有色金屬聯合企業碳排放情景分析與碳達峰路徑探討

董 明，梁紅娟

（1. 金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737100；2. 中國檢驗認證集團甘肅有限公司，甘肅 蘭州 730010）

0 引言

《巴黎協定》的主要目標是將全球平均氣溫上升幅度控制在不超過工業化前的2 ℃的水平，力爭在2050—2100年將全球平均氣溫上升幅度限制在工業化前的1.5 ℃，達到溫室氣體排放和吸收的全球碳中和目標[1]。我國碳達峰碳中和“3060”愿景為能源結構轉型給出了清晰的路線圖和具體的時間表，這不僅是能源領域的改革轉型問題，也將對我國未來四十年的經濟發展、社會發展和文化發展產生深遠影響。有色金屬行業是高能耗、高排放行業，也是重要的基礎原材料行業，與國民經濟高度相關，為實現“3060”愿景必須提前做好碳達峰準備，為碳達峰爭取更多的時間[2-3]。

根據有色金屬工業協會統計數據，2020年我國有色金屬行業排放CO2約6.6億t，其中，冶煉排放5.88億t、壓延加工排放0.63億t、采選排放0.09億t，占比分別為89%、10%、1%，由此可見，冶煉是有色金屬行業碳排放的重點環節[2,4]。學者們對碳排放量的分析預測各有不同，主要研究包括LEAP模型[5-6]、IPAT方程[7-8]、隨機環境影響評估模型（STIRPAT）[9-10]、系統動力學模型和情景分析法[11-12]等。其中，情景分析法能夠合理預測各個因素的發展狀況和未來碳排放情況，對于早日實現“碳達峰、碳中和”目標具有一定的指導意義，但如何基于目標情景分析有色金屬聯合企業溫室氣體減排情況，并對碳達峰做出預判未見相關研究報道。孔佑花等[13]通過對甘肅省的電力、石油加工、熱力生產與供應、有色金屬冶煉及加工、非金屬礦物品、黑色金屬冶煉及加工、交通運輸、化學原料及制品等碳排放行業建立系統動力學模型，對甘肅省碳排放峰值進行預測。李明陽等[3]通過對原鋁溫室氣體排放建立多因素分析模型，研究提出在基準情景、低改進效率情景和高改進效率三種情景下我國原鋁生產溫室氣體減排和碳達峰路徑，探討了電解鋁先進技術、電力消費結構及再生鋁占比對降低溫室氣體排放的影響。鄧明翔等[14]基于LEAP模型，預測了云南省碳排放集中在電力、交通運輸、金屬壓延加工、非金屬制品和化學工業五大高排放部門，其中，交通運輸部門碳排放呈上升趨勢，其他部門碳排放呈下降趨勢。龍妍等[15]構建了湖北省LEAP模型，探討了在基準情景、節能情景和強化節能情景下，湖北省節能減碳路徑。龔利等[16]主要分析了長三角地區能源消費量、CO2排放量和排放強度的變化趨勢，建立STIRPAT模型，定量分析了人口、人均地區生產總值、外商直接投資、技術進步等因素與碳排放量之間的關系。

本文研究對象是一個集采礦、選礦、冶煉、化工及有色金屬壓延加工為一體的特大型有色金屬聯合企業，擁有閃速熔煉、合成熔煉和富氧頂吹熔煉等國際領先裝備和工藝技術。通過對該有色金屬聯合企業溫室氣體歷史排放數據進行梳理核算，探討其未來10年綠色低碳發展路徑，預測分析其溫室氣體減排達峰情況，并結合企業實際針對性提出實現碳達峰的主要路徑和舉措，較單一采選、冶煉和深加工企業具有更好的行業代表性，可為有色金屬行業實現碳達峰提供方法和可參照的碳達峰路徑。

1 研究范圍及方法

1.1 研究范圍界定

以某有色金屬聯合企業核算主體為邊界，核算其屬域邊界內的各二級單位（分、子公司）產生的溫室氣體排放。主要包括礦山、選礦、冶煉、金屬加工和化工產品等生產系統及輔助系統，以及為生產服務的附屬生產系統，其碳排放核算品種較單一采選企業、冶煉企業和化工企業多，涉及的核算方法較單一的有色企業復雜。

1.2 研究方法

1.2.1 歷史排放數據核算

對于歷史年份的碳排放量核算方法主要參考《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》《工業企業溫室氣體排放核算和報告通則》（GB/T 32150—2015），以及國家發展和改革委員會發布的24個行業《企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》，核算公式見式（1）。

式中：Ey為企業在y年溫室氣體排放量，tCO2；Eyr為企業在y年化石燃料燃燒排放量，tCO2；Eyy為企業在y年能源作為原材料用途的排放量，tCO2；Eyg為企業在y年工業生產過程中的排放量，tCO2；Eyd為企業在y年凈購入電力消費的排放量，tCO2；Eyrl為企業在y年凈購入熱力消費的排放量，tCO2。

1.2.2 未來年份排放量預測

以企業《“十四五”發展規劃》《“十五五”發展目標》《清潔能源發展規劃》《“十四五”節能技術改造項目規劃》和項目方案等資料為基礎，選擇行業主要產品產量及單位產品碳排放強度，以及降碳潛力進行分析，預測三種不同情景下到“十五五”末的碳排放量。

減碳量模型是依據產品產量與單位產品碳排放強度指標計算排放量，以能源結構調整、產業轉型升級、節能降碳挖潛、電氣化水平提升、資源綜合利用等五種節能降碳路徑計算減碳量，計算見式（2）。

式中：Ey為企業在y年的溫室氣體排放量；Qi,y為y年產品i的產量；efi,y為y年產品i的排放強度；?Et,y為在y年的不同舉措t下的減碳量，t為1～5種節能降碳路徑。

1.2.3 情景分析法

情景分析法是在假定預測對象各種可能出現的情形或造成后果的基礎上，設定不同的情景進行預測的方法。情景分析在碳排放研究中被廣泛應用，是預測未來碳排放趨勢的一種常規方法[17-18]。

2 某有色金屬聯合企業歷史碳排放數據核算

某有色金屬聯合企業主要核算單位涉及礦山、發電、有色冶金、化工、生產性服務、交通運輸等六個行業，按照《企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》[19-23]進行核算，2020年碳排放總量500萬t（所有排放數據進行了歸化處理），其中，化石燃料燃燒直接排放占比53.0%，能源在生產過程中作為還原劑排放占比1.5%，工業生產過程中碳酸鹽排放占比3.1%，凈購入電力間接排放占比42.4%。表1為某有色金屬聯合企業碳排放量匯總結果。由表1可知，某有色金屬聯合企業碳排放總量逐年增加，年均增長6.0%。直接排放主要為化石燃料燃燒排放，間接排放主要為凈購入電力排放，清潔能源如太陽能、風能、氫能等在有色金屬工業中還鮮有大規模應用。

表1 某有色金屬聯合企業碳排放量Table 1 Carbon emissions of a non-ferrous metal joint enterprise單位：萬tCO2

3 情景分析

3.1 情景設置

根據研究設計基準情景和比較情景。基準情景是在目前狀態及趨勢下，在不施加外力前提下產生的情景，其是判斷和評估可選擇性情景的一個判斷標準。比較情景則是除基準情景外，也要選擇最有可能的變好情景、適度情景和變差情景。本文比較情景分為適度情景和達峰情景。

1）基準情景。以現有產品碳排放強度為基礎，“十四五”“十五五”產量增速6%時得到的情景。

2）適度情景。經濟適度增長，產品產量增速8%，2025年萬元產值綜合能耗比2020年下降13.5%，萬元產值二氧化碳排放比2020年下降18%；2025年有色金屬新材料及生產性服務業占比上升至50%；鎳冶煉和銅冶煉單位產品工藝綜合能耗比“十三五”末分別下降2%和4%；電氣化率年均提升0.2%；2030年“綠電”占總用電量35%以上設定的情景趨勢，能源結構、產業升級等適度調整。

3）達峰情景。經濟快速增長，產品產量增速10%，2025年萬元產值綜合能耗比2020年下降13.5%，萬元產值二氧化碳排放比2020年下降18%[24-26]；2028年有色金屬新材料及生產性服務業占比上升至55%；鎳冶煉和銅冶煉單位產品工藝綜合能耗比“十三五”末分別下降2.5%和5.0%；電氣化率年均提升0.25%；2030年“綠電”占總用電量的50%以上，實現碳達峰設定的情景趨勢，完成政府下達的能耗雙控目標，能源結構調整、產業升級等達到預期。情景設置描述見表2。

表2 情景設置描述Table 2 Scenario description

3.2 三種情景下排放量趨勢分析

3.2.1 三種情景下的排放量

基準情景、適度情景、達峰情景下的CO2排放量預測見表3；排放趨勢變化如圖1所示。由表3和圖1可知，在達峰情境下，某有色金屬聯合企業2028年實現碳達峰，峰值為670.58萬t；在適度情景下2028年后碳排放增速將逐年下降；在基準情景下將無法實現碳達峰。

圖1 2021—2030年某有色金屬聯合企業CO2排放趨勢圖Fig. 1 Trends of CO2 emissions of a non-ferrous metal joint enterprise from 2021 to 2030

表3 某有色金屬聯合企業CO2排放量預測Table 3 Prediction of CO2 emission of a non-ferrous metal joint enterprise單位：萬tCO2

3.2.2 比較情景下的減碳量測算

1）適度情景。適度情景下能源結構調整、產業轉型升級、工藝節能挖潛、電氣化水平提升和資源綜合利用減排量見表4。由表4可知，適度情景下，某有色金屬聯合企業2030年五大路徑預計減碳146.87萬t，其中，能源結構調整、產業升級轉型、工藝節能挖潛、電氣化水平提升、資源綜合利用減排貢獻率為70.54%、11.87%、13.39%、2.80%、1.40%。

表4 某有色金屬聯合企業適度情景下的減碳量測算Table 4 Estimation of emission reduction under moderate scenarios of a non-ferrous metal joint enterprise單位：萬tCO2

2）達峰情景。達峰情景下能源結構調整、產業轉型升級、工藝節能挖潛、電氣化水平提升和資源綜合利用減排量見表5。由表5可知，達峰情境下，某有色金屬聯合企業2028年五大路徑減碳187.60萬t，其中，2028年能源結構調整、產業升級轉型、工藝節能挖潛、電氣化水平提升、資源綜合利用減排貢獻率為74.46%、15.56%、5.37%、2.84%、1.77%。

表5 某有色金屬聯合企業達峰情景下的減碳量測算Table 5 Estimation of emission reductions under peak scenario of a non-ferrous metal joint enterprise單位：萬tCO2

3.2.3 不確定分析

不同情景下排放量和減碳量預測具有一定的不確定性，主要包括：①統計基礎資料和數據完整性的偏差；②未來年份產量、產值、發展速度等數據預測的偏差；③時間跨度增長帶來新增項目減碳預測的偏差等。企業未來的發展趨勢、產業轉型、減碳潛力等均是以現有規劃和項目方案資料為基礎，對于未來實際情況的預測存在很大的不確定性。尤其是在能源結構調整方面，新能源項目的布局有許多限制條件，如項目批準與否、“綠電”配額等方面都將對企業碳達峰的峰值和碳達峰的時間產生影響。

4 主要碳達峰路徑和舉措

為順利實現碳達峰目標，結合某有色金屬聯合企業發展實際，提出以下五個方面的碳達峰舉措。

4.1 能源結構調整

推動新能源產業發展，全面促進用能綠色轉型，提升企業清潔能源利用水平。推進非化石能源成為能源供應的主體，限制化石能源消費總量，加快構建清潔低碳安全高效的能源體系。

1）新能源開發。采用源網荷儲一體化開發模式推進新能源集中式開發，整合電源側、電網側、負荷側資源，科學配置新能源發電項目，提高新能源產業布局比例。“十四五”期間、“十五五”期間“綠電”占總用電量分別達到35%和50%以上。

2）控制化石能源消費總量，推動化石能源消費漸次達峰。推動煤炭消費盡早達峰，實現“十四五”期間煤炭消費零增長。

3）提高天然氣使用比例。目前某有色金屬聯合企業天然氣排放量僅占比1%左右，推進“油改氣”，實施冶金爐窯天然氣替代重油的改造項目，提高天然氣使用比例。

4.2 產業轉型升級

1）鎳鈷產業鏈向動力電池新材料和高溫合金方向發展。減少高排放初級金屬產品生產，大幅提升電池級金屬鹽類產能。

2）銅貴產業鏈向電子電工材料方向發展。陰極銅全部實現精深加工，開發鋰電池用超薄雙面光銅箔新產品，進一步完善電線電纜產品結構，開發特種電線電纜新產品、輔材、銅桿線深加工產品等。

3）化工產業鏈向精細化工方向發展。依托現有硫酸、氯堿化工產業基礎，建設氯化高聚物、生物可降解制品、PVC深加工等項目。

4.3 工藝節能挖潛

1）深入開展能效對標工作。高起點、高標準選定標桿，與國內同行業先進水平比對，制定切實可行的實施方案，通過推動主要產品工藝升級與節能技術改造，持續不斷降低產品單位能耗。

2）推進重點用能設備節能降碳增效。參照行業能效標桿水平，制定完善節能降碳技術改造工作方案，堅決淘汰落后產能、落后工藝和落后設備。到2030年各主要產品能效水平及碳排放強度達到國內先進值。

3）節能減排技術改造。完成熱源的配置建設及供熱系統整體完善，減少熱源、熱網、熱用戶的熱損失，提高一次能源的利用率，實現能源的梯級利用。

4.4 電氣化水平提升

加快生產系統數字化轉型步伐，積極推進智能制造水平，推進電氣化、數字化、綠色化融合，使能耗水平、電耗水平、其他資源消耗的水平等實現最優，助推減碳工作。以建設“智慧工廠”為目標，重點推進智能工廠、綠色工廠創建，主要冶煉過程實現智能化。

4.5 資源綜合利用

加大固體廢棄物綜合利用，推動綠色生態發展。加強重金屬污染防治，確保污染物達標排放。推廣選冶廢水深度處理與循環利用，促進產業鏈綠色循環。建立廢舊電池回收、拆解和再利用體系，大幅提高資源綜合利用水平。

5 結論

通過對某有色金屬聯合企業溫室氣體歷史排放數據的核算，重點研究了該企業的碳排放峰值水平和達峰主要路徑，得出結論如下所述。

1）在達峰情景下，該有色金屬聯合企業在2028年實現碳達峰；在適度情景下2028年后碳排放增速逐年下降；在基準情景下無法實現2030年前碳達峰目標。

2）綜合研判企業未來產業布局、用能結構和碳排放趨勢，提出該有色金屬聯合企業碳達峰的五種路徑，其中，能源結構調整、產業升級轉型減排量占比達90%，成為支持碳達峰目標實現的重點任務。

3）從完成碳達峰目標的角度提出該有色金屬聯合企業實現碳達峰目標的主要路徑：首先，要推動新能源發展，“十四五”期間、“十五五”期間“綠電”占總用電量需分別達到35%和50%以上。其次，要加快產業轉型升級，鎳鈷產業鏈向動力電池新材料和高溫合金方向發展，銅貴產業鏈向電子電工材料方向發展，化工產業鏈向精細化工方向發展等。最后，要加快工藝節能挖潛，主要產品工藝綜合能耗達到國家能耗限額標準先進值，以及提升電氣化水平和開展資源綜合利用等。