有色金属联合企业碳排放情景分析与碳达峰路径探讨

董 明，梁红娟

（1. 金川集团股份有限公司，甘肃 金昌 737100；2. 中国检验认证集团甘肃有限公司，甘肃 兰州 730010）

0 引言

《巴黎协定》的主要目标是将全球平均气温上升幅度控制在不超过工业化前的2 ℃的水平，力争在2050—2100年将全球平均气温上升幅度限制在工业化前的1.5 ℃，达到温室气体排放和吸收的全球碳中和目标[1]。我国碳达峰碳中和“3060”愿景为能源结构转型给出了清晰的路线图和具体的时间表，这不仅是能源领域的改革转型问题，也将对我国未来四十年的经济发展、社会发展和文化发展产生深远影响。有色金属行业是高能耗、高排放行业，也是重要的基础原材料行业，与国民经济高度相关，为实现“3060”愿景必须提前做好碳达峰准备，为碳达峰争取更多的时间[2-3]。

根据有色金属工业协会统计数据，2020年我国有色金属行业排放CO2约6.6亿t，其中，冶炼排放5.88亿t、压延加工排放0.63亿t、采选排放0.09亿t，占比分别为89%、10%、1%，由此可见，冶炼是有色金属行业碳排放的重点环节[2,4]。学者们对碳排放量的分析预测各有不同，主要研究包括LEAP模型[5-6]、IPAT方程[7-8]、随机环境影响评估模型（STIRPAT）[9-10]、系统动力学模型和情景分析法[11-12]等。其中，情景分析法能够合理预测各个因素的发展状况和未来碳排放情况，对于早日实现“碳达峰、碳中和”目标具有一定的指导意义，但如何基于目标情景分析有色金属联合企业温室气体减排情况，并对碳达峰做出预判未见相关研究报道。孔佑花等[13]通过对甘肃省的电力、石油加工、热力生产与供应、有色金属冶炼及加工、非金属矿物品、黑色金属冶炼及加工、交通运输、化学原料及制品等碳排放行业建立系统动力学模型，对甘肃省碳排放峰值进行预测。李明阳等[3]通过对原铝温室气体排放建立多因素分析模型，研究提出在基准情景、低改进效率情景和高改进效率三种情景下我国原铝生产温室气体减排和碳达峰路径，探讨了电解铝先进技术、电力消费结构及再生铝占比对降低温室气体排放的影响。邓明翔等[14]基于LEAP模型，预测了云南省碳排放集中在电力、交通运输、金属压延加工、非金属制品和化学工业五大高排放部门，其中，交通运输部门碳排放呈上升趋势，其他部门碳排放呈下降趋势。龙妍等[15]构建了湖北省LEAP模型，探讨了在基准情景、节能情景和强化节能情景下，湖北省节能减碳路径。龚利等[16]主要分析了长三角地区能源消费量、CO2排放量和排放强度的变化趋势，建立STIRPAT模型，定量分析了人口、人均地区生产总值、外商直接投资、技术进步等因素与碳排放量之间的关系。

本文研究对象是一个集采矿、选矿、冶炼、化工及有色金属压延加工为一体的特大型有色金属联合企业，拥有闪速熔炼、合成熔炼和富氧顶吹熔炼等国际领先装备和工艺技术。通过对该有色金属联合企业温室气体历史排放数据进行梳理核算，探讨其未来10年绿色低碳发展路径，预测分析其温室气体减排达峰情况，并结合企业实际针对性提出实现碳达峰的主要路径和举措，较单一采选、冶炼和深加工企业具有更好的行业代表性，可为有色金属行业实现碳达峰提供方法和可参照的碳达峰路径。

1 研究范围及方法

1.1 研究范围界定

以某有色金属联合企业核算主体为边界，核算其属域边界内的各二级单位（分、子公司）产生的温室气体排放。主要包括矿山、选矿、冶炼、金属加工和化工产品等生产系统及辅助系统，以及为生产服务的附属生产系统，其碳排放核算品种较单一采选企业、冶炼企业和化工企业多，涉及的核算方法较单一的有色企业复杂。

1.2 研究方法

1.2.1 历史排放数据核算

对于历史年份的碳排放量核算方法主要参考《2006年IPCC国家温室气体清单指南》《工业企业温室气体排放核算和报告通则》（GB/T 32150—2015），以及国家发展和改革委员会发布的24个行业《企业温室气体排放核算方法与报告指南》，核算公式见式（1）。

式中：Ey为企业在y年温室气体排放量，tCO2；Eyr为企业在y年化石燃料燃烧排放量，tCO2；Eyy为企业在y年能源作为原材料用途的排放量，tCO2；Eyg为企业在y年工业生产过程中的排放量，tCO2；Eyd为企业在y年净购入电力消费的排放量，tCO2；Eyrl为企业在y年净购入热力消费的排放量，tCO2。

1.2.2 未来年份排放量预测

以企业《“十四五”发展规划》《“十五五”发展目标》《清洁能源发展规划》《“十四五”节能技术改造项目规划》和项目方案等资料为基础，选择行业主要产品产量及单位产品碳排放强度，以及降碳潜力进行分析，预测三种不同情景下到“十五五”末的碳排放量。

减碳量模型是依据产品产量与单位产品碳排放强度指标计算排放量，以能源结构调整、产业转型升级、节能降碳挖潜、电气化水平提升、资源综合利用等五种节能降碳路径计算减碳量，计算见式（2）。

式中：Ey为企业在y年的温室气体排放量；Qi,y为y年产品i的产量；efi,y为y年产品i的排放强度；∆Et,y为在y年的不同举措t下的减碳量，t为1～5种节能降碳路径。

1.2.3 情景分析法

情景分析法是在假定预测对象各种可能出现的情形或造成后果的基础上，设定不同的情景进行预测的方法。情景分析在碳排放研究中被广泛应用，是预测未来碳排放趋势的一种常规方法[17-18]。

2 某有色金属联合企业历史碳排放数据核算

某有色金属联合企业主要核算单位涉及矿山、发电、有色冶金、化工、生产性服务、交通运输等六个行业，按照《企业温室气体排放核算方法与报告指南》[19-23]进行核算，2020年碳排放总量500万t（所有排放数据进行了归化处理），其中，化石燃料燃烧直接排放占比53.0%，能源在生产过程中作为还原剂排放占比1.5%，工业生产过程中碳酸盐排放占比3.1%，净购入电力间接排放占比42.4%。表1为某有色金属联合企业碳排放量汇总结果。由表1可知，某有色金属联合企业碳排放总量逐年增加，年均增长6.0%。直接排放主要为化石燃料燃烧排放，间接排放主要为净购入电力排放，清洁能源如太阳能、风能、氢能等在有色金属工业中还鲜有大规模应用。

表1 某有色金属联合企业碳排放量Table 1 Carbon emissions of a non-ferrous metal joint enterprise单位：万tCO2

3 情景分析

3.1 情景设置

根据研究设计基准情景和比较情景。基准情景是在目前状态及趋势下，在不施加外力前提下产生的情景，其是判断和评估可选择性情景的一个判断标准。比较情景则是除基准情景外，也要选择最有可能的变好情景、适度情景和变差情景。本文比较情景分为适度情景和达峰情景。

1）基准情景。以现有产品碳排放强度为基础，“十四五”“十五五”产量增速6%时得到的情景。

2）适度情景。经济适度增长，产品产量增速8%，2025年万元产值综合能耗比2020年下降13.5%，万元产值二氧化碳排放比2020年下降18%；2025年有色金属新材料及生产性服务业占比上升至50%；镍冶炼和铜冶炼单位产品工艺综合能耗比“十三五”末分别下降2%和4%；电气化率年均提升0.2%；2030年“绿电”占总用电量35%以上设定的情景趋势，能源结构、产业升级等适度调整。

3）达峰情景。经济快速增长，产品产量增速10%，2025年万元产值综合能耗比2020年下降13.5%，万元产值二氧化碳排放比2020年下降18%[24-26]；2028年有色金属新材料及生产性服务业占比上升至55%；镍冶炼和铜冶炼单位产品工艺综合能耗比“十三五”末分别下降2.5%和5.0%；电气化率年均提升0.25%；2030年“绿电”占总用电量的50%以上，实现碳达峰设定的情景趋势，完成政府下达的能耗双控目标，能源结构调整、产业升级等达到预期。情景设置描述见表2。

表2 情景设置描述Table 2 Scenario description

3.2 三种情景下排放量趋势分析

3.2.1 三种情景下的排放量

基准情景、适度情景、达峰情景下的CO2排放量预测见表3；排放趋势变化如图1所示。由表3和图1可知，在达峰情境下，某有色金属联合企业2028年实现碳达峰，峰值为670.58万t；在适度情景下2028年后碳排放增速将逐年下降；在基准情景下将无法实现碳达峰。

图1 2021—2030年某有色金属联合企业CO2排放趋势图Fig. 1 Trends of CO2 emissions of a non-ferrous metal joint enterprise from 2021 to 2030

表3 某有色金属联合企业CO2排放量预测Table 3 Prediction of CO2 emission of a non-ferrous metal joint enterprise单位：万tCO2

3.2.2 比较情景下的减碳量测算

1）适度情景。适度情景下能源结构调整、产业转型升级、工艺节能挖潜、电气化水平提升和资源综合利用减排量见表4。由表4可知，适度情景下，某有色金属联合企业2030年五大路径预计减碳146.87万t，其中，能源结构调整、产业升级转型、工艺节能挖潜、电气化水平提升、资源综合利用减排贡献率为70.54%、11.87%、13.39%、2.80%、1.40%。

表4 某有色金属联合企业适度情景下的减碳量测算Table 4 Estimation of emission reduction under moderate scenarios of a non-ferrous metal joint enterprise单位：万tCO2

2）达峰情景。达峰情景下能源结构调整、产业转型升级、工艺节能挖潜、电气化水平提升和资源综合利用减排量见表5。由表5可知，达峰情境下，某有色金属联合企业2028年五大路径减碳187.60万t，其中，2028年能源结构调整、产业升级转型、工艺节能挖潜、电气化水平提升、资源综合利用减排贡献率为74.46%、15.56%、5.37%、2.84%、1.77%。

表5 某有色金属联合企业达峰情景下的减碳量测算Table 5 Estimation of emission reductions under peak scenario of a non-ferrous metal joint enterprise单位：万tCO2

3.2.3 不确定分析

不同情景下排放量和减碳量预测具有一定的不确定性，主要包括：①统计基础资料和数据完整性的偏差；②未来年份产量、产值、发展速度等数据预测的偏差；③时间跨度增长带来新增项目减碳预测的偏差等。企业未来的发展趋势、产业转型、减碳潜力等均是以现有规划和项目方案资料为基础，对于未来实际情况的预测存在很大的不确定性。尤其是在能源结构调整方面，新能源项目的布局有许多限制条件，如项目批准与否、“绿电”配额等方面都将对企业碳达峰的峰值和碳达峰的时间产生影响。

4 主要碳达峰路径和举措

为顺利实现碳达峰目标，结合某有色金属联合企业发展实际，提出以下五个方面的碳达峰举措。

4.1 能源结构调整

推动新能源产业发展，全面促进用能绿色转型，提升企业清洁能源利用水平。推进非化石能源成为能源供应的主体，限制化石能源消费总量，加快构建清洁低碳安全高效的能源体系。

1）新能源开发。采用源网荷储一体化开发模式推进新能源集中式开发，整合电源侧、电网侧、负荷侧资源，科学配置新能源发电项目，提高新能源产业布局比例。“十四五”期间、“十五五”期间“绿电”占总用电量分别达到35%和50%以上。

2）控制化石能源消费总量，推动化石能源消费渐次达峰。推动煤炭消费尽早达峰，实现“十四五”期间煤炭消费零增长。

3）提高天然气使用比例。目前某有色金属联合企业天然气排放量仅占比1%左右，推进“油改气”，实施冶金炉窑天然气替代重油的改造项目，提高天然气使用比例。

4.2 产业转型升级

1）镍钴产业链向动力电池新材料和高温合金方向发展。减少高排放初级金属产品生产，大幅提升电池级金属盐类产能。

2）铜贵产业链向电子电工材料方向发展。阴极铜全部实现精深加工，开发锂电池用超薄双面光铜箔新产品，进一步完善电线电缆产品结构，开发特种电线电缆新产品、辅材、铜杆线深加工产品等。

3）化工产业链向精细化工方向发展。依托现有硫酸、氯碱化工产业基础，建设氯化高聚物、生物可降解制品、PVC深加工等项目。

4.3 工艺节能挖潜

1）深入开展能效对标工作。高起点、高标准选定标杆，与国内同行业先进水平比对，制定切实可行的实施方案，通过推动主要产品工艺升级与节能技术改造，持续不断降低产品单位能耗。

2）推进重点用能设备节能降碳增效。参照行业能效标杆水平，制定完善节能降碳技术改造工作方案，坚决淘汰落后产能、落后工艺和落后设备。到2030年各主要产品能效水平及碳排放强度达到国内先进值。

3）节能减排技术改造。完成热源的配置建设及供热系统整体完善，减少热源、热网、热用户的热损失，提高一次能源的利用率，实现能源的梯级利用。

4.4 电气化水平提升

加快生产系统数字化转型步伐，积极推进智能制造水平，推进电气化、数字化、绿色化融合，使能耗水平、电耗水平、其他资源消耗的水平等实现最优，助推减碳工作。以建设“智慧工厂”为目标，重点推进智能工厂、绿色工厂创建，主要冶炼过程实现智能化。

4.5 资源综合利用

加大固体废弃物综合利用，推动绿色生态发展。加强重金属污染防治，确保污染物达标排放。推广选冶废水深度处理与循环利用，促进产业链绿色循环。建立废旧电池回收、拆解和再利用体系，大幅提高资源综合利用水平。

5 结论

通过对某有色金属联合企业温室气体历史排放数据的核算，重点研究了该企业的碳排放峰值水平和达峰主要路径，得出结论如下所述。

1）在达峰情景下，该有色金属联合企业在2028年实现碳达峰；在适度情景下2028年后碳排放增速逐年下降；在基准情景下无法实现2030年前碳达峰目标。

2）综合研判企业未来产业布局、用能结构和碳排放趋势，提出该有色金属联合企业碳达峰的五种路径，其中，能源结构调整、产业升级转型减排量占比达90%，成为支持碳达峰目标实现的重点任务。

3）从完成碳达峰目标的角度提出该有色金属联合企业实现碳达峰目标的主要路径：首先，要推动新能源发展，“十四五”期间、“十五五”期间“绿电”占总用电量需分别达到35%和50%以上。其次，要加快产业转型升级，镍钴产业链向动力电池新材料和高温合金方向发展，铜贵产业链向电子电工材料方向发展，化工产业链向精细化工方向发展等。最后，要加快工艺节能挖潜，主要产品工艺综合能耗达到国家能耗限额标准先进值，以及提升电气化水平和开展资源综合利用等。