基于情景分析的我国水泥工业碳排放量预测

李岭 刘池一

[摘 要] 目前在经济发展过程中环境问题已引起各方高度重视，发展低碳经济成为全世界关注的焦点，我国碳排放量一直居高不下是制约我国经济发展的重要因素之一。在我国，水泥工业是碳排放量最大行业之一。本文根据水泥生产工艺设定排放系数，设定不同情景对水泥工业碳排放量进行预测，认为通过综合治理方法可以降低我国水泥工业碳排放量。

[关键词] 工艺分析； 情景分析； 水泥； 碳排放量

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 05. 050

[中图分类号] F224.9； F201 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）05- 0088- 03

0 前 言

中国是世界上最大的发展中国家，也是世界最大的温室气体排放国家之一，如何采取有效措施在保证工业生产满足发展需要的同时减少CO2气体的排放量，是我国目前关注的焦点。2009年，我国在联合国气候变化大会上提出要大力发展绿色经济，积极发展低碳经济，并且在当年制订了到2020年单位GDP的碳排放量比2005年下降40%-45%的计划[1]。这个计划深刻地影响着我国碳排放密集的工业部门，尤其影响着我国的水泥工业这个碳排放量巨大的工业的发展。我国是世界水泥生产大国，2010年我国水泥产量接近世界总产量的60%[2]。我国如果在水泥的生产中采取相应的措施，在不影响水泥的产量的同时有效地降低CO2的排放，那么我国对世界CO2气体的减排将起到了很大的推动作用。

目前我国对于水泥工业减碳的研究相对比较单一，对水泥生产中排放的定量分析与比较还有进一步研究的空间[3]。水泥生产过程中各个环节可以实施的减碳技术因为原理不同带来的减碳效率也有所差别，在实际生产中对水泥的产量也会带来一定的影响。现有的文献对于每种减碳技术的介绍大部分都停留在原理，并没有对生产实际进行考虑，也没有结合当今我国为了顺应国际要求提出的定量降低单位水泥生产碳排放这个实际情况[4]。

1 水泥生产的碳排放的工艺分析

水泥的生产流程包括生料的制备、熟料的煅烧和水泥的粉磨，也就是常说的“两磨一烧”，在这些过程中会有大量CO2的排放。熟料的煅烧过程中水泥窑内的生料受热分解会排放出CO2气体；煅烧需要消耗大量的燃料，燃料的燃烧也是CO2气体排放的重要来源；生料的制备、熟料的煅烧和水泥的粉磨这些流程都需要电力的支持，我国的电力主要来源于燃料的燃烧通过热能转化而来，所以电力消耗会间接产生CO2气体，这些气体的排放也需要被计入水泥生产的CO2排放中。为了准确得到水泥生产中CO2气体排放的具体值，需要针对每一个方面进行具体的研究。

1.1 碳酸盐分解的碳排放

生料中的碳酸盐分解主要是CaCO3和MgCO3受热导致碳酸根分解产生CO2。此外生料中的有机碳（0.5%）也会燃烧产生CO2气体（12kg / t），所以为了计算碳酸盐分解产生的CO2气体总量，可以通过对表1中CaO和MgO的成分进行计算。

假设生产的熟料总量为1 t，那么生料中碳酸盐分解的CO2排放量 = 65.06% × ■ + 2.94% × ■ × 1 000 = 543.36 kg，经过计算可以得到煅烧过程中CO2排放总量E1 = 543.36 + 12 = 555.36 kg。

1.2 燃料燃烧的碳排放

根据已有的数据，每千克燃煤燃烧可以产生2.46 kg CO2，每烧成1 t熟料大约需要消耗0.15 t煤，故每吨熟料的生产燃料燃烧导致的气体排放量：E2 = 2.46 × 0.15 × 1 000 = 369 kg。

1.3 电力消耗的间接碳排放

水泥生产中的电力消耗所间接排放的CO2可以通过单位水泥综合电力消耗和排放因子（每千克标准煤排放CO2 2.46 kg）来计算。水泥生产在各阶段消耗电量如表2所示，可以得到单位水泥综合电力消耗为108 kW/h。每吨煤炭的发电量为2 460 kWh，所以单位水泥生产的电力消耗碳排放量为：E3 = ■ × 2.46 × 1 000 = 108 kg。

1.4 水泥生产排放CO2总量

根据已有资料显示水泥熟料和水泥的换算比例系数为0.85。所以每吨水泥生产的碳排放量E = （E1 + E2） × 0.85 + E3 = 893.7 kg。若照预测出的水泥总需求450 475万吨计算，根据目前我国水泥生产的工艺和水平，2020年我国水泥生产将要排放的CO2总量将超过40亿吨。这些CO2的排放对环境的破坏是巨大的，所以减碳的实施势在必行，刻不容缓。

2 用情景分析法研究减碳技术的效率

情景分析法也成为前景描述法、情景描述法等。它是通过假设、预测、模拟等手段生成未来情景，并分析其对目标产生影响的方法。情景分析法与其他分析方法不同的地方在于它基于对未来的判断来进行分析，直接面向未来是情景分析法不同于其他方法的最有特色之处，同时也符合人类思考问题的一般方式。因此本文在对需求趋势预测时采用情景分析法，在本方法使用过程中，核心与难点在于基本情景的设定。

按照目前的水泥生产工艺，结合文献中对我国国民生产总值、固定资产投资额与水泥需求的相关性的分析，我们可以预测出按照这样的生产到2020年我国水泥工业生产的二氧化碳排放量将达到42亿吨，这些气体一旦排放到环境中，将会严重加剧世界范围内的温室效应，会给全人类带来负面的影响。所以我们国家早在2009年的联合国气候变化大会上提出要大力发展绿色经济，积极发展低碳经济，并且在当年制定了到2020年是单位GDP的碳排放量比2005年下降40%～45%的计划。水泥工业作为国家发展中的重要工业，也需要支持和积极响应。当然水泥的生产如果在使用了减碳技术的条件下能够多大程度地降低碳排放并不能够完全定量要求，所以使用情景学的方法结合国家对单位GDP的碳排放减少的标准设置稍低于、等同于和高于对单位GDP的碳减排标准的水泥生产的二氧化碳减排标准。

在考虑到水泥工业是一种较为单一的工业的情况下，设置了一个较单位GDP的碳减排稍低的标准约35%；较为符合单位GDP碳减排标准要求的减碳45%和高于单位GDP碳减排标准的情景我设置的是减碳50%，这3种情景的前提是满足其他条件不受影响，例如国民生产总值的增长和固定资产投资额都保持原来的状态不变。在这3种情景下分别研究水泥生产中3个排碳量较大的环节处各种减碳技术的实施后在满足减碳要求的情境下允许生产的水泥总量能否达到水泥的需求，最终的结果将会通过表格呈现。

表中的数据是按照文献中预测或计算的数据得到的。按照预测得到的2020年水泥生产总需求为42亿吨与每吨水泥生产目前的排碳量为893.7 kg，可以得到2020年水泥生产照目前的工艺流程需要排放的二氧化碳量为40亿吨。按照不同的减排情景可以得到在3种情景下到2020年允许排放的二氧化碳量分别为26亿吨、22亿吨和20亿吨，再根据每种减碳方法可以减少的二氧化碳排放量分别计算出每种减碳方法的单独实施的单位水泥生产碳排放。结合每种情景的总碳排放量就可以得到每种减碳方法单独实施的情况下允许生产的水泥总量了。

按照对水泥需求的预测量为45亿吨，根据表4中的数据可以看出在单独实施减碳技术的情况下只有用电石渣代替生料这个方法可以在低情景下达到排碳量和需求量的共同要求，其他情景下和其他的减碳方法减碳的效率都比较低，无法达到要求。所以针对这样的情况，我们需要将不同的减碳技术结合起来共同为水泥生产做贡献。

主要参考文献

[1] 刘长发. 对中国水泥需求走势及水泥产业发展趋势的判断[J]. 中国建材，2004（9）：38-40.

[2] 韩仲琦. 低碳经济与我国水泥工业[J]. 21世纪建筑材料，2010，2（3）：7-11.

[3] 龙叶先，高波. 中国水泥业需求走势分析[J]. 中国建材科技，2008，17（4）：1-7.

[4] 雷前治. 中国水泥的生产、消费及发展趋势[J]. 中国建材，2002（5）：15-17.