中國鋼鐵產業能耗與碳排放關系的研究

魯淳兮++夏凌娟

[摘 要]我國鋼鐵生產流程中二氧化碳的排放量居高不下。在經濟下行壓力的加劇、產能嚴重過剩、能源結構亟待調整以及技術水平日趨進步的背景下，我國鋼鐵產業的能源消耗與二氧化碳排放量之間會呈現怎樣的關系？本文基于我國鋼鐵產業“能源消耗與碳排放”系統動力學的模型，同時分三種不同的低碳情景，分析能源消耗與二氧化碳排放量之間關系的變動。

[關鍵詞]鋼鐵產業；能耗；碳排放；系統動力學

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.04.080

[中圖分類號]F426；F205 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）04-0-03

近年來，我國鋼鐵企業通過不斷提高煉鋼技術、升級煉鋼設備等措施降低能源消耗和減少二氧化碳的排放量。這些節能減排措施的實施促使我國噸鋼綜合能耗從1994年1 178千克標準煤/噸下降到2013年的591.88千克標準煤/噸，年均下降率為3.5%。然而與發達國家鋼鐵產業相比，我國鋼鐵產業的能源利用效率仍然處于劣勢，因此，二氧化碳的排放量還有較大的下降空間。

1 鋼鐵產業能耗與碳排放關系的研究背景

鋼鐵產業是典型的能源密集型工業，其對煤炭資源的需求占據著主導地位，這也導致我國鋼鐵產業成為全國工業部門中二氧化碳排放的大戶。因此，鋼鐵產業是我國重點需要節能減排的對象。能源消耗與二氧化碳排放量之間具有較強的正相關性和因果關系。本文利用系統動力學（System Dynamics）構建了我國鋼鐵產業“能源消耗與碳排放”的模型，劃分為三種不同情景，并分析能源消耗與二氧化碳排放量之間關系的變動。

2 鋼鐵產業能耗與碳排放關系的研究方法

本文構建了我國鋼鐵產業“能源消耗與碳排放”的系統動力學模型。其包含了四個子系統，分別是：人口經濟、鋼鐵產業、鋼鐵生產流程能源消耗和鋼鐵產業碳排放。其中，人口子系統，如圖1所示，其主要反映社會經濟的發展趨勢，人口總量的變化以及城鎮化的發展趨勢；鋼鐵產業子系統，如圖2所示，圖中的因素之間存在著動態的反饋關系，影響著鋼鐵資源供給和消費的變動，同時還影響著能源消耗量的變動，主要反映了鋼鐵資源的供給狀況；能源消耗子系統如圖3所示，其主要分為長流程和短流程來反映鋼鐵生產過程中的能耗狀況；碳排放子系統，如圖4所示，反映了生產過程中，由于不同程度的能耗結構和能耗程度所產生的不同碳排放水平。依據歷史數據的方法，結果顯示模型所得出的數據和歷史數據之間的誤差值基本在10%以內。因此，證明“能源消耗與碳排放”的模型是合理的。

3 鋼鐵產業能耗與碳排放關系的情景分析

3.1 情景設定

本文設定了三種情景分析鋼鐵行業能耗和碳排放之間的聯動關系。這三種情景分別是基準情景（Base）、弱低碳情景（Low）、強低碳情景（High）。基準情景表示在2013年發展趨勢的基礎上，進行順勢外推。煉鋼生產流程中，轉爐煉鋼占比不低于70%，處于主要的利用地位。焦炭和煤炭仍屬于主要的能源消耗種類。弱低碳情景中考慮國家“十二五”規劃中對節能減排的要求。電爐煉鋼的占比開始提升，化石能源的使用逐漸下降。經濟增長和人口的增長速度均開始放緩。強低碳情景意味著經濟增長和人口的增長繼續放緩，人口老齡化嚴重。電爐鋼比例有了進一步的提高，化石能源的消耗得到進一步的下降。

3.2 源消耗與碳排放的關系討論

基于情景分析得到的結果，進行煉鋼總能耗與總碳排放量、噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量之間關系的分析。

3.2.1 煉鋼總能耗與總碳排放量關系的分析

從2013年到2030年的情景結果可以看出，三種情景下的煉鋼總能耗與二氧化碳總排放量都呈現出明顯的下降趨勢。煉鋼總能耗和總碳排放量之間是線性相關的關系，如圖5和圖6所示。

與總碳排放量的線性關系與總碳排放量的線性關系，如圖7所示。

從圖5，6，7中可以看出，在三種不同情景下，煉鋼總能耗和總碳排放關系。

在基準情景下，煉鋼總能耗與總碳排放之間的線性關系為：

y=4.267x–4E+07（1）

弱低碳情景下，煉鋼總能耗與總碳排放之間的線性關系為：

y=3.7418x–3E+07（2）

強低碳情景下，煉鋼總能耗與總碳排放之間的線性關系為：

y=3.2262x-2E+07（3）

3.2.2 噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量

噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量，如圖8和圖9所示。

與噸鋼碳排放量的線性關系與噸鋼碳排放量的線性關系，如圖10所示。

從圖8～圖10中可以看出，在三種不同情景下，噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量關系。

基準情景下，噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量之間的線性關系為：

y=4.6422x–664.22（4）

弱低碳情景下，噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量之間的線性關系為：

y=4.4076x–741.44（5）

強低碳情景下，噸鋼綜合能耗與噸鋼碳排放量之間的線性關系為：

y=3.9894x–717.7（6）

4 結 語

通過建立我國鋼鐵“能源消耗與碳排放”系統動力模型，并依據三種不同情景對其進行分析，得出的結果表明，三種情景下的能源消耗和碳排放量均呈現出正相關的線性關系。根據以上情景結果的分析，可提出鋼鐵產業相關政策。第一，繼續產業結構的優化，淘汰落后產能，增加企業進入鋼鐵行業的準入門檻。第二，積極推廣碳排放量較低的清潔能源的使用，同時鼓勵技術進步。第三，限制低效、低附加值鋼鐵企業的固定資產投資額。同時，鼓勵高附加值、高技術含量鋼鐵制品的生產。第四，政府鼓勵各省市建立自己的鋼鐵產業信息庫，適應當地鋼鐵產業的產業信息、企業規模、污染情況等。并根據鋼鐵產業能源消耗所處的環境來制定相關節能減排的政策。

主要參考文獻

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