無錫鋼鐵行業(yè)碳排放核算實例研究

□ 張 濤 王言川 王 楠

鋼鐵行業(yè)，在生產(chǎn)過程中能源鏈條長，碳排放源復(fù)雜，核算難度大，在主要工業(yè)門類中具有典型意義。本文通過調(diào)研近年來無錫市鋼鐵企業(yè)，實證研究無錫鋼鐵行業(yè)碳排放核算方法和路徑，探討鋼鐵行業(yè)的低碳發(fā)展策略，助力全社會順利完成“雙碳”目標(biāo)任務(wù)。

| 無錫鋼鐵行業(yè)基本概況

截至2023 年上半年，無錫共有鋼鐵行業(yè)企業(yè)378 家，其中4家有生鐵產(chǎn)出，6 家有粗鋼產(chǎn)出，183 家有鋼材產(chǎn)出，其他多為鋼壓延加工企業(yè)。鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中需要消費原煤、焦炭、天然氣等化石能源，并大量使用石灰石、白云石等含碳熔劑，成為能耗集中、碳排放密集的行業(yè)方陣。

| 碳排放核算方法比較研究

鋼鐵行業(yè)作為工業(yè)領(lǐng)域碳排放重要源頭，厘清統(tǒng)計邊界，科學(xué)實施碳排放核算，將對我國實行“雙碳”目標(biāo)任務(wù)起到重要推動作用。下文將介紹當(dāng)前國內(nèi)外不同機(jī)構(gòu)和組織針對鋼鐵行業(yè)采用的碳排放核算主要方法，并進(jìn)行比較分析。

（一）國外鋼鐵行業(yè)碳排放計算方式

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）、國際鋼鐵協(xié)會（WSA）等國際組織早已開展鋼鐵行業(yè)溫室氣體排放的研究，并提出了各自的碳排放計算方法。

1.IPCC 指南及碳排放核算方法。IPCC 給出了碳排放核算的基本方程：排放量=活動水平×排放因子。活動水平表示導(dǎo)致溫室氣體排放或消費活動的活動量，如化石燃料的消耗量，石灰石原料的消耗量、凈購入電力等；排放因子表征單位生產(chǎn)或消費活動量的溫室氣體排放系數(shù)，與活動水平相對應(yīng)。對于鋼鐵行業(yè)來說，主要核算化石燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放。排放因子可直接采用IPCC 等機(jī)構(gòu)給出的已知數(shù)據(jù)，也可根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)來推算。

2.WSA 碳排放核算方法。國際鋼協(xié)給出了一種基于碳平衡的計算方法。鋼鐵行業(yè)各工序碳排放主要分為直接排放量、間接排放量以及碳排放抵扣。其中，直接排放量是指企業(yè)自身化石燃料和熔劑等消耗所產(chǎn)生的CO2排放；間接排放是指雖本身不含碳元素但在生產(chǎn)過程中消耗含碳能源時所產(chǎn)生的碳排放，如外購電力時計算其CO2排放即為間接排放；碳排放抵扣包括副產(chǎn)品在外部回收再利用的抵扣，可按下述公式計算：

式（1）中，Pi為第i 道工序的鋼比系數(shù)，Ei為第i 道工序的碳排放量，可按下述公式計算：

式（2）中，Cin和Cout分別為碳載體的輸入流和輸出流，F(xiàn)i為對應(yīng)物料的碳排放因子。

（二）我國鋼鐵企業(yè)碳排放計算方法

《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（試行）》等文件規(guī)定，鋼鐵行業(yè)碳排放主要來源于凈消耗的化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放、在生產(chǎn)過程中由其他外購含碳原料（如電極、生鐵、鐵合金、直接還原鐵等）和熔劑的分解和氧化產(chǎn)生的CO2排放、企業(yè)凈購入電力和凈購入熱力（如蒸汽）隱含產(chǎn)生的CO2排放，扣除少部分固化在企業(yè)生產(chǎn)的生鐵、粗鋼等外銷產(chǎn)品中及固化在以副產(chǎn)煤氣為原料生產(chǎn)的甲醇等固碳產(chǎn)品中的碳，其計算公式為：

（三）主要核算方法及核算邊界比較分析

上文國外兩種核算方法相比而言，WSA 的排放因子考慮了上下游的碳排放，涵蓋材料和燃料的直接和間接排放系數(shù)，而IPCC 僅考慮化石燃料的燃燒碳排放，因此其排放因子會小于WSA 的排放因子。WSA 方法和我國鋼鐵企業(yè)所采用的碳排放計算方法的主要差異為：從核算方法來看，WSA 方法基于生命周期法，考慮產(chǎn)品工序?qū)用娴妮斎牒洼敵?，我國鋼鐵企業(yè)碳排放計算方法是基于企業(yè)層面物料、能源的投入與產(chǎn)出；從排放因子來說，WSA 所確定的排放因子基于全世界160多家企業(yè)的排放因子加權(quán)值，我國所采用的排放因子結(jié)合國內(nèi)生產(chǎn)情況來確定。因此，基于企業(yè)層面的“黑箱法”更為簡單明了，無需考慮碳素流在企業(yè)內(nèi)部的循環(huán)，更適合在統(tǒng)計工作中施行，本文將采用《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（試行）》中給出的碳排放計算方法。

| 無錫鋼鐵企業(yè)碳排放核算實例

（一）樣本鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程碳排放情況

調(diào)研選取某家具有代表性的鋼鐵企業(yè)作為樣本。該企業(yè)鋼鐵生產(chǎn)過程有以下特點：①煉鐵的主要原料為燒結(jié)礦和球團(tuán)礦，以石灰石作為熔劑，焦炭作燃料。②煉鋼過程中，以高爐鐵水及少量廢鋼為原料，以石灰石、白云石等為熔劑。③企業(yè)碳排放主要來自以下排放源：煤炭、焦炭、液化石油氣、柴油五類化石燃料燃燒；石灰石、白云石兩類熔劑高溫分解；電極消耗；企業(yè)外購鉻鐵合金、硅錳合金、硅鐵合金三類含碳原料；凈購入電力隱含碳排放。

1.化石燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放（表1）。

表1 樣本企業(yè)化石燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放（單位：萬噸、吉焦/噸、噸/吉焦、%、萬噸）

2.生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放。生產(chǎn)過程CO2排放主要來源于熔劑高溫分解和外購含碳原料（含電極）（表2）。

表2 樣本企業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放（單位：萬噸、噸/噸、萬噸）

3.凈購入使用的電力、熱力產(chǎn)生的排放。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，該企業(yè)設(shè)有余熱余壓回收裝置，回收熱空氣進(jìn)行原料烘干，利用余熱余壓進(jìn)行發(fā)電，故企業(yè)無外購熱力，凈購入電力隱含碳排放見表3。

表3 樣本企業(yè)凈購入使用的電力碳排放（單位：兆瓦時、噸/兆瓦時、萬噸）

4.固碳產(chǎn)品隱含的碳排放。根據(jù)廠內(nèi)實際情況，固碳產(chǎn)品隱含排放包括的物料僅為粗鋼（表4）。

表4 樣本企業(yè)固碳產(chǎn)品隱含的碳排放（單位：萬噸、噸/噸、萬噸）

根據(jù)計算方法，企業(yè)年度碳排放總量為221.81 萬噸，同年粗鋼產(chǎn)量143.59 萬噸，萬噸鋼CO2排放量為1.54 萬噸。

（二）近年無錫鋼鐵企業(yè)整體碳排放情況

表5 給出了無錫市2018—2021 年煉鋼企業(yè)的碳排放總量和粗鋼總產(chǎn)量，其中各大鋼鐵企業(yè)的碳排放核算方法和樣本企業(yè)基本一致。結(jié)果表明，全市鋼鐵企業(yè)噸鋼CO2排放量有一定程度的波動但整體情況向好，2021 年噸鋼碳排放量和2018 年相比減少0.04噸，但是距離實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和所需的凈零排放標(biāo)準(zhǔn)依然有較大的差距，鋼鐵企業(yè)節(jié)能降碳工作仍任重道遠(yuǎn)。

| 鋼鐵行業(yè)低碳化發(fā)展的SWOT分析

SWOT 分析法是對特定目標(biāo)行業(yè)或者群體在外部環(huán)境和內(nèi)部資源條件下進(jìn)行定性分析，從而將自身戰(zhàn)略與內(nèi)部資源、外部行業(yè)有機(jī)結(jié)合起來的一種科學(xué)的分析方法。

（一）優(yōu)勢

1.加強能源管理，綠色發(fā)展基礎(chǔ)良好?！笆濉币詠恚瑹o錫鋼鐵企業(yè)高度重視企業(yè)社會責(zé)任，加大節(jié)能減排資金投入，加強能源管理，嚴(yán)格貫徹執(zhí)行國家節(jié)能法律法規(guī)和江蘇省節(jié)能管理條例，積極開展能源審計和清潔生產(chǎn)審核，為綠色發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。以鋼鐵行業(yè)二次能源回收利用量為例，2022 年，有能源指標(biāo)統(tǒng)計的鋼鐵企業(yè)回收利用高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣152.85 億立方米，比2018 年增長33.9%；回收利用余熱余壓514.06萬吉焦，比2018 年增長61.5%。

2.注重綠色轉(zhuǎn)型，改造項目進(jìn)展喜人?！半p碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，鋼鐵行業(yè)充分意識到綠色轉(zhuǎn)型的重要性和緊迫性，積極做好各項節(jié)能環(huán)保工作，開展各類改造項目，如安裝高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（TRT），進(jìn)行節(jié)能機(jī)組改造、超低排放改造、廢鋼料場無組織噴霧抑塵改造等。鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)得到綠色發(fā)展，成為綠色鋼鐵的引擎動力。

（二）劣勢

1.生產(chǎn)工藝相對固定，產(chǎn)業(yè)調(diào)整難度大。無錫全市產(chǎn)出的粗鋼中，75%以上都來自以鐵礦石、焦炭等為原料的高爐—轉(zhuǎn)爐長流程生產(chǎn)工藝的鋼鐵企業(yè)，需要消耗大量的化石能源，直接碳排放量較高，而短流程生產(chǎn)工藝成本較高，不具備市場優(yōu)勢，加大了產(chǎn)業(yè)調(diào)整的難度。

2.生產(chǎn)品種單一，高端產(chǎn)能不足。在受研的主要鋼鐵企業(yè)中，除了興澄特鋼外，其他鋼鐵企業(yè)都以生產(chǎn)普通鋼鐵為主，大部分企業(yè)主業(yè)是鋼壓延加工，通過熱軋、冷軋等工序?qū)︿撆鬟M(jìn)行加工，生產(chǎn)鋼筋、棒材這類附加值較低的產(chǎn)品，雖然生產(chǎn)技術(shù)相對成熟，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、同質(zhì)化競爭嚴(yán)重。產(chǎn)品無法滿足多元化市場需求，削弱了鋼鐵企業(yè)競爭力，阻礙其綠色轉(zhuǎn)型。

（三）機(jī)會

1.政策引領(lǐng)，助推鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展。目前，各級政府對鋼鐵企業(yè)的環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，圍繞綠色低碳發(fā)展、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增強創(chuàng)新驅(qū)動等方面出臺了相關(guān)政策，如《江蘇省高耗能行業(yè)重點領(lǐng)域節(jié)能降碳技術(shù)改造總體實施方案》《無錫市“十四五”時期“無廢城市”建設(shè)實施方案》等。通過政策引領(lǐng)，能夠調(diào)動企業(yè)的節(jié)能環(huán)保積極性，在綠色發(fā)展上形成良性循環(huán)。

2.創(chuàng)新驅(qū)動，核心技術(shù)日趨成熟。鋼鐵行業(yè)要實現(xiàn)數(shù)量增長到質(zhì)量提高的轉(zhuǎn)變，發(fā)展低碳冶煉技術(shù)是必由之路。在數(shù)字化浪潮下，鋼鐵行業(yè)也積極擁抱數(shù)字技術(shù)，開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型，努力提高關(guān)鍵工序數(shù)控化比率，提升生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化水平，致力打造智能鋼鐵工廠，為鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

（四）威脅

1.清潔制造受限，可再生能源使用比例低?！稛o錫市“十四五”時期“無廢城市”建設(shè)實施方案》中指出，要加大能源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，嚴(yán)格控制煤炭消費總量，大力推進(jìn)“煤改氣”，加快推進(jìn)整縣屋頂分布式光伏開發(fā)試點，逐步提高可再生能源使用比例。對于鋼鐵企業(yè)來說，如徹底煤改氣，能源成本比較高，大部分中小型鋼鐵企業(yè)暫不具備建立光伏發(fā)電站的成熟條件。

2.成本壓力上行，節(jié)能資金緊張。企業(yè)的成本主要由原材料、燃料、人工、運輸費等構(gòu)成。經(jīng)調(diào)研，企業(yè)的成本近幾年提升明顯。2022年，原煤價格同比增長15.4%，天然氣價格同比增長29.3%，鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)成本不斷上升，利潤空間收窄，壓縮了用于節(jié)能技改資金投入。

| 鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展策略

根據(jù)SWOT 分析法，通過條件的矩陣組合，初步探索無錫鋼鐵行業(yè)的低碳發(fā)展方法路徑。

（一）加強頂層規(guī)劃，重視低碳發(fā)展趨勢

一方面，政府要推動綠色布局，統(tǒng)籌規(guī)劃，完善制度建設(shè)和政策體系，努力把全市鋼鐵行業(yè)發(fā)展成資源節(jié)約、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)新活力強、經(jīng)濟(jì)效益好、具有較強國際競爭力的綠色行業(yè)。另一方面，鋼鐵企業(yè)自身應(yīng)充分認(rèn)識碳達(dá)峰和碳中和對企業(yè)經(jīng)營的深遠(yuǎn)影響，將降低碳排放工作提升到企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略高度，開展前瞻性研究，積極主動應(yīng)對碳排放的新趨勢。

（二）用好前沿技術(shù)，實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動

加快技術(shù)推動是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，要不斷推進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展，加大研發(fā)投入，破解技術(shù)難題。一是加快突破性低碳技術(shù)的研究與應(yīng)用，如氫冶煉工藝、超低CO2煉鋼技術(shù)，高爐水渣余熱資源回收利用技術(shù)等；二是實現(xiàn)技術(shù)性節(jié)能減排，通過采用干式除塵等節(jié)水工藝技術(shù)、改進(jìn)除塵設(shè)施等方式，降低廢水廢氣的排放；三是開發(fā)高效綠色生產(chǎn)工藝技術(shù)，增加高附加值產(chǎn)品的比重，提高企業(yè)市場競爭力，通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型升級。

（三）推動整合集聚，構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈

發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，有助于解決鋼鐵企業(yè)受到資源制約的瓶頸，有效提升企業(yè)資源的整體利用效率，適當(dāng)降低鋼鐵生產(chǎn)成本，轉(zhuǎn)化經(jīng)濟(jì)增長方式，推動企業(yè)實現(xiàn)快速、健康、持續(xù)發(fā)展，推動鋼鐵企業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整以及產(chǎn)業(yè)升級。應(yīng)推進(jìn)區(qū)域內(nèi)部能源整合，推進(jìn)鋼鐵企業(yè)固廢資源化利用，推動鋼化聯(lián)產(chǎn)，在更長的產(chǎn)業(yè)鏈條上實現(xiàn)CO2的收集利用，在保留化石能源使用的前提下實現(xiàn)碳凈零排放。