第９卷第５期２０１３年９月
气候变化研究进展
ＰＲＯＧＲＥＳＳＵＳＩＮＱＵＩＳＩＴＩＯＮＥＳＤＥＭＵＴＡＴＩＯＮＥＣＬＩＭＡＴＩＳ
Ｖｂｌ．９Ｎｏ．５
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１３
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－１７１９．２０１３．０５．００５
许金华，范英．中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析［Ｊ】．气候变化研究进展，２０１３，９（５）：３４１－３４９
中国水泥行业节能潜力和Ｇ０２减排潜力分析
摘要：中国水泥行业生产了全球水泥总产量的一半以上，能耗，Ｎｃｏ：排放仅次于电力行业。通过国际比较和宏观经济驱动力分析，预估了水泥产量在２０１０－－２０３０年间３种可能的发展趋势。采用基于工艺流程的自底向上核算方法，评估了每种产量趋势下中国水泥行业在２０１０—２０３０年间的节能潜力和ＣＯ：减排潜力。结果显示，相比基准情景，在最佳技术情景下，水泥行业存在１３．４％～１４．６％的节能潜力和１５．３％～１６．３％的ＣＯ：减排潜力，分别带来平均４．２亿ｔ标煤的累积节能量和３７．２亿ｔ的累积ＣＯ：减排量。总体上，燃料和熟料替代措施的节能减排效应要优于能效提高措施。在３种ＣＯ：排放源中，过程减排约贡献了总减排量的４２％，其次是燃烧减排（３６％）和电力减排（２２％）。关键词：节能潜力；ＣＯ：减排潜力；中国；水泥行业；碳减排措施
引言
中国是全球最大的水泥生产国和消费国，２０１０年中国水泥产量约占全球水泥总产量的５７％【１ｌ。水泥工业在过去１０年里发展迅速，水泥产量从２０００年的５．９３亿ｔ增长到２０１０年的１８．６８亿ｔ，年均复合增长率为１２．１５％。同时，中国水泥行业的能源消耗和ＣＯ，排放仅次于电力行业，２００９年中国水泥制造业能源消耗为１．５５１Ｌｔ标煤，占工业部门最终能源消耗的１０．１％；ＣＯ：排放量为９．１９ｆＬｔ（不包括电力排放），占全国碳排放总量的１３％ｔ
２｜。
每一窑型又包含许多变种。２０００年以后，新型干法水泥①逐渐占据主导地位，产量比例从１９９５年的６％提高到２０１０年的８０％，但仍有接近２０％的水泥产量来自相对落后的立窑和湿法等回转窑水泥厂。考虑到水泥行业在能源消耗和ＣＯ：排放中的重要作用，对中国水泥行业的未来产量趋势进行估计，并评估不同节能减排措施下未来的节能潜力和减排潜力显得尤为必要，对实现中国温室气体排放控制目标有
着重要的现实意义。
目前已有一些水泥行业节能减排潜力的研究删，通过对不同发展情况、排放基准和未来需求预测进行研究，得出相似的结论，其中都重点强调以下几种措施的作用：提高热效率和电力效率、替代燃料
中国水泥工业的特征是多种生产技术并存，目
前基本有两类主要的熟料生产工艺：立窑和回转窑，
收稿日期：２０１３－０２—２５；修回日期：２０１３－０４－０２
资助项目：国家自然科学基金（７１３０３２２９，７１２１０００５１，７１２７３２５３）
作者简介：许金华，男，助理研究员，从事能源经济系统与低碳经济建模，ｘｊｈ＠ｃａｓｉｐｍ．ａｃ．ｃｎ；范英（通信作者），女，研究员，ｙｆａｎ＠ｃａｓｉｐｍ．ａｃ．ｃｎ①新型干法水泥指采用窑外分解新工艺生产的现代回转窑水泥，其生产以悬浮预热器和窑外分解技术为核心，实现水泥生产过程的低耗和环保。
３４２
气候变化研究进展
２０１３正
的使用、熟料替代、余热发电技术的应用和工艺流程改造。２０００年以来，中国水泥行业能源效率得到显著提高。吨水泥熟料烧成耗标煤从２００５年的１４４埏标煤下降到２０１０年的１１５蚝标煤，降幅达２０％【４】。在中国水泥行业中，可燃废弃物作为替代燃料的使用比例仍然很低，２００６年，约有２３６万ｔ煤矸石和１２．７万ｔ标煤的可燃废弃物被用作水泥行业替代燃料【５１，节能量约占当年水泥行业能源消耗总量的０．４２％，而在德国、法国等国的水泥行业中，可燃废弃物燃料的比例超过３０％［６］。水泥混合材的使用，如石膏、烧黏土、粉煤灰等，有效降低了水泥生产过程中的能源消耗和ＣＯ：排放，随着新型干法水泥产量的不断上升，中国熟料产量占水泥产量的比例已经从２０００年的７７％下降到２０１０年的６２％。另外，余热发电技术在中国水泥工业中发展迅速，２００９年，中国水泥行业有４９８条新型干法熟料生产线建有余热发电站，余热发电量２３２．３ｆＬｋＷ・ｈ，带来每年２１．７Ｍｔ
的减排量【７１。
降到９５ｋｇ标煤…】。此外，新型干法水泥的单位产品综合电耗从２００５年的９９ｋＷ・ｈ下降至２０１０年的８９ｋＷ・ｈ，降幅达９．８％【４Ｊ。与国际水泥生产国相比，中国水泥行业能效发展呈现出以下几点趋势：
第一，与最佳技术水平（日本）的差距已经大大缩小（图１）。双方的热效率差距已经从１９９０年的７０％缩小为２００９年的１０％。在１９９８—２０１０年期间热效水平快速提高，其中，２００５年之前主要归因于新型干法窑对立窑的逐步替代和淘汰小规模窖型带来的节能效应，２００５年之后主要归因于工艺结构调整的进一步深化和各种节能政策带来的政策效应【１５１。
一
套
藤
＜
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蜷．暨
狡黯罐
￥
姗
对中国水泥行业能效问题的研究，早期的文献主要集中于对落后的立窑工艺改造翻新面临的成本和技术障碍【８’９］，２０００年后，随着新型干法工艺广泛应用，更多研究从减排措施的技术潜力角度，探讨可行的节能和减排潜力，分析中国水泥行业能源消耗的驱动因素和节能减排潜力及实现减排面临的挑战和障碍，并给出相应的政策建议［１０－１２Ｉ。
与以前的研究相比，本文的创新点和贡献如下：第一，采用自底向上的核算方法，系统分析了影响节能减排潜力的各种技术措施，定量评估了不同技术措施的剩余节能减排潜力。第二，基于历史产量、宏观经济因素及相邻国家或地区的发展经验，预估了水泥行业３种未来可能的产量趋势，采用情景规划方法，定量评估了不同节能减排措施选择下，中
国水泥行业未来可能的节能减排潜力。
１９９０１９９４１９９８２００２２００６
２０１０年
数据来源：所有国家在１９９０－－２００４年ｎ６１；中国在２００５和２０１０年㈨，在２００６和２００７年ｑ在２００８和２００９年㈣；日本在２００５—２００９年㈣。
图１各国水泥熟料生产能源效率比较
Ｆｉｇ．１
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｐｅｒｔｏｎｏｆｃｌｉｎｋｅｒ
ｂｙｃｏｕｎｔｒｙ
第二，电力效率的变化趋势呈现明显的阶段性（图２）。在１９９６年之前，水泥生产以立窑工艺为主（图３），水泥行业综合电耗主要反映了立窑工艺的单位电耗，增长缓慢。１９９６年以后，在政策支持下，新
型干法窑工艺的水泥产量迅速增加，自动化程度提
高，导致吨水泥综合电耗不断升高。２００５年后，政府加快了对落后产能和高能耗小规模企业的淘汰，并颁布了新的行业能耗标准¨７】，使吨水泥综合电耗呈现缓慢下降趋势。
需要指出的是，可燃废弃物作为替代燃料以及余热发电技术正成为世界水泥行业的发展趋势，其应用程度的不同会影响能效水平的国际比较。在日本，替代燃料应用广泛，２００９年有２６＿３Ｍｔ废物燃料被用于熟料生产，使吨水泥熟料能耗从９５．３蚝标煤
１
水泥行业能源效率的国际比较
过去２０年来，中国水泥行业的热效率和电力效
率显著提高。吨水泥综合能耗由１９９０年的１９６ｋｇ标
煤下降到２０００年的１６２ｋｇ标煤ｎ３】，并在２００９年下
５期
许金华，等：中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析
上升到１１２．３ｋｇ标煤【１８］，而对中国来说，替代燃料到１６５Ｍｔ标煤【２２】，带来大量的ＣＯ：燃烧排放【２３１，其
在水泥行业能耗总量中的比重不足ｌ％，对能效水平几乎没有影响【５】。因此，排除替代燃料和余热发电技术因素影响后，中国与最佳技术水平之间的差距要更大一些（见图１和图２）。
中，煤炭和电力约占水泥制造业能源消耗总量的９９％【５Ｊ。水泥生产过程中的能源消耗主要由熟料在煅烧过程中所消耗的热能和水泥生产过程中的电能（扣除余热发电量）构成，水泥行业的能源消耗量计
算如下②：
巨２莩Ｅ址２莩（气＊×ｅＪ×Ｑ城＋０．００３６×ｅ７×ｇ一
，×Ｏ．００３６×３６×Ｇ×Ｏ女，
（１）
其中：ｉ为工艺流程编号，ｉ＝１，２，３，分别代表新型干法工艺、立窑工艺和其他回转窑工艺；最为第ｋ年的能源需求总量，ｋｇ标煤；Ｐ址代表吨水泥熟料综合能耗，ｋｇ标煤／ｔ熟料；Ｃｆ。代表第ｋ年工艺ｉ的熟料产量占水泥产量的比例，％；Ｑ岫代表第ｋ年工艺ｉ的
数据来
者根据Ｌｅｉ等‘２０１估计；其他‘２“。
水泥产量，ｔ；ｅ７为吨水泥综合电耗，ｋＷ－ｈ／ｔ水泥；
，，为余热发电技术渗透率③，％。
水泥生产过程中的ＣＯ：排放主要由３部分构成：燃料燃烧排放、碳酸盐分解产生的过程排放和耗电带来的电力排放，前两者属于直接排放，电力排放属于间接排放，计算如下：
图２各国水泥生产综合电力效率比较
Ｆｉｇ．２
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｐｅｒｔｏｎｏｆｃｅｍｅｎｔｂｙｃｏｕｎｔｒｙ
Ｇ＝ｊ：（氏。ｌ×Ｐ从×Ｃｆ．女）×Ｑｉ，女＋三（Ｅ，。×ＣＪ．＾）×Ｑ．Ｉ＋；Ｆｅｌｅ×Ｐ７×ＱＬ女
＝∑ｃｋｌ，ｉ，ｋ＋∑Ｃ口。．咄＋暑Ｃｅ。。肼，
（２）
其中，％小瓦。，Ｅ。。分别代表ＣＯ：燃烧排放因子、过程排放因子和电力排放因子，ｑ。ｕ加Ｃ口。ｍ和Ｃｃ。。工。
分别为第ｋ年第ｉＮ工艺的ＣＯ：燃烧排放量、过程排
图３不同窑型的中国水泥产量（数据来源于Ｘｕ等Ｄ２］）
Ｆｉｇ．３
ＣｅｍｅｎｔｏｕｔｐｕｔｉｎＣｈｉｎａｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｋｉｌｎｓ
放量和电力排放量。
（Ｄａｔａ
ａｒｅ
ｆｒｏｍＸｕｅｔ
ａ１．ｐ２］）
２．２数据来源
２水泥行业能源消耗和ＧＯ：排放计算
２．１
本文中，水泥产量和熟料产量数据来自中国水泥协会１２２．２４－２５］，吨水泥综合能耗数据来自工业与信息化部、国家发展与改革委员会平ｌｌＸｕ等”２１，吨水泥综合电耗数据来自曾学敏１６Ｉ、李涛平１１０１和Ｘｕ等１１２Ｉ，Ｃ０２排放因子数据来自崔素萍等【２６】、Ｈａｂｅｒｔ等【２７１和
Ｅｎｅｒｄａｔａ等㈨。
水泥行业能源消耗和ｃｏ：排放计算
水泥制造业是典型的高能耗、高排放行业。我
国水泥行业能源消耗总量从１９９０年的４１．１０Ｍｔ标煤
增长到２０００年的９６．１０Ｍｔ标煤｜１４】，并在２０１０年达
②１
ｔ标煤＝２９．３ＧＪ。这里，能源消耗不包含混合材烘干能耗、替代燃料能耗和余热发电能耗。
ｈ…】。
③余热发电技术渗透率定义为采用余热发电技术的熟料产量占熟料总产量的比例，吨熟料余热发电量采用３６ｋＷ
气候变化研究进展
２０１３矩
３中国水泥产量预估
在对水泥行业的节能潜力和减排潜力进行估计之前，有必要先对水泥产量的未来走势进行预估。发达国家的经验显示，当年人均水泥消费量达到
６００～７００
ｋｇ时，水泥消费量达到饱和【２９】。对中国而
言，很多研究认为产量峰值将出现在２０１５－－２０２０年，此时年人均消费量为１５００～２０００ｋｇｔｌｌ，２９－３０］。考虑到中国水泥产量和固定资产投资有着密切联系，且中国政府对固定资产投资一般有着明确规划，本文借助固定资产投资规模对未来的水泥产量走势进行预估，并在文中作为水泥产量未来可能的走势之一。
我们使用１９８０－－２０１０年中国固定资产投资和水泥产量的历史数据，通过Ｅｖｉｅｗｓ软件建立统计预测模型，使用２０１１年矛Ｎ２０１２年的数据来验证模型准确性。中国固定资产投资数据来自国家统计局，以２０００年不变价折算，经ＧＤＰ缩减指数调整（２０００年值设为１００）。单位根检验显示两变量都存在一个单位根，取对数差分后，检验结果显示为平稳序列，Ｊｏｈａｎｓｅｎ协整关系检验结果显示，两者之间存在长期协整关系④。结果表明，固定资产投资变量可以很好地解释水泥产量变化（Ｒ２＝０．９９）。
２０１１年中国完成固定资产投资３１．２万亿元人民币，同比增长２３．８％，本文假设“十二五”时期中国固定资产投资增速平均为１８．８％，固定资产投资价格指数为１０４．８（“十一五”时期平均值），２０１２－－２０１５年的投资增速分别为２０％、１８％、１６％和１５％［３０－３１】。根据模型结果，２０１１年矛Ｄ２０１２年中国水泥预测产量
分别为２０．０亿ｔ和２１．６亿ｔ，实际产量分别为２０．６亿ｔ
图４２０３０年中国水泥产量预估
Ｆｉｇ．４Ｃｈｍａ’Ｓｃｅｍｅｎｔｏｕｔｐｕｔ
ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ
ｔｏ２０３０
泥消费量为１
１３２３
６０６
ｋｇ，随后在２０２０年稳步下降到
ｋｇ（比２０１０年的１３９３ｋｇ水平低５％），我们进
一步假设人均水泥消费量在２０２０年后稳步下降，到２０３０年为７５０ｋｇ水平。
（２）模型产量预估：基于预测模型结果，以及其他国家的水泥消费长期趋势。假设水泥产量峰值出现在２０１５年。其中，２０１２—２０１５年水泥产量采用预测模型结果，峰值为２５．６亿ｔ，对应人均水泥年消费量为１８６６ｋｇ。２０１５年以后，人均水泥消费量在２０２０年稳步下降１５％，达到１６２７ｋｇ（参考日本、德国【２９’３２１），然后在２０２５年稳步下降到１２４４ｋｇ（相比峰值时下降３５％）。之后，由于饱和效应，人均水泥消费量进入稳定期。
（３）国际比较产量预估：该情景是建立在中国人均水泥消费量峰值比国际水平高３０％的假设基础上。以在文化、生活方式等方面与中国大陆近似的中国台湾、韩国作为参考，假定水泥消费峰值在２０１５年达到１７５３ｋｇ＠，届时国内水泥产量达到２４ｆＬｔ。人均水泥消费量在２０２５年稳步下降到１０４４ｋｇ（相比峰值时下降３５％，参考中国台湾、韩国），之后由于饱和效应进入稳定期。
和２１．９亿ｔ，误差在３％以内；２０１５年中国水泥预测产量达到２５．６亿ｔ，比２０１１年高２４％。
基于以上分析，对中国水泥产量的未来趋势建立如下３种预估（图４）⑤。
（１）基准产量预估：根据水泥行业“十二五”规划，２０１５年国内水泥需求量为２２亿ｔ左右，人均水
④出于篇幅所限，本文未列出检验过程。
⑤人口数据来自联合国《世界人１３展望２０１０》。
４中国水泥行业节能潜力和ＧＯ：减排潜力
４．１最佳技术水平
本文首先基于方程（１）和（２）定义当前技术水平
⑥中国台湾和韩国水泥人均年消费量峰值分别出现在１９９３年和１９９７年，分别为１３３２ｋｇ和１３４３ｋｇｏ“。中国在２０１０年就已经超过了这一水平，达到
１３９３ｋｇ。
５期
许金华，等：中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析
下的基准情景，然后通过逐步实施达到最佳技术水平的各种技术定义其他情景，最佳技术水平定义如下（表１）：
（１）能源利用效率和电力效率。日本是效率最高的水泥生产国，水泥生产全部采用新型干法生产工艺，其中８９％的熟料生产采用预分解窑工艺，另外１１％的熟料生产来自悬浮预热器窑工艺。２０１０年中国水泥产量来自新型干法过程的比例为８０％。新型千法工艺的推广提高了水泥生产过程的自动化水平，使单位水泥产品电耗升高，在新型干法工艺完全普及后，随着生产工艺用电效率的提高，单位水泥产品电耗将会缓慢下降（表１）。参考日本水泥厂，最佳能效水平为９５蚝标煤／ｔ熟料（不包含替代性燃料能耗），电力效率为８５ｋＷ・ｈ／ｔ水泥［６，１８Ｊ。
（２）ＣＯ：排放因子。对于燃烧排放因子，当前，中国水泥行业超过９９％的燃料为煤炭，而在法国、德国等发达国家，替代性燃料的比例已经超过３０％ｔ
６｜，
再生能源发电比例的增长，中国电力排放强度已经从１９９０年的１．２３ｋｇ／（ｋＷ・ｈ）下降到２０１０年的０．９９
ｋｇ／（ｋＷ．ｈ），降幅为１９．４％ｆ２８１。根据Ｚｈｏｕ等【３４】，２０３０
年以前，下降幅度可能达４０％，从而使电力排放因
子达到０．５９ｋｇ／（ｋＷ“）。
（３）水泥熟料比例。２０１０年中国熟料水泥比为６２％。一般认为，在避免降低强度和耐久性的前提下，水泥熟料的极端替代水平为５０％ｔ２
７｜。
（４）余热发电技术渗透率。２００９年中国水泥行业余热发电技术渗透率达到６２％，未来还会进一步增加…，本文假设余热发电技术在水泥行业的渗透比
例可以达到１００％（表１）。
４．２情景假设
为了分析不同技术水平下的能源消耗量和ＣＯ，排放，４种不同的技术情景定义如下：
情景０，即当前技术情景（基准情景）。在该情景下，所有的技术参数被设定为２０１０年的水平，未来能源消耗量和Ｃ０：排放随水泥产量的变化而变化。
情景１，即效率改善情景。能源利用效率、电力效率以及余热发电技术渗透率逐步达到最佳水平，其他技术水平保持不变。
情景２，即替代燃料及混合材情景。ＣＯ：排放因
子和水泥熟料比例逐步达到最佳水平，其他技术水平保持不变。
本文假设在最佳水平下，水泥行业燃料结构中，煤炭的比例下降到６０％，其他为替代性燃料，在这种情况下，水泥行业的燃烧排放因子为２．４９
ｋｇ
ＣＯ：／
埏标煤⑦。对于过程排放因子，原则上石灰石可以通过一些低碳物质，如工业废渣、水泥废料进行替代，在最佳水平下，１０％的比例被替代，使过程排放因子
从５４７
ｋｇ
Ｃ０２／ｔ熟料下降到４７８
ｋｇ
Ｃ０２／ｔ熟料［２６－２７］。
对于电力排放因子，由于燃煤发电效率的提高和可
表１
中国水泥行业的当前和最佳技术水平
Ｔａｂｌｅ１ＣｕｒｒｅｎｔａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌｅｖｅｌｓｉｎＣｈｉｎａ’Ｓｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
注：当前技术水平参考２０１０年中国水泥行业的技术水平１４．６．２”。
⑦根据１ＰＣＣｍｌ，煤炭的ＣＯｚ排放因子为２．７２ｋｇＣ０２／ｋｇ标煤，本文假设废弃物燃料的Ｃ０２排放因子为２．１５ｋｇＣＯ：／ｋｇ标煤…】。
气候变化研究进展
２０１３年
情景３，即最佳技术水平情景。所有的能源效率措施和Ｃ０：减排措施都在２０３０年之前逐步达到最佳技术水平。
４．３结果分析和讨论
４．３．１
水泥行业能源消耗和ＣＯ：排放趋势
图５和表２分别显示了不同产量和技术情景下中
瑚啪Ⅲ㈣”如巧。
Ｏ旦凸；旦轧
一
国水泥行业２０３０年前的最终能源消耗量和３种ＣＯ，排放量。可以看到，较高的水泥产量一般对应较高的能源消耗量和ＣＯ：排放量，说明未来水泥产量对
基基预预国国准准测测际际产产梭模比比量疑型型较较产产产产鼠轧丑ｉⅡ；
０２０
～一一一一¨＿５＿：
｜｝Ｉ｝
一
隋隋隋隋襞２
基基预预国围准准测测际际产产模模比比量量型型较较产产产产量量量量吼鼠巳巩址取札轧
能源消耗和ＣＯ：排放具有直接而重要的影响。３种ＣＯ：排放源中，过程排放约占总排放量的５５％，其次是燃烧排放（３０％）和电力排放（１５％）。另外，２０１０—２０３０年，不同的技术选择对３种ＣＯ：排放的影响并不相同。在情景１（效率改善情景）下，随着时间推移，燃烧排放量降幅最大，其次是电力排放；在情景２（替代燃料及混合材情景）下，电力排放的下降幅度最大，其次是过程排放，最后是燃烧排放；而在情景３（最佳技术水平情景）下，电力排放的降幅最大（平均５９％），其次是燃烧排放（平均５４％）和
过程排放（平均４１％）。
４．３．２水泥行业节能潜力和减排潜力分析
Ｆｉｇ．５
图５不同技术情景下的水秽￡行业最终能源消耗
Ｆｉｎａｌｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｓｃｅｎａｒｉｏｓｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
表３给出水泥行业在２０１０－－２０３０年，相比情景０，不同技术情景下的累积节能量和ＣＯ：减排量，图６和图７显示了每年的节能量和ＣＯ：减排量。这里，累积节能量和减排量通过将每年的节能量和减排量
表２不同产量和技术情景下水泥行业ＣＯ：排放量
Ｔａｂｌｅ２
Ｃ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｃｅｎａｒｉｏｓａｎｄｏｕｔｐｕｔｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
注：单位水泥产品电耗在２０１０２０３０年间呈现先升后降的趋势，导致在２０２０年之前情景１的ｃｏ：电力排放高于情景０；在２０２０年后，随着单位水
Ｊ泥电耗降低及水泥产量降低，ｃｏ：电力排放量迅速下降。
５期
许金华，等：中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析
表３不同技术情景下２０１０—２０３０年水泥行业累积最终能源节约量和累积ＣＯ：减排量（相比基准情景）
Ｔａｂｌｅ３
ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｆｉｎａｌｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓａｎｄＣ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｃｅｎａｒｉｏｓ（ｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｂａｓｅｌｉｎｅ
ｓｃｅｎａｒｉｏ）ｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙｄｕｒｉｎｇ２０１０—２０３０
注：括号内数字为相比情景０（基准情景）的变化幅度。
邬
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２０３０年
叭由叶号ｌ一～～
基基基预预准准准测测如产产产模模量量量型型产产情情情量量
预国国国测际际际
叭，：，情情旦尿旦尿２
｜耄一时蝣一
蚕ｆ：
睫黾良里黾里邑飘
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基基基预预
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预国国国
情景３情景１
加铲轳栌燃糕¨量量量型型
情情情量量
嬲删一一一
情景２
情景３
图６不同技术情景下水泥行业每年的最终能源节约量
Ｆｉｇ．６Ｆｉｎａｌ
图７不同产量和技术情景下的水泥行业ＣＯ：减排量
Ｆｉｇ．７
Ｃ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｓｃｅｎａｒｉｏｓｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｓｃｅｎａｒｉｏｓｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
加总得到。可以看到，在不同的技术选择下，水泥行业仍然具有显著的节能减排潜力。情景ｌ的节能潜力稍高于情景２的节能潜力，但前者的减排潜力要明显低于后者，且增长缓慢，表明燃料和熟料替代在水泥行业节能减排中发挥重要作用。在情景３下，根据未来产量预估的不同，中国水泥行业的累积节能潜力为１３．４％～１４．６％，累积ＣＯ：减排潜力为１５．３％～１６．３％，分别带来平均４．２ｆＬｔ标煤的累积节
能量和３７．２亿ｔ的累积ＣＯ：减排量。从３种ＣＯ：排放
以带来１３．３亿～１７．６亿ｔ的累积ｃｏ：减排量（约贡献
总减排量的４２％），其次是燃烧排放（１１．８亿～１７．６ｔＬｔ，约占３６％）；电力排放的减排潜力最小（７．４，ｆＬ～
９．３亿ｔ，约占２２％）。
４．３．３不同措施对节能减排效果的贡献
除了产量因素，目前降低水泥行业能耗和排放措施可归为两类：能效水平提高措施和替代措施（包括燃料替代和熟料替代）。３种因素分别体现在情景０、情景ｌ和情景２中。表４给出这３种因素对水泥行业节能和减排效果的贡献，可见，水泥消费量的
源的减排潜力来看，过程排放的减排潜力最大，可
气候变化研究进展
２０１３年
下降在能源节约和ＣＯ：减排过程中具有重要作用，燃料和熟料替代措施的节能和减排贡献整体上要高
于能效提高措施的贡献，特别是在对ＣＯ：减排的贡献中，燃料和熟料替代措施发挥着主要作用⑧。
表４不同产量预估下３种因素在节能和减排中的贡献（２０１０—２０３０年）
Ｔａｂｌｅ４ＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｒｅｅｆａｃｔｏｒｓｔｏｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓａｎｄＣ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｕｔｐｕｔ
ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ
ｉｎ２０１０—２０３０
５结论
通过对能效水平进行国际对比以及自底向上的
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核算方法，本文采用情景规划方法考察了不同节能和减排措施下中国水泥行业未来的节能和减排潜力。结果显示，中国水泥行业的能效水平已经取得了显著进步，与最佳技术水平的差距从１９９０年的７０％缩小为２００９年的１０％，但考虑替代燃料因素后，两者的差距将扩大。由于固定资产投资的拉动作用，中国的水泥产量在未来几年很可能将继续保持增长趋势，并在２０１５年附近达到峰值，而产量因素对水泥行业能源消耗和ＣＯ：排放具有重要而直接的影响。
潜力估计结果表明，水泥行业仍然存在较大的节能潜力和减排潜力。能源节约潜力为１３．４％～１４．６％，累计带来约４．２亿ｔ标煤的节能量；ＣＯ：减排潜力为１５．３％～１６．３％，累计带来约３７．２亿ｔ的ＣＯ：减排量。在ＣＯ：减排量中，过程减排约贡献了总减排量的４２％，其次是燃烧减排（３６％）和电力减排（２２％）。从各种技术措施对节能和减排的贡献来看，燃料和熟料替代措施将具有更好的节能和减排效应。从ＣＯ，排放来源看，尽管过程排放贡献了最高的绝对减排量，但却具有最低的相对减排潜力（减排比例），因此，进一步挖掘ＣＯ：过程排放的减排潜力是降低水泥行业排放总量的有效途径，从而使中国水泥行业存在进一步减排的空间。■
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⑧另一种降低水泥行业碳排放的措施是碳捕获与封存（ＣＣＳ）技术，由于ＣＣＳ技术成本高昂且尚未解决运输和储存问题，短期内难以在中国水泥行业
律到广泛应用，因此本文暂未考虑这一技术的减排贡献。
５期
许金华，等：中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析
３４９
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中国水泥行业节能潜力和CO2减排潜力分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
许金华， 范英， Xu Jinhua， Fan Ying
中国科学院科技政策与管理科学研究所能源与环境政策研究中心,北京,100190气候变化研究进展
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_qhbhyjjz201305005.aspx
第９卷第５期２０１３年９月
气候变化研究进展
ＰＲＯＧＲＥＳＳＵＳＩＮＱＵＩＳＩＴＩＯＮＥＳＤＥＭＵＴＡＴＩＯＮＥＣＬＩＭＡＴＩＳ
Ｖｂｌ．９Ｎｏ．５
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１３
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－１７１９．２０１３．０５．００５
许金华，范英．中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析［Ｊ】．气候变化研究进展，２０１３，９（５）：３４１－３４９
中国水泥行业节能潜力和Ｇ０２减排潜力分析
摘要：中国水泥行业生产了全球水泥总产量的一半以上，能耗，Ｎｃｏ：排放仅次于电力行业。通过国际比较和宏观经济驱动力分析，预估了水泥产量在２０１０－－２０３０年间３种可能的发展趋势。采用基于工艺流程的自底向上核算方法，评估了每种产量趋势下中国水泥行业在２０１０—２０３０年间的节能潜力和ＣＯ：减排潜力。结果显示，相比基准情景，在最佳技术情景下，水泥行业存在１３．４％～１４．６％的节能潜力和１５．３％～１６．３％的ＣＯ：减排潜力，分别带来平均４．２亿ｔ标煤的累积节能量和３７．２亿ｔ的累积ＣＯ：减排量。总体上，燃料和熟料替代措施的节能减排效应要优于能效提高措施。在３种ＣＯ：排放源中，过程减排约贡献了总减排量的４２％，其次是燃烧减排（３６％）和电力减排（２２％）。关键词：节能潜力；ＣＯ：减排潜力；中国；水泥行业；碳减排措施
引言
中国是全球最大的水泥生产国和消费国，２０１０年中国水泥产量约占全球水泥总产量的５７％【１ｌ。水泥工业在过去１０年里发展迅速，水泥产量从２０００年的５．９３亿ｔ增长到２０１０年的１８．６８亿ｔ，年均复合增长率为１２．１５％。同时，中国水泥行业的能源消耗和ＣＯ，排放仅次于电力行业，２００９年中国水泥制造业能源消耗为１．５５１Ｌｔ标煤，占工业部门最终能源消耗的１０．１％；ＣＯ：排放量为９．１９ｆＬｔ（不包括电力排放），占全国碳排放总量的１３％ｔ
２｜。
每一窑型又包含许多变种。２０００年以后，新型干法水泥①逐渐占据主导地位，产量比例从１９９５年的６％提高到２０１０年的８０％，但仍有接近２０％的水泥产量来自相对落后的立窑和湿法等回转窑水泥厂。考虑到水泥行业在能源消耗和ＣＯ：排放中的重要作用，对中国水泥行业的未来产量趋势进行估计，并评估不同节能减排措施下未来的节能潜力和减排潜力显得尤为必要，对实现中国温室气体排放控制目标有
着重要的现实意义。
目前已有一些水泥行业节能减排潜力的研究删，通过对不同发展情况、排放基准和未来需求预测进行研究，得出相似的结论，其中都重点强调以下几种措施的作用：提高热效率和电力效率、替代燃料
中国水泥工业的特征是多种生产技术并存，目
前基本有两类主要的熟料生产工艺：立窑和回转窑，
收稿日期：２０１３－０２—２５；修回日期：２０１３－０４－０２
资助项目：国家自然科学基金（７１３０３２２９，７１２１０００５１，７１２７３２５３）
作者简介：许金华，男，助理研究员，从事能源经济系统与低碳经济建模，ｘｊｈ＠ｃａｓｉｐｍ．ａｃ．ｃｎ；范英（通信作者），女，研究员，ｙｆａｎ＠ｃａｓｉｐｍ．ａｃ．ｃｎ①新型干法水泥指采用窑外分解新工艺生产的现代回转窑水泥，其生产以悬浮预热器和窑外分解技术为核心，实现水泥生产过程的低耗和环保。
３４２
气候变化研究进展
２０１３正
的使用、熟料替代、余热发电技术的应用和工艺流程改造。２０００年以来，中国水泥行业能源效率得到显著提高。吨水泥熟料烧成耗标煤从２００５年的１４４埏标煤下降到２０１０年的１１５蚝标煤，降幅达２０％【４】。在中国水泥行业中，可燃废弃物作为替代燃料的使用比例仍然很低，２００６年，约有２３６万ｔ煤矸石和１２．７万ｔ标煤的可燃废弃物被用作水泥行业替代燃料【５１，节能量约占当年水泥行业能源消耗总量的０．４２％，而在德国、法国等国的水泥行业中，可燃废弃物燃料的比例超过３０％［６］。水泥混合材的使用，如石膏、烧黏土、粉煤灰等，有效降低了水泥生产过程中的能源消耗和ＣＯ：排放，随着新型干法水泥产量的不断上升，中国熟料产量占水泥产量的比例已经从２０００年的７７％下降到２０１０年的６２％。另外，余热发电技术在中国水泥工业中发展迅速，２００９年，中国水泥行业有４９８条新型干法熟料生产线建有余热发电站，余热发电量２３２．３ｆＬｋＷ・ｈ，带来每年２１．７Ｍｔ
的减排量【７１。
降到９５ｋｇ标煤…】。此外，新型干法水泥的单位产品综合电耗从２００５年的９９ｋＷ・ｈ下降至２０１０年的８９ｋＷ・ｈ，降幅达９．８％【４Ｊ。与国际水泥生产国相比，中国水泥行业能效发展呈现出以下几点趋势：
第一，与最佳技术水平（日本）的差距已经大大缩小（图１）。双方的热效率差距已经从１９９０年的７０％缩小为２００９年的１０％。在１９９８—２０１０年期间热效水平快速提高，其中，２００５年之前主要归因于新型干法窑对立窑的逐步替代和淘汰小规模窖型带来的节能效应，２００５年之后主要归因于工艺结构调整的进一步深化和各种节能政策带来的政策效应【１５１。
一
套
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蜷．暨
狡黯罐
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姗
对中国水泥行业能效问题的研究，早期的文献主要集中于对落后的立窑工艺改造翻新面临的成本和技术障碍【８’９］，２０００年后，随着新型干法工艺广泛应用，更多研究从减排措施的技术潜力角度，探讨可行的节能和减排潜力，分析中国水泥行业能源消耗的驱动因素和节能减排潜力及实现减排面临的挑战和障碍，并给出相应的政策建议［１０－１２Ｉ。
与以前的研究相比，本文的创新点和贡献如下：第一，采用自底向上的核算方法，系统分析了影响节能减排潜力的各种技术措施，定量评估了不同技术措施的剩余节能减排潜力。第二，基于历史产量、宏观经济因素及相邻国家或地区的发展经验，预估了水泥行业３种未来可能的产量趋势，采用情景规划方法，定量评估了不同节能减排措施选择下，中
国水泥行业未来可能的节能减排潜力。
１９９０１９９４１９９８２００２２００６
２０１０年
数据来源：所有国家在１９９０－－２００４年ｎ６１；中国在２００５和２０１０年㈨，在２００６和２００７年ｑ在２００８和２００９年㈣；日本在２００５—２００９年㈣。
图１各国水泥熟料生产能源效率比较
Ｆｉｇ．１
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｐｅｒｔｏｎｏｆｃｌｉｎｋｅｒ
ｂｙｃｏｕｎｔｒｙ
第二，电力效率的变化趋势呈现明显的阶段性（图２）。在１９９６年之前，水泥生产以立窑工艺为主（图３），水泥行业综合电耗主要反映了立窑工艺的单位电耗，增长缓慢。１９９６年以后，在政策支持下，新
型干法窑工艺的水泥产量迅速增加，自动化程度提
高，导致吨水泥综合电耗不断升高。２００５年后，政府加快了对落后产能和高能耗小规模企业的淘汰，并颁布了新的行业能耗标准¨７】，使吨水泥综合电耗呈现缓慢下降趋势。
需要指出的是，可燃废弃物作为替代燃料以及余热发电技术正成为世界水泥行业的发展趋势，其应用程度的不同会影响能效水平的国际比较。在日本，替代燃料应用广泛，２００９年有２６＿３Ｍｔ废物燃料被用于熟料生产，使吨水泥熟料能耗从９５．３蚝标煤
１
水泥行业能源效率的国际比较
过去２０年来，中国水泥行业的热效率和电力效
率显著提高。吨水泥综合能耗由１９９０年的１９６ｋｇ标
煤下降到２０００年的１６２ｋｇ标煤ｎ３】，并在２００９年下
５期
许金华，等：中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析
上升到１１２．３ｋｇ标煤【１８］，而对中国来说，替代燃料到１６５Ｍｔ标煤【２２】，带来大量的ＣＯ：燃烧排放【２３１，其
在水泥行业能耗总量中的比重不足ｌ％，对能效水平几乎没有影响【５】。因此，排除替代燃料和余热发电技术因素影响后，中国与最佳技术水平之间的差距要更大一些（见图１和图２）。
中，煤炭和电力约占水泥制造业能源消耗总量的９９％【５Ｊ。水泥生产过程中的能源消耗主要由熟料在煅烧过程中所消耗的热能和水泥生产过程中的电能（扣除余热发电量）构成，水泥行业的能源消耗量计
算如下②：
巨２莩Ｅ址２莩（气＊×ｅＪ×Ｑ城＋０．００３６×ｅ７×ｇ一
，×Ｏ．００３６×３６×Ｇ×Ｏ女，
（１）
其中：ｉ为工艺流程编号，ｉ＝１，２，３，分别代表新型干法工艺、立窑工艺和其他回转窑工艺；最为第ｋ年的能源需求总量，ｋｇ标煤；Ｐ址代表吨水泥熟料综合能耗，ｋｇ标煤／ｔ熟料；Ｃｆ。代表第ｋ年工艺ｉ的熟料产量占水泥产量的比例，％；Ｑ岫代表第ｋ年工艺ｉ的
数据来
者根据Ｌｅｉ等‘２０１估计；其他‘２“。
水泥产量，ｔ；ｅ７为吨水泥综合电耗，ｋＷ－ｈ／ｔ水泥；
，，为余热发电技术渗透率③，％。
水泥生产过程中的ＣＯ：排放主要由３部分构成：燃料燃烧排放、碳酸盐分解产生的过程排放和耗电带来的电力排放，前两者属于直接排放，电力排放属于间接排放，计算如下：
图２各国水泥生产综合电力效率比较
Ｆｉｇ．２
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｐｅｒｔｏｎｏｆｃｅｍｅｎｔｂｙｃｏｕｎｔｒｙ
Ｇ＝ｊ：（氏。ｌ×Ｐ从×Ｃｆ．女）×Ｑｉ，女＋三（Ｅ，。×ＣＪ．＾）×Ｑ．Ｉ＋；Ｆｅｌｅ×Ｐ７×ＱＬ女
＝∑ｃｋｌ，ｉ，ｋ＋∑Ｃ口。．咄＋暑Ｃｅ。。肼，
（２）
其中，％小瓦。，Ｅ。。分别代表ＣＯ：燃烧排放因子、过程排放因子和电力排放因子，ｑ。ｕ加Ｃ口。ｍ和Ｃｃ。。工。
分别为第ｋ年第ｉＮ工艺的ＣＯ：燃烧排放量、过程排
图３不同窑型的中国水泥产量（数据来源于Ｘｕ等Ｄ２］）
Ｆｉｇ．３
ＣｅｍｅｎｔｏｕｔｐｕｔｉｎＣｈｉｎａｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｋｉｌｎｓ
放量和电力排放量。
（Ｄａｔａ
ａｒｅ
ｆｒｏｍＸｕｅｔ
ａ１．ｐ２］）
２．２数据来源
２水泥行业能源消耗和ＧＯ：排放计算
２．１
本文中，水泥产量和熟料产量数据来自中国水泥协会１２２．２４－２５］，吨水泥综合能耗数据来自工业与信息化部、国家发展与改革委员会平ｌｌＸｕ等”２１，吨水泥综合电耗数据来自曾学敏１６Ｉ、李涛平１１０１和Ｘｕ等１１２Ｉ，Ｃ０２排放因子数据来自崔素萍等【２６】、Ｈａｂｅｒｔ等【２７１和
Ｅｎｅｒｄａｔａ等㈨。
水泥行业能源消耗和ｃｏ：排放计算
水泥制造业是典型的高能耗、高排放行业。我
国水泥行业能源消耗总量从１９９０年的４１．１０Ｍｔ标煤
增长到２０００年的９６．１０Ｍｔ标煤｜１４】，并在２０１０年达
②１
ｔ标煤＝２９．３ＧＪ。这里，能源消耗不包含混合材烘干能耗、替代燃料能耗和余热发电能耗。
ｈ…】。
③余热发电技术渗透率定义为采用余热发电技术的熟料产量占熟料总产量的比例，吨熟料余热发电量采用３６ｋＷ
气候变化研究进展
２０１３矩
３中国水泥产量预估
在对水泥行业的节能潜力和减排潜力进行估计之前，有必要先对水泥产量的未来走势进行预估。发达国家的经验显示，当年人均水泥消费量达到
６００～７００
ｋｇ时，水泥消费量达到饱和【２９】。对中国而
言，很多研究认为产量峰值将出现在２０１５－－２０２０年，此时年人均消费量为１５００～２０００ｋｇｔｌｌ，２９－３０］。考虑到中国水泥产量和固定资产投资有着密切联系，且中国政府对固定资产投资一般有着明确规划，本文借助固定资产投资规模对未来的水泥产量走势进行预估，并在文中作为水泥产量未来可能的走势之一。
我们使用１９８０－－２０１０年中国固定资产投资和水泥产量的历史数据，通过Ｅｖｉｅｗｓ软件建立统计预测模型，使用２０１１年矛Ｎ２０１２年的数据来验证模型准确性。中国固定资产投资数据来自国家统计局，以２０００年不变价折算，经ＧＤＰ缩减指数调整（２０００年值设为１００）。单位根检验显示两变量都存在一个单位根，取对数差分后，检验结果显示为平稳序列，Ｊｏｈａｎｓｅｎ协整关系检验结果显示，两者之间存在长期协整关系④。结果表明，固定资产投资变量可以很好地解释水泥产量变化（Ｒ２＝０．９９）。
２０１１年中国完成固定资产投资３１．２万亿元人民币，同比增长２３．８％，本文假设“十二五”时期中国固定资产投资增速平均为１８．８％，固定资产投资价格指数为１０４．８（“十一五”时期平均值），２０１２－－２０１５年的投资增速分别为２０％、１８％、１６％和１５％［３０－３１】。根据模型结果，２０１１年矛Ｄ２０１２年中国水泥预测产量
分别为２０．０亿ｔ和２１．６亿ｔ，实际产量分别为２０．６亿ｔ
图４２０３０年中国水泥产量预估
Ｆｉｇ．４Ｃｈｍａ’Ｓｃｅｍｅｎｔｏｕｔｐｕｔ
ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ
ｔｏ２０３０
泥消费量为１
１３２３
６０６
ｋｇ，随后在２０２０年稳步下降到
ｋｇ（比２０１０年的１３９３ｋｇ水平低５％），我们进
一步假设人均水泥消费量在２０２０年后稳步下降，到２０３０年为７５０ｋｇ水平。
（２）模型产量预估：基于预测模型结果，以及其他国家的水泥消费长期趋势。假设水泥产量峰值出现在２０１５年。其中，２０１２—２０１５年水泥产量采用预测模型结果，峰值为２５．６亿ｔ，对应人均水泥年消费量为１８６６ｋｇ。２０１５年以后，人均水泥消费量在２０２０年稳步下降１５％，达到１６２７ｋｇ（参考日本、德国【２９’３２１），然后在２０２５年稳步下降到１２４４ｋｇ（相比峰值时下降３５％）。之后，由于饱和效应，人均水泥消费量进入稳定期。
（３）国际比较产量预估：该情景是建立在中国人均水泥消费量峰值比国际水平高３０％的假设基础上。以在文化、生活方式等方面与中国大陆近似的中国台湾、韩国作为参考，假定水泥消费峰值在２０１５年达到１７５３ｋｇ＠，届时国内水泥产量达到２４ｆＬｔ。人均水泥消费量在２０２５年稳步下降到１０４４ｋｇ（相比峰值时下降３５％，参考中国台湾、韩国），之后由于饱和效应进入稳定期。
和２１．９亿ｔ，误差在３％以内；２０１５年中国水泥预测产量达到２５．６亿ｔ，比２０１１年高２４％。
基于以上分析，对中国水泥产量的未来趋势建立如下３种预估（图４）⑤。
（１）基准产量预估：根据水泥行业“十二五”规划，２０１５年国内水泥需求量为２２亿ｔ左右，人均水
④出于篇幅所限，本文未列出检验过程。
⑤人口数据来自联合国《世界人１３展望２０１０》。
４中国水泥行业节能潜力和ＧＯ：减排潜力
４．１最佳技术水平
本文首先基于方程（１）和（２）定义当前技术水平
⑥中国台湾和韩国水泥人均年消费量峰值分别出现在１９９３年和１９９７年，分别为１３３２ｋｇ和１３４３ｋｇｏ“。中国在２０１０年就已经超过了这一水平，达到
１３９３ｋｇ。
５期
许金华，等：中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析
下的基准情景，然后通过逐步实施达到最佳技术水平的各种技术定义其他情景，最佳技术水平定义如下（表１）：
（１）能源利用效率和电力效率。日本是效率最高的水泥生产国，水泥生产全部采用新型干法生产工艺，其中８９％的熟料生产采用预分解窑工艺，另外１１％的熟料生产来自悬浮预热器窑工艺。２０１０年中国水泥产量来自新型干法过程的比例为８０％。新型千法工艺的推广提高了水泥生产过程的自动化水平，使单位水泥产品电耗升高，在新型干法工艺完全普及后，随着生产工艺用电效率的提高，单位水泥产品电耗将会缓慢下降（表１）。参考日本水泥厂，最佳能效水平为９５蚝标煤／ｔ熟料（不包含替代性燃料能耗），电力效率为８５ｋＷ・ｈ／ｔ水泥［６，１８Ｊ。
（２）ＣＯ：排放因子。对于燃烧排放因子，当前，中国水泥行业超过９９％的燃料为煤炭，而在法国、德国等发达国家，替代性燃料的比例已经超过３０％ｔ
６｜，
再生能源发电比例的增长，中国电力排放强度已经从１９９０年的１．２３ｋｇ／（ｋＷ・ｈ）下降到２０１０年的０．９９
ｋｇ／（ｋＷ．ｈ），降幅为１９．４％ｆ２８１。根据Ｚｈｏｕ等【３４】，２０３０
年以前，下降幅度可能达４０％，从而使电力排放因
子达到０．５９ｋｇ／（ｋＷ“）。
（３）水泥熟料比例。２０１０年中国熟料水泥比为６２％。一般认为，在避免降低强度和耐久性的前提下，水泥熟料的极端替代水平为５０％ｔ２
７｜。
（４）余热发电技术渗透率。２００９年中国水泥行业余热发电技术渗透率达到６２％，未来还会进一步增加…，本文假设余热发电技术在水泥行业的渗透比
例可以达到１００％（表１）。
４．２情景假设
为了分析不同技术水平下的能源消耗量和ＣＯ，排放，４种不同的技术情景定义如下：
情景０，即当前技术情景（基准情景）。在该情景下，所有的技术参数被设定为２０１０年的水平，未来能源消耗量和Ｃ０：排放随水泥产量的变化而变化。
情景１，即效率改善情景。能源利用效率、电力效率以及余热发电技术渗透率逐步达到最佳水平，其他技术水平保持不变。
情景２，即替代燃料及混合材情景。ＣＯ：排放因
子和水泥熟料比例逐步达到最佳水平，其他技术水平保持不变。
本文假设在最佳水平下，水泥行业燃料结构中，煤炭的比例下降到６０％，其他为替代性燃料，在这种情况下，水泥行业的燃烧排放因子为２．４９
ｋｇ
ＣＯ：／
埏标煤⑦。对于过程排放因子，原则上石灰石可以通过一些低碳物质，如工业废渣、水泥废料进行替代，在最佳水平下，１０％的比例被替代，使过程排放因子
从５４７
ｋｇ
Ｃ０２／ｔ熟料下降到４７８
ｋｇ
Ｃ０２／ｔ熟料［２６－２７］。
对于电力排放因子，由于燃煤发电效率的提高和可
表１
中国水泥行业的当前和最佳技术水平
Ｔａｂｌｅ１ＣｕｒｒｅｎｔａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌｅｖｅｌｓｉｎＣｈｉｎａ’Ｓｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
注：当前技术水平参考２０１０年中国水泥行业的技术水平１４．６．２”。
⑦根据１ＰＣＣｍｌ，煤炭的ＣＯｚ排放因子为２．７２ｋｇＣ０２／ｋｇ标煤，本文假设废弃物燃料的Ｃ０２排放因子为２．１５ｋｇＣＯ：／ｋｇ标煤…】。
气候变化研究进展
２０１３年
情景３，即最佳技术水平情景。所有的能源效率措施和Ｃ０：减排措施都在２０３０年之前逐步达到最佳技术水平。
４．３结果分析和讨论
４．３．１
水泥行业能源消耗和ＣＯ：排放趋势
图５和表２分别显示了不同产量和技术情景下中
瑚啪Ⅲ㈣”如巧。
Ｏ旦凸；旦轧
一
国水泥行业２０３０年前的最终能源消耗量和３种ＣＯ，排放量。可以看到，较高的水泥产量一般对应较高的能源消耗量和ＣＯ：排放量，说明未来水泥产量对
基基预预国国准准测测际际产产梭模比比量疑型型较较产产产产鼠轧丑ｉⅡ；
０２０
～一一一一¨＿５＿：
｜｝Ｉ｝
一
隋隋隋隋襞２
基基预预国围准准测测际际产产模模比比量量型型较较产产产产量量量量吼鼠巳巩址取札轧
能源消耗和ＣＯ：排放具有直接而重要的影响。３种ＣＯ：排放源中，过程排放约占总排放量的５５％，其次是燃烧排放（３０％）和电力排放（１５％）。另外，２０１０—２０３０年，不同的技术选择对３种ＣＯ：排放的影响并不相同。在情景１（效率改善情景）下，随着时间推移，燃烧排放量降幅最大，其次是电力排放；在情景２（替代燃料及混合材情景）下，电力排放的下降幅度最大，其次是过程排放，最后是燃烧排放；而在情景３（最佳技术水平情景）下，电力排放的降幅最大（平均５９％），其次是燃烧排放（平均５４％）和
过程排放（平均４１％）。
４．３．２水泥行业节能潜力和减排潜力分析
Ｆｉｇ．５
图５不同技术情景下的水秽￡行业最终能源消耗
Ｆｉｎａｌｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｓｃｅｎａｒｉｏｓｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
表３给出水泥行业在２０１０－－２０３０年，相比情景０，不同技术情景下的累积节能量和ＣＯ：减排量，图６和图７显示了每年的节能量和ＣＯ：减排量。这里，累积节能量和减排量通过将每年的节能量和减排量
表２不同产量和技术情景下水泥行业ＣＯ：排放量
Ｔａｂｌｅ２
Ｃ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｃｅｎａｒｉｏｓａｎｄｏｕｔｐｕｔｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
注：单位水泥产品电耗在２０１０２０３０年间呈现先升后降的趋势，导致在２０２０年之前情景１的ｃｏ：电力排放高于情景０；在２０２０年后，随着单位水
Ｊ泥电耗降低及水泥产量降低，ｃｏ：电力排放量迅速下降。
５期
许金华，等：中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析
表３不同技术情景下２０１０—２０３０年水泥行业累积最终能源节约量和累积ＣＯ：减排量（相比基准情景）
Ｔａｂｌｅ３
ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｆｉｎａｌｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓａｎｄＣ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｃｅｎａｒｉｏｓ（ｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｂａｓｅｌｉｎｅ
ｓｃｅｎａｒｉｏ）ｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙｄｕｒｉｎｇ２０１０—２０３０
注：括号内数字为相比情景０（基准情景）的变化幅度。
邬
４００３５０３００三２５０
∞＂如巧
兰２００＃
＾・１５０
加”ｍ
１００５０
，０
８
１‘一
＿¨
０
加吣控～
景景景
ｌ
。
２０３０年
叭由叶号ｌ一～～
基基基预预准准准测测如产产产模模量量量型型产产情情情量量
预国国国测际际际
叭，：，情情旦尿旦尿２
｜耄一时蝣一
蚕ｆ：
睫黾良里黾里邑飘
Ⅻ情情情情如景ＨⅡ；景
基基基预预
爪旦尿旦尿
罂｛｛警；牖糯
预国国国
情景３情景１
加铲轳栌燃糕¨量量量型型
情情情量量
嬲删一一一
情景２
情景３
图６不同技术情景下水泥行业每年的最终能源节约量
Ｆｉｇ．６Ｆｉｎａｌ
图７不同产量和技术情景下的水泥行业ＣＯ：减排量
Ｆｉｇ．７
Ｃ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｓｃｅｎａｒｉｏｓｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｓｃｅｎａｒｉｏｓｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ
加总得到。可以看到，在不同的技术选择下，水泥行业仍然具有显著的节能减排潜力。情景ｌ的节能潜力稍高于情景２的节能潜力，但前者的减排潜力要明显低于后者，且增长缓慢，表明燃料和熟料替代在水泥行业节能减排中发挥重要作用。在情景３下，根据未来产量预估的不同，中国水泥行业的累积节能潜力为１３．４％～１４．６％，累积ＣＯ：减排潜力为１５．３％～１６．３％，分别带来平均４．２ｆＬｔ标煤的累积节
能量和３７．２亿ｔ的累积ＣＯ：减排量。从３种ＣＯ：排放
以带来１３．３亿～１７．６亿ｔ的累积ｃｏ：减排量（约贡献
总减排量的４２％），其次是燃烧排放（１１．８亿～１７．６ｔＬｔ，约占３６％）；电力排放的减排潜力最小（７．４，ｆＬ～
９．３亿ｔ，约占２２％）。
４．３．３不同措施对节能减排效果的贡献
除了产量因素，目前降低水泥行业能耗和排放措施可归为两类：能效水平提高措施和替代措施（包括燃料替代和熟料替代）。３种因素分别体现在情景０、情景ｌ和情景２中。表４给出这３种因素对水泥行业节能和减排效果的贡献，可见，水泥消费量的
源的减排潜力来看，过程排放的减排潜力最大，可
气候变化研究进展
２０１３年
下降在能源节约和ＣＯ：减排过程中具有重要作用，燃料和熟料替代措施的节能和减排贡献整体上要高
于能效提高措施的贡献，特别是在对ＣＯ：减排的贡献中，燃料和熟料替代措施发挥着主要作用⑧。
表４不同产量预估下３种因素在节能和减排中的贡献（２０１０—２０３０年）
Ｔａｂｌｅ４ＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｒｅｅｆａｃｔｏｒｓｔｏｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓａｎｄＣ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｕｔｐｕｔ
ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ
ｉｎ２０１０—２０３０
５结论
通过对能效水平进行国际对比以及自底向上的
参考文献
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核算方法，本文采用情景规划方法考察了不同节能和减排措施下中国水泥行业未来的节能和减排潜力。结果显示，中国水泥行业的能效水平已经取得了显著进步，与最佳技术水平的差距从１９９０年的７０％缩小为２００９年的１０％，但考虑替代燃料因素后，两者的差距将扩大。由于固定资产投资的拉动作用，中国的水泥产量在未来几年很可能将继续保持增长趋势，并在２０１５年附近达到峰值，而产量因素对水泥行业能源消耗和ＣＯ：排放具有重要而直接的影响。
潜力估计结果表明，水泥行业仍然存在较大的节能潜力和减排潜力。能源节约潜力为１３．４％～１４．６％，累计带来约４．２亿ｔ标煤的节能量；ＣＯ：减排潜力为１５．３％～１６．３％，累计带来约３７．２亿ｔ的ＣＯ：减排量。在ＣＯ：减排量中，过程减排约贡献了总减排量的４２％，其次是燃烧减排（３６％）和电力减排（２２％）。从各种技术措施对节能和减排的贡献来看，燃料和熟料替代措施将具有更好的节能和减排效应。从ＣＯ，排放来源看，尽管过程排放贡献了最高的绝对减排量，但却具有最低的相对减排潜力（减排比例），因此，进一步挖掘ＣＯ：过程排放的减排潜力是降低水泥行业排放总量的有效途径，从而使中国水泥行业存在进一步减排的空间。■
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Ｃ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｉｎｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
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ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ】Ｅｎｅｒｇｙ
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Ｃ２３１８４９２５９ｈｔｍ
⑧另一种降低水泥行业碳排放的措施是碳捕获与封存（ＣＣＳ）技术，由于ＣＣＳ技术成本高昂且尚未解决运输和储存问题，短期内难以在中国水泥行业
律到广泛应用，因此本文暂未考虑这一技术的减排贡献。
５期
许金华，等：中国水泥行业节能潜力和ＣＯ：减排潜力分析
３４９
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ｏｎ
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ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆ１３．４％一１４．６％ａｎｄＣ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆ１５．３％一１６．３％ｉｎＣｈｉｎａ’Ｓｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｂｒｉｎｇｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｆｉｎａｌ
ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓｏｆａｖｅｒａｇｅ４２０ｍｉｌｌｉｏｎｔｏｎｓｏｆｓｔａｎｄａｒｄ
ｃｏａｌａｎｄ３．７２ｂｉｌｌｉｏｎｔｏｎｓｏｆｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｂｅｓｔ
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ｓｃｅｎａｒｉｏ．Ｏｎｔｈｅｗｈｏｌｅ．ｅｆｆｅｃｔｓｔｈｏｓｅｆｒｏｍ
ｏｆｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｃａｒｂｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｆｕｅｌａｎｄｃｌｉｎｋｅｒｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｒｅｈｉｇｈｅｒ
ｔｈａｎ
ｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｍｅａｓｕｒｅｓ．ＡｍｏｎｇｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆＣ０２ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｏｕｒｃｅｓ，ｐｒｏｃｅｓｓ—ｒｅｌａｔｅｄｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｃｃｏｕｎｔｓｆｏｒａｂｏｕｔ４２％ｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｓ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｆｕｅｌ—ｒｅｌａｔｅｄｅｍｉｓｓｉｏｎ
ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ（３６％）ａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ－ｒｅｌａｔｅｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
（２２％）．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ；Ｃ０２ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ；Ｃｈｉｎａ；ｃｅｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙ；ｃａｒｂｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓ
中国水泥行业节能潜力和CO2减排潜力分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
许金华， 范英， Xu Jinhua， Fan Ying
中国科学院科技政策与管理科学研究所能源与环境政策研究中心,北京,100190气候变化研究进展
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