能源是發(fā)展國民經濟的重要物質基礎,合理利用能源、降低能源消耗是我國長期的戰(zhàn)略任務。實現(xiàn)2030年碳達峰、2060年碳中和,是國家推動生態(tài)文明建設和經濟高質量發(fā)展的重大戰(zhàn)略決策。2021年政府工作報告提出,今年單位國內生產總值能耗降低3%左右,“十四五”時期單位國內生產總值能耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%。
能源消耗與碳排放兩個指標經常被同時提及,但兩者之間具體有哪些關聯(lián)和差異,如何通過相關標準的制定將兩者更好地關聯(lián)起來,以實現(xiàn)節(jié)能降耗和碳減排目標的協(xié)調統(tǒng)一,這是值得研究的問題;特別是在“碳達峰、碳中和”目標背景下,更具有現(xiàn)實指導意義。針對溫室氣體排放,國家明確了8個重點行業(yè)及其18個子行業(yè),銅冶煉作為有色金屬行業(yè)的子行業(yè)之一,被列入其中。
《銅冶煉能耗核算與碳排放量核算差異性和相關性分析》一文(作者劉誠)結合中國恩菲目前圍繞有色行業(yè)的“雙碳”需求,開展的一系列節(jié)能減排技術研究,以銅冶煉行業(yè)為例,重點分析了銅冶煉能耗和碳排放的關系,并得出有益的建議供相關部門工作人員參考,助推行業(yè)綠色發(fā)展。
劉誠
作者:劉誠 教授級高級工程師,中國有色工程有限公司黨委副書記、中國恩菲工程技術有限公司董事、總經理、總工程師,兼任工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展評價中心主任、中國礦業(yè)信息化協(xié)同創(chuàng)新北京市工程研究中心主任、中國有色金屬學會創(chuàng)新發(fā)展工作委員會秘書處秘書長。劉誠先后榮獲全國有色金屬行業(yè)設計大師、2012年度全國建筑企業(yè)優(yōu)秀項目經理、2014年度優(yōu)秀高級職業(yè)經理人榮譽,獲得中國專利獎優(yōu)秀獎2項,中國有色金屬工業(yè)科技進步一等獎4項。作為專利主要發(fā)明人,“從含鎳鈷礦石生產鎳鈷的工藝”獲得2016年中國專利優(yōu)秀獎。該專利技術實現(xiàn)了技術性突破,獲得了工業(yè)化應用,填補了我國在紅土鎳礦濕法高壓酸浸技術工業(yè)化生產領域的空白,并奠定了我國在紅土鎳礦濕法冶金領域的國際引領地位。
核算方法
1銅冶煉綜合能耗核算
銅冶煉綜合能耗核算相關標準主要包括《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589-2020)和《銅冶煉企業(yè)單位產品能源消耗限額》(GB 21248-2014)。
核算范圍
能源種類:一次能源、二次能源和生產使用的耗能工質(包括新水、軟化水、壓縮空氣、氧氣、氮氣等)所消耗的能源(含用作原料的能源)。
核算邊界:主要包括生產系統(tǒng)、輔助生產系統(tǒng)和附屬生產系統(tǒng);不包括生活用能和批準的基建項目用能。
核算方法
企業(yè)實際消耗的燃料能源應以其低(位)發(fā)熱量為計算基礎,并折算為標準煤量,1千克標準煤(1 kgce)=29307.6千焦(kJ)。二次能源或耗能工質所消耗的各種能源應折算成一次能源的能量。按照不同折算方式,《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589-2020)明確了“當量值”和“等價值”兩個概念。其中,電力當量值系數(shù)為0.1229 kgce/kW·h,相當于效率100%時的轉化系數(shù),該值是固定不變的;電力等價值系數(shù)考慮了電廠的實際轉化效率,近些年隨著能源轉換效率的提高而減小,根據(jù)2020年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù),電廠供電標準煤耗即電力等價值系數(shù)為0.3055 kgce/kW·h,約是當量值系數(shù)的2.5倍?!躲~冶煉企業(yè)單位產品能源消耗限額》(GB 21248-2014)中明確指出,電力按當量值折算,其他二次能源及耗能工質均按相應能源等價值折算。
2銅冶煉碳排放核算
2013-2015年,國家發(fā)展和改革委員會先后分三批發(fā)布了24個行業(yè)企業(yè)的溫室氣體核算方法與報告指南。2015年11月,中國國家標準化管理委員會發(fā)布了《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則》(GB/T 32150-2015),對溫室氣體核算進行了統(tǒng)一規(guī)定。2015年7月,國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布了《其他有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》(以下簡稱《指南》),涉及了銅冶煉企業(yè)溫室氣體排放量核算和報告相關的術語、核算邊界、核算方法等內容。
核算范圍
溫室氣體種類:《指南》涉及的溫室氣體排放只包含二氧化碳(CO2)。
核算邊界:以企業(yè)法人或視同法人的獨立核算單位為邊界,包括主要生產系統(tǒng)、輔助生產系統(tǒng)以及直接為生產服務的附屬生產系統(tǒng),涉及燃料燃燒產生的排放、能源作為原材料用途的排放(冶金還原劑消耗)、工業(yè)生產過程排放(企業(yè)消耗的各種碳酸鹽以及草酸分解)以及企業(yè)購入電力、熱力產生的間接排放。
核算方法
碳排放量核算一般采用排放因子法,即活動水平數(shù)據(jù)與排放因子的乘積。為了進一步完善數(shù)據(jù),為配額分配提供支持,國家要求重點排放企業(yè)除按照《指南》規(guī)定核算碳排放量外,還需根據(jù)《全國碳排放權交易企業(yè)碳排放補充數(shù)據(jù)核算報告模板》(以下簡稱《補充數(shù)據(jù)》)的要求核算,并報告其他相關基礎數(shù)據(jù),包括產品產量、排放強度、不同生產工序CO2排放量等?!堆a充數(shù)據(jù)》與《指南》除了核算范圍不同外(圖1),主要是電力排放因子的差異:《補充數(shù)據(jù)》采用2015年全國電網(wǎng)平均排放因子0.6101 tCO2/MW·h(目前最新);《指南》依據(jù)國家發(fā)改委氣候司發(fā)布的2012年區(qū)域電網(wǎng)平均排放因子(目前最新)。由于采用全國電網(wǎng)平均值,《補充數(shù)據(jù)》消除了區(qū)域因素對碳排放核算的影響。
表1銅冶煉企業(yè)綜合能耗與碳排放量核算
差異性與相關性
1差異性分析
通過對比分析綜合能耗與碳排放量核算范圍,研究兩者的差異性。從核算邊界看,兩者基本一致,都包括主要生產系統(tǒng)、輔助生產系統(tǒng)和附屬生產系統(tǒng);但統(tǒng)計類別方面存在差異,見表2。
表2 綜合能耗與碳排放核算范圍差異
從《指南》碳排放核算范圍來看,其包含工業(yè)生產過程中的草酸、碳酸鹽分解,但不包含耗能工質?;阢~冶煉碳排放的結構特征,草酸、碳酸鹽分解所占比重非常小,不足5%,對綜合能耗與碳排放的換算關系影響不大;但是耗能工質影響較大,特別是銅冶煉過程中消耗的氧氣。根據(jù)測算,銅冶煉中氧氣對應的碳排放占比約25%。根據(jù)《指南》核算規(guī)定,如果氧氣為自產,則計入核算范圍;如氧氣為外購,則不計入核算范圍。這將導致兩種經營模式,綜合能耗基本相同,碳排放量卻存在很大差異。因此,目前的核算標準不利于行業(yè)碳排放的統(tǒng)計對標,也不利于推動行業(yè)企業(yè)實施碳減排。
2相關性分析
通過對比分析能耗與碳排放量核算公式,發(fā)現(xiàn)兩者之間呈近線性相關性。燃料燃燒碳排放量與能耗的比值為EFi(排放因子)×Qce(標煤的低位發(fā)熱量),電力排放量與能耗的比值為EF電(排放因子)/K電(折標煤系數(shù)),可見對于同一能源品種,碳排放量與能耗比值為常量,即兩者線性相關。我國銅冶煉碳排放中,95%以上來自于能源消費,且消費結構相對穩(wěn)定,由此可以推斷其碳排放和綜合能耗近線性相關。
根據(jù)《指南》所列的常用化石燃料相關參數(shù)的推薦值、2015年全國電力碳排放因子平均值、2015年全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值,計算出主要能源的碳排放與能耗比值見表3。計算出的平均比值碳排放/標煤能耗恰好為2.60 tCO2/tce,這與國家設定重點控排企業(yè)門檻“年度溫室氣體排放量達到2.6萬噸二氧化碳當量(綜合能源消費量約1萬噸標準煤)”的說法相對應。

??表3 主要能源消耗的碳排放系數(shù)與折標煤系數(shù)
案例分析
1典型工藝分析
基于國內常用的幾種銅冶煉工藝選取項目案例,對其綜合能耗和碳排放量進行估算和對比分析,結果見表4。不同的銅冶煉工藝,按同等口徑核算的碳排放量與綜合能耗比值差別不大。按《指南》范圍并基于全國電網(wǎng)排放因子核算的碳排放量E全國電網(wǎng)與按全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值核算的綜合能耗E等價值的比值基本維持在2.0左右。
?表4典型銅冶煉項目的能耗和碳排放
基于上述某案例,按《指南》區(qū)域電網(wǎng)排放因子核算的碳排放結構與按當量值核算的能耗結構(圖1):①銅冶煉碳排放95%以上來自能源消耗的排放;②各類能源的占比排序基本一致,顯示綜合能耗與碳排放具有較強的相關性。
圖1按區(qū)域電網(wǎng)排放因子核算的碳排放與按當量值核算的綜合能耗結構對比
從理論上講,電力排放因子與電力等價值都是轉換至一次能源進行核算,兩者在相同口徑下應該具有更強的相關性。因此,基于上述案例將電力排放因子調整為2015年全國電網(wǎng)平均排放因子(目前最新),電力折標煤系數(shù)按照等價值(2015年全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值),對比分析碳排放結構與能耗結構(圖2):兩者按能源品種劃分的結構幾乎是一致的(差異在于碳排放包含石灰石分解,綜合能耗計入耗能工質水),進一步驗證了碳排放量與綜合能耗的近線性相關性。
2行業(yè)數(shù)據(jù)分析
為驗證上述特征的普遍性,對2016-2019年銅冶煉行業(yè)的綜合能耗和碳排放量進行估算和分析對比,結果見表5。其中,能耗當量值來源于有色金屬工業(yè)協(xié)會發(fā)布的《統(tǒng)計資料匯編》;能耗等價值與碳排放量依據(jù)其中的行業(yè)能源消費清單進行估算。
從表5的行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看,我國銅冶煉碳排放與能耗比值穩(wěn)定,按全國電網(wǎng)排放因子核算的碳排放量E全國電網(wǎng)與按全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值核算的綜合能耗E等價值比值仍然是2.0左右。不同工藝案例和行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析都說明該比值對銅冶煉行業(yè)具有普遍適用性。
??表5銅冶煉行業(yè)能耗和碳排放統(tǒng)計
結論與建議
對銅冶煉能耗核算與碳排放核算進行對比分析,發(fā)現(xiàn)同等口徑核算的碳排放與綜合能耗呈近線性相關,按全國電網(wǎng)排放因子核算的碳排放量E全國電網(wǎng)與按全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值核算的綜合能耗E等價值比值基本為2.0左右。
為便于開展行業(yè)對標,推動行業(yè)企業(yè)碳減排,建議盡快修訂《重點排放行業(yè)的溫室氣體核算方法與報告指南》,在舊指南基礎上整合《補充數(shù)據(jù)》的相關內容和要求,結合綜合能耗,統(tǒng)一企業(yè)溫室氣體的核算范圍、核算方法等,為碳排放基準的制定、碳排放指標的分配、碳交易市場的發(fā)展創(chuàng)造基礎條件。
1)統(tǒng)一碳排放和綜合能耗核算邊界。銅冶煉企業(yè)碳排放核算范圍,應包含外購耗能工質(如氧氣、氮氣、壓縮空氣等)導致的間接碳排放。
2)綜合能耗應以等價值為主要參考。對于二次能源(特別是電力)和耗能工質,其當量值不能反應實際的能源消耗,也不便于與碳排放量對應轉換;而以等價值為參考則可以實現(xiàn)能耗值與碳排放量的對應換算。
3)碳排放行業(yè)統(tǒng)計對標應采用全國電網(wǎng)平均排放因子。由于電力碳排放在銅冶煉中占比2/3以上,其排放因子對企業(yè)碳排放總量影響很大,行業(yè)對標時,應剔除區(qū)域因素,采用全國電網(wǎng)平均排放因子進行核算。