温宗国、李会芳： 中国工业节能减碳潜力与路线图

编者按：

作为推进生态 明建设、应对全球气候变化的关键途径，工业节能低碳发展离不开先进节能低碳技术的研发和应用。清华大学环境学院温宗国教授等探讨了当前工业碳排放趋势，并基于主要行业节能低碳技术进展，分析了钢铁、水泥和电力行业的减排潜力及路径，提出传统制造业碳排放“拐点”预计2020年前出现，未来减碳重点应逐步转向汽车交通、建筑使用等消费部门，注重以信息化促进工业跨越式低碳发展，积极发展跨行业的产业共生推进协同减排。

一、中国工业部门能耗与碳排放现状一、中国工业

（一）工业能源消费现状

在城镇化和工业化快速发展的驱动下，中国能源资源需求与日俱增，消费规模不断扩大，温室气体排放量持续增加。2005-2015年，中国累计消耗能源约393亿吨标煤，其中2015年能源消费总量高达43亿吨标准煤，约占全球的四分之一，煤炭消费则占全球的一半以上。以制造业为主的工业能源消耗仍占中国能源总消耗的70%左右。钢铁、水泥等高耗能产业的比重长期维持高位，产业结构在短期内难以快速完成调整，导致了制造业能源消费需求居高不下。技术进步带来了显著的节能减碳效果，可以部分抵消重工业规模上涨带来的增量，但其贡献比例仍然有限。

2000年以来，中国能源消费进入快速增长阶段，“十五”期间年均增长率达到12.5%，“十一五”期间年均增长率降低为6.7%，2012年以来能源增长速度明显放缓。在工业领域，工业能源消费总量在全国能源消费中绝对量大，占比高，2015年达29亿吨标准煤，占全国能源消费总量68%（见图1），随着工业结构调整及国家节能减排的力度不断加大，2014年工业能耗增幅开始明显趋缓并进入平台整理期。

“十二五”以来，随着淘汰工业落后产能的进一步深入、先进节能减排技术的推广和节能技改项目的实施，工业能效不断提高，单位工业增加值能耗不断下降（见图2）。2015年全国万元工业增加值能耗为1.33吨标准煤，与2010年的1.59吨标准煤相比下降了16%，工业能耗与碳排放水平明显降低。

（二）工业碳排放量及排放水平

随着中国经济社会发展水平的快速提升，温室气体排放量（简称碳排放量）也相应逐年递增。2010年中国包括电力、石油、钢铁、水泥、电解铝、汽车交通、建筑使用以及生物质废物处理在内的八个重点行业直接温室气体排放总量为65.13亿tCO2当量，年均增长速度达到8.44%。2015年，几乎所有行业的碳排放量均呈增长趋势，碳排放总量（包括间接排放）达到98.42亿tCO2当量。其中，排放总量前四的行业依次是：电力、建筑、钢铁和水泥（见图3、图4）。

八个重点行业直接温室气体排放总量占到总排放量的79%，其中，电力行业占比居首，达到31%；钢铁和水泥行业次之，各达到13%；建筑行业第四，占12%（见图4）。

二、工业节能低碳技术水平一、中国工业部门能耗

（一）工艺技术装备大型化趋势明显，部分行业达到甚至领先国际水平

近年来，中国加大了工业领域的科技创新，工业节能减碳技术发展迅速，制造业主要产品中约有40%的产品质量接近或达到国际先进水平。同样的，重点耗能行业也在节能减碳先进技术的开发和应用上有所突破，推动产品单位能耗和碳排放强度的下降，已有一大部分大型企业的工艺水平达到国际先进水平。例如，电解铝综合交流电耗、大型钢铁企业技术水平等处于国际先进水平，水泥行业国内企业凭借先进技术广泛参与国际工程服务领域竞争，占有国际水泥工程总承包建设市场40%以上份额。统计显示，2016年工业粗铜单位产品综合能耗下降9.45%，吨钢综合能耗下降0.08%，单位烧碱综合能耗下降2.08%，吨水泥综合能耗下降1.81%，每千瓦时火电发电标准煤耗下降0.97%。

（二）以企业为主体的自主创新体系对节能减碳的转型升级支撑不显著

中国重点统计钢铁企业研发投入只占主营业务收入的1.1%，远低于发达国家3%的水平。中国在鼓励科技创新和成果产业化的配套政策不健全，很多节能减碳技术并没有真正实现市场化应用。当前，重点行业能耗强度仍然比较高，重要高耗能工业产品的单位能耗平均水平比国际先进水平高出20%左右。例如，2014年每吨新型干法水泥熟料综合能耗已降至110kgce，但是企业能耗水平参差不齐——以5000t/d水泥生产线为例，不同企业生产线的可比熟料综合煤耗差距很大，部分5000t/d生产线的煤耗测试数据最高值为108.31kgce/t，最低值达到89.80kgce/t，两者相差18.51kgce/t，且部分企业能效指标还不能达到新的能耗限额标准（GB16780-2012《水泥单位产品能源消耗限额》）要求。与国际先进水平相比，中国单位水泥产品的能耗指标仍高出15%~20%。汽车交通行业方面，近些年中国单车燃料经济性水平持续提升，但乘用车销售量加权平均燃料消耗量比欧洲和日本平约高20%，传统内燃机对外依赖度较大，大多关键设备需进口。

三、主要行业节能低碳技术进展及潜力

中国钢铁、水泥、电解铝等生产行业在政策驱动下带来的节能减碳潜力在减小，以淘汰落后产能为主的刚性节能减碳措施潜力愈发有限。研究表明，中国工业部门现有节能减碳措施已经比较充分，但必须继续保持政策的延续性和已有力度，确保达到2020年工业节能和总量控制的双控目标。预计2025—2030年间工业部门能耗开始下降，为消费部门（汽车、建筑）持续增加的能耗提供发展空间。经核算，随着行业结构调整与技术升级幅度加大，行业节能减碳潜力也有所提升。但随着节能低碳技术进一步推广，边际节能减碳量在逐渐下降，强度下降速率逐渐减慢。这主要是由于在现有生产工艺的结构限制下，技术减排空间越来越小。

（一）传统制造业碳排放“拐点”预计2020年前出现

传统工业发展着重于提高技术效率，却很难遏制消费规模和产能的增长，而后者是影响未来碳排放水平的关键因素。消费行业（交通、建筑）需求将持续增加，并拉动工业（钢铁、水泥、电解铝等）产量的供给，预计产量将在2017—2020年间达到峰值且进入平台整理期，并且随着工业化后期阶段的出现，工业碳排放预计将先于能耗达到峰值（见图5）。在两种不同的经济社会发展速度下，针对各行业分别设计了基准、低减排、中减排、高减排四种情景（见表1和表2），情景分析预测表明，钢铁、水泥行业碳排放峰值“拐点”出现时间预计在2017—2020年间。其中，钢铁行业碳排放峰值预计为12~13亿吨CO2当量，水泥行业碳排放峰值预计为12.6~13.3亿吨CO2当量。电力工业峰值在中、强减排情景下将出现在2020年左右，分别达到47亿吨和44亿吨CO2当量，而按照现有减排措施的低情景下到2030年前仍将保持增长态势。中国制造业碳排放拐点的出现，将为消费（交通、建筑）领域的碳排放增量提供空间。

（二）主要行业的温室气体减排潜力

与基准情景（延续当前碳减排措施）相比，中国电力、钢铁、水泥等生产行业在政策驱动下带来的节能减碳空间在减小，预计2025-2030年间工业部门的排放量预计可以回到2010年的排放水平，减碳重点应逐步转向汽车交通、建筑使用等消费部门。

1. 钢铁行业减排潜力及路径。

同2010年排放量相比，钢铁行业低、中、高三种技术减排政策情景均具有较大的减排空间。与基准情景相比，低技术政策情景下钢铁行业2030年可进一步减排0.210亿吨CO2当量。提高减排政策强度后，行业结构调整与技术升级幅度加大，行业减排潜力也有所提升。在中减排政策情景下，钢铁行业2030年可再减排0.503亿吨CO2当量；在强减排政策情景下，钢铁行业2030年最高可再减排0.743亿吨CO2当量。随着节能低碳技术进一步推广，边际减排量在逐渐下降，粗钢温室气体排放下降速率逐渐减慢。这主要是由于在现有生产工艺流程结构限制下，技术减排空间越来越小。另一方面，不同技术的减排成本差距较大（见图6），处于高炉炼铁工序的节能技术及后续工序的减排成本普遍较低，其次分别为烧结、焦化工序，而且存在数量众多的负成本减排技术，即在技术生命周期内，综合考虑技术节约能源及副产品销售带来的年均收益要大于年均成本。因此，钢铁行业减排可先集中于成本较低的工序，加快回收利用废旧钢铁，对现有普及率较低的先进减排技术加强政策扶持。

2. 水泥行业减排潜力及路径。

3. 电力行业减排潜力及路径

按照当前发展趋势的基准情景下，电力行业CO2排放总量仍然会大幅度增加，2020年和2030年将比2010年分别增加111%和151%，且发电行业对煤炭的需求量在2030年将突破中国煤炭产能控制目标。如果中国积极发展清洁能源和可再生能源（中减排情景），以2020年非化石能源比重达到15%为约束条件，并采取积极的产业政策和配套措施，电力行业CO2排放总量2020年以后有望趋于平稳，并在2030年以后明显下降，减排量可达17.8亿吨CO2当量。如在中减排情景上较大范围地推广CCS技术的应用，2030年温室气体排放强度将降到2010年的49%，但显然该项技术的风险非常明显，而且减排成本要增加许多（图8），甚至影响电力工业的持续健康发展。电力行业减排需要充分考虑技术风险、能源安全和减排成本等多方面因素。从未来减排贡献和单位减排成本看，USC燃煤发电、压水堆三代核电、并 风电、大中型水电和光伏发电是优先的减排措施。

四、中国未来工业节能减碳的展望

1.工业能耗和碳排放预计2020年左右达到顶峰

传统工业发展着重于提高技术效率，却很难遏制消费规模和产能的增长，而后者是影响未来能耗水平的关键因素。消费部门(交通、建筑)的需求将持续增加拉动工业(钢铁、水泥、电解铝等)产量增长，产量在“十三五”期间达到峰值且进入平台整理期，并随着工业化后期阶段的出现，工业能耗预计达到峰值。中国制造业碳排放拐点的出现，将为消费（交通、建筑）排放增量提供空间。

2.智能设备与信息化将推进工业节能减碳发展

在国际工业发展进程中，智能设备与工业的结合为节能提供了精细化管理和深入挖潜的可能，利用工业能源大数据进行能源诊断、改造和提升是未来工业节能的重要方向。通过信息技术、物联 技术、数值模拟、智能体等对工艺流程及能源消耗进行优化，提高能耗和碳排放控制的组织效率，是未来的重要突破点。

3.跨行业协同成为未来节能减碳发展的趋势

随着工业节能工作的不断深入，单一行业内部能源效率的提升逐渐接近瓶颈，边际成本不断提升。同时，越来越多的先进技术研发致力于多行业联产系统的开发和应用。工业部门不同行业之间的联产，如冶金、化工、建材、电力通过物质流、能量流和废物流的优化，提升多联产系统能效和产品产值；工业和农业联产，如利用钢铁、电力等企业的低温余热资源用于海水淡化和生态养殖等。中国工业各行业之间、工业与其他产业之间的联产节能潜力还值得进一步的深入挖掘。

4.未来节能减碳技术政策应注重柔性化设计

当前的工业节能政策以淘汰落后、强制能效标准等手段为主，技术改造和技术推广应用为辅，形成了刚性的政策环境。地方政府和企业在执行过程中过于强调指标的达成，有可能造成工业能耗的区域转移，造成被动适应政策导致数据失真，因此未来工业节能减碳政策应注重柔性设计，不搞“一刀切”，针对工业行业特点和企业需求制定更有针对性的引导政策。

5.加强企业自主节能减碳和能源系统优化

重视企业节能减碳的自主性的调动，转变思路进一步挖掘系统节能减碳的潜力。企业的一线员工往往从局部或自身操作方便，一些传统做法或行为在不知不觉中浪费了能源。例如，工人用压缩空气冷却马达，压缩空气喷嘴超长时间不更换等，因此加强对企业一线员工的系统节能减碳的培训并深入挖潜，是提高企业自主节能减碳的有效途径。

五、中国工业低碳发展战略建议

工业低碳发展是在满足国家经济发展阶段需求基础上，以绿色低碳产业技术革新、资源能源效率提升和产业结构升级为主导，以温室气体低排放获得较大产出的一种工业生产模式。工业领域低碳发展的核心是提高工业碳生产力，降低工业碳排放总量，迫切需要低碳技术、政策、理念等外部因素的支撑。

1.工业存量应开展成本效益优化的低碳技术改造

针对已有的工业企业，一方面要不断提高淘汰落后产能标准，尤其是现有低端产业链中高能耗高污染的部分落后产能，提高产业的集中度。另外，提升行业节能减排标准，制订有效的行业领跑者制度及实施方案，激发企业的自主节能减排的积极性。中国工业内部技术发展水平不均衡的现象突出，有实力的大型企业拥有大量国际先进水平的节能低碳技术和措施，但众多技术水平和科研实力较弱的中小企业，虽然减排空间巨大但技术改造的意愿和能力都比较低。要加强推广诸多成本效益比为负技术的分类引导与推广，强化政策约束机制，完善财税鼓励措施，完善行业推广机制。

2.重视新增工业产能的低碳发展路径设计

要重视产业低碳发展路径的规划设计，重视已有规划的再评估和实施过程的引导。各地新上工业项目要对照工业低碳发展规划进行通盘考虑，严格控制高碳产业的重复建设，在产业转型中鼓励高端产品生产项目，但要防止“一窝蜂”造成新的产能过剩。引导地区间产业有序转移，改善产业组织结构，推动地区与工业协调发展。由于中西部地区经济发展相对较慢，完成工业化和城镇化要晚于东部地区，要利用东部发达地区先进的技术和经验，帮助中西部地区发展资源型生态工业，而不能简单地进行产业平移，造成国家碳排放的内部空间转移。评估原材料及产品销售运输过程的碳排放，制订产业政策分区域适当保留部分高耗能产业，减少跨区域运输带来的大量碳排放。

3.及时调整中国工业在国际产业链分工中的地位

虽然中国对高耗能产品出口有一定限制，但是出口数量仍未得到控制，而某些行业高附加值产品还依赖进口，这对中国构建低碳工业体系极为不利。中国应利用工业技术后发优势，从资源进口加工产品输出转向成熟先进技术输出。如扶持高新技术产品、机电产品和劳动密集型产品的出口，扩大高新技术产品、稀缺资源的进口，采取多方举措优化进出口结构，这不仅有利于中国处理和化解国际贸易争端，也有利于产业结构优化与低碳转型升级。

4.积极发展跨行业的产业共生推进协同减排

随着全球工业部门节能减碳工作的持续深入，行业内部的节能减碳潜力逐渐收窄，边际成本不断攀升，进入减排的“高成本时代”。同时，多行业共存的产业集群发展模式逐渐成为主流，中国跨行业之间的副产品/废物、水和能量之间的交换与链接逐步形成。跨行业共生的协同减排对于降低减排成本和提升减排空间的作用显著，有望成为未来工业部门减排工作新的突破点。当前，中国跨行业共生技术及其减排潜力还未充分挖掘，未来应在跨行业物质、能源共生技术进行深入研发，尤其资源循环利用、原生材料替代、能源梯级利用及系统优化等，考虑行业间耦合共生，打破行业部门壁垒，推进园区循环化、低碳化、生态化改造，实现跨行业协同效应及减少减排成本，进一步拓宽行业减碳空间。

5.充分发挥碳交易等市场机制促进工业减排

不同工业部门的碳减排成本不仅存在很大差别，而且由于技术实力的差异同行业的企业之间减排成本也差距巨大。因此，在碳排放总量控制目标下，尽快推行重点行业的碳交易，形成全国性的碳交易市场，对于降低减排成本具有重要的现实意义。同时，建议针对碳排放量较大的集团公司，鼓励采取内部碳排放预算管理及集团内部碳排放交易试点，推动行业和企业的自主减排行动。

6.以信息化促进工业跨越式低碳发展

随着国际工业化进程的不断推进，发达国家将信息与工业的结合作为未来发展的新方向和增长点。中国已提出《中国制造2025》规划，重视以信息技术提升工业传统产业发展。这对传统工业的发展是一个新的机遇，应在能源密集的制造产业，抓住机会提升装备的智能化，以信息技术、物联 技术优化工艺流程。应用信息技术驱动企业内部生产组织模式变革，提高生产效率；驱动协同制造以催生企业间组织新模式，提高节能低碳工作的组织效率；驱动生产者与消费者关系重构，满足用户低碳发展的需求。