基于情景分析的我國水泥工業碳排放量預測

李嶺 劉池一

[摘 要] 目前在經濟發展過程中環境問題已引起各方高度重視，發展低碳經濟成為全世界關注的焦點，我國碳排放量一直居高不下是制約我國經濟發展的重要因素之一。在我國，水泥工業是碳排放量最大行業之一。本文根據水泥生產工藝設定排放系數，設定不同情景對水泥工業碳排放量進行預測，認為通過綜合治理方法可以降低我國水泥工業碳排放量。

[關鍵詞] 工藝分析； 情景分析； 水泥； 碳排放量

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

[中圖分類號] F224.9； F201 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）05- 0088- 03

0 前 言

中國是世界上最大的發展中國家，也是世界最大的溫室氣體排放國家之一，如何采取有效措施在保證工業生產滿足發展需要的同時減少CO2氣體的排放量，是我國目前關注的焦點。2009年，我國在聯合國氣候變化大會上提出要大力發展綠色經濟，積極發展低碳經濟，并且在當年制訂了到2020年單位GDP的碳排放量比2005年下降40%-45%的計劃[1]。這個計劃深刻地影響著我國碳排放密集的工業部門，尤其影響著我國的水泥工業這個碳排放量巨大的工業的發展。我國是世界水泥生產大國，2010年我國水泥產量接近世界總產量的60%[2]。我國如果在水泥的生產中采取相應的措施，在不影響水泥的產量的同時有效地降低CO2的排放，那么我國對世界CO2氣體的減排將起到了很大的推動作用。

目前我國對于水泥工業減碳的研究相對比較單一，對水泥生產中排放的定量分析與比較還有進一步研究的空間[3]。水泥生產過程中各個環節可以實施的減碳技術因為原理不同帶來的減碳效率也有所差別，在實際生產中對水泥的產量也會帶來一定的影響?，F有的文獻對于每種減碳技術的介紹大部分都停留在原理，并沒有對生產實際進行考慮，也沒有結合當今我國為了順應國際要求提出的定量降低單位水泥生產碳排放這個實際情況[4]。

1 水泥生產的碳排放的工藝分析

水泥的生產流程包括生料的制備、熟料的煅燒和水泥的粉磨，也就是常說的“兩磨一燒”，在這些過程中會有大量CO2的排放。熟料的煅燒過程中水泥窯內的生料受熱分解會排放出CO2氣體；煅燒需要消耗大量的燃料，燃料的燃燒也是CO2氣體排放的重要來源；生料的制備、熟料的煅燒和水泥的粉磨這些流程都需要電力的支持，我國的電力主要來源于燃料的燃燒通過熱能轉化而來，所以電力消耗會間接產生CO2氣體，這些氣體的排放也需要被計入水泥生產的CO2排放中。為了準確得到水泥生產中CO2氣體排放的具體值，需要針對每一個方面進行具體的研究。

1.1 碳酸鹽分解的碳排放

生料中的碳酸鹽分解主要是CaCO3和MgCO3受熱導致碳酸根分解產生CO2。此外生料中的有機碳（0.5%）也會燃燒產生CO2氣體（12kg / t），所以為了計算碳酸鹽分解產生的CO2氣體總量，可以通過對表1中CaO和MgO的成分進行計算。

假設生產的熟料總量為1 t，那么生料中碳酸鹽分解的CO2排放量 = 65.06% × ■ + 2.94% × ■ × 1 000 = 543.36 kg，經過計算可以得到煅燒過程中CO2排放總量E1 = 543.36 + 12 = 555.36 kg。

1.2 燃料燃燒的碳排放

根據已有的數據，每千克燃煤燃燒可以產生2.46 kg CO2，每燒成1 t熟料大約需要消耗0.15 t煤，故每噸熟料的生產燃料燃燒導致的氣體排放量：E2 = 2.46 × 0.15 × 1 000 = 369 kg。

1.3 電力消耗的間接碳排放

水泥生產中的電力消耗所間接排放的CO2可以通過單位水泥綜合電力消耗和排放因子（每千克標準煤排放CO2 2.46 kg）來計算。水泥生產在各階段消耗電量如表2所示，可以得到單位水泥綜合電力消耗為108 kW/h。每噸煤炭的發電量為2 460 kWh，所以單位水泥生產的電力消耗碳排放量為：E3 = ■ × 2.46 × 1 000 = 108 kg。

1.4 水泥生產排放CO2總量

根據已有資料顯示水泥熟料和水泥的換算比例系數為0.85。所以每噸水泥生產的碳排放量E = （E1 + E2） × 0.85 + E3 = 893.7 kg。若照預測出的水泥總需求450 475萬噸計算，根據目前我國水泥生產的工藝和水平，2020年我國水泥生產將要排放的CO2總量將超過40億噸。這些CO2的排放對環境的破壞是巨大的，所以減碳的實施勢在必行，刻不容緩。

2 用情景分析法研究減碳技術的效率

情景分析法也成為前景描述法、情景描述法等。它是通過假設、預測、模擬等手段生成未來情景，并分析其對目標產生影響的方法。情景分析法與其他分析方法不同的地方在于它基于對未來的判斷來進行分析，直接面向未來是情景分析法不同于其他方法的最有特色之處，同時也符合人類思考問題的一般方式。因此本文在對需求趨勢預測時采用情景分析法，在本方法使用過程中，核心與難點在于基本情景的設定。

按照目前的水泥生產工藝，結合文獻中對我國國民生產總值、固定資產投資額與水泥需求的相關性的分析，我們可以預測出按照這樣的生產到2020年我國水泥工業生產的二氧化碳排放量將達到42億噸，這些氣體一旦排放到環境中，將會嚴重加劇世界范圍內的溫室效應，會給全人類帶來負面的影響。所以我們國家早在2009年的聯合國氣候變化大會上提出要大力發展綠色經濟，積極發展低碳經濟，并且在當年制定了到2020年是單位GDP的碳排放量比2005年下降40%～45%的計劃。水泥工業作為國家發展中的重要工業，也需要支持和積極響應。當然水泥的生產如果在使用了減碳技術的條件下能夠多大程度地降低碳排放并不能夠完全定量要求，所以使用情景學的方法結合國家對單位GDP的碳排放減少的標準設置稍低于、等同于和高于對單位GDP的碳減排標準的水泥生產的二氧化碳減排標準。

在考慮到水泥工業是一種較為單一的工業的情況下，設置了一個較單位GDP的碳減排稍低的標準約35%；較為符合單位GDP碳減排標準要求的減碳45%和高于單位GDP碳減排標準的情景我設置的是減碳50%，這3種情景的前提是滿足其他條件不受影響，例如國民生產總值的增長和固定資產投資額都保持原來的狀態不變。在這3種情景下分別研究水泥生產中3個排碳量較大的環節處各種減碳技術的實施后在滿足減碳要求的情境下允許生產的水泥總量能否達到水泥的需求，最終的結果將會通過表格呈現。

表中的數據是按照文獻中預測或計算的數據得到的。按照預測得到的2020年水泥生產總需求為42億噸與每噸水泥生產目前的排碳量為893.7 kg，可以得到2020年水泥生產照目前的工藝流程需要排放的二氧化碳量為40億噸。按照不同的減排情景可以得到在3種情景下到2020年允許排放的二氧化碳量分別為26億噸、22億噸和20億噸，再根據每種減碳方法可以減少的二氧化碳排放量分別計算出每種減碳方法的單獨實施的單位水泥生產碳排放。結合每種情景的總碳排放量就可以得到每種減碳方法單獨實施的情況下允許生產的水泥總量了。

按照對水泥需求的預測量為45億噸，根據表4中的數據可以看出在單獨實施減碳技術的情況下只有用電石渣代替生料這個方法可以在低情景下達到排碳量和需求量的共同要求，其他情景下和其他的減碳方法減碳的效率都比較低，無法達到要求。所以針對這樣的情況，我們需要將不同的減碳技術結合起來共同為水泥生產做貢獻。

主要參考文獻

[1] 劉長發. 對中國水泥需求走勢及水泥產業發展趨勢的判斷[J]. 中國建材，2004（9）：38-40.

[2] 韓仲琦. 低碳經濟與我國水泥工業[J]. 21世紀建筑材料，2010，2（3）：7-11.

[3] 龍葉先，高波. 中國水泥業需求走勢分析[J]. 中國建材科技，2008，17（4）：1-7.

[4] 雷前治. 中國水泥的生產、消費及發展趨勢[J]. 中國建材，2002（5）：15-17.