中国水泥行业节能减排潜力和成本分析要求

摘要 全球水泥的温室气体排放约占人类活动排放的5％，其中中国的水泥产量就占到世界总量的50%，连续25年居世界第一位，2010年中国水泥总产量达到18.8亿t。水泥行业是我国排放和耗能的大户，其产业特点是总体产量高，企业平均规模小、技术水平低和产品结构落后，因而，水泥行业节能减排行动是我国应对气候变化的重要措施和基本内容，也是实现我国水泥工业可持续发展的重要保证。本文通过大量的实地调研和数据收集，在识别了18种水泥行业节能减排的典型技术基础上，以日产5 000 t的生产线作为基准，通过边际减排成本的测算，定量分析了我国水泥行业节能减排技术的减排潜力和成本，并最终得到这些技术的边际减排成本曲线，按照减排成本由低到高的排序，主要的减排技术分为能源利用效率、替代能源、混合水泥和CCS技术。最后通过分析我国水泥行业节能减排的技术现状及相关的政策障碍，给出了相应的应对措施和政策建议。
关键词 水泥行业；节能减排；最佳可获得技术
A 文章编号 1002-2104(2012)08-0016-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.201

2.08.003

中国应对气候变化与经济发展陷入了“国际压力陡然增大”和“国内经济发展现实”的矛盾。一方面中国已经向国际社会做出公开承诺：到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%-45%，另一方面中国工业化、城市化进程中，现代化基础设施还需要一定时期的积累过程，我国国内经济发展还需要一定的爬坡期，相应的能源消耗和温室气体的排放还会快速增加。2010年中国的能源消耗为32.5亿t标准煤，约占世界总量的20%，预计到2020年的能源消耗将达到45-48亿t标准煤［1-2］。水泥生产过程会带来一定的温室气体的排放，约占全球人类活动排放的5％。模型估计显示2050年世界水泥产量将达到36.9亿t，高情景显示2050年产量有可能达到44亿t。全球水泥生产从2000年到2006年增长了54％，同期的排放量从

5.6亿t，增加到18.8亿t［3］。

水泥行业是中国的传统基础工业，也是国民经济的重要支柱产业之一。统计数据显示到2010年我国水泥产量已突破18.8亿t，连续25年总产量位居世界第一，年产量超过世界的50%。根据初步测算，2009年水泥部门的能源消耗量约为1.53亿t标准煤，约占当年能源消耗量的5%［4］，对于中国未来水泥产量的预测，建筑材料工业技术情报研究所［5］对中国未来水泥产量有一个深入的研究，结果显示我国水泥产量将在2020年左右达到峰值，三种不同情景下分别为14.91亿t、18.42亿t和21.84亿t，之后逐步回落，到2030年分别为8.50亿t、11.43亿t和15.99亿t。同时水泥行业节能减排也列入了国家重点关注的行业。千家企业节能行动实施方案水泥企业是重点之一；重点耗能行业能效对标活动水泥行业名列其中；“十一五”十大重点节能工程“水泥余热发电”占据其一，26种高耗能产品能耗限额标准中，水泥榜上有名等。这些情况一方面说明了水泥行业未来仍将是耗能大户，另一方面也表明了水泥行业节能潜力很大。本文通过大量的实地调研和数据收集，在识别了18种水泥行业节能减排的典型技术基础上，以日产5 000 t的生产线作为基准，通过边际减排成本的测算，定量分析了水泥部门的减排潜力和减排成本，并给出技术发展的政策建议。

1 中国水泥企业技术水平和能效概况

目前，中国每t水泥生产的平均热耗和平均电耗分别比国际先进水平高出15%和10%。据统计，2009年中国水泥产量突破16.48亿t，当年的燃料、电力消耗达到1.86亿t和1 376亿kW?h时［4］，为全社会煤炭消耗量的6.62％、电力消耗量的4％，水泥生产的温室气体排放总量达10亿t， 占全国工业部门温室气体排放总量的17.85％以上。可见，水泥工业的节能减排对我国工业整体节能减排工作有着举足轻重的作用。
我国水泥企业众多，技术差异较大，既有一批工艺落后、设备陈旧、能耗高的立窑生产线，其产能比重已经由2003的72％降低到2005年的55％；还有技术先进的新型干法水泥技术，大大提高了热效率，生产具有优质、高效、低耗、环保的优点。新型干法水泥产量比重2003年仅为20%，2005年提高到40%，2007年55%，2009年达7

2.7%(见图1)。

与国际先进水平相比，我国水泥行业还具有一定的减排空间。
近年来通过逐步淘汰低能耗的长干法窑和湿法窑等，实现了可观的节能减排量。吨水泥综合能耗已经由2005年的129 kg标煤降低到2009年的104 kg，降低了20%（见图2）。

2 水泥生产节能减排的最佳可获得技术

随着科学技术的进步，水泥生产工艺技术也得到了长足的发展，并从最早期间隔式生产的土立窑发展成为目前广泛采用的新型干法预分解窑，实现了水泥的连续生产，窑炉单机产量也从10 t/d增加到5 000 t/d以上，更为显著的是水泥生产能耗也大大降低。水泥生产工艺技术的进步包括窑炉工艺、粉磨工艺及过程优化等几个重要方面，并且贯穿原料矿山开采、生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨等生产工艺全过程。
最佳可获得技术是指最有效、最先进、最节能的工艺技术和装备水平，并且可以进行实际应用；通过最佳可获得技术的应用，可以获得显著的经济效益和环境效益。最佳可获得技术有三个方面的内容：一是技术的综合性，包括技术本身、技术的设计、安装、维护及运行；二是技术的可获得性，即在工业生产中可获得实际的、经济的运行；三是技术的最佳，即该技术的应用可以取得最好的经济和环境效益。
水泥工业最佳可获得

源于：论文大纲www.udooo.com

技术具有技术的综合性、可获得性和最好的应用效果。为更好地进行水泥工业节能减排潜力的分析，本文对水泥工业最佳可获得技术进行了归纳和总结，得到了以下18种典型水泥节能减排技术，见表2。3 中国水泥企业减排潜力和减排成本分析
为了能较为全面地分析我国水泥企业的减排潜力和减排成本，本文选取了上述18个典型的、具有节能减排效果的技术进行分析，以下分析均以日产5000 t的生产线作为基准。

3.1 边际减排成本的计算方法

基于上述18个典型技术的实际运行效果，本研究对每个技术都搜集计算了其全生命周期内的相关参数。在以下的模型计算中，其基本参数的检测设如下：
（1）贷款利率/折现率为12%；
（2）水泥生产线为5 000 t 熟料/日；
（3）年生产时间为300日；
（4）熟料年生产量为1 500 000 t；
（5）标煤排放因子为

2.6 tCO2/tce；

（6）电力排放因子为0.770 7 tCO2/MWh；
（7）标准煤单价为1 000元/t；
（8）水泥企业用电为0.55元/kWh。
另外，本文在计算年化单位成本时采用的计算公式为：
M=C×d1-1(1+d)n
其中：M为年化单位成本，C为单位投资成本，d为折现率/贷款利率，n为该技术的使用寿命。
基于以上的模型和检测设，即可计算出该技术的年总成本增量和年总减排量，本文定义的减排成本如下：
减排成本＝（使用减排技术后的所有成本）－（基准情景的所有成本）/（基准情景的排放量）－（使用减排技术后的排放量）＝（使用减排技术后的成本增量）/使用减排技术后的减排量）
18项水泥节能减排技术的减排效益和经济效益结果如表3所示。
从表3中不难看出，从减排潜力的角度来看，潜力最大的是碳捕捉与封存技术（CCS），每生产1 t熟料可以减排
将近1 tCO2；从经济效益上来看，成本节约最多的是纯低温余热发电技术，达12.52元/t熟料，而碳捕捉与封存技术在经济效益上则排名最后。本研究中将减排量和经济效益两项结合的指标，就是上文提到的减排成本。

3.2 边际减排成本曲线

为了能够更好更直观地体现水泥节能技术的减排潜力和减排成本，本文采用了边际减排成本曲线作为分析的工具。
边际减排成本曲线（MACC）是评估在特定时间内，一系列减排措施相对于排放基准线减排水平的一种表示方法。它体现的是每个减排措施实现的减排量和减排每tCO2所要付出的成本之间的关系。图3是据上述模型计算得到的18种技术的边际减排成本曲线：其中，图中的技术编号是按照减排成本由低到高进行排列的，对应技术如表3所示。

3.3 边际减排成本的分析

通过边际减排成本曲线，可以清楚地看到水泥行业节能减排技术的选择依据。总体来讲，可以通过不同技术在图中的位置分为三类：第一类是明显位于横轴下方的负成本的技术，即成本有效的技术；第二类是在横轴附近，属于零成本

源于：查抄袭率本科论文www.udooo.com

的技术，即通过较小（近似于0）的成本就可以实现节能减排；最后一类是位于横轴上方，是正成本的技术，即节能减排需要付出额外的成本方可实现的技术。
从图1中，可以看到，前13个技术是明显位于横轴下方，说明该13项技术在减排的同时还能节约成本，即是成本有效的减排技术。在这13项技术中，减排成本最低（即减排单位CO2所节省的成本最多）的一项技术是矿山优化开采，减少1 tCO2排放的同时能够节约1 522元成本，是一种极具投资吸引力的技术。同样新型窑尾钢丝胶带提升机（每tCO2减排产生效益777元）、生料立磨粉磨技术（每tCO2减排产生效益613元）、生料辊压机粉磨技术
（每tCO2减排产生效益550元）和矿石输送拖动发电系统（每tCO2减排产生效益505元）等也是有非常可观投资回报的减排技术。
从减排量来看，减排潜力最大的四种技术是水泥生产的碳捕集与封存（CCS）、能耗在线检测和分析管理系统、水泥生产替代燃料和纯低温余热发电技术。其中CCS虽然是最具减排潜力的技术，但是其处在边际减排成本的正成本区（横轴上方），需要支付额外成本才能达到减排量的技术，而非属于在节能减排的同时还能降低成本的技术，并且前期投资巨大，运行维护成本高，不属于近期优先考虑的技术，不过在长期则具有良好的前景。能耗在线检测和分析管理系统处在边际减排成本曲线的零成本区（即
横轴附近），其减排潜力仅次于CCS，属于中期发展需要重点关注的技术。而水泥生产替代燃料和纯低温余热发电技术则位于在横轴下方，属于在节能减排的同时还能降低成本的技术，是近期应当高度关注和推广的技术。实际上，也是近几年来发展的重点之一。

4 结论和建议

基于本文分析，可以按照节能减排技术的性质将其分成四大类：节能与提高能效技术、能量回收利用技术、替代燃料和替代原料使用技术以及碳捕集与封存技术（CCS）。
（1）本文提及的11种节能与提高能效技术均是成本有效的，但是对于中小水泥企业来说，一次性的大额资本支出对其财务是巨大的考验，因此必要的财政补贴是最直接有效的手段。如目前，国家已经对购写使用高效电机加大了财政补贴力度，对低压高效电机根据功率档次每千瓦分别补贴58元和31元，对高压高效电机每千瓦补贴26元。同时全面开展能效对标活动，继续加大升级淘汰力度，作为一个长期工作持续高效执行下去。对于中小企业的节能减排技改项目在政策上给予特殊的支持，如提供低息贷款，降低税收等；对于大型企业政府要加大监督力度，同时适当设置节能减排行政指标。
（2）回收熟料生产过程中的余热，无论是用来供热或发电都是非常现实又节能的措施，但是由于并网难和收费高，使得余热发电技术会遇到实施障碍，需要更多利用市场手段而非行政命令进行推广，其中补贴和贷款政策具有较强的操作性。典型可行的有降低税负水平（例如增值税税率的优惠），给予余热发电优惠电价（差别电价），简化政府贷款（低息/贴息贷款）程序和降低门槛。此外，还可以通过建立节能专项资金为节能企业提供补贴，以山东省为例，补贴的标准为每节约1 t标煤给予200元的补贴，若按照山东省2010年产业规划目标，即达到60％的余热发电推广度，则需要财政提供3.1亿元资金的支持，这仅占2006年山东省财政收入的0.17％，具有一定可行性。

中国论文中心www.udooo.com

源于：论文参考文献www.udooo.com