中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)能耗與碳排放關(guān)系的研究

魯淳兮++夏凌娟

[摘 要]我國鋼鐵生產(chǎn)流程中二氧化碳的排放量居高不下。在經(jīng)濟下行壓力的加劇、產(chǎn)能嚴(yán)重過剩、能源結(jié)構(gòu)亟待調(diào)整以及技術(shù)水平日趨進(jìn)步的背景下，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的能源消耗與二氧化碳排放量之間會呈現(xiàn)怎樣的關(guān)系？本文基于我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)“能源消耗與碳排放”系統(tǒng)動力學(xué)的模型，同時分三種不同的低碳情景，分析能源消耗與二氧化碳排放量之間關(guān)系的變動。

[關(guān)鍵詞]鋼鐵產(chǎn)業(yè)；能耗；碳排放；系統(tǒng)動力學(xué)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.04.080

[中圖分類號]F426；F205 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）04-0-03

近年來，我國鋼鐵企業(yè)通過不斷提高煉鋼技術(shù)、升級煉鋼設(shè)備等措施降低能源消耗和減少二氧化碳的排放量。這些節(jié)能減排措施的實施促使我國噸鋼綜合能耗從1994年1 178千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸下降到2013年的591.88千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，年均下降率為3.5%。然而與發(fā)達(dá)國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)相比，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的能源利用效率仍然處于劣勢，因此，二氧化碳的排放量還有較大的下降空間。

1 鋼鐵產(chǎn)業(yè)能耗與碳排放關(guān)系的研究背景

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是典型的能源密集型工業(yè)，其對煤炭資源的需求占據(jù)著主導(dǎo)地位，這也導(dǎo)致我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)成為全國工業(yè)部門中二氧化碳排放的大戶。因此，鋼鐵產(chǎn)業(yè)是我國重點需要節(jié)能減排的對象。能源消耗與二氧化碳排放量之間具有較強的正相關(guān)性和因果關(guān)系。本文利用系統(tǒng)動力學(xué)（System Dynamics）構(gòu)建了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)“能源消耗與碳排放”的模型，劃分為三種不同情景，并分析能源消耗與二氧化碳排放量之間關(guān)系的變動。

2 鋼鐵產(chǎn)業(yè)能耗與碳排放關(guān)系的研究方法

本文構(gòu)建了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)“能源消耗與碳排放”的系統(tǒng)動力學(xué)模型。其包含了四個子系統(tǒng)，分別是：人口經(jīng)濟、鋼鐵產(chǎn)業(yè)、鋼鐵生產(chǎn)流程能源消耗和鋼鐵產(chǎn)業(yè)碳排放。其中，人口子系統(tǒng)，如圖1所示，其主要反映社會經(jīng)濟的發(fā)展趨勢，人口總量的變化以及城鎮(zhèn)化的發(fā)展趨勢；鋼鐵產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)，如圖2所示，圖中的因素之間存在著動態(tài)的反饋關(guān)系，影響著鋼鐵資源供給和消費的變動，同時還影響著能源消耗量的變動，主要反映了鋼鐵資源的供給狀況；能源消耗子系統(tǒng)如圖3所示，其主要分為長流程和短流程來反映鋼鐵生產(chǎn)過程中的能耗狀況；碳排放子系統(tǒng)，如圖4所示，反映了生產(chǎn)過程中，由于不同程度的能耗結(jié)構(gòu)和能耗程度所產(chǎn)生的不同碳排放水平。依據(jù)歷史數(shù)據(jù)的方法，結(jié)果顯示模型所得出的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)之間的誤差值基本在10%以內(nèi)。因此，證明“能源消耗與碳排放”的模型是合理的。

3 鋼鐵產(chǎn)業(yè)能耗與碳排放關(guān)系的情景分析

3.1 情景設(shè)定

本文設(shè)定了三種情景分析鋼鐵行業(yè)能耗和碳排放之間的聯(lián)動關(guān)系。這三種情景分別是基準(zhǔn)情景（Base）、弱低碳情景（Low）、強低碳情景（High）?；鶞?zhǔn)情景表示在2013年發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，進(jìn)行順勢外推。煉鋼生產(chǎn)流程中，轉(zhuǎn)爐煉鋼占比不低于70%，處于主要的利用地位。焦炭和煤炭仍屬于主要的能源消耗種類。弱低碳情景中考慮國家“十二五”規(guī)劃中對節(jié)能減排的要求。電爐煉鋼的占比開始提升，化石能源的使用逐漸下降。經(jīng)濟增長和人口的增長速度均開始放緩。強低碳情景意味著經(jīng)濟增長和人口的增長繼續(xù)放緩，人口老齡化嚴(yán)重。電爐鋼比例有了進(jìn)一步的提高，化石能源的消耗得到進(jìn)一步的下降。

3.2 源消耗與碳排放的關(guān)系討論

基于情景分析得到的結(jié)果，進(jìn)行煉鋼總能耗與總碳排放量、噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量之間關(guān)系的分析。

3.2.1 煉鋼總能耗與總碳排放量關(guān)系的分析

從2013年到2030年的情景結(jié)果可以看出，三種情景下的煉鋼總能耗與二氧化碳總排放量都呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。煉鋼總能耗和總碳排放量之間是線性相關(guān)的關(guān)系，如圖5和圖6所示。

與總碳排放量的線性關(guān)系與總碳排放量的線性關(guān)系，如圖7所示。

從圖5，6，7中可以看出，在三種不同情景下，煉鋼總能耗和總碳排放關(guān)系。

在基準(zhǔn)情景下，煉鋼總能耗與總碳排放之間的線性關(guān)系為：

y=4.267x–4E+07（1）

弱低碳情景下，煉鋼總能耗與總碳排放之間的線性關(guān)系為：

y=3.7418x–3E+07（2）

強低碳情景下，煉鋼總能耗與總碳排放之間的線性關(guān)系為：

y=3.2262x-2E+07（3）

3.2.2 噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量

噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量，如圖8和圖9所示。

與噸鋼碳排放量的線性關(guān)系與噸鋼碳排放量的線性關(guān)系，如圖10所示。

從圖8～圖10中可以看出，在三種不同情景下，噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量關(guān)系。

基準(zhǔn)情景下，噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量之間的線性關(guān)系為：

y=4.6422x–664.22（4）

弱低碳情景下，噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量之間的線性關(guān)系為：

y=4.4076x–741.44（5）

強低碳情景下，噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量之間的線性關(guān)系為：

y=3.9894x–717.7（6）

4 結(jié) 語

通過建立我國鋼鐵“能源消耗與碳排放”系統(tǒng)動力模型，并依據(jù)三種不同情景對其進(jìn)行分析，得出的結(jié)果表明，三種情景下的能源消耗和碳排放量均呈現(xiàn)出正相關(guān)的線性關(guān)系。根據(jù)以上情景結(jié)果的分析，可提出鋼鐵產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策。第一，繼續(xù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，淘汰落后產(chǎn)能，增加企業(yè)進(jìn)入鋼鐵行業(yè)的準(zhǔn)入門檻。第二，積極推廣碳排放量較低的清潔能源的使用，同時鼓勵技術(shù)進(jìn)步。第三，限制低效、低附加值鋼鐵企業(yè)的固定資產(chǎn)投資額。同時，鼓勵高附加值、高技術(shù)含量鋼鐵制品的生產(chǎn)。第四，政府鼓勵各省市建立自己的鋼鐵產(chǎn)業(yè)信息庫，適應(yīng)當(dāng)?shù)劁撹F產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)信息、企業(yè)規(guī)模、污染情況等。并根據(jù)鋼鐵產(chǎn)業(yè)能源消耗所處的環(huán)境來制定相關(guān)節(jié)能減排的政策。

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