CN113971488A - 一种预测钢铁冶金企业碳排放量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，包括：S1、根据经济和人口发展预期，以及企业的基准年实际对钢铁企业未来的产能和铁钢比进行规划；S2、根据企业基准年实际盘算碳排放水平，及各种能源替代、节能降碳技术的降碳量和降碳比率；S3、通过逐年推进，计算得到企业在碳中和过程中各年的碳排放量。该方法通过预测企业的碳排放情况，可为企业节能降碳技术布局和碳业务管理提供支持，为企业生产经营增值。

Description

一种预测钢铁冶金企业碳排放量的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金节能环保领域，尤其涉及一种预测钢铁冶金企业碳排放量的方法。

背景技术

人类过多地使用化石能源，大量排放二氧化碳使全球气候变暖，自然灾害频发。因此，为保护世界环境，提倡绿色环保，越来越多的组织、团队、企业和普通大众在生活中加入到减少碳排放计划中。我国已明确于2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。这是中国向世界表明坚决履行巴黎气候协定的承诺，更是国内绿色发展的动员令。

我国钢铁冶金行业中，90％的粗钢采用“高炉-转炉”的长流程生产工艺冶炼而成，这种工艺的特点是采用碳还原和加热，因此煤炭、焦炭等高碳化石能源大量使用，这既导致生产成本居高不下，也引起环境污染和气候变化，也越来越与碳达峰和碳中和的迫切要求不相适应，节能降碳已经成为钢铁行业可持续发展的共识。但钢铁冶金企业如何实现碳减排，如何制定出符合预期的碳达峰和碳中和路线图，迫切需要一种能够预测钢铁冶金企业未来碳排放量的方法。

发明内容

本发明针对钢铁冶金企业碳达峰和碳中和路线图编制需要，提供了一种预测钢铁冶金企业碳排放量的方法。在预测钢铁冶金企业碳排放量时，需要对企业的碳排放情况有清晰的了解，这既包括了解企业基准年的碳排放水平，也包括了解未来各种节能降碳技术、能源替代，以及突破性低碳冶金技术的应用规划及其降碳能力，更重要的是要在了解的基础上，提前做好投资和经营布局，提高企业的经营绩效。为此，本发明提出一种预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，该方法通过预测企业未来各年的碳排放情况，可为企业节能降碳技术的早期布局、碳业务管理提供支持，为企业生产经营增值。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，包括以下步骤：

S1：根据经济和人口发展预期，以及企业基准年的产能和铁钢比，对企业预测年度的粗钢产量B_i和铁钢比C_i进行规划；

S2：计算企业基准年的碳排放水平，及能源替代、节能降碳技术的降碳量H和降碳比率η；

S3：通过逐年推进，计算得到企业在碳中和过程中预测年的碳排放量；

其中，步骤S1和S2不分先后顺序。

所述步骤S2中企业基准年碳排放水平按照国家相关标准规范进行计算，并计算得到基准年的年度总碳排放量I、年末碳排放强度J以及铁钢比C。

较佳地，所述能源替代方式为电能、天然气、生物质、清洁能源替代煤炭、焦炭的用量。

较佳地，所述的节能降碳技术包括但不限于焦炉上升管余热回收、煤气回收、烟气余热回收、渣显热回收，及智能烧炉、电机系统节能、低碳冶金技术。煤气回收包括高炉、焦炉、转炉煤气回收和均压煤气回收等；烟气余热回收包括烧结大烟道烟气余热回收、烧结环冷机烟气余热回收、球团烟气余热回收、热风炉烟气余热回收、加热炉烟气余热回收、退火炉烟气余热回收等；渣显热回收包括高炉渣显热回收、转炉渣显热回收、铸余渣显热回收以及冲渣水余热回收等；智能烧炉技术包括热风炉智能烧炉技术、加热炉智能烧炉技术、热处理炉智能烧炉技术等；低碳冶金技术包括氧气高炉技术、氢基竖炉技术、电炉炼钢技术等。

将不同的能源替代或节能减碳技术应用在某一预测年，基准年的能源替代方式或节能减碳技术的降碳比率η为应用在某一预测年的降碳率η。

所述步骤S3中逐渐推荐需基于基准年的或上年末企业碳排放数据，结合本年度粗钢产量、铁钢比、能源替代、节能降碳技术应用规划进行计算，具体计算步骤为：

S301：计算预测年的年内基准碳排放强度D_i，D_i＝J_i-1*(1-(C_i-1-C_i)*β/C_i)；

S302：计算预测年的能源替代或节能降碳技术实际减排量H_i，H_i＝D_i*η*B_i；

S303：计算预测年的年度总碳排放量I_i和年末碳排放强度J_i,I_i＝B_i*D_i+E_i-H_i，J_i＝I_i/B_i；

首先根据基准年的碳排放数据，计算出预测年第一年的年度总碳排放量和年末碳排放强度，然后根据所述步骤S301-303逐年计算预测年的年度总碳排放量和年末碳排放强度；

i表示所需计算年份的当年，i-1表示所需计算年份的上一年或基准年，E_i表示预测i年的年内新增碳排放量，β表示电炉炼废钢相对于基准年长流程炼钢的降碳率。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)采用逐年推进的方式进行碳排放测算，既能获得每年的碳排放量和碳排放强度，又能对能源替代、节能降碳技术的应用进行规划，还能评估其在实施年度发挥的降碳效果。

(2)本方法中碳排放水平、能源替代、节能降碳技术等都采用了基准年的实际作为计算基础，为准确预测提供了可靠的数据支持。

(3)本方法采用逐年推进方式计算碳排放强度，可以充分反映企业的减碳发展历程，也能体现整个行业的绿色低碳发展水平，以及供能、供料、物流、协同等相关方对钢铁企业碳排放的影响，有助于各行业共同努力实现碳中和。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明提出的一种预测钢铁冶金企业碳排放量的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

具体方案如下：

1、对钢铁企业未来的产量和铁钢比进行规划

社会对钢铁的需求根本性地决定着钢铁的产量，而这需求要符合经济和人口发展预期，以及人均用钢量的预期。根据发达国家的经验，在城市化水平达到70％以上时，人均用钢量将迅速减少，从而引起人均钢产量的减少，目前发达经济体的人均钢产量仅约400-500kg。我国目前人均钢产量上千公斤，而城市化率接近65％。根据合理预期，2035年后我国将达到中等发达国家水平，届时城市化率将超过70％。因此，从碳中和要求和经济社会发展历程分析，在钢铁行业碳达峰年之后人均钢产量将逐渐下降。到2050年，我国人均钢产量预计将降至发达国家当今水平；我国人口按联合国预计也将降至11亿人左右，因此到那时，随着碳纤维、复合材料、有色金属材料等其他替代材料的应用，我国总钢产量预期应降至6亿吨以内，按平均折算，各钢铁企业届时的钢产量将在目前情况下减半。由此，钢企需对企业自身的产能有清晰的认识，也应根据其现状对未来的产能做出一个较合理的规划。

铁钢比对钢铁企业的碳排放强度的影响非常大，降低铁钢比意味着多消耗废钢，也就意味着降低吨钢碳排放量。发达国家较低的碳排放水平，与其大比例采用电炉炼钢的工艺密切相关。考虑各企业均有降碳的压力，在我国废钢资源回收量难以大幅度提升情况下，废钢价格将上涨，铁钢比的降低将越来越难。由此，钢企可根据基准年企业的铁钢比对未来的铁钢比做出一个较合理的规划。

因此可先预测需要预测年的粗钢产量B_i和铁钢比C_i。

2、盘算碳排放水平，及能源替代、节能降碳技术的降碳量和降碳比率

基于企业基准年的实际，盘算企业碳排放水平，按照国家相关标准规范进行盘算，并计算得到基准年年度总碳排放量I和年末碳排放强度J。该数据将作为预测的基准，因此该数据的准确程度对于预测的精准性非常关键。

基于企业基准年的用能构成、物料使用、生产工艺、产品结构等实际，盘算基准年已有能源替代和节能降碳技术，以及已有理论支持节能降碳技术的降碳量，以及降碳比率。因为不同年份企业所用能源、物料、工艺的碳排放水平不同，因此节能降碳技术不同的应用年份也影响到其实际降碳能力。采用降碳比率η能够基于企业的实际情况，以及预测年上年(或基准年)的企业碳排放强度计算得到该技术应用后的当年实际降碳量H。由于各年的碳排放量是逐年推进计算的，因此预测年之前的所有增、减碳排放的变化都能通过碳排放强度反映出，这样就能计入从基准年起到预测年的所有碳排放变化，保证了预测的准确性。

3、计算各年的碳排放量

依据基准年或上年末企业碳排放强度数据，结合本年度增、减碳排放量和低碳冶金技术应用情况计算得到本年内总碳排放量和碳排放强度。通过逐年推进，就能预测出企业在碳中和过程中各年的碳排放量。

将某一种能源替代或节能减碳技术应用在某一预测年，计算得到基准年的能源替代方式或节能减碳技术的降碳比率η数值为应用在某一预测年的降碳率η数值。

具体计算步骤为：

S301：计算预测年的年内基准碳排放强度D_i，D_i＝J_i-1*(1-(C_i-1-C_i)*β/C_i)；

S302：计算预测年的能源替代或节能降碳技术实际减排量H_i，H_i＝D_i*η*B_i；

S303：计算预测年的年度总碳排放量I_i和年末碳排放强度J_i,I_i＝B_i*D_i+E_i-H_i，J_i＝I_i/B_i；

首先根据基准年的碳排放数据，计算出预测年第一年的年度总碳排放量和年末碳排放强度，然后根据所述步骤S301-303逐年计算预测年的年度总碳排放量和年末碳排放强度；

i表示所需计算年份的当年，i-1表示所需计算年份的上一年或基准年，E_i表示预测i年的年内新增碳排放量，考虑产品更新换代、生产工艺变化、扩建项目等可能引起当年新增碳排放，是预计的数值，β表示电炉炼废钢相对于基准年长流程炼钢的降碳率。

以下将以一个例子说明上述预测过程。

某长流程钢铁企业目前年产粗钢1560万吨，按照相关标准规范计算得到2020年(作为预测的基准年)企业的总碳排放量为2930万吨，折合吨粗钢排放强度1.878tCO₂，铁钢比约0.96，材钢比0.97。

该企业按国内钢铁需求情况对近几年产能和铁钢比做了规划，如表1所示。企业又基于2020年企业用能构成、物料使用、生产工艺、产品结构等情况，对预计将采用的节能降碳技术的降碳量和降碳比率进行了计算，见表2所示。由于铁钢比的减少主要通过多吸收废钢冶炼形成，这部分粗钢拟采用电炉炼钢得到。根据基准年的实际情况，可测算得到采用电炉炼废钢相对于基准年长流程炼钢的降碳率β，计算结果为65％。

表1产能和铁钢比规划

表2节能降碳技术降碳量和降碳率

实际上，企业有了上述基本规划后，可以估算出近几年的投资项目资金需求，从而可支持企业经营规划。

表3就是结合预计采用的节能降碳技术，按本专利方法逐年推进计算得到的各年的碳排放量。由表3可以看出，该企业在2023年将实现碳达峰。有了该企业各年的碳排放情况，就可为制定企业发展规划提供可靠的数据支持。企业还可以依据该预测结果对企业发展规划进行修订和优化，以获得最佳的投资经济效益，为企业增值。

通过以上仿真实验表明，采用本发明中的方法确实能从基准年开始比较准确地为企业预测碳中和过程中各年的碳排放情况，并有助于企业优化发展规划，充分证明了本发明的有效性和准确性。

上面结合示例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明做出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据经济和人口发展预期，以及企业基准年的产能和铁钢比，对企业预测年度的粗钢产量B_i和铁钢比C_i进行规划；

S2：计算企业基准年的碳排放水平，及能源替代、节能降碳技术的降碳量H和降碳比率η；

S3：通过逐年推进，计算得到企业在碳中和过程中预测年的碳排放量；

其中，步骤S1和S2不分先后顺序。

2.根据权利要求1所述的预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，所述步骤S2中企业基准年碳排放水平按照国家相关标准规范进行计算，并计算得到基准年的年度总碳排放量I、年末碳排放强度J以及铁钢比C。

3.根据权利要求1所述的预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，所述能源替代方式为电能、天然气、生物质、清洁能源替代煤炭、焦炭的用量。

4.根据权利要求1所述的预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，所述的节能降碳技术包括焦炉上升管余热回收、煤气回收、烟气余热回收、渣显热回收，及智能烧炉技术、电机系统节能、低碳冶金技术。

5.根据权利要求4所述的预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，所述煤气回收包括高炉、焦炉或转炉煤气回收和均压煤气回收。

6.根据权利要求4所述的预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，所述烟气余热回收包括烧结大烟道烟气余热回收、烧结环冷机烟气余热回收、球团烟气余热回收、热风炉烟气余热回收、加热炉烟气余热回收、退火炉烟气余热回收。

7.根据权利要求4所述的预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，所述渣显热回收包括高炉渣显热回收、转炉渣显热回收、铸余渣显热回收以及冲渣水余热回收。

8.根据权利要求4所述的预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，所述智能烧炉技术包括热风炉智能烧炉技术、加热炉智能烧炉技术、热处理炉智能烧炉技术。

9.根据权利要求4所述的预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，低碳冶金技术包括氧气高炉技术、氢基竖炉技术、电炉炼钢技术。

10.根据权利要求3或4所述的预测钢铁冶金企业碳排放量的方法，其特征在于，将不同的能源替代或节能减碳技术应用在某一预测年，基准年的能源替代方式或节能减碳技术的降碳比率η为应用在某一预测年的降碳率η；

所述步骤S3的具体计算步骤为：

S301：计算预测年的年内基准碳排放强度D_i，D_i＝J_i-1*(1-(C_i-1-C_i)*β/C_i)；

S302：计算预测年的能源替代或节能降碳技术实际减排量H_i，H_i＝D_i*η*B_i；

S303：计算预测年的年度总碳排放量I_i和年末碳排放强度J_i,I_i＝B_i*D_i+E_i-H_i，J_i＝I_i/B_i；

首先计算出基准年的年度总碳排放量和年末碳排放强度，然后根据所述步骤S301-303逐年计算预测年的年度总碳排放量和年末碳排放强度；

i表示所需计算年份的当年，i-1表示所需计算年份的上一年或基准年，E_i表示预测i年的年内新增碳排放量，β表示电炉炼废钢相对于基准年长流程炼钢的降碳率。