出一些含碳副產(chǎn)品，通常按照質(zhì)量守恒計算，含碳副產(chǎn)品被隱含在碳排放部分，而實際該部分是以固態(tài)或其他形式的碳輸出，因此，該部分碳排放C副產(chǎn)品也應(yīng)在排放中進(jìn)行扣除；生產(chǎn)過程中的熱能及其他能源、含碳廢棄物的回收再利用C回收也會抵扣一部分碳排放[18]，在計算企業(yè)實際碳排放時需要對這些部分進(jìn)行扣除，從而使企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)更加接近真實值。因此，引入企業(yè)實際碳排放抵扣碳C抵扣、企業(yè)理論碳排放C理論和企業(yè)實際碳排放C實際幾個概念。

鋼材生產(chǎn)的碳排放主要來自于能源，而能源產(chǎn)生的碳排放又有很大一部分來自于外購電力外購熱力，企業(yè)的外購電力、外購熱力產(chǎn)生的排放是企業(yè)的間接排放，為C間接。

理論上鋼材生產(chǎn)行業(yè)、電力行業(yè)等都進(jìn)行了碳排放計算，雖然行業(yè)間的計算方法不同，但從社會整體碳排放角度來說，存在一定的重復(fù)性。本文僅從鋼材生產(chǎn)角度對碳排放進(jìn)行計量，從單一角度來講，碳排放不存在重復(fù)計算的問題。

理論上，企業(yè)碳排放可以減小到零，但在實際生產(chǎn)中，尤其工業(yè)企業(yè)，以目前的技術(shù)水平，排放不可能為零，因此，企業(yè)存在一個理論減排潛力。由于間接排放主要是外購電力、熱力所產(chǎn)生，其減排與否主要與設(shè)備能耗有關(guān)，即與生產(chǎn)技術(shù)有關(guān)；直接排放則涉及各部分的直接用能用料等，直接排放的減排與外輸電力、熱力、能源、副產(chǎn)品以及各環(huán)節(jié)回收的可再利用資源有關(guān)。本文僅對企業(yè)理論直接減排潛力[19]做討論。則企業(yè)理論直接減排潛力E理論為：

因此，企業(yè)可從以上分析中獲知實際可能存在的減排潛力，以緩解企業(yè)面臨的減排壓力，從而為整個行業(yè)的碳減排做出貢獻(xiàn)。

4 實證分析

4.1 流程分析

本文以某鋼材生產(chǎn)企業(yè)為例，對其生產(chǎn)流程進(jìn)行分析。該企業(yè)主要能耗單元有煉鐵、煉鋼、軋鋼等，主要耗能設(shè)備包括高爐、轉(zhuǎn)爐、連鑄機等。該企業(yè)直接購入廢鐵料等含碳原料，經(jīng)高爐進(jìn)行熔煉，還原成生鐵；對鐵水進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)轉(zhuǎn)爐將鐵水中過量的碳氧化成一氧化碳和二氧化碳，經(jīng)精煉環(huán)節(jié)及連鑄機，最終產(chǎn)出成品鋼材，生產(chǎn)過程不涉及焦化及燒結(jié)工序。具體流程如圖3所示。

圖3 鋼材生產(chǎn)流程

由于企業(yè)對部分?jǐn)?shù)據(jù)的保存未具體到單元層級，故圖中未與流程單元相連接的箭頭代表企業(yè)層級的輸入輸出。通過調(diào)研可知，該企業(yè)的含碳熔劑為白云石，流程中高爐熔煉環(huán)節(jié)輸出的高爐渣有80%可用來生產(chǎn)水泥，轉(zhuǎn)爐氧化單元輸出的CO2可用來制干冰及滅火器，粉塵及氧化產(chǎn)生的CO則直接進(jìn)行排放。

4.2 數(shù)值計算

根據(jù)圖3中各流程數(shù)據(jù)，整理所涉及物質(zhì)的碳排放因子[20,21]，如表1和表2所示。

表1 碳排放因子表①（1）

表2 碳排放因子表（2）

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以對該企業(yè)的生產(chǎn)流程進(jìn)行碳排放計量。

該企業(yè)的直接碳排放包括含鐵原料（廢鐵料）、煙煤、含碳熔劑等的排放，間接碳排放包括外購電力產(chǎn)生的排放，則該鋼材生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)1t鋼材的理論碳排放為：

在生產(chǎn)流程中，該企業(yè)有高爐煤氣輸出；有CO2再利用制干冰、滅火器，高爐渣再利用生產(chǎn)水泥及微晶玻璃等，其中高爐渣的碳含量采用企業(yè)實測數(shù)據(jù)2.725%；因此，該企業(yè)的碳排放抵扣值為：

對碳排放抵扣進(jìn)行扣除，則該企業(yè)的實際碳排放為：

該企業(yè)的理論直接減排潛力為：

4.3 結(jié)果分析及決策建議

從以上計算結(jié)果可知，在未進(jìn)行碳排放抵扣前，生產(chǎn)1t鋼材企業(yè)需排放721.8kg CO2，該計算結(jié)果將企業(yè)生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品以及回收利用部分都計入碳排放，會比實際值略大。為更好地了解企業(yè)實際碳排放，本文對理論碳排放中潛在的碳排放進(jìn)行了扣除，即對企業(yè)外輸、副產(chǎn)品以及回收等產(chǎn)生的碳排放進(jìn)行相應(yīng)抵扣，抵扣后生產(chǎn)1t鋼材企業(yè)需排放609.58kg CO2，相比抵扣前減少了112.22kg CO2，該值在理論上更接近于企業(yè)碳排放的真實值，因此，進(jìn)行抵扣后的數(shù)值，能更好地衡量我國鋼材生產(chǎn)業(yè)的碳排放現(xiàn)狀。

通過以上數(shù)據(jù)可知，該企業(yè)的單位產(chǎn)品能耗為136kg/t、單位產(chǎn)品碳排放為0.722 kg CO2/t，通過與該地區(qū)鋼材生產(chǎn)行業(yè)平均水平進(jìn)行對比，該企業(yè)單位產(chǎn)品能耗以及單位產(chǎn)品碳排放略高于平均水平，說明企業(yè)應(yīng)該采取相關(guān)措施以降低單位產(chǎn)品碳排放。由于企業(yè)未對各用能設(shè)備單獨計量數(shù)據(jù)，故從數(shù)據(jù)的分析結(jié)果中，看不出每個設(shè)備的能耗及碳排放情況，無法與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比；該企業(yè)能源消耗所產(chǎn)生的碳排放遠(yuǎn)大于生產(chǎn)用原料所產(chǎn)生的碳排放，這也是鋼材生產(chǎn)行業(yè)碳排放的一個共同點，企業(yè)可通過提高能源使用效率來減小碳排放；同時，該企業(yè)的理論碳減排潛力高達(dá)320.078kg CO2、碳排放抵扣權(quán)為112.22kg CO2，說明企業(yè)有著巨大的減排空間。

為促進(jìn)鋼材生產(chǎn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，企業(yè)可采取一定的節(jié)能減排措施，引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，改善高爐及轉(zhuǎn)爐等設(shè)備的工作效率，加強高耗能環(huán)節(jié)對資源的利用率，增加企業(yè)對物質(zhì)的利用效率；同時加強對能源及其他中間回收物質(zhì)的二次利用；推動副產(chǎn)品及二次能源利用，從而大幅度減小企業(yè)碳排放，為鋼材生產(chǎn)行業(yè)的碳減排做出一定貢獻(xiàn)。

從企業(yè)的角度來講，降低產(chǎn)品單位能耗、降低單位產(chǎn)品碳排放會增加產(chǎn)品的單位成本，但有利于企業(yè)自身發(fā)展及長遠(yuǎn)打算；企業(yè)的技術(shù)改進(jìn)，不僅減小了對環(huán)境的影響，更促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展，同時也適應(yīng)行業(yè)的大趨勢。從行業(yè)的角度來講，鋼材生產(chǎn)業(yè)在我國一直是能源消費的主要行業(yè)之一，雖然一定程度上促進(jìn)了經(jīng)濟的發(fā)展，但其高污染、高排放的特點對環(huán)境造成了無法估量的后果，也在一定程度上制約著經(jīng)濟的發(fā)展。鋼材生產(chǎn)行業(yè)的碳減排，可極大地減輕當(dāng)前環(huán)境所面臨的壓力，也使我國經(jīng)濟發(fā)展模式更趨向于可持續(xù)發(fā)展模式。

5 前景與展望

本文以鋼材生產(chǎn)的碳排放基本計量方法為基礎(chǔ)，對企業(yè)碳排放抵扣計量方法進(jìn)行了研究，重點分析了企業(yè)的碳排放抵扣和理論直接減排潛力，為企業(yè)在整個生產(chǎn)流程的管理方面提供一定的借鑒。因間接減排涉及的影響因素對減排造成的影響程度較為復(fù)雜，故本文只考慮了直接減排潛力，未對間接減排潛力進(jìn)行深入研究。在國內(nèi)碳減排日益嚴(yán)峻的形勢下，企業(yè)間接減排潛力與直接減排潛力同等重要，因此，在引入成本、流程改進(jìn)、技術(shù)引進(jìn)以及需求等內(nèi)部與外部因素的條件下，企業(yè)理論間接減排潛力還有很大的探討空間，有待進(jìn)一步研究。

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Research on the Quantitative Method of Carbon Emission Based on the Offset of Carbon Emission—a Case Study of Steel Production

GOU Liming1，ZHANG Qinghua1*，CHEN Ying2，YUN Fu1，SUN Jin1
(1. Beijing Keji Environmental Technology Co., Ltd., Beijing 100098;
2. Information Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029)

With the increasing trend of global warming, carbon emissions have become the focus field of domestic and foreign scholars, especially the carbon emissions of the steel production industry. According to the current situation of carbon emissions of domestic steel production industry, this paper proposes a quantitative method for the offset of carbon emissions, it based on the basic methods of steel production industry carbon emission include mass balance method and activity level factor method, this paper focuses on the analysis of the steel product process theoretical carbon emissions, actual carbon emissions, carbon emissions offset and enterprise theoretical directly reduction potential. With an example of a steel production enterprise, it analysis the quantitative of carbon emissions offset, recognition the related materials and processes of enterprise direct reduction potential, increased by-products and secondary energy utilization. Finally, make preliminary outlook on the research of enterprise carbon emission reduction potential direction, proposal the favorable development direction of carbon emission reduction potential. It further proves the practicability of this method, which provides a theoretical basis for the practical application of carbon emission permits in the steel production enterprise.

carbon emission; steel production; the offset of carbon emission; theoretical directly reduction potential; energy saving and emission reduction

X22

1674-6252（2016）06-0099-05

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.06.099

2014年度中小企業(yè)發(fā)展專項資金中歐國際合作項目：公共建筑全生命周期碳排放評價關(guān)鍵技術(shù)研究（SQ2013 ZOA000019）。

勾麗明（1990—），女，碩士研究生，研究方向為循環(huán)經(jīng)濟與碳減排技術(shù)，E-mail: goulimingab@126.com。

*責(zé)任作者： 張清華（1982—），女，副研究員，碩士研究生，研究方向為碳減排技術(shù)研究和碳資產(chǎn)管理。E-mail：zhang.qinghua@kejicc.com。