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2016 , Vol. 38 >Issue 9: 1791 - 1800

DOI: https://doi.org/10.18402/resci.2016.09.16

中国水泥生产碳排放系数省区空间差异性及成因分析

  • 赵建安 , 1, 2 ,
  • 郑宗强 , 1, 2 ,
  • 曹植 1, 2 ,
  • 姚建华 1
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  • 1. 中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049
通讯作者：郑宗强,E-mail：

作者简介：赵建安,男,山西洪洞人,研究员,主要从事资源开发利用与区域经济发展研究。E-mail：

收稿日期: 2016-01-10

  要求修回日期: 2016-08-10

  网络出版日期: 2016-09-22

基金资助

中国科学院先导项目（XDA05010400）

中国建筑材料科学研究总院委托项目（中国水泥CO2排放地理图）

收起

Spatial and causal analysis of discrepancies in CO2 emission factors for cement production among provinces in China

  • ZHAO Jianan , 1 ,
  • ZHENG Zongqiang , 1, 2 ,
  • CAO Zhi 1, 2 ,
  • YAO Jianhua 1
Expand
  • 1. Institute of Geographic Science and Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101,China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

Received date: 2016-01-10

  Request revised date: 2016-08-10

  Online published: 2016-09-22

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《资源科学》编辑部
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摘要

中国作为全球最大水泥生产国,水泥生产碳排放量大。除因产能、产量规模差异形成省区间排放总量差异外,碳排放系数区域差异也影响着总排放量不同。本文以省区为单元,基于全国20个主要水泥生产省区的碳排放系数抽样调查基础数据,分析和比较了省区间水泥熟料工艺碳排放系数、熟料燃料碳排放系数、水泥工艺碳排放系数、水泥燃料碳排放系数及间接碳排放系数的空间差异,结合ArcGIS对各类碳排放系数的空间差异分布进行直观体现;并以生产线为对象分析省区间水泥生产碳排放系数存在空间差异的原因。相关分析结果表明：水泥熟料工艺碳排放系数在总体上呈现由西部、中部省区向东部省区递减的态势,差异性产生的原因主要是省区间水泥用石灰石品质的不同,即生料中石灰石的CaO含量起到基本决定作用,替代材料用量及CaO比例也会产生一定影响;熟料燃料碳排放系数总体分布格局是东部沿海省区相对较低,中西部省区较高,差异原因主要是各省区水泥生产线所用煤炭种类及低位发热值的差异。煤炭低位发热值较高的省区,燃料碳排放系数就越小;水泥工艺碳排放系数及燃料碳排放系数的总体格局是多数东部沿海省区相对较低,中西部多数省区相对较高。差异主要与水泥熟料比直接相关,熟料比越低则水泥碳排放系数亦越小;间接碳排放系数主要由大区电力生产碳排放系数所决定,但水泥生产线余热发电对间接碳排放系数亦有影响。

关键词： 熟料与水泥; 碳排放系数; 区域差异; 成因分析

本文引用格式

赵建安 , 郑宗强 , 曹植 , 姚建华 . 中国水泥生产碳排放系数省区空间差异性及成因分析[J]. 资源科学, 2016 , 38(9) : 1791 -1800 . DOI: 10.18402/resci.2016.09.16

Abstract

As the largest producer of cement worldwide,China is also the biggest emitter of CO2 emissions. It has been widely recognized that CO2 emission factors affect and define regional CO2 emissions,capacity and scale. We therefore discuss regional spatial differences in CO2 emission factors in terms of the CO2 emission factor of the clinker process,CO2 emission factor of clinker fuel,CO2 emission factor of cement processes,CO2 emission factor of cement fuel and indirect CO2 emission factor in provinces based on sampling survey data. To identify differences,we produced five corresponding thematic maps to view the spatial distribution. Our results indicate that the spatial distribution characteristics of four preceding items are almost the same：the eastern coastal provinces are relatively low and central and west regions are higher. As for the indirect CO2 emission factor,it is mainly decided by the CO2 emission factor of the Chinese regional power grid;its distribution feature is ambiguous. We further explored sources of differences in CO2 emission factors among provinces. We argue differences in the CaO content of limestone and raw material additives affect the results. However,differences in the CaO content of limestone are critical. Differences in the CO2 emission factor of clinker fuel are because of the coal low calorific value. The lower average low calorific value,the less the CO2 emission factor of clinker fuel. In the cement grinding process,power consumption produces CO2 emissions. So the spatial variances of the CO2 emission factor of the cement process and fuel are highly related to the clinker-cement ratio. The spatial differences in indirect CO2 emission factor between the twenty provinces is small,and mainly decided by CO2 emission factor of Chinese regional power grids. Whether cement production lines own the waste heat power generation also reduces the indirect CO2 emission factor.

Key words： clinker and cement; CO2 emission factor; regional differences; causal analysis

1 引言

影响全球气候变化的主要温室气体包括CO2、CH4、N2O、CFCs等,其中CO2对温室效应的贡献率达63%[1]。水泥行业是全球CO2重要排放源,其产生的CO2量约占人为排放量6%,这一比例在中国达到20%左右[2]。由于中国正处于工业化、城镇化“峰值”阶段,2010年中国水泥产量18.8亿t,占全球水泥生产量的56.7%[3];2012年水泥产量达到了21.84亿t,占世界水泥总产量约60%,同期中国的水泥碳排放占世界水泥排放的比重增至60.6%[4];据国家统计局“国家数据库”发布数据（http://data.stats.gov.cn/esyquery.htm.cn=co1）,2014年中国水泥总产量已达到24.92亿t。有关专家测算与总结,在中国每生产1t水泥约排放0.70~0.88t CO2[4-6],据此推算2014年全国水泥生产的CO2总排放量为17.44~21.93亿t,水泥碳排放问题不容忽视。
水泥生产主要分为三个阶段：生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨,俗称“两磨一烧”。在测算中国水泥生产的碳排放量时,将其工厂运营边界排放划分为3个部分,即：工艺排放（包括原料煅烧和粉尘煅烧）;熟料生产燃料排放（包括化石燃料和替代燃料）;它们共同构成水泥生产的直接排放;第三部分间接排放包括外购电力消耗和余热发电抵减项目[6],因此相应的碳排放系数也分为工艺碳排放系数、燃料碳排放系数、间接碳排放系数。本文对水泥生产碳排放系数省区差异性分析分熟料和水泥两类进行（其中电力消耗贯穿水泥生产全过程。为避免重复分析,本文对间接排放系数单独进行讨论和分析）。中国地域辽阔,各省区水泥生产状况不一,区域间水泥生产碳排放系数存在差异的原因有待明确,碳排放系数差异在一定程度上影响着各省区碳排放总量差异;同时,排放系数空间差异对各省区清洁生产机制建立和水泥生产碳排放额度也产生影响。因此,辨析各省区水泥生产碳排放系数的空间差异,对水泥产业节能减排亦有重要意义。

2 研究进展分析

目前,国内外学者已开展多项有关水泥生产碳排放的研究工作：Shalini Anand 等采用SD模型预测2020年印度水泥碳排放量将达到4亿t左右,且具有42%的减排潜力[7]。M.B. Ali 等指出全球水泥产业的能源消耗约占工业能源消耗总量的12%~15%,碳排放量约占世界碳排放总量的7%,碳捕捉及封存、寻找替代能源以及降低水泥熟料比是目前减少水泥生产碳排放的主要途径[8]。Tianming Gao 等对中国水泥生产碳排放核算方法及各影响因素进行了定性及定量分析[9]。Zhu Liu 等修订测算了中国煤炭消耗以及水泥生产的碳排放,指出中国煤炭燃烧碳排放系数平均值低于IPCC提出的默认值约40%[10]。李黎等将《水泥单位产品能源消耗限额》、《通用硅酸盐水泥》及IPCC碳排放系数计算原则相结合,探究能耗及排放量与水泥品种的关系[11]。
在碳排放系数研究方面,Hendricks 等指出全球范围内水泥生产碳排放系数为520kgCO2/t-cli[12]。Boden 等研究推测中国水泥生产工艺过程排放系数为（496~507）kgCO2/t水泥[13]。IPCC发布的《2006年国家温室气体清单指南》里中国水泥生产碳排放系数缺省值为520kgCO2/t-cli[14]。中国《省级温室气体清单编制指南》（施行）中指出,若无本地实测水泥生产碳排放系数,建议采用推荐值538kgCO2/t-cli[15]。鉴于各项推荐值的差异及其局限性,同时中国急需更适合自身国情的水泥生产碳排放系数,国内学者开展了大量理论及实证研究工作,如建筑材料科学研究总院的汪澜参阅IPCC指南和CSI协议中有关水泥生产碳排放系数的测算方法,提出适合中国国情的碳排放系数测算体系[16,17]。刘立涛等梳理IPCC、WBCSD/CSI和中国建筑材料研究总院水泥生产碳排放系数的测算方法,为未来中国水泥生产碳排放系数的测算打下基础[4]。魏丹青等对国内外水泥生产碳排放系数测算方法从四方面进行比较分析[18]。吴萱以生产线为研究对象,对工艺排放、燃料排放进行定量测算[19]。何宏涛主要从直接排放与间接排放两大方面共7个来源对中国水泥生产碳排放系数进行定量化研究[20]。魏军晓等用生料法及熟料法,以新型干法和立窑生产线为对象进行实证测算分析[21]。赵建安等分析国内外水泥生产碳排放系数测算方法的差异原因,并对熟料法进行修正,使其更加准确[6]。
国内外众多学者在水泥生产碳排放领域的研究工作,使得国际上及国内都有了较为成熟、科学的水泥生产碳排放核算体系。能够准确把握水泥生产的碳排放源及其排放系数,并且提出多项碳减排措施。为中国温室气体的减排工作及之后的国际气候谈判会议打下了坚实的基础。但须注意到,在碳排放的区域研究方面,学者较多关注总量和规模问题[22-26]。而以空间和区域为对象,对区域水泥生产碳排放系数差异性问题的探讨尚涉及不多,相对缺乏对水泥生产碳排放系数的区域分析和省区碳排放系数差异性研究。因此本文依据多年来全国各省水泥生产碳排放抽样调查数据及水泥生产碳排放系数测算数据,以省区为单元,从5方面：水泥熟料工艺碳排放系数、水泥熟料燃料碳排放系数、水泥工艺碳排放系数、水泥燃料碳排放系数及间接碳排放系数,分析中国省区间水泥生产碳排放系数的差异性及其成因。

3 研究方法与数据来源

近几年,作者所在课题组主要对中国各省区水泥生产碳排放问题进行相关研究。截止目前,已完成20个省区共198条新型干法水泥生产线的抽样调查及碳排放系数测算工作,碳排放系数测算的基本集成思路是：生产线-省区-全国。生产线碳排放系数测算方法主要依据已有成熟的测算方法[6],省区层面集成方法采用加权平均值法。在进行集成测算的过程中,发现省区间水泥生产排放系数存在着一定的差异,尤其是水泥工艺排放系数差异较大。针对这种状况,主要分析水泥熟料和水泥两类生产过程碳排放系数的省区空间差异,运用差值法制作全国碳排放系数空间差异图,之后进一步分析产生省区空间差异的原因。考虑到空间和区域的样本代表性,在样本上选择了中国东部、中部、西部三大区域中2500 t/d和5000 t/d各4条,共计12条全流程水泥生产线（参见表1）,并分别测算和比较熟料和水泥工艺碳排放系数、熟料和水泥燃料碳排放系数及间接排放系数的差异性。而表2为全部198条抽样调查样本生产线集成分析与测算的结果。
Table 1 The sampling situation of production line

表1 生产线抽样情况

序号 产能
/万t		 石灰石CaO
比重/%		 石灰石MgO
比重/%		 熟料产量
/万t		 标煤消耗
/（kg/t-cli）
东部 1 2 500 50.86 1.74 78.50 109.59
2 2 500 51.08 0.98 76.00 105.47
3 5 000 49.07 2.69 133.00 118.07
4 5 000 49.00 1.36 156.00 117.34
中部 5 2 500 49.65 1.29 82.06 133.19
6 2 500 50.12 1.16 67.57 112.90
7 5 000 51.06 0.79 180.00 104.36
8 5 000 54.58 0.31 180.00 101.00
西部 9 2 500 53.06 0.77 115.26 125.42
10 2 500 49.65 2.83 67.57 109.83
11 5 000 49.39 1.23 180.11 101.86
12 5 000 52.17 0.65 184.40 123.84

注：表中数据为2011-2013年部分省区抽样调查新型干法水泥生产样本在线物性数据,样本原始数据为生产线全年12个月综合平均值。其中1、3号样本生产线来自山东省,2、4号线来自浙江省,5、7号线来自湖北省,6、8号线来自陕西省,9、11号线来自广西自治区,10、12号生产线来自四川省。

Table 2 Calculational results of CO2 emissions factor

表2 碳排放系数推算结果

最大值 最小值 中位数
工艺碳排放系数（kgCO2/t-cli） 537.766 508.305 520.942
燃料碳排放系数（kgCO2/t-cli） 344.820 269.235 308.733
工艺碳排放系数（kgCO2/t-ce） 605.526 172.999 351.859
燃料碳排放系数（kgCO2/t-ce） 375.870 103.823 195.637
间接排放系数（kgCO2/t-cli） 78.726 22.823 42.859

数据来源说明：表中数据为198条新型干法水泥生产线抽样调查物性数据集成分析后产生的结果。

鉴于目前基础数据及区域测算数据尚不能直接引用和公开的限制,只能抽出部分具有代表性的生产线测算数据,隐含生产线所在省区和企业名称,作为省区间差异比较的基础;同时,采用差值方法进行区域差异分析,即按照不同排放系数的差值大小（差值在区域上出现的概率高低）与可比较性（空间差值表达的可辨识度和易识别性）来进行相应的等级划分。

4 省区间水泥生产碳排放系数的差异性比较

4.1 全国各省市区水泥熟料与水泥生产基本比较

2013年,中国水泥总产量为24.14亿t,熟料总产量为13.62亿t,其中新型干法总产量为11.95亿t,占熟料总产量87.74%。当年水泥产量最大省份为江苏省,西藏自治区最小;但熟料生产以安徽省为最大,上海市最少;北京、天津、上海等11个省市区水泥生产总量占全国总量不到12%,熟料产量合计不到13%（参见表3）。为此,将分析比较的重点放到20个全国水泥熟料及水泥生产的主要省区之中。
Table 3 Production of clinker and cement products in China in 2013

表3 2013年中国各省区水泥熟料与水泥产量

省区 硅酸盐熟料产量
/万t		 窑外分解窑产量
/万t		 水泥产量
/万t
全国合计 136 151.11 119 480.73 241 439.66
北京 655.66 655.65 900.54
天津 163.17 163.17 951.88
河北 5 775.37 5 471.61 12 676.24
山西 2 809.89 2 538.28 4 984.85
辽宁 3 117.98 3 031.92 6 005.24
吉林 3 106.40 2 950.01 4 502.92
上海 40.39 40.39 750.31
黑龙江 1 581.72 1 270.16 4 028.48
江苏 5 292.52 5 259.86 17 991.86
福建 4 875.93 4 618.41 7 890.37
浙江 5 540.33 5 483.27 12 462.87
安徽 12 255.00 11 533.60 12 131.37
江西 5 243.36 4 526.81 9 204.20
山东 8 896.43 7 655.71 16 217.81
湖北 5 733.94 3 691.58 11 056.52
河南 7 450.25 6 815.40 16 764.44
广东 7 099.23 6 363.26 13 394.93
湖南 5 819.56 5 006.53 11 264.67
海南 1 365.65 1 365.65 1 988.36
四川 8 205.94 5 522.66 13 897.09
重庆 4 384.93 3 520.06 6 126.95
贵州 5 646.58 4 817.33 8 140.51
陕西 5 082.45 3 923.17 8 545.52
云南 6 229.42 5 492.21 9 009.16
青海 976.56 710.84 1 786.29
甘肃 2 953.51 2 552.85 4 412.73
内蒙古 3 238.33 2 831.05 6 395.72
广西 7 436.58 7 001.80 10 707.48
西藏 225.78 183.99 295.82
宁夏 1 302.28 1 119.87 1 914.28
新疆 3 645.95 3 363.61 5 040.25

资料来源：2014年02月18日的中国产业信息网（http：//www.chyxx.com/data/）相关数据整理。

4.2 熟料工艺碳排放系数空间差异性

从本文所依据的全国水泥生产碳排放系数抽样调查样本中,选取其中全流程水泥生产线相关数据为计算基础（全流程新型干法生产线197条）,并采用差值法进行等级划分。具体划分过程是：以省区抽样测算工艺碳排放系数最低值为差值基准,按照前述的等级划分原则,共划分6个等级,每5kgCO2/t-cli为一个等级。
测算的结果表明,贵州省熟料工艺碳排放系数最低,福建省工艺碳排放系数最高。从全国水泥熟料工艺碳排放系数差异分布图看,熟料工艺碳排放系数在总体上呈现由西部、中部向东部递减的态势,且相对“南强北弱”（参见图1）。目前,每生产1t熟料大约需要1.3t石灰石,生料中 80%左右是石灰石[29],熟料工艺碳排放主要是石灰石中碳酸钙及碳酸镁的分解释放,由于中国各省区水泥用石灰石资源禀赋性差异,导致各省区水泥企业所用石灰石品质不同;同时,在实地调查中,发现各省区水泥生产线生料配比方案也存在较大差异,石灰石用量比例差距达20%。因此,本文以各省区水泥全流程新型干法生产线在线活动数据（各项数据均为年平均值）为基础,选取国内2500t/d和5000t/d两类生产线各6条,分为东部、中部、西部三区（参见表4、表5）,来分析导致工艺碳排放系数存在差异的原因。
Figure 1 The distribution of CO2 emission factor of clinker process in China

图1 熟料工艺碳排放系数省区差异分布

Table 4 Chemical composition analysis and proportion of partial raw materials for 2500t/d production line

表4 2500t/d生产线原料化学成分分析及部分生料配比

区域 2 500t/d 石灰石中CaO
比重/%		 石灰石占生料
比重/%		 生料中其他
材料		 材料占生料
比重/%		 工艺碳排放系数
/（kgCO2/t-cli）
东部 1 50.86 79.73 转炉渣、砂岩 6.14、5.10 482.280
2 51.08 81.00 砂页岩、钢渣 3.60 489.810
中部 3 49.65 85.70 砂岩、粉煤灰、硫酸渣 8.60、2.40、3.30 521.920
4 50.12 79.50 粘土 、粉煤灰等 13.10、4.00 522.800
西部 5 49.65 83.00 砂页岩、铁矿石 5.00、3.00 531.430
6 53.06 82.70 砂岩、硫酸渣 14.30、3.10 527.526
Table 5 Chemical composition analysis and proportion of partial raw materials for 5000t/d production line

表5 5000t/d生产线原料化学成分分析及部分生料配比

区域 5 000t/d 石灰石中CaO
比重/%		 石灰石占生料
比重/%		 生料中其他
材料		 材料占生料
比重/%		 工艺碳排放系数
/（kgCO2/t-cli）
东部 1 49.00 84.09 煤矸石、砂岩 1.32、31.05 503.580
2 49.07 82.23 煤矸石、铁矿石等 10.80、4.60 508.540
中部 3 54.58 73.84 粘土、转炉渣 18.50、4.00 511.900
4 51.06 86.00 砂岩、页岩 1.50、9.00 527.450
西部 5 52.17 83.12 砂岩、煤矸石等 6.80、10.00 522.870
6 49.39 86.80 页岩,铁矿石 3.40,3.50 521.033
上述12条全流程生产线的原料全化学成分分析结果如表4、表5所示。一般生料中由石灰石提供CaO含量越大,其熟料工艺碳排放系数相应越大（2500t/d生产线不是特别明显）,但在5000t/d的6条生产线中就较为显著。如图2分析结果所示,5000t/d生产线生料中由石灰石提供CaO量与熟料工艺碳排放系数呈显著正相关关系;同时,熟料工艺碳排放系数还受原料中除石灰石以外的替代材料用量以及其CaO含量的影响,如表5中第3条生产线生料中所用石灰石CaO比例异常高,比例达54.58%,但其熟料工艺碳排放系数却较低,这主要是由于该生产线在配制生料时掺加了转炉渣等高CaO含量的替代材料。替代材料一方面降低了石灰石的用量,另一方面以纯CaO形式转移到熟料中,没有碳排放产生,故直接降低了熟料工艺碳排放系数。
Figure 2 The relationship between CO2 emission factor of clinker process and CaO content of limestone

图2 熟料工艺碳排放系数与石灰石提供CaO比例的关系

由表4、表5亦可知,生料中辅助材料种类在区域上亦有差异,主要与所用材料的资源量和来源成本相关,如陕西省地处黄土高原,粘土资源丰富,一般会选择粘土作为主要辅助材料。总的来说,东部省区工业生产废渣较多,一般加入CaO含量较高的钢渣、电石渣、转炉渣等工业废渣作为水泥生料替代材料较多,中西部内陆省区因来源问题,一般采用资源丰富,但CaO含量少的砂岩、粘土、页岩、铁矿石、煤矸石等作为水泥原料辅助材料。
依据抽样调查数据：各省水泥生产线中熟料CaO含量平均约为65%,各条生产线间差异不大。熟料所含CaO主要由生料中石灰石所含碳酸盐分解产生,这一过程带来了CO2排放。因此,在保证熟料CaO含量稳定的前提下,生料中掺加替代材料提供的纯CaO越多,生料中石灰石所占比例就越小,熟料工艺碳排放系数也相应减小。可知生料中石灰石的CaO含量是差异产生的主要因素,同时辅助介质材料的CaO含量亦会产生影响。

4.3 熟料燃料碳排放系数空间差异性

同样利用全国水泥生产碳排放系数抽样调查相关燃料数据为基础,并同样采用差值测算,共划分6个等级,以省区抽样测算熟料燃料碳排放系数最低值为差值基准（0kgCO2/t）,按照等级划分原则,每13kgCO2/t-cli的燃料排放划分一个等级。测算结果表明,辽宁、河南、河北、山东等省区熟料燃料碳排放系数较低,新疆、云南省以及南方东部省区较高,总体格局为北方沿海省区熟料燃料碳排放系数较低,南方沿海省区熟料燃料碳排放系数较高（参见图3）。
Figure 3 The distribution of CO2 emission factor for clinker fuel in China

图3 熟料燃料碳排放系数省区差异分布

水泥能源消耗主要是煤炭和电力,其中煤炭占水泥能源消费量70%以上[28]。燃料碳排放主要包括化石燃料排放、替代燃料排放、生物质燃料排放。一般生物质燃烧、企业用柴油等单位消费量占比极低可忽略不计。由于煤炭发热值数据可从水泥生产线在线物性数据中直接采集,所以在计算工厂级排放系数时用发热值较为合适[6],故本文主要分析各省区煤炭低位发热加权平均值及燃料碳排放系数之间的关系（参见表6）。
Table 6 Low calorific value and CO2 emission factor of fuel in partial provinces

表6 部分省区水泥生产煤炭低位发热值及燃料碳排放系数

省份 煤炭低位平均发热值
/（MJ/kg）		 燃料碳排放系数
/（kgCO2/t-cli）
山东 23.68 286.26
河南 23.06 287.67
河北 22.26 273.85
辽宁 22.88 284.03
新疆 22.18 344.82
云南 20.27 336.37

数据来源说明：煤炭低位发热值数据为企业一年度年平均值,燃料碳排放系数为年均值。

由表6反映出：煤炭低位发热值与其燃料碳排放系数成反比关系。一般来说,水泥工厂和水泥生产线因煤炭来源和生产设备的原因,所用煤炭的低位发热值相对固定;同时,水泥生产线利用率越高,单位熟料产量煤炭消耗就相对低,低位发热值较高的生产线,单位熟料生产消耗的煤炭量就少,燃料碳排放系数就相对较低。此外,水泥工厂管理水平高低也会影响熟料燃料碳排放系数高低。总之,水泥生产区域熟料燃料碳排放系数的差异性原因较为复杂,不如熟料工艺碳排放系数的差异性原因直观。

4.4 水泥工艺碳排放系数和水泥燃料碳排放系数空间差异性

图4、图5分别是水泥工艺碳排放系数、水泥燃料碳排放系数省区差异图,以省区抽样测算水泥工艺及燃料碳排放系数最低值为差值基准（0kgCO2/t水泥）,按照划分等级原则,分别将水泥工艺碳排放系数和水泥燃料碳排放系数均划分为6个等级,其中水泥工艺碳排放系数以73kgCO2/t-ce为一个等级,水泥燃料碳排放系数以46kgCO2/t-ce为一个等级。测算结果：各省区水泥工艺排放系数和燃料排放系数存在较大空间差异,江苏省具有远低于其它省区的水泥工艺及燃料碳排放因子。其中,江苏与安徽两省水泥工艺碳排放系数差值高达433kgCO2/t水泥,燃料碳排放系数差值达到273kgCO2/t水泥。但如果将江苏和安徽2个处于极端值的省区暂不考虑,则其余各省区水泥工艺碳排放系数差值缩小到约200kgCO2/t水泥,水泥燃料碳排放系数差值缩小到约154kgCO2/t水泥。由图4、图5可知：目前,中国水泥工艺碳排放系数和燃料碳排放系数总体分布格局较一致：多数东部沿海省区相对较低,中西部多数省区相对较高（除江苏省与安徽省）。其中,新疆自治区两项系数均居18个比较省区之首位,主要与新疆水泥熟料比一直较高直接关联（参见表7,依据表3推算）,表明新疆水泥产品的水泥熟料比较高。因此,在区域熟料工艺碳排放系数相对均衡的状况下,区域平均熟料比的高低直接影响到区域水泥工艺碳排放系数的高低。
Figure 4 The distribution of CO2 emission factor for cement process in China

图4 水泥工艺碳排放系数省区差异分布

Figure 5 The distribution of CO2 emission factor for cement fuel in China

图5 水泥燃料碳排放系数省区差异分布

Table 7 The clinker-cement ratio of 20 provinces in China

表7 20个水泥生产主要省区水泥熟料比

省份 水泥熟料比/% 省份 水泥熟料比/%
辽宁 50.49 河南 40.65
河北 43.16 湖南 44.44
江苏 29.23 湖北 33.39
福建 58.53 江西 49.18
广东 47.50 内蒙古 44.26
山东 47.21 四川 39.74
浙江 44.00 云南 60.96
广西 65.39 陕西 45.91
山西 50.92 新疆 66.73
安徽 95.07 贵州 59.18
安徽与江苏两省区水泥工艺碳排放系数和燃料碳排放系数形成最大差值。主要原因是安徽海螺集团推进“T”字型战略布局,在安徽长江沿岸的芜湖、铜陵、繁昌、枞阳等地以生产水泥熟料为主,然后将熟料大量水运到江苏沿江以及上海、浙江等沿海地区粉磨加工,由此统计数据出现安徽熟料多,水泥小,而江苏熟料少,水泥大的格局,导致安徽省水泥工艺碳排放系数和燃料碳排放系数特别高,在空间上呈现出非正常的省区水泥熟料比差异。（安徽省水泥熟料比高达95.07%,而江苏省水泥熟料比只有29.23%）。

5 省区水泥生产间接碳排放系数的差异性

本文以工厂生产线为计算边界,间接碳排放核算边界主要为工厂外购电力的分摊到样本生产线的排放量,外购电量通过水泥企业生产管理部获得,而电力碳排放系数按照相关政策主要源自国家公布的各大区电网的碳排放系数。
Table 8 CO2 emission factor of Chinese regional power grid in 2013

表8 2013年中国区域电网CO2排放系数

区域电网 电力排放系数（kgCO2/kWh）
华北区域电网 1.030 2
东北区域电网 1.112 0
华东区域电网 0.810 0
华中区域电网 0.977 9
西北区域电网 0.972 0
南方区域电网 0.922 3

资料来源：2013年09月17日,国家发改委气候司（http：//www.ccchina.gov.cn/archiver/cdmcn/UpFile/Files/Default/20130917081426863466.pdf）。

表8列出了中国大区域电网CO2排放系数,故大区域之间省区水泥生产间接碳排放系数差异主要由大区域之间电网CO2排放系数的差异决定。总体上各大区域电网碳排放系数差异不大。但对于水泥生产行业来讲,间接排放系数（电力碳排放系数）主要涉及到一个水泥生产线低温余热发电所产生的减排如何扣减问题。余热发电在水泥行业推广应用不仅降低了生产成本和改善了环境,也增强了水泥企业的市场竞争能力,为水泥工业在节能减排方面做出了重要贡献,同时还带动了一大批余热发电装备制造产业[29]。国内通常的观点和处理办法是在实际计算水泥生产的间接碳排放系数时不做直接扣减,即不计入间接碳排放系数中。在此予以存疑,并在讨论中提出相应的观点和看法。

6 结论与讨论

通过上述分析,本文发现中国各省区水泥生产的碳排放系数客观存在着区域差异。这些差异主要可以归结为以下几个方面,同时提出相应的碳排放系数降低对策。
（1）水泥熟料工艺碳排放系数在空间上呈现为中、西部省区高,东部省区较低,且相对“南强北弱”的态势,最高值和最低值相差近29kgCO2/t-cli。成因主要与中国各省区水泥生产线配料方案中石灰石含量及品质相关,同时替代材料的品质及使用量亦会产生一定影响。分析发现,石灰石替代材料的使用能较大幅度降低水泥熟料工艺碳排放系数,探究有效的替代材料将是减少水泥碳排放的重要途径。
（2）熟料燃料碳排放系数在空间上整体呈现为中部、西部省区较高,东部沿海省区相对较低。除生产技术装备和管理水平因素外,主要与水泥生产线所消费煤炭发热值相关。煤炭发热值与煤炭的燃料碳排放系数成反比关系,即发热值越高,单位燃料碳排放量就越小。因此,消费发热值相对较高的煤炭,将有助于单位熟料燃料碳排放量下降。
（3）水泥工艺碳排放系数和水泥燃料碳排放系数在空间上呈现较大差异,总体格局是多数东部沿海省区相对较低,中部、西部多数省区相对较高。主要原因为各省区“水泥熟料比”的区域差异。“水泥熟料比”主要与省区间熟料的跨省区流动直接相关。由于在测算各省区“水泥熟料比”时,仅能依据统计数据来推算,导致各省区“水泥熟料比”出现较大差异。如何处理熟料生产碳排放的空间归属敏感问题,与今后省区间水泥生产排放额度及相关利益分配紧密相关,因不是本文讨论重点,在此只指出问题所在,而不述及如何处理。基于相关研究,在保证水泥强度等品质和质量指标基本前提下,在生产生料配比中,提高替代材料比重,适度增加混合材比例,无疑是降低水泥碳排放系数的重要路径。
（4）除通过技术创新和管理优化直接降低单位熟料和水泥生产的电力消耗外,间接碳排放系数的高低还需要对低温余热发电所产生的减排效果给予更高的评价。在水泥生产过程中,低温余热发电的结果实实在在减少了外购电力30%~40%。因此,在测算水泥生产间接碳排放系数时,就应当将这种结果予以直接表达。这样既反映了水泥生产过程中,无碳排放电力消费的真实情况,又有利于激励水泥生产商在燃料能效利用方面进一步增加投入,提升节能减排积极性。

The authors have declared that no competing interests exist.

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