中国是世界水泥生产大国，其生产能源消耗以煤炭为主，2012年水泥工业煤炭消耗占工业煤耗6.2%。为落实国务院发布的《能源发展战略行动计划（2014-2020）》，在水泥行业贯彻实施 “绿色低碳战略”， 如何通过降低水泥行业煤炭消耗总量，达到减少二氧化碳排放总量的目的，中国水泥协会牵头开展了《水泥行业煤炭消费总量控制方案及政策研究课题》研究，现将研究报告的有关内容摘选出来，共大家交流。

 

水泥工业发展现状

 

2013年中国水泥产量24.2亿吨，生产企业约3500家，从业人员90多万人。新型干法水泥生产线1715条,其熟料产能占全国熟料生产能力的96%，日产5000吨熟料生产线产能占总量的近60%。

 

图1  2000 -2013年新型干法窑规模比重

2012年，水泥制造业能耗总量2.07亿吨标准煤；煤炭消耗2.08亿吨 ；电力消耗1680亿千瓦时；煤、电消耗占水泥能耗总量96.6％。

2013年，全国吨水泥熟料烧成标准煤耗平均水平下降到111.2千克标准煤，同比下降幅度22.7％，其中预分解窑生产工艺吨水泥熟料烧成标准煤耗平均水平下降到109.9千克标准煤。

2012年．水泥制造业SO2排放109万吨，占工业排放5.7％；NOx排放198万吨，占工业排放11.9％；烟（粉）尘排放67.1万吨，占工业排放6.5％。2012年水泥生产综合利用工业固体废物量5.1亿吨，占工业利用量25.2％。

“十一五”时期（2005-2010），水泥工业通过技术进步和产业结构调整, 水泥单位产品能耗和二氧化碳排放强度明显下降。5年时间，水泥制造业万元工业增加值的能耗下降42.9％、煤耗下降43.2％、电耗下降30.6％、二氧化碳强度下降36.8％。

 

图2  我国水泥生产燃煤二氧化碳排放分布图示意图

 

水泥需求量和生产煤炭需求预测分析

 

1、需求预测分析的前提条件

以2013年为研究的基准情景年，以现有水泥的质量标准、产业能耗水平、消费结构不变，国家的宏观经济政策和产业政策无大的调整为前提的状态下，来判断预测我国水泥消费的峰值和峰值出现的时间，并进行相关产品（熟料、煤炭等）等消费分析。

我国水泥混合材掺加比例逐年提高，参加混合材的比例各地区企业不同且波动较大，单纯以水泥实物量难以反映我国水泥消费的现实，因此采取了以熟料量作为分析研究对象。

 

2、水泥产品需求消费量峰值及未来市场需求预测

研究报告中对影响水泥需求的主要因素进行了深入分析，共采集了14000多条与水泥（熟料）消费量研究有直接相关的各类数据，采用多因素综合分析法，建立有效的预测模型，确定相关的边界条件，获得了多角度预测结果，再结合AHP法（层次分析法）等分析方法对结果进行综合分析和调整，预测算未来我国水泥产品（熟料）的消费峰值和未来的消费量及消费发展趋势，我国水泥（熟料）预测结果见下表。

表1  我国水泥（熟料）消费量预测

 

年    份		2015	2020	2030	2050
水泥熟料需求量（亿吨）		14.8	15.9	10.3	6.8
水泥消费量 （亿吨）	熟料率为0.58时	25.5	27.4	17.8	11.7
	熟料率为0.65时	22.8	24.5	16.6	10.5
	熟料率为0.70时*	21.1	22.7	14.7	9.7

注：*2013年我国水泥熟料率0.57，随着《通用硅酸盐水泥》标准的修订和32.5复合水泥的取消，预计2020年以后，水泥熟料率达到0.70或以上的可能性最大。

 

根据相关分析，按照本次研究设定的基准条件：

（1）预测算出我国水泥熟料消费峰值最有可能在2018～2020年出现，最可能出现时间在2019年；

（2）水泥熟料消费峰值量预计在15.7～16.2亿吨左右，最可能峰值量为15.9亿吨；

结合对主要样本的分析。研究认为我国水泥消费峰值出现将出现消费高峰平台期。类比几个出现消费高峰平台期的样本（有关外国和地区），研究认为我国未来的消费高峰平台期应与日本、韩国比较类似。结合此前已有对对我国消费峰值的研究资料，我国水泥熟料消费峰值模拟曲线如下：

 

图3  水泥熟料消费峰值及消费高峰平台图

预测算水泥熟料消费量在2017年前后进入峰值平台区，水泥熟料消费峰值2019年前后出现，峰值量为15.9亿吨左右。

 

3、基准情景下水泥生产煤炭需求预测及分析

水泥行业的直接煤炭消耗环节主要是熟料烧成，另外有少量的原料烘干用煤等。

根据有关水泥行业能源统计资料以及此前国内开展的初步研究成果和2010年水泥生产直接煤炭消耗量折标准煤1.42亿吨等。

以当前水泥行业能耗水平为基准研究预测了2015年、2020年、2030年和2050年的水泥行业生产煤炭消耗量分别为：

2015年17295-18000万吨标准煤，最可能为17600万吨标准煤；

2020年18667-19429万吨标准煤，最可能为19000万吨标准煤；

2030年12092-12586万吨标准煤，最可能为12300万吨标准煤；

 2050年7680-8640万吨标准煤，最可能为8200万吨标准煤。

 

 

表2   基准情景下水泥行业生产煤炭消费量

 

年  份	2010	2015	2020	2030	2050
基准情景下煤炭消耗量（万tce）	14200	17600	19000	12300	8200

 

 

 

 

 

 

 

 

图4  基准情景下水泥行业煤炭消耗趋势

在当前水泥行业能耗水平情景下（基准情景），煤炭消费量与水泥消费量呈正比例关系，二者消费峰值出现时间保持高度一致，都于2019年左右到来。峰值年水泥煤炭消费量约为19000万吨左右，峰值后1～2年内同样出现消费平台期，煤炭消费量在高点短期滞留后，随着水泥消费量的下降而缓慢下降，最终与水泥消费量同步达到动态平衡。

4、基准情景下预测算结果的不确因素分析

水泥行业的发展受政策影响较大，相关经济发展政策、产业发展政策、环保政策等的出台将对水泥需求产生利好或者冲击。

从经济增速与水泥需求的宏观关系来分析，经济增长速度快会促进工程建设量的增加，从而间接推动水泥需求量的释放，因此GDP的增长速度是影响水泥需求量的重要不确定因素。

在现有水泥能耗水平不变的前提下，水泥煤炭未来消耗量与水泥未来需求量成正比关系，影响水泥市场需求量的不确定性因素，如政策因素、经济因素、下游产业发展因素等，同时也是影响未来水泥煤炭消耗量的不确定性因素。

 

水泥工业煤炭消费控制的主要途径和节煤潜力分析

 

在目前没有新的生产技术实现颠覆性的突破的情况下，水泥工业实现煤炭消费控制，实现节能减排和低碳发展仍将以提高生产技术装备的能效水平来实现。

 

1.煤炭消费控制技术路线

 

图5  煤炭消费控制技术路线

2.主要节煤途径和潜力分析

水泥工业主要节能途径包括降低熟料煅烧过程中的热耗、降低生产全过程的电耗等技术节能；调整产业结构淘汰落后；建立能效管理系统等综合管理措施。

根据技术和综合节煤措施（结构调整淘汰落后、能效管理等）实施情况产生的节煤潜力（量）的预测，以及预测的相应年份熟料产量及煤炭消耗量，参考了2010年的有关数据，以此年为基准年，分析测算了熟料单位煤耗采取节煤措施前后变化情况。

测算结果表明，技术措施节煤始终是节煤工作的核心，结构调整淘汰落后等措施的节煤贡献率2020年后呈下降趋势；在采取一系列节能措施的条件下，熟料单位煤耗呈直线下降趋势。本课题研究分析测算2050年吨熟料标煤耗达到91千克左右。

表3  水泥工业节煤潜力汇总表

 

年份	2015	2020	2030	2050
结构调整淘汰落后节煤（万吨）	400	750	500	300
主要技术节煤（万吨）	575	1315	1720	1480
管理及其他措施节煤（万吨）	120	300	300	200
节煤总量（万吨）	1095	2365	2520	1980
结构调整淘汰落后贡献率	36.53%	31.71%	19.84%	15.15%
主要技术措施贡献率	52.51%	55.60%	68.25%	74.75%
管理及其他措施贡献率	10.96%	12.68%	11.90%	10.10%

根据前述，节煤措施主要通过管理措施、结构调整淘汰落后和技术进步来实现。各种节煤措施的贡献率预测如下图所示：

 

图6  从基准情景到节能情景各种节煤措施贡献率预测（%）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图7  熟料单位煤耗趋势图

 

煤炭消费控制和二氧化碳减排（量）潜力分析

 

新型干法水泥生产工艺技术在水泥行业已经取得绝对优势地位，水泥行业的能源利用效率和环保技术水平得到大幅度提高，水泥行业在短短十余年时间里实现了跨越式发展。但我国水泥工业整体能源利用效率仍落后于国际先进水平，未来很长一段时期内，我国水泥工业以节能减排、提升能源利用效率为主的工作重心不会改变。

通过水泥生产工艺的不断改进和各种节能措施的不断实施，窑的能量利用效率有望实现进一步提升，水泥生产各工段的电耗也将进一步下降。 随着水泥窑协同处置工业废物、城市垃圾、污泥、危废技术推广应用，我国水泥工业节能潜力将进一步发挥。

1、控制情景下煤炭消费量分析预测

通过采取不断实施水泥产业结构调整，淘汰落后产能；采用高效节能煅烧、水泥窑协同处置可燃性废弃物、工业废渣替代原料、高效隔热保温材料技术、水泥窑炉富氧燃烧技术等一系列节能技术；进一步加强水泥能效管理，实施两化融合等综合管理措施；水泥生产单位能耗将进一步降低，熟料烧成热耗预计在2020年达到世界领先水平。随着新的新型干法水泥生产技术的推广应用，我国水泥生产煤炭单位消耗将在2020年以后继续下降。

在对我国未来水泥消费趋势进行充分分析的基础上，通过对各种节能技术以及综合管理技术节能等措施（控制情景）的节煤量分析研究，测算出控制情景情况下，2015、2020、2030、2050年未来我国水泥行业生产用煤炭消费控制量分别为16505万吨、16635万吨、9780万吨、6220万吨。

表4 我国水泥生产煤炭消费控制量分析预测

 

年份	2015	2020	2030	2050
基准情景下煤炭消耗量（万tce）	17600	19000	12300	8200
采取节煤措施后预测的节煤量（万tce）	1095	2365	2520	1980
控制情景下煤炭消耗量（万tce）	16505	16635	9780	6220

 

按照上表测算，2020年我国平均单位水泥熟料烧成热耗将由2010年的119.8kg标煤/吨熟料下降为2020年的104.6kg标煤/吨熟料。假设从2010年开始至2020年我国平均单位水泥熟料烧成热耗的降低是呈线性下降的，那么在2019年我国水泥消费峰值达到之前，我国水泥生产煤炭消耗就将达到峰值。经测算，在控制情景下我国水泥生产煤炭消耗在2018或2019年也达将到峰值，峰值量约为17000万吨标准煤。

 

图8  水泥行业煤炭消费趋势

 

采取节能措施后（控制情景下）的水泥煤炭消费轨迹低于现有能耗水平下的水泥煤炭消费轨迹，二者之间的高度差即为采取的节能措施所产生的节能效果，亦即节煤量。煤炭消费量随着水泥消费量的变化也将出现消费峰值。在未采取节能措施条件下（基准情景下），消费峰值于2019年出现，峰值煤炭消费量为19000万吨左右；而在采取节能措施下（控制情景），水泥煤炭消耗峰值的平台期在2015—2020年开始出现。在水泥消费达到峰值平台时，煤炭消耗量已经开始出现明显的下降趋势。

2、实施煤炭消费控制后污染物和二氧化碳减排潜力分析

通过以上节煤技术和综合管理节煤措施（控制情景下）的实施，开展有效的煤炭消费控制，可以有效降低各类污染物和二氧化碳的排放，其减排潜力（量）如下表。

表5  按熟料预测量和控制情景下测算污染物减排潜力  单位：万吨

 

年份	SO2			NOx			烟粉尘
	基准情 景下排 放总量	控制情景下排放量	减排 量	基准情 景下排 放总量	控制情 景下排 放量	减排 量	基准情 景下排 放总量	控制情 景下排 放量	减排 量
2012	109.0			198.0			67.1
2015	128.6	121.0	7.6	233.6	168.3	65.3	79.2	64.6	14.6
2020	135.4	119.7	15.7	246.0	110.9	135.1	83.4	48.9	34.5
2030	87.7	71.8	15.9	159.3	65.6	93.7	54.0	29.3	24.7
2050	57.9	46.5	11.4	105.2	43.1	62.1	35.6	18.9	16.7

 

表6  按各年熟料预测量在控制情景下CO₂减排潜力

 

年份	2015	2020	2030	2050
CO2减排量（万吨）	1550	4850	5250	3850

注：CO₂减排量=基准情景下CO₂排放量—控制情景下CO₂排放量。

 

 

 

图9 按预测年熟料量测算采取节煤措施后CO₂减排情况

 

结论

1、煤控目标和碳减排量

根据上述的研究结论，考虑到研究中预测结论将受到的不确定因素的影响，如政策因素、经济发展、下游产业发展等因素对预测结果的影响，提出了2015、2020、2030、2050年水泥生产煤炭消费控制目标分别为：16600、 16700、9800、6100万吨标准煤。

表7 煤炭消费控制目标及新增节煤量

 

年份	2015	2020	2030	2050
基准情景下煤炭消耗量（万tce）	17600	19000	12300	8200
控制情景下煤炭消耗量（万tce）	16505	16635	9780	6220
预测节煤量（万tce）	1095	2365	2520	1980
确定煤炭消费总量控制目标 （万tce）	16600	16700	9800	6100
按煤炭消费控制目标要求需新增节煤量（万tce）	-95	-65	-20	120
CO2减排量	1550	4850	5250	3850

 

从上表可以看出，2015年、2020年、2030年水泥行业在采取相应的节能措施后（控制情景）生产煤炭消耗量可以满足研究提出的煤控目标要求，同时也将实现污染物和CO2的减排潜力分析的减排目标量。

2、在本研究中所提出的各项节煤措施的基础上，实现上述目标需要采取下述主要措施。

（1）促进技术进步，确保现有及今后的相应节能技术措施能够顺利实施，确保各技术措施对节煤总量的贡献不降低。

（2）进一步改善产业结构，加大对落后生产能力的淘汰力度。在完成对立窑等落后生产能力的淘汰工作后，进一步完成对小型新型干法窑等相对落后生产能力的淘汰工作。每等量替换1亿吨落后产能，将新增节煤量200—400万tce。

（3）国家在政策层面，全面加大利用水泥窑协同处置城市垃圾、污泥、工业废弃物的支持力度，全面提高对水泥窑协同处置城市垃圾、污泥的财政补贴和税收优惠水平。每增加100条利用水泥窑协同处置生产线（按5000t/d计）,将新增节煤量200—250万吨。

（4）努力实现提出的“第二代新型干法水泥生产技术”的突破性进展。 “第二代”攻关已经进入攻坚阶段，尽早实现关键技术的突破和应用，将对节能减排具有重要意义，预计相关技术将在2020年以后得到应用。

（5）强化能效管理系统，实现两化融合。通过信息化、智能化技术应用，开展企业生产线的能源检测、统计、分析实施管理，有效掌握生产能耗水平，通过操作软件（专家系统）实现对生产线能源消耗的优化和操作管理。有效提升企业的能效水平，降低生产线能耗。

（6）水泥应用领域实现集约化及制品规模化、全面实现混凝土及砂浆预拌化等措施，以实现对水泥产品的节约利用。在现有测算基础上，2020年水泥消费量每节约1%，将增加节煤量150—170万吨；2030年水泥消费量每节约1%，将增加节煤量将为100万吨左右。

通过以上措施，可以实现控煤目标和水泥行业CO₂减排设定的目标。