书名：碳达峰碳中和目标约束下重点行业的煤炭消费总量控制路线图研究
作者：曹东、张静、薛英岚、赵静、张鸿宇
ISBN：978-7-5111-5439-2
出版社：中国环境出版集团
出版日期：2023.02
2019年,我国电力、钢铁、水泥、煤化工四大重点行业煤炭消费总量为24.1亿t标准煤当量(tce),占全国煤炭消费总量的86%。其中,电力行业煤炭消费占比最大,达到54%;然后依次是钢铁、水泥和煤化工行业①,占比分别达到17%、9%和 6%。2019年,四大行业排放二氧化碳77.6亿t(含过程排放,下同),约占全国二氧化碳排放总量的72%,其中,电力、钢铁、水泥和煤化工行业占比分别为42%、14%、12%和4%。加上净购入电力的间接排放,钢铁、水泥和煤化工行业碳排放量分别占全国二氧化碳排放总量的15%、12%和5%。因此,开展“双碳”背景下的重点行业煤炭控制策略研究,对于推进实现国家“碳达峰碳中和”目标、推动行业生产方式与能源结构绿色转型具有重要意义。本书采用自主开发的碳排放-能源集成模型(Integrated Carbon and Energy Model,iCEM),在“双碳”目标约束下,考虑到控煤降碳措施力度不同,从小到大依次设置基准、政策、强化三个情景,提出了电力、钢铁、水泥和煤化工四大重点耗煤行业的控煤降碳目标及不同阶段路线图,并开展了控煤降碳的社会影响、经济影响和环境影响分析。一、电力、钢铁、水泥和煤化工四大重点行业煤炭消费总体将于2025年达峰,峰值为24.9亿tce综合考虑目标可达性、措施可行性和投入经济性,本研究采用政策情景作为推荐情景。在推荐情景下,四大重点行业总体的煤炭消费量将在2025年达到峰值,峰值为24.9亿tce,达峰前后有5～6年的平台期;碳排放将于同年达峰,峰值为80.1亿t。具体到分行业层面,钢铁行业煤炭消费量极有可能已于2020年达峰,水泥行业可能在2021年达峰,煤化工行业将于2024年达峰,而受电力需求增长驱动,电力行业将在2028年达峰(图1)。钢铁、煤化工行业碳排放与煤炭消费量同年达峰,电力、水泥行业碳排放分别于2029年和2022年达峰。二、四大重点行业实现煤炭消费达峰需要从能源结构调整、产业结构优化、节能技术改造和资源循环利用四类措施入手。在推荐情景下,未来15年总投入资金(以2020年为基准)将达到19.6万亿元,年均可带动GDP增长3 627亿元,并实现大气污染物的协同减排大力推进清洁能源使用,加强行业产能调控与结构调整,推广能效提升技术和加快循环体系构建是四大行业减少煤炭消费量的有效措施。相较基准情景,政策情景在2021—2035年减少煤炭消费9.2%。其中,产品产量减少带动煤炭消费减少约占17%;能源结构调整、产业结构优化、节能技术改造、资源循环利用四项措施带来的减煤贡献率分别为54%、13%、10%、6%;分行业贡献率来看,电力、钢铁、水泥、煤化工减煤贡献率分别为50%、33%、3%、14%(图2)。为了推动四大行业煤炭消费尽早达峰,累计需要在2021—2035年投资19.6万亿元,年均投资约1.3万亿元,其中90%以上为电力行业的投资。投资将刺激经济高质量增长,带动GDP年均增长3 627亿元。四大行业煤炭消费控制还将带来显著的环境效益,二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM)等大气污染物年均分别协同减排29万t、65万t和10万t。分行业来看,钢铁和电力为年均协同减排量最多的行业,尤其是钢铁行业,对NOx和PM的协同减排量远高于其他行业(图3)。三、电力行业煤炭消费将在2028年达峰,峰值为16.3亿tce;大力发展风电和太阳能发电是电力行业减少煤炭消费最有效的措施随着经济结构调整,电力需求增速趋缓。未来工业部门、居民生活、5G基站和大数据中心等将是我国电力增长的主要推动因素。基于电力需求预测,综合考虑电源结构优化和技术进步等措施,以及发电标准煤耗的变化、热电联产供热增加的耗煤量,我国电力行业煤炭消费量将于2028年达峰,峰值为16.3亿tce(24.6亿t原煤)。由于天然气发电还有一定增长,电力行业碳排放将于2029年达峰,峰值为50.0 亿 t。政策情景相较基准情景,在2021—2035年累计减煤7.0%。提高太阳能装机、提高气电装机、提高风电装机、加强煤电节能改造和提高生物质能装机等措施将分别贡献约 43%、19%、16%、14%和 8%(图 4)。四、钢铁行业煤炭消费受产量影响巨大,如未来严格控制粗钢产量,行业煤炭消费极有可能已于2020年达峰,峰值为4.6亿tce(含焦炭);推进全废钢电炉短流程是钢铁行业减少煤炭消费最有效的措施随着我国工业化和城镇化达到发达国家水平,结合国家对粗钢产量的管控政策导向,粗钢产量将在近年达到峰值,并在中远期呈下降趋势。综合考虑产量控制政策及推进电炉短流程炼钢和加大废钢利用等措施,我国钢铁行业煤炭消费量极有可能已于2020年达峰,峰值为4.6亿tce(含焦炭);碳排放于同年达峰,峰值为16.4亿t。政策情景相较基准情景,在2021—2035年累计减煤16.8%。其中,粗钢产量差异影响、推进电炉短流程、加大废钢利用、高炉炉料结构优化和节能技术改造的累计减煤贡献分别为48%、26%、17%、4%和5%(图5)。五、水泥行业煤炭消费可能在2021年达峰,峰值为1.8亿tce;能源结构调整是水泥行业控煤降碳的有效措施,需要积极推广水泥窑协同处置生活垃圾的应用我国已经进入典型的水泥消费峰值平台区,水泥熟料产量将在“十四五”期间达到消费和产量峰值。综合考虑水泥的需求变化、水泥窑协同处置生活垃圾、淘汰落后产能、产能置换、先进烧成技术改造、钢渣替代石灰石和二氧化碳捕获、利用与封存技术,水泥行业煤炭消费已在2021年达到峰值,峰值为1.8亿tce;碳排放在2022年达峰,峰值为13.7亿t。相较基准情景,政策情景在2021—2035年累计减煤5.2%,其中,产量减少、淘汰落后产能和产能置换、水泥窑协同处置生活垃圾、水泥窑节能技术改造和钢渣替代石灰石的累计减煤量分别占比约81%、8%、4%、4%和3%(图6)。六、煤化工行业煤炭消费将在2024年达峰,峰值为6.6亿tce(含煤焦化)。控制新型煤化工项目建设规模、挖掘原料替代的空间以及节能技术改造是减少煤化工行业煤炭消费的重要手段未来传统煤化工行业中,煤制焦炭随着粗钢产量下降,需求逐渐下降,煤制甲醇随着下游烯烃需求的增长而增长,煤制合成氨产量稳中有降;现代煤化工行业中,除煤制烯烃有较快发展外,煤制油、煤制天然气、煤制乙二醇增长缓慢。基于煤化工子产品需求变化,结合控煤降碳措施应用,煤化工行业煤炭消费量将于2024年达峰,峰值为6.6亿tce(9.3亿t原煤);碳排放将在2024年达峰,峰值为5.7亿t。相较基准情景,政策情景在2021—2035年累计减煤5.5%,其中,原料结构调整、产业结构调整、节能技术改造和燃料结构调整等措施的累计减煤量分别占总减煤量的54%、25%、13%和 8%(图 7)。七、为有效推动重点行业煤控路径关键举措的顺利落地,应采取积极有效的措施,全面加大政策创新,逐步形成系统完善的碳交易市场机制、绿色低碳标准体系、行业准入政策、价格财税及投融资机制等一是坚持节能优先战略,大力推广能效提升技术。加大现有机组的节能改造,积极推进高效、清洁火电技术研发,持续降低发电煤耗。加快重点行业节能改造,加大节能低碳技术的应用与创新,加快构建循环工业体系。二是大力推进清洁能源使用,统筹优化煤电布局,合理配置调峰机组,提高电力平衡支撑能力。优化钢铁、水泥、煤化工行业原燃料结构,研究建立基于企业低碳绩效水平的差别化电价机制,要求自备电厂全面承担公用电厂义务。三是强化源头降碳,深入推进钢铁行业供给侧结构性改革,提高水泥行业熟料落后产能和过剩产能淘汰标准,制定煤化工行业高碳/低碳产业或产品限制类和淘汰类名录,严格行业准入。四是全面强化物料循环回收利用体系建设,推动废钢资源回收利用,提高炼钢废钢比,综合利用钢渣、粉煤灰等固体废物开展水泥原料燃料替代,利用生活垃圾等替代水泥窑燃料。五是加大政策创新,完善产业结构调整政策、短流程置换长流程政策、水泥窑协同处置废弃物的保障政策,健全企业节能降耗奖惩机制,完善煤电退出和调峰的市场机制,推动建立“碳达峰碳中和”目标约束下的总量交易市场,完善重点行业低碳标准体系、价格财税及投融资机制等。“双碳”约束下重点行业煤炭总量控制路线图,如图8所示。