鋼鐵企業(yè)自產(chǎn)石灰碳排放計(jì)算與經(jīng)濟(jì)性分析

焦鵬琳 張紫禾陳 穎

（1天津環(huán)科環(huán)境咨詢有限公司 天津 300191 2國(guó)網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 天津 300171 3天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 天津 300191）

引言

以化石燃料為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步給世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，但是與此同時(shí)導(dǎo)致的各種環(huán)境污染問(wèn)題也逐步加深。隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，二氧化碳的排放問(wèn)題已經(jīng)成為阻擋我國(guó)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不可忽視的重要因素。鋼鐵行業(yè)既是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱行業(yè)，同時(shí)也是資源消耗、能源消耗、碳排放報(bào)告的重點(diǎn)行業(yè)。

現(xiàn)代煉鐵絕大部分采用高爐煉鐵，在煉鐵爐內(nèi)把鐵礦石煉成生鐵，再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼，再鑄成鋼錠或連鑄坯。在鋼鐵冶煉過(guò)程中，為了除去磷、硫等雜質(zhì)，造成反應(yīng)性好、數(shù)量適當(dāng)?shù)臓t渣，需要加入氧化鈣純度較高的冶金石灰作為熔煉鋼鐵的熔劑[1]。石灰生產(chǎn)過(guò)程中，將主要成分為碳酸鈣的天然巖石，在適當(dāng)溫度下煅燒，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化鈣為主要成分的產(chǎn)品即為石灰，又稱生石灰。因此，石灰的生產(chǎn)意味著大量二氧化碳碳的排放，屬于碳排放中的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放，需包括在碳排放報(bào)告中。如今國(guó)家以碳排放權(quán)交易的方式來(lái)控制碳排放，意味著企業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)品成本將會(huì)比從前多增加一部分購(gòu)買碳配額的費(fèi)用，這一變化將會(huì)改變企業(yè)原先的資金結(jié)構(gòu)。但是，目前多數(shù)鋼鐵企業(yè)自備石灰窯，可自產(chǎn)石灰，以減少石灰外購(gòu)部分的支出，但其無(wú)法規(guī)避碳市場(chǎng)下自產(chǎn)石灰產(chǎn)生碳排放而需購(gòu)買的碳配額費(fèi)用。因此，本文將以天津市某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的石灰生產(chǎn)活動(dòng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)該企業(yè)在碳排放控排背景下石灰自產(chǎn)與外購(gòu)所引發(fā)的成本與費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算、比較和分析。

1 碳控排背景下自產(chǎn)石灰碳排放量計(jì)算與成本分析方法

1.1 石灰生產(chǎn)過(guò)程CO2排放因子計(jì)算方法

石灰生產(chǎn)是采用在石灰窯中煅燒石灰石的方式進(jìn)行的，石灰石主要是由碳酸鈣（CaCO3）和碳酸鎂（MgCO3）組成，這兩種物質(zhì)在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生氧化鎂（MgO）和氧化鈣（CaO），以及大量的二氧化碳（CO2），根據(jù)氧化鎂含量的多少，石灰分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰，反應(yīng)方程式如下：

計(jì)算石灰生產(chǎn)過(guò)程CO2排放因子時(shí)，根據(jù)國(guó)家溫室氣體排放清單[2]中給出的計(jì)算公式，如下：

式中：EFCO2表示石灰生產(chǎn)過(guò)程CO2排放的排放因子，tCO2/t熔劑；Rcao表示石灰中CaO含量加權(quán)平均值，%；MCO2表示CO2的摩爾質(zhì)量，kg/mol；Mcao表示 CaO 的摩爾質(zhì)量，kg/mol；RMgo表示石灰中MgO含量加權(quán)平均值，%；MMgo表示MgO的摩爾質(zhì)量，kg/mol。

1.2 石灰生產(chǎn)碳成本計(jì)算方法

碳成本也叫做碳社會(huì)成本，是指向每單位空氣內(nèi)排入的碳量超過(guò)環(huán)境可容納程度的部分，對(duì)環(huán)境造成的危害用貨幣計(jì)量的價(jià)值，是衡量碳排放對(duì)環(huán)境氣候危害的重要指標(biāo)。碳成本區(qū)別于傳統(tǒng)成本之處在于碳成本是在特定制度規(guī)定下的產(chǎn)生的成本，可通過(guò)某種制度的安排，將帶有外部性的碳排放成本內(nèi)部化為企業(yè)成本。生產(chǎn)單位石灰所產(chǎn)生的碳成本的計(jì)算公式如下：

式中：Cc表示生產(chǎn)單位石灰所產(chǎn)生的碳成本，元/tCaO；UCc表示單位二氧化碳排放所對(duì)應(yīng)的碳價(jià)，元/tCO2；EFCO2表示石灰生產(chǎn)過(guò)程CO2排放的排放因子，tCO2/t熔劑；YCaO表示石灰CaO的產(chǎn)量，t，YCaO=1。

1.3 石灰自產(chǎn)總成本與外購(gòu)費(fèi)用的比較方法

碳成本是碳市場(chǎng)下的新名詞，對(duì)于納入碳減排的企業(yè)，在其生產(chǎn)總成本中均應(yīng)考慮碳成本這一要素。因此計(jì)算石灰自產(chǎn)總成本，應(yīng)在石灰生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上增加碳成本，公式如下：

式中：CSP表示石灰自產(chǎn)總成本，元/tCaO；CP表示石灰自產(chǎn)成本，元/tCaO；Cc表示石灰自產(chǎn)所需支付的碳成本，元/tCaO。

石灰外購(gòu)費(fèi)用可用CB表示，并與CSP進(jìn)行比較。當(dāng)CB＜CSP時(shí)，外購(gòu)石灰比自產(chǎn)石灰更加經(jīng)濟(jì)；當(dāng)CB＞CSP時(shí)，自產(chǎn)石灰比外購(gòu)石灰更加經(jīng)濟(jì)；當(dāng)CB=CSP時(shí)，自產(chǎn)石灰與外購(gòu)石灰價(jià)格持平。

2 碳控排背景下石灰成本計(jì)算和比較

2.1 石灰生產(chǎn)碳成本

選取天津市某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的石灰生產(chǎn)過(guò)程為研究對(duì)象，根據(jù)其提供的石灰生產(chǎn)活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，對(duì)石灰生產(chǎn)過(guò)程CO2排放因子進(jìn)行計(jì)算。數(shù)據(jù)包括該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)2013-2015年每月生產(chǎn)石灰的產(chǎn)量，以及CaO、MgO在其中所占的比例。由于數(shù)據(jù)體量較大，以2014年該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)石灰生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2014年數(shù)據(jù)為例（如表1所示）進(jìn)行計(jì)算。

表1 某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)2014年石灰生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)表1所示數(shù)據(jù)并通過(guò)公式（3）可以計(jì)算出鈣灰2014年排放因子數(shù)值為0.67，鎂灰2014年排放因子數(shù)值為0.81。通過(guò)將該年鈣灰和鎂灰排放因子加權(quán)平均后，可以計(jì)算出該廠2014年石灰生產(chǎn)的排放因子EF2014為0.685。通過(guò)上述計(jì)算方法，計(jì)算出2013年石灰生產(chǎn)排放因子EF2013為0.707，2015年排放因子EF2015為0.682。最后，將計(jì)算出三年的排放因子進(jìn)行加權(quán)平均，得出該廠石灰生產(chǎn)排放因子值EFco2為0.686。

當(dāng)前，天津碳市場(chǎng)中單位二氧化碳排放所對(duì)應(yīng)的碳價(jià)UCC為15元/tCO2，由前文知，該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)每生產(chǎn)一噸石灰將排放0.686 tCO2，通過(guò)公式（4）-（6）推導(dǎo)計(jì)算得知該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)自產(chǎn)單位石灰將產(chǎn)生10.29元的碳成本CC支出。

2.2 石灰自產(chǎn)成本

該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)有兩種石灰窯，分別是石灰豎窯和石灰回轉(zhuǎn)窯。不計(jì)設(shè)備、人工、管理等間接費(fèi)用，通過(guò)石灰豎窯生產(chǎn)單位石灰，其直接材料費(fèi)（原材料、輔助材料、備品備件、燃料及動(dòng)力等）約為368元，通過(guò)石灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)單位石灰，其直接材料費(fèi)約為286元，從而估算出該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)自產(chǎn)石灰所需的平均費(fèi)用約為327元/噸，記為石灰自產(chǎn)成本CP。

2.3 石灰自產(chǎn)總成本與外購(gòu)費(fèi)用的比較

根據(jù)計(jì)算出的該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)石灰自產(chǎn)成本CP為327元/tCaO，及其產(chǎn)生的碳成本CC為10.29元/tCaO，可知該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)每自產(chǎn)一噸石灰的總成本CSP為337.29元/tCaO。又據(jù)調(diào)查，與該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)所生產(chǎn)石灰類型的石灰的市場(chǎng)購(gòu)買價(jià)格CB約為450元/tCaO。因此，將該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)自產(chǎn)石灰總成本與市場(chǎng)外購(gòu)費(fèi)用二者進(jìn)行對(duì)比，可見(jiàn)該鋼鐵聯(lián)合企業(yè)自產(chǎn)石灰比外購(gòu)石灰相對(duì)更加經(jīng)濟(jì)，企業(yè)自產(chǎn)石灰較外購(gòu)石灰每噸石灰成本節(jié)約約110元。

3 石灰成本計(jì)算結(jié)果分析

3.1 石灰生產(chǎn)過(guò)程CO2排放因子值分析

通過(guò)公式計(jì)算出的排放因子存在一定的不確定性，一是來(lái)自于石灰中氧化鈣、氧化鎂含量抽樣調(diào)查的誤差，由于石灰生產(chǎn)受工況、原料品質(zhì)等多方面影響而企業(yè)普遍采用以日產(chǎn)量為一批量的機(jī)械抽樣法抽樣，導(dǎo)致樣品中氧化鈣、氧化鎂含量不能準(zhǔn)確的代表實(shí)際產(chǎn)品中二者的含量；二是來(lái)自于企業(yè)進(jìn)行化學(xué)分析的誤差，雖然化學(xué)分析的方法已經(jīng)十分精確，但仍有系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的存在，也會(huì)使測(cè)量值與實(shí)際值產(chǎn)生一點(diǎn)的偏差。

3.2 碳市場(chǎng)碳價(jià)情況分析

碳市場(chǎng)概念引入中國(guó)的時(shí)間不長(zhǎng)，天津作為試點(diǎn)省市一直處于摸索階段，碳市場(chǎng)管理、配額分配制度都不完善，導(dǎo)致碳市場(chǎng)目前處于一個(gè)低迷的階段，市場(chǎng)活躍度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到理想水平，因此碳價(jià)也未能達(dá)到理想值。如今，國(guó)家通過(guò)將前幾年各個(gè)試點(diǎn)省市出現(xiàn)的問(wèn)題匯總，逐漸建立了較為完善的碳市場(chǎng)體系并于2017年開(kāi)啟全國(guó)碳市場(chǎng)，根據(jù)國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)氣候司的預(yù)測(cè)，全國(guó)碳價(jià)的理想值應(yīng)在300元/tCO2，與當(dāng)前碳市場(chǎng)的碳價(jià)差異巨大。假設(shè)研究企業(yè)石灰自產(chǎn)總成本與外購(gòu)費(fèi)用相等，均為450元/tCaO，石灰自產(chǎn)成本CP為327元/tCaO，石灰生產(chǎn)排放因子值EFco2為0.686，石灰CaO的產(chǎn)量Ycao為1，根據(jù)公式（8）反推碳價(jià)UCC為179.3元/tCO2。不同碳價(jià)下研究對(duì)象石灰自產(chǎn)總成本與石灰外購(gòu)費(fèi)用對(duì)比圖如圖1所示。

圖1 不同碳價(jià)下研究對(duì)象石灰自產(chǎn)總成本與石灰外購(gòu)費(fèi)用對(duì)比圖

通過(guò)圖1可以看出，當(dāng)按照當(dāng)前市場(chǎng)碳價(jià)15元/tCO2，低于179.3元/tCO2時(shí)，該研究企業(yè)自產(chǎn)石灰明顯外購(gòu)石灰更為經(jīng)濟(jì)；當(dāng)碳價(jià)達(dá)到179.3元/tCO2時(shí)，該研究企業(yè)自產(chǎn)石灰與外購(gòu)石灰基本持平；當(dāng)碳價(jià)達(dá)到理想值即300元/tCO2，高于179.3元/tCO2時(shí)，該研究企業(yè)自產(chǎn)石灰的價(jià)格遠(yuǎn)高于外購(gòu)石灰的價(jià)格。

結(jié)語(yǔ)

《中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》規(guī)定鋼鐵行業(yè)自產(chǎn)石灰部分碳排放屬于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放計(jì)入企業(yè)排放總量中，意味著鋼鐵企業(yè)自產(chǎn)石灰的成本隨之增加，在碳市場(chǎng)下，可根據(jù)碳價(jià)調(diào)整鋼鐵企業(yè)的石灰獲取方式，對(duì)于該研究企業(yè)而言，目前的碳價(jià)水平下，企業(yè)自產(chǎn)石灰生產(chǎn)鋼鐵更為經(jīng)濟(jì)；當(dāng)碳價(jià)高于179.3元/tCO2時(shí)，該企業(yè)可以通過(guò)外購(gòu)石灰代替自產(chǎn)來(lái)降低成本。同時(shí)，隨著碳市場(chǎng)的推廣以及減排技術(shù)的增強(qiáng)，該研究企業(yè)也可通過(guò)新增減排設(shè)施或采用一些碳市場(chǎng)的操作手法而減小碳價(jià)波動(dòng)產(chǎn)生的影響。經(jīng)對(duì)碳控排背景下石灰成本計(jì)算、比較和分析可以看出，碳價(jià)的漲幅對(duì)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著直接的影響，所以對(duì)于碳市場(chǎng)這一新生事物的應(yīng)對(duì)必將是鋼鐵企業(yè)乃至所有高碳排放企業(yè)為保證效益而深入考慮的問(wèn)題。

[1]張春霞,上官方欽,胡長(zhǎng)慶,等.鋼鐵流程結(jié)構(gòu)及對(duì)CO2排放的影響[J].鋼鐵,2010,45(5)：1-6.

[2]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).省級(jí)碳清單編制指南(試行)[R].國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì),2011.