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在有色金属行业如何削减碳排放呢?

作者:     发布日期: 2022-06-24     二维码分享

    有色金属工业作为国民经济中重要的基础原材料产业,是支撑经济发展和国防军工事业的重要力量,也是建设制造强国、提升高新技术产业的领域。同时,有色金属冶炼又是我国工业部门二氧化碳的重要来源之一,2020年我国有色金属行业碳排放量约为6.6亿吨,占全国总排放量的百分之四点七,依照目前主流有色金属冶炼工艺的限定能耗水平,冶炼一吨有色金属的碳排放在1至15吨之间。因此,开展有色金属节能减排对推进“双碳”目标及早实现意义重大。

    有色金属行业碳排放特征

    1、有色金属需求与减排进度交织增长

    受新冠肺炎疫情影响,拉动中国经济增长的三驾马车——消费、投资、出口,除出口外均大幅下降,展望未来,三驾马车中消费受到疫情直接冲击,出口受到海外需求回落与产业链多元化的不利影响,致使投资成为发力点。而在投资中,地产受制于居民消费意愿低迷,导致基建投资依然是稳经济的主要发力点。

    基建发力必将带动工业金属需求提升,持续拉动有色金属需求。传统基础设施边际效应逐渐减弱,2011年至2013年,旧基础设施的投资增长率从百分之三点三上升到百分之二十一点三,而同期的GDP增长则从百分之九点六降到百分之七点八,即传统基建在投资加大的同时,收益却在降低,所以新基建也逐渐成为稳经济的重要抓手,其中城际高铁和轨道交通、特高压、5G基建、新能源汽车充电桩等是有色金属消费的重要领域。

    2021年10月,国务院印发了《关于完整准确全 面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,其中指出:到2025年,非化石能源消费比重达到百分之二十左右;到2030年,非化石能源消费比重达到百分之二十五左右;到2060年,非化石能源消费比重达到百分之八十以上。国家将“绿电”作为提升非石化能源消费比重的重要解决方案,是实现“双碳”目标的重要举措。发电行业占我国碳排放总量百分之四十以上,以煤炭为动力的火力发电占据总发电量的百分之四十以上,所以“绿电”为代表的新能源是实现双碳目标的技术。

    在“绿电”不断推进的背景下,有色金属需求与减排进度交织增长。以光伏为例,生产光伏组件需要一系列工业金属,主要包括铝合金、锡铜与银浆等。

    l 铝合金应用在光伏领域中主要在光伏组件边框以及支架,边框每1GW光伏组件边框的耗铝量在0.9-1.1万吨,支架每GW电站建设所需光伏支架的用铝量约为1.9万吨。预计2022年国内光伏总装机的新增用铝需求38-77万吨,拉动国内铝消费增长百分之一-百分之二。

    l 光伏焊带又称镀锡铜带,是光伏组件焊接过程中的重要原材料,1GW光伏组件用锡量约为93.5吨。预计2022年国内光伏新增锡消费需求年增长1600-3500吨,预计拉动国内锡消费增长百分之一-百分之二。

    l 光伏系统的铜需求集中在平衡系统,尤其是电缆。光伏系统每GW装机需耗铜约5吨。预计光伏铜需求在2025、2030年将达到135和272万吨,未来五年、十年的的复合增长率将达百分之十五点七、百分之十五点四。

    2、有色金属行业碳排放相对集中

    有色金属行业碳排放的集中度较高,铝是有色金属碳排放的大来源,铝冶炼行业排放量约占有色金属行业总排放量的百分之七十六。其中电解铝碳排放占有色金属行业和铝行业碳排放总量的百分之六十四和百分之八十四。按照线性推算,2020年电解铝碳排放占中国碳排放总量约百分之四点五,占二产业比重约百分之五点四 ;按照铝产业链推算,铝产业占中国碳排放总量约百分之五点八,占二产业比重约百分之六点九。从生产环节来看,有色金属行业碳排放主要来源于金属冶炼环节,生产过程碳排放主要集中在能源消耗,约百分之七十三二氧化碳排放集中于电解环节,百分之十八集中于氧化铝精炼环节,其余环节仅占百分之八点八五。

    3、有色金属行业区域差异化明显

    我国电解铝企业主要分布在山东、新疆、内蒙等地,并逐步向云南、贵州等西南地区转移。2021 年我国电解铝产量排名前三的省份分别为山东、新疆和内蒙古,其电解铝产量占全国总产量的比例分别为 百分之二十点七、百分之十五点八和 百分之十五点二。云南具有丰富的水电资源,前期受益于当地政府的电价补贴政策,高耗能的电解铝产线逐步向云南等西南地区转移。截至2021 年底,云南拥有电解铝合规产能约 839.8 万吨。由于转移的产能仍在逐步建设中,云南产能利用率较低,仅为百分之六十一点四,产量占比居第四位。

    区域碳排放差异较大,在有色金属采选环节,四川省二氧化碳排放量突出,是有色金属采选业碳减排的省份;在冶炼及加工环节,广西碳排放量和碳排放强度较高。具体到电解铝生产,2020年全国电解铝生产电力消耗环节的单位排放为10.33t.CO2/t.Al,云南、四川、贵州等九个省区的排放低于全国平均水平;山西、内蒙古、山东、新疆、陕西等八个省区的排放高于全国平均水平。水电丰富地区排放较低,其中云南省、四川省排放值低,为7.1t.CO2/t.Al,山西省排放值高,为11.7t.CO2/t.Al。综合来看,山东、新疆、河南等省份是有色金属行业碳减排区域。有色金属行业区域分布与资源禀赋特征密切相关,特别是能源资源条件关联密切,优化区域布局是有色金属行业减排的重要途径。伴随区域经济转型和资源环境压力加大,行业布局优化与区域发展之间的协调面临挑战。行业整体减排与区域经济社会转型之间的协调面临较大压力。

    有色金属行业削减碳排放途径初探

    1、转换能源结构

    当前,有色金属冶炼企业大多是直接或间接使用煤炭等化石能源,降碳首先要实现能源领域的绿色转型,构建清洁低碳安稳的能源体系,大力采用水电、风电、太阳能、生物质能等能源。

    以电解铝为例,电解铝行业属于高碳排放行业,2005至2020年电解铝企业带来的碳排放量几乎翻番。生产一吨电解铝消耗13500度电,一吨火电铝二氧化碳排放量高达13.5吨,而水电铝仅需2吨。在碳中和制约下和十四五节能减排的背景下,电解铝产业的能源结构将向更多使用水电等清洁能源的方向调整,采用绿色能源生产电解铝成为大势所趋。中铝集团旗下的云南铝业目前生产全流程基本使用云南省丰富的绿色水电资源;中国宏桥向云南省转移原铝产能396万吨,以绿色水电替代传统火电能源结构,同时在邹平生产区域布局了总装机容量为30MW的光伏发电系统。

    2、创新工艺流程改造

    行业要提前布局研发与应用低碳零碳负碳重大关键技术,加快开展低碳新材料、新技术、新装备的推广,实现从“0”到“1”的颠覆性创新。

    以钢铁制造为例,炼钢工艺分为“长流程”与“短流程”:长流程是以“高炉-转炉”为核心的生产过程,在粗钢产量工艺中占绝大多数,以铁矿石为主要原料、废钢为辅料;短流程是以“废钢-电炉炼钢”为核心的生产过程,以废钢为主要原料、生铁为辅料。

    相比而言,“电弧炉”短流程炼钢主要有以下三个碳减排效益:

    一是电弧炉炼钢将废钢替代原本用于炼钢的生铁,减少了生铁冶炼过程的温室气体排放;

    二是电炉钢减排原料端(废钢替代生铁)大于能耗端(水电替代火电);

    三是在我国新能源发电将逐渐替代传统火力发电,新能源的运用将进一步提高减排效率。

    就钢铁制造领域而言,减碳的方法主要有以下几种:首先,对钢厂进行工艺改造,有效减少焦炭的使用量;其次,采用以电炉短流程为主的生产方式,推动废钢的再利用,强化循环经济;严格限制产能也是一种方法,但是2021年跃进式的减排运动已经证明,一刀切的方法对周期品价格影响非常剧烈,容易导致股票及大宗商品价格剧烈波动。

    3、产业耦合式联动

    妥善处理好生产环节之间的关系,推动产业链内系统性的节能减排。近年来,我国有色金属企业节能减排意识显著增强,在继续推动各环节减排的同时,加强行业生产的系统优化作用。当前,有色金属产业链可以分为原料、合金、加工等环节,合金生产环节相对独立,通常是由合金生产企业或加工企业采购原料之后进行生产,这种生产模式虽然有助于产品多元化,但合金与金属原料分离增加了金属熔化环节,造成能源的重复消耗,提高了行业整体能耗水平。因此,立足系统思维,加强有色金属产业优化尤为重要。科学规划行业整体发展,鼓励有条件的企业延伸产业链,促进不同生产环节的融合,在提升企业竞争力的同时,推动行业绿色发展。

    以铝产业为例,国内各地已涌现出众多的上下游一体化的园区模式。经过多年发展,山东滨州、重庆西彭、安徽濉溪、广东佛山南海等地的涉铝园区模式日臻成熟完善,成为铝全产业链短流程发展、均衡发展的典型代表。以中国宏桥为龙头,山东滨州正在打造5000亿级的世界铝产业基地,从氧化铝、电解铝、铝深加工到再生铝产业,下游延伸至铝合金的终端应用,涵盖涉铝企业300余家,园区内涉铝企业组成“集团军”,实施互补式协同化作战,铝水不落地、铝锭不重熔、不远途运输,仅在园区内部就实现深加工,大幅度降低了能源消耗和碳排放。

    除上述有色行业的产业园区之外,有条件的地区已经开始推进石化化工、钢铁、有色金属、建材、电力等产业耦合发展,建立起原材料工业耦合发展园区,实现能源资源梯级利用和产业循环衔接,减少碳排放。

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