2021钢铁水泥行业深度脱碳的协同控制效果评估与路径设计

钢铁、水泥行业深度脱碳的2020年10月PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIII目录执行摘要 1研究背景 1主要研究思路与内容 2主要研究结论 2政策建议 3ExecutiveSummary 4Background 4Mainactivies 5Basicconculsion 6Policyrecommendation 7研究背景 9我国面临温室气体减排压力 9协同控制已经融入宏观政策 深度脱碳的协同减排效益值得深入研究 13研究思路与方法 14研究思路与技术路线图 14协同控制评价方法体系 16协同控制效应坐标系分析 17协同效应系数 18污染物减排量交叉弹性分析 18协同控制减排当量 20单位污染物减排成本 21边际减排成本曲线（MAC） 22CGE-CIMS复合模型 23CGE模型构建 23CIMS-钢铁模型构建 24CIMS-水泥模型构建 27CGE-CIMS复合模型构建 28情景（碳税）设置 28钢铁行业深度脱碳的协同效果评估 30钢铁行业概况 30钢铁行业深度脱碳措施初步筛选 33措施筛选 333.2.3措施属性汇总 34钢铁行业深度脱碳措施的协同控制效果评估 41协同控制效应坐标系 41协同效应系数 48污染物减排量交叉弹性分析 50单位污染物减排成本 52边际减排成本曲线（MAC） 54钢铁行业协同控制措施/技术直接减排效果小结 60水泥行业深度脱碳的协同效果评价 63水泥行业概况 63水泥行业深度脱碳措施初步筛选 65措施筛选 65措施属性汇总 66水泥行业深度脱碳措施/技术的协同效果评估 71协同控制效应坐标系 71协同效应系数 78污染物减排量交叉弹性分析 79单位污染物减排成本 81边际减排成本曲线（MAC） 82水泥行业协同控制措施/技术直接减排效果小结 88钢铁、水泥行业CGE-CIMS模拟分析 91钢铁行业CGE-CIMS模拟结果分析 91钢铁行业发展规模及技术竞争 91钢铁行业能源消费 92钢铁行业污染排放 93水泥行业CIMS模型模拟结果分析 95水泥行业发展规模及技术竞争 95水泥行业能源消费 96水泥行业污染排放 97结论与促进钢铁行业、水泥行业温室气体与大气污染物协同控制措施建议996.1结论 99促进温室气体与大气污染物协同控制措施建议 100关于今后协同控制研究工作的思考 101PAGEPAGE25执行摘要研究背景2100210（DeepDecarbonizationPathwaysProject,PP16630日，中国在向联合国气候框架公约秘书处提交的《强化应对气候变化行动——2030年左右20209222030年前实现碳中和。绿色发展提供管理决策技术支撑。（美国主要研究内容依托行业协会访谈、企业调研、相关研究数据资料收集整理等方式，对中国钢铁、水泥行业深度脱碳措施/技术展开分析研究，按消费减量、结构调（燃采用协同控制效果评价方法体系（包括协同控制效应坐标系分析、协（及末端减污措施/技CGE-CIMS体协同控制提出相关建议。主要研究结论绝大多数深度脱碳措施具有协同控制大气污染效果（燃）料回收和替代、节能及能效提升优先选择节能及能效提升、原（燃）料回收和替代类措施（燃代类措施，可以通过节能或燃料与原料替代带来收益（或降低成本，企业认可（T4EReq（T7（T13理系统CT19“低温余热发电技术（CT8EReq（水泥（CT16（生料（CT15环生料立磨技术（CT17”等次之。这些措施协同性较好，属于应优先选择的协同控制措施。碳税政策有助于推进钢铁、水泥行业协同控制CGE-CIMSBAU末端治理措施仍是实现大气污染物减排的必要措施（T29SCRC22CT23政策建议推动将钢铁、水泥行业协同控制写入相关规划2020物协同控制具有指导意义，也可以为其他行业开展协同控制提供思路和参考。全面推进钢铁、水泥行业协同控制措施（燃控制措施的能效和处理效率。推动环境经济政策措施的出台和实施钢铁、水泥行业协同控制的发展。ExecutiveSummaryBackgroundInordertoachievethegoaloflimitingtheglobalwarmingto2℃by2100,inOctober2013,undertheinitiativeoftheUNSecretary-General,BanKi-moon,theUNSustainableDevelopmentNetworkandtheInstituteforSustainableDevelopmentandInternationalRelations(IDDIR,France)jointlylaunchedthe“DeepDecarbonizationPathwaysProject(DDPP)”,strivingtofindthedeepcarbondioxideemissionreductionpaths.Chinaisoneofthe16countriesinvoledinthisproject.AsthefastindustrializationandurbanizationprocessinChina,theeconomygrowssteadily,whichresultinincreasingenergyconsumptionandGHGsemissionsyearbyfulfilltheresponsibilityofamajorcountrytoreduceGHGsemissions,onJune30,2015,Chinasubmitted“EnhancedActionsonClimateChange:China’sIntendedNationallyDeterminedContributions”totheUNFCCCSecretariatandcommitted“toachievethepeakingofCO2emissionsaround2030andmakingbesteffortstopeakearly”.OnSep22,2020,whileaddressingthegeneraldebateofthe75thsessionoftheUnitedNationsGeneralAssemblyviavideo,PresidentXiJinpingannouncedthatChinaaimstohavecarbondioxideemissionspeakbefore2030andachievecarbonneutralitybefore2060.Whilelookingfordeepdecarbonizationpaths,Chinaisalsounderthepressureofimprovinglocalairquality.Co-controlofthedeepcarbondioxideemissionreductionandlocalairpollutantsemissionreductionisthekeytotheultimatesuccessofdeepdecarbonization.Therefore,adoptingco-controlstrategyofGHGsandlocalairpollutantsemissionshasbecomethebestchoiceforChinatocopewithglobalanddomesticenvironmentalissues.IndustryisthekeyareaofChina’sGHGsemissionsandthemainsourceoflocalairpollutantsemissions,whichhasagreatpotentialfortheco-control.Iron&steelandcementarethetypicalsectorstoprioritizetheimplementationofco-controlstrategies.Therefore,itisofgreatsignificancetocarryoutco-controleffectsevaluationforthedeepdecarbonizationmeasuresandpathdesignintheiron&steelandcementsectors,whichwillprovidecriticaltechnicalsupportformanagementanddecision-makingoflow-carbonandgreendevelopment.CommissionedbyTheEnergyFundation,APED(Asia-PacificConsultingCenterforEnvironmentandDevelopment)andCGEP(CenterforGlobalEnvironmentalBeijingNormalUnviersity)jointlycarriedouttheproject,Co-controlEffectAssessmentofIndustrialDeepDecarbonization&Co-controlRoadmapforChina’sIronandSteelandCementSectors.ThisprojectaimstoevaluatetheeffectsofthedeepdecarbonizationmeasuresinChina’siron&steelandcementsectorsontheco-controloflocalairpollutants.Itwasexpectedtoprovideindustrialpractitionersandpolicymakersthetechnicalsupportofco-controleffectevaluationanddesignofco-controlstrategiesforindustriesandenterprises.Inaddition,theexperiencesfromthisstudycanbeausefulreferenceforothersectors.MainactiviesThisstudyscreenedthedeepdecarbonizationmeasuresofChina’siron&steelandcementsectorsfirst,andthesemeasuresaredividedintoseveralcategoriesasconsumptionreduction,structuraladjustment,rawmaterial/fuelrecoveryandsubstitution,energysavingandenergyefficiencyimprovement,andend-of-pipedecarbonization.Basedonon-siteinvestigations,interviewswithindustryassociations,reportedcasestudiesandresearches,thisreportprovidesthelistofdeepdecarbonizationmeasures,andtheirCO2reductionandairpollutantsemissionreductionparametersandcostsandbenefitscacluationparameters.Co-controlevaluationmethodologiesincludingco-controleffectscoordinatesystem,co-controleffectcoefficient,pollutantemissionreductionscross-elasticity,emissionreductionequivalence(EReq),unitcostofpollutantemissionreduction(UCER),wereappliedtoquantitativelyassessthelocalairpollutantsreductioneffectivenessofthescreeneddeepdecarbonizationmeasuresandalsotheend-of-pipepollutionreductionmeasuresinChina’siron&steelandcementsectors.Co-controlpathsforiron&steelandcementsectorswereexploredbydrawingmarginalabatementcostcurves.ACGE-CIMShybridmodelwasappliedtosimulatetheeffectsofcarbontaxonco-controlofGHGsandlocalairpollutantsinChina’siron&steelandcementsectors.Basedontheaboveresearchresults,thisstudyprovidedpolicyrecommendationsonpromotingtheco-controloflocalairpollutantsandGHGsintheiron&steelandcementsectors.MainconculsionsMostofthedeepdecarbonizationmeasureshavetheeffectofco-controloflocalairpollutants.Accordingtotheresultsoftheco-controleffectsevaluation,thedeepdecarbonizationmeasuresoftheiron&steelandcementsectors,includingdemandreduction,structuraladjustment,fuelandrawmaterialrecoveryandsubstitution,andenergysavingandenergyefficiencyimprovement,havetheeffectsofsynergisticemissionreductionofairpollutants.Co-controleffectsofdemandreductionandstructuraladjustmentmeasuresaresignificant,showinggreatpotentialofCO2andlocalairpollutantsemissionco-reduction.Energysavingandenergyefficiencyimprovement,raw(fuel)materialrecoveryandsubstitutionaretheprioritizedmeasuresoftheindustry.Energysavingandenergyefficiencyimprovement,raw(fuel)materialrecoveryandsubstitutionmeasurescanbringbenefits(orreducescosts)andarehighlyrecognizedbyenterprises.Intheironandsteelindustry,theUCERof“High-temperature/High-pressureboilertechnologiesforCoke(T4)”isthlowest,followedby“sinteringwasteheatpowergenerationtechnology(T7)”,“GasTurbineFuelSubstitution(T13)”,and“Newenergy-savingtechnologyofhighthermalconductivityandhigh-densitysilicabrickforlargecokeoven(T21)”.Inthecementindustry,theUCERof"Visualizedenergymanagementsystem(CT19)"isthelowest,followedby"Lowtemperaturewasteheatforpowergenerationtechnology(CT8)","Rollerpresssemi-finalgrindingsystem(Cement)(CT16)","Rollerpressfinalgrindingsystem(rawmeal)(CT15)","externalcirculationrawmealverticalgrindingtechnology(CT17)".Thesemeasuresleadtherankingofco-controlcost-effectiveness.Environmental-economicpolicymeasuressuchascarbontaxcanhelptopromoteco-controlintheiron&steelandcementsectors.SimulationresultsoftheCGE-CIMSmodelindicatesthat,theimplementationofthecarbontaxpolicycanhelptooptimizethedemandandproductionscalesoftheiron&steelandcementsectors.Italsocanhelptoenhancethecompetitivenessoflow-carbontechnologies,increasetheirmarketshares,andpromotestructuraladjustmentsintheiron&steelandcementsectors,whichwillleadtoco-reductionofCO2andlocalairpollutants.Theend-of-pipepollutionreductionmeasuresarestillnecessarytosubstantiallyreducelocalairpollutants.Althoughend-of-pipepollutantreductionmeasures(suchas"ultra-lowemissionretrofitting(T29)"intheironandsteelsector,"SCR(CT22)"and"wetfluegasdesulfurization"inthecementsector)haveincreasedenergyconsumptionandbroughtaboutgreenhousegasemissionsincrease,theycansignificantlyreduceairpollutantemissions.Duringthe"14thPlan"period,itisnecessarytofurtherstrengthentheresearchanddevelopmentoftheend-of-pipetechnologiestoachievehigheremissionreductionefficiencywithlessenergyconsumptionandCO2emission.PolicyrecommendationsIntegrationoftheco-controlstrategyintothe14thFivePlans.2020isthelastyearofthe“13thPlan”and“14thPlan”isunderpreparation.Dealingwithclimatechangeshouldbecomeanimportantpartofthe“14thEcologicalandEnvironmentalProtectionPlan”.Co-controlrequirementsofiron&steelandcementsectors,whicharethekeysectorsofCO2emissionreductionandlocalairpollutioncontrol,shouldbeintegratedinto“EcologicalandEnvironmentalProtectionPlan”.Itwillhaveguidingsignificancefortheotherindustrialsectorstopromoteco-control.Promotingco-controlmeasuresfortheiron&steelandcementsectorsCo-controlstrategiesintheiron&steelandcementsectorsshouldbeattacedtomoreemphasis,includingprioritizingenergysaving,energyefficiencyimprovement,andfuelandrawmaterialsubstitutionmeasures;focusingonstructuraladjustmentanddemandsidemeasures;andcontinuouslyimprovingtheenergyefficiencyandtheend-of-pipetreatmentefficiency.Promotingthefeasibilitystudyofenvironmentaleconomicpolicyinstruments.Atpresent,theiron&steelandcementsectorsarenotincludedinthenationalcarbonemissionstradingsystem,andChina’scarbontaxpolicyisstillatthestageoftheoreticalresearchanddiscussion.CarbontaxandotherenvironmentalandeconomicpoliciescanhelptointernalizethecostsofGHGsandairpollutantsemissions,tospeedupphasingouthigh-carbonandhigh-pollutionproductioncapacities,andtoencourageiron&steelandcementcompaniestopracticeco-controlstrategies.研究背景我国面临温室气体减排压力中国是温室气体排放大国能源署（IEA）的统计，2018CO228%化石能源消费的CO2排放（万t）能源消费总量(万tce)化石能源消费的CO2排放（万t）能源消费总量(万tce)2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 20181,000,0000图1-1 2008-2018年间我国能源消费、CO2排放情况数据来源：国际能源署IEA公布的《GlobalEnergy&CO2StatusReport20182017年相2018C21.7（33.1GtC285%③。近年来，在各项节能减排政策措施的大力推动下，我国的节能减排工作取得①IEA.CO2emissionsfromfuelcombustionhighlights2019[R]②IEA.GlobalEnergy&CO2StatusRepot2018[R]③IEA.GlobalEnergy&CO2StatusReport2018[R]世界欧盟28国美国中国201620152014201320122011200.10kgCO2/2010USDGDP能耗整体呈现下降态势，201719783.7①PC2（12。另一方面，世界欧盟28国美国中国201620152014201320122011200.10kgCO2/2010USD图1-2 2010-2016年间各国及世界单位GDP的CO2排放情况数据来源：国际能源署“深度脱碳”是温室气体减排的重要途径201310（DeepDecarbonizationPathwaysProject,PP216个国家之一。2015917日，联合国可持续发展网络与法国可持续发展与国际关系研究所正式发布“深度脱碳路径”项目（DDPP）2015年报2℃以内的目标的可行性②①人民网.改革开放40年节能降耗步履铿锵[EB/OL].2018-10-06./n1/2018/1006/c1003-30326263.html②“深度脱碳路径”项目(DDPP)2015年报告称：2摄氏度目标或可实现.[EB/OL][2015-09-21]/article-12746-1.html201563020302030200560%-65%20%2005452030值并争取早日实现①20152020年后全球应对气候变化行动作出了安排。钢铁、水泥是温室气体减排重点行业放的重点行业。2017CO215%②2017C210.81.2CO20.5tCO2/t，低于世界平均水平（0.589tCO2/t）③。——钢铁、水泥行业存在着较大的温室气体减排潜力。协同控制已经融入宏观政策（同时也存在一定的非协同性多项法律/规划提出协同控制理念政府在制定“十二五”时期国家政策层面的空气污染物减排规划时，已经逐①中央政府网站.强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献[EB/OL].[2015-06-30]./xinwen/2015-06/30/content_2887330.htm②中国节能协会冶金工业节能专业委员会,冶金工业规划研究院.《中国钢铁工业节能低碳发展报告（2082080月.③高长明.我国水泥工业低碳转型的技术途径——兼评联合国新发布的《水泥工业低碳转型技术路线图》[J].水泥,2019(1):4-8.间出台了一系列政策法规，引导、鼓励多种空气污染物协同控制工作的开展。开展多种污染物协同控制。SO2NOx联控。8292016年10月27日发布的《“十三五”控制温室气体排放工作方案的通知》（国发〔2016〕61号）提出“加强碳排放和大气污染物排放协同控制”。2016年11月24日，国务院印发的《“十三五”生态环境保护规划》（国发201665号/措施的针对性和有效性20179（试行（201773号同控制工作在工业领域的开展。2018年6月27日，《国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》（201822号3大幅减少主要大气污染物排放总量，协同减少温室气体排放，进一步明显降低细颗粒物（PM2.5）浓机构改革为协同控制提供机制保障2018年3月21日印发的《深化党和国家机构改革方案》第二十五条提出组将环境保护部的职责会办公室的南水北调工程项目区环境保护职责整合”深度脱碳的协同减排效益值得深入研究钢铁行业和水泥行业大气污染物的效果及潜力值得深入研究。①毛显强,邢有凯,胡涛,曾桉,刘胜强.中国电力行业硫、氮、碳协同减排的环境经济路径分析[J].中国环境科学,2012,32(04):748-756.研究思路与方法研究思路与技术路线图NOxPM深度脱碳措施/（燃钢铁、水泥行业深度脱碳的温室气体与大气污染物协同控制效果核算水泥行业深度脱碳措施清单数据库（含成本、节能、减排、推广潜力等参数。度脱碳措施进行协同效应综合评价。（MAC）曲线，从而为决策者规划协同控制减排路径提供参考。钢铁、水泥行业大气污染物与温室气体协同控制路径设计CGEBAU碳税情景下各时间节点的钢铁行业和水泥行业的发展规模。CIMS-CIMS-CGE模型所预测的基CIMS源消耗和污染物排放结果。第三，综合钢铁、水泥行业协同控制效果核算和CGE-CIMS复合模型模拟结果，分析两个行业温室气体和大气污染物协同减排效果及减排成本效益情况，提出我国钢铁和水泥行业温室气体与大气污染物协同控制的政策路径建议。专家访谈、国内外最新理论研究和实践应用成果《国家重点节能低碳技术推广目录》《重塑能源》等相关研究成果措施协同性评价专家访谈、国内外最新理论研究和实践应用成果《国家重点节能低碳技术推广目录》《重塑能源》等相关研究成果措施协同性评价))谁更协同？是否协同？基于相关规划、行动计划等确定各措施的推广潜钢铁、水泥行业深度脱碳的大气污染协同控制效果核算边际减排成本（MAC）曲线钢铁、水泥行业深度脱碳措施清单数据库钢铁、水泥行业深度脱碳措施清单数据库（含成本、节能、减排、推广潜力等参数）末端末端脱碳节能及能效提升原（燃）料回收和替代结构调整消费(位于第一象限)协同控制坐标系分析(0)()协同效应系数(Ela/＞0)b(ElLAPs/GHG)(ElGHG/LAPs)污染物减排量交叉弹性分析(ER-eq＞0)(ER-eq越大)减排效果归一化(UCPR越小)单位污染物减排成本钢铁、水泥行业协同控制措施库钢铁、水泥行业协同控制措施库行业能耗、污染排放费用效益、费用-效果分析CIMS模型CGE模型政策措施钢铁、水泥行业大气污染物与温室气体协同控制路径设计图2-1 本研究技术路线图协同控制评价方法体系提出了协同控制评价方法体系（C排措施的边际及累计减排成本与相应的减排量之间的关系。Rq度和主客观评价。边际减排成本曲线（MAC）的基础上，进一步开展协同控制路径设计与规划研ER-eq协同减排路径③④⑤⑥。①毛显强,曾桉,胡涛等.技术减排措施协同控制效应评价研究[J].中国人口•资源与环境,2011,21(12):1-7.②毛显强,曾桉,刘胜强,等.钢铁行业技术减排措施硫氮碳协同控制效应评价研究[J].环境科学学报,2012,32(5):1253-1260.③毛显强,邢有凯,胡涛,等.中国电力行业硫、氮、碳协同减排的环境经济路径分析[J].中国环境科学,2012,32(4):748-756.④刘胜强,毛显强,胡涛,等.中国钢铁行业大气污染与温室气体协同控制路径研究[J].环境科学与技术,2012,35(7):168-174.⑤MaoXQ,ZengA,HuT,etal.Co-controloflocalairpollutantsandCO2fromtheChinesecoal-firedpowerindustry[J].JournalofCleanerProduction,2014,67:220-227.⑥XianqiangM,AnZ,TaoH,etal.Co-controlofLocalAirPollutantsandCO2intheChineseIronandSteelIndustry[J].EnvironmentalScienceandTechnology,2013,47(21):12002-12010.协同控制效应坐标系分析状况。以二维坐标系为例（22所示2-1。2-2减排措施协同控制效应坐标系示意图表2-1 减排措施代表点位分布的含义位置含义第一象限可同时减排温室气体和局地大气污染物第二象限减排局地大气污染物但增排温室气体第三象限同时增排温室气体和局地大气污染物第四象限减排温室气体但增排局地大气污染物原点对温室气体和局地大气污染物均无影响横坐标正半轴减排温室气体，对局地大气污染物排放无影响横坐标负半轴增排温室气体，对局地大气污染物排放无影响纵坐标正半轴减排局地大气污染物，对温室气体排放无影响纵坐标负半轴增排局地大气污染物，对温室气体排放无影响（2-2A所代表的措施（22NM所代表的措施，协同性较好。协同效应系数①②是指某项措施在减排单位温室气体的同时所能带来的其其计算公式如下：𝑅𝑖

=𝑄

（1）其中：

𝑖，𝐶𝑅𝑖——措施i的协同效应系数；𝑄𝑖,𝑗——措施i对污染物j的减排量；𝑄𝑖,𝐶——措施i对温室气体（CO2）的减排量。污染物减排量交叉弹性分析污染物减排量交叉弹性用于评价技术减排措施对温室气体和大气污染物减排的协同程度，记为Elsa/babE𝑙𝑠𝑆𝑂2/𝐶𝑂2E𝑙𝑠𝑁𝑂𝑥/𝐶𝑂2

=∆𝑆𝑂2/𝑆𝑂2∆𝐶𝑂2/𝐶𝑂2=∆𝑁𝑂𝑥/𝑁𝑂𝑥∆𝐶𝑂2/𝐶𝑂2

（2）（3）E𝑙𝑠𝑃𝑀/𝐶𝑂2

=∆𝑃𝑀/𝑃𝑀∆𝐶𝑂2/𝐶𝑂2

①李丽平,周国梅,季浩宇.污染减排的协同效应评价研究——以攀枝花市为例[J].中国人口·资源与环境,2010,20(5):91-95.②李丽平,姜苹红,李雨青,廖勇,赵嘉.湘潭市“十一五”总量减排措施对温室气体减排协同效应评价研究[J].环境与可持续发展,2012(1):36-40.E𝑙𝑠𝑙𝐴𝑃𝑠/𝐶𝑂2

=∆𝐿𝐴𝑃𝑠/𝐿𝐴𝑃𝑠∆𝐶𝑂2/𝐶𝑂2

其中：E𝑙𝑠𝑎/𝑏——污染物减排量交叉弹性；∆𝐶𝑂2/𝐶𝑂2CO2减排率；∆𝑆𝑂2/𝑆𝑂2SO2减排率；∆𝑁𝑂𝑥/𝑁𝑂𝑥——NOx减排率；∆𝑃𝑀/𝑃𝑀——PM减排率；∆𝐿𝐴𝑃𝑠/𝐿𝐴𝑃𝑠——大气污染物减排当量（LAPs）减排率。（2S2C2（3式表示技术xC2减排的交叉弹性（4PMC2SO2NOxPM等不同的大气污染物归一化（5LPsCO2叉弹性。表2-2 协同控制交叉弹性值的含义E𝑙𝑠𝑎/𝑏计算值含义）对a、b均有减排作用，具有协同控制效应E𝑙𝑠𝑎/𝑏≤0对一种污染物有减排作用而对另外一种污染物没有减排作用E𝑙𝑠𝑎/𝑏=1对a、b两种污染物的减排程度相同0<E𝑙𝑠𝑎/𝑏<1对b的减排程度高于aE𝑙𝑠𝑎/𝑏>1对a的减排程度高于bE𝑙𝑠𝑎/𝑏分子、分母均为负值时同时增排两类污染物，为“反协同”措施COCO2E𝑙𝑠𝐶𝑂2/𝐶𝑂指标不适用于评估提高燃烧效率（以及具有相似效果）措施。协同控制减排当量同控制效应。因此，需要采用归一化方法量化多污染物协同控制效应。本研究构建了协同控制减排当量ER-eq（Co-controlEmissionReductionEquivlen算公式如下：𝐸𝑅−𝑒𝑞=RGHGs∙ΣQGHGs+RLAPs∙ΣQLAPs𝐸𝑅−𝑒𝑞=RGHGs∙+⋯)+RLAPs∙+γ𝑄𝑁𝑂𝑋++⋯) (6)式中：ER-eq——协同控制减排当量；RGHGs、RLAPs——温室气体和大气污染物权重系数，体现温室气体与大气污染之间的相对权重比较；QGHGs、QLAPs——温室气体和大气污染物减排量；α⋯——温室气体(CO2…)当量权重系数；βγδ⋯——大气污染物(SO2、NOX、PM…)当量权重系数。（权重值分反映。的环境效益的评价值。（即过去的污染物排污费价格率越高，说明这种污染物的综合影响越大，理应赋予这种污染物的权重也越高。以该税率为依据获得污染物的权重值，具有较好的法律基础。2-3。表2-3 大气污染物和温室气体归一化权重值权重参数建议取值来源备注RGHGs0.003721eq0.00372。2013-2017年，全国碳排放权交易试点平均价格为22.33元/吨CO①。2RLAPs1《中华人民共和国环境保护税法》中税收项目和税率表，局地大气污染物当量的相对权重因子取值为1。1.2元12元/kg6.0元/kg（或6,000元/t。权重CO2α1IPCC第五次评估报告的GWP100值⋯⋯大气污染当量权重①SO2β1/0.95《中华人民共和国环境保护税法》所附《应税污染物和当量值表》=÷，在此β、、δ②PM取“烟尘”数据；NOxγ1/0.95PMδ1/2.18②⋯⋯将上表中各权重值应用于公式(6)，可得出协同控制减排当量计算公式如下：ER−eq=0.00372×∙(1∙Q +⋯)+1×(QSO2⁄ +QNOX⁄ ∙+QPM⁄ +⋯) (7)CO2单位污染物减排成本

0.95

0.95

2.18综合考虑减排措施的财务成本和环境效益、直接减排效果和间接减排效果，使用“单位污染物减排成本”指标对减排措施进行成本有效性评价。单位污染物①碳交易网.截至2017年12月31日，全国配额累计成交4.70亿吨，成交总额达到104.94亿元.[EB/OL][2018-01-29]/tanjiaoyi/2018/0129/61449.html减排成本的计算公式如下：Ci,j

CCiQ

(8)i,j式中：Ci,j

——减排措施i减排单位污染物j的成本；CCi——i的污染物控制成本（包括建设成本和运行成本；MBi——减排措施i的节能增效收益；Qi,j

——减排措施i对污染物j的减排量。的措施成本有效性较差，优先度较低。2.2.6边际减排成本曲线（MAC）际减排成本（MAC）曲线。减排潜力反映了减排措施能够实现的最大减排量，计算公式如下：MAXEMij(MaxQiQ0)Ri

(9)MAXEMij

——减排措施i对污染物j（或协同控制减排当量ER-eq）的减排潜力；MaxQi

——减排措施i能够实现的最大市场占有量；Q0——减排措施i在基准年已实现的市场占有量；Ri ——i（单位市场占有量的减排水平。于该减排措施的剩余市场容量及其对污染物的减排率。MACMAC交叉重叠，为避免重复计算应扣除重叠的部分。MAC曲线的示意图如下：A1A1A2A3减排潜力图2-3边际减排成本(MAC)曲线（对某一种措施来说是平均减排成本（在纵坐标上的高度（单位污染物减排成本，矩形的面积代表该减排措施实现减排潜力时的减排成本。CGE-CIMS复合模型在进行协同控制路径设计时，需要借助能源环境经济模型（Energy-Economic-Environment，3E模型）CGECIMS模型采用“软连接”的方式构建了“CGE-CIMSCGE模型构建60CGE拟时，主要考虑了以下情景设置条件：保持经济中高速增长：根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第（20162020年P历史轨迹，2021-2050年间中国经济将保持中高速增长。高）图的CIMS-钢铁模型构建CIMS2-42-5。表2-4中国钢铁行业CIMS模型技术分类产品分类设备名称序号技术名称技术代码焦炭焦炉1炭化室高度>6.25mOven>6.25m24.3m<炭化室高度<6.25m4.3m<Oven<6.25m3炭化室高度<4.3mOven<4.3m熄焦4湿法熄焦Coke_Wet_Quenching产品分类设备名称序号技术名称技术代码5干法熄焦Coke_Dry_Quenching铁矿石烧结矿6烧结机≥130m2Sintering≥130m2790m2＜烧结机＜129m290m2＜Sintering＜129m2836m2＜烧结机＜89m236m2＜Sintering＜89m29烧结机≤35m2Sintering≤35m2球团矿10球团机Pellet_ore铁水高炉炼铁11高炉容积>3000m3Blast_furnace＞3000m3122000m3<高炉容积<3000m32000m3＜Blast_furnace＜3000m3131200m3<高炉容积<2000m31200m3＜Blast_furnace＜2000m314450m3<高炉容积<1200m3450m3＜Blast_furnace＜1200m315高炉容积<450m3Blast_furnace≤450m3钢水转炉16转炉容积≥300tonsConverter≥300t17200t＜转炉容积＜299t200t＜Converter＜299t18120t＜转炉容积＜199t120t＜Converter＜199t1950t＜转炉容积＜119t50t＜Converter＜119t20转炉容积≤49tConverter≤49t电炉21电炉容积≥100tElectricfurnace≥100t2250t＜电炉容积＜99t50t<Electricfurnace<99t23电路容积≤49tElectricfurnace≤49t钢坯铸造机24模铸钢锭Mouldedingot25连铸坯Continusouslycaststeel钢材产品热轧26热轧机Hot_rolled冷轧27冷轧机Cold_rolled涂镀28涂镀机Cladandcoated图2-5 中国钢铁行业CIMS框架图CIMS-水泥模型构建本研究根据《中国钢铁工业年鉴》、水泥行业现状、相关发展政策文件以及技术名称技术代码新型干法8000t/d以上NSP＞8000t/d5000~8000t/d（含）5000t/d＜NSP≤8000t/d2500~5000t/d（含）2500t/d＜NSP≤5000t/d2000~2500t/d技术名称技术代码新型干法8000t/d以上NSP＞8000t/d5000~8000t/d（含）5000t/d＜NSP≤8000t/d2500~5000t/d（含）2500t/d＜NSP≤5000t/d2000~2500t/d（含）2000t/d＜NSP≤2500t/d2000t/d（含）以下2000t/d≤NSP协同处置固体废物协同处置生活垃圾Co-processingofdomesticwaste协同处置城市污泥Co-processingofsewagesludge协同处置危废Co-processingofhazardouswaste水泥粉磨Cementgrinding图2-6 中国水泥行业CIMS框架图CGE-CIMS复合模型构建CGECIMSCCIMS27。情景（碳税）设置我国尚未实施碳税政策，但已有大量的理论研究积累。20132017建设（仅电力行业，为促进温室气体减排发挥了重要作用，但目前包括钢铁、水泥在内的多个重点行业尚未进入全国碳排放权交易体系。7个国内碳201712314.70t，成交总额达到104.94亿元①。折合22.33元/tCO2。《2019②43元/tCO2。碳税情景设置：综合根据我国碳排放权交易现状及预测，本研究假设自2021年起在中国钢铁、水泥行业征收碳税，税率为50元/tCO2。模拟时间段：本研究以2017年基准年，模拟时间段为2017-2050年。①碳交易网.截至2017年12月31日，全国配额累计成交4.70亿吨，成交总额达到104.94亿元.[EB/OL][2018-01-29]/tanjiaoyi/2018/0129/61449.html②Slater,H.,DeBoer,D.,钱国强,王庶.《2019年中国碳价调查》,2019年12月,中国碳论坛,北京.2929政策（碳税）冲击政策（碳税）冲击CIMS-钢铁CGECIMS-水泥1、技术竞争CGECIMS-水泥1、技术竞争2、能源消耗3、温室气体及大气污染物排放PAGEPAGE30钢铁行业深度脱碳的协同效果评估括炼焦部分的能耗与排放。201520252015年的市场份额、生产规模等变化确定。钢铁行业概况近年来钢铁产量反弹上升100,00090,00080,00070,00060,00050,00040,00030,00020,00010,0000万t100,00090,00080,00070,00060,00050,00040,00030,00020,00010,0000万t图3-1全国粗钢产量变化图数据来源：国家统计局①世界钢铁协会.《世界钢铁统计数据2019》https:///zh/media-centre/press-releases/2019/world-steel-in-figures-2019.html2015铁企业，尤其在华北地区和东南沿海地区更是分布密集。图3-2 2015年我国钢铁企业分布情况数据来源：worldsteelassociation能源消耗、温室气体与大气污染物排放概况钢铁行业是典型的能源密集型工业，根据煤炭工业协会发布的《201820186.2t①4000kWh②。2010599kgce2015572kgce（2016-2020年kgce的规划目标。①煤炭工业协会.《2018煤炭行业发展年度报告》.②“十三五”工业节能依然“压力山大”工信部推出多项技术解决方案[EB/OL][2018-04-24]/a/229306664_118622图3-3 2000-2018年我国钢铁行业总能耗与吨钢综合能耗变化情况来源：中国钢铁工业协会.《钢铁行业“十三五”煤控中期评估与后期展望》,2019.大量的能源消费导致钢铁行业成为我国工业部门中的二氧化碳和大气污染物排放大户。2017。中国钢铁工业C251C215左右，在国内所有工业行业中位居第二位①。2015-20173-13年实现《钢铁工业调整升级规划（2016-2020年2020SO2削减目标。表3-12015-2017年重点环保统计钢铁企业大气污染排放情况年度吨钢颗粒物排放(kg)吨钢SO2排放(kg)吨钢NOx排放(kg)2015年0.810.881.052016年0.750.691.062017年0.590.540.89数据来源：黄导,《2017年中国钢铁行业节能环保进展报告》.①中国节能协会冶金工业节能专业委员会,冶金工业规划研究院.《中国钢铁工业节能低碳发展报告（2082080月.钢铁行业超低排放改造2019422（20135号（含搬迁钢铁项目原则上要达到超低排202060%左右产能完成改造，有序推进其他地区2025年底前，重点区域钢铁企业超低排放改造80%”钢铁行业深度脱碳措施初步筛选3.2.1措施筛选根据《重塑能源：面向2050年能源消费和生产革命路线图.中国.工业卷》，29项节能减排措施/3-2施/技术有按类型和按环节两个分类维度：表3-2钢铁行业初步筛选节能减排措施/技术分类类别所处环节措施/技术名称序号消费减量消费减量减少不合理钢铁消费需求T1结构调整结构调整先进产能代替落后产能T2结构调整增加短流程炼钢比例T3原（燃）料回收和替代炼焦高温高压干熄焦T4炼焦炼焦煤调湿风选技术T5炼焦焦炉荒煤气显热回收利用技术T6烧结烧结余热发电技术T7烧结烧结余热能量回收驱动技术（SHRT技术）T8烧结烧结废气余热循环利用工艺技术T9炼铁提高高炉入炉球团比T10炼铁高炉冲渣水直接换热回收余热技术T11炼铁燃气-蒸汽联合循环发电技术（CCPP）T12炼铁燃气轮机值班燃料替代技术T13炼铁煤气透平与电动机同轴驱动高炉鼓风机技术（BPRT技术）T14炼钢转炉煤气干法回收技术T15类别所处环节措施/技术名称序号节能及能效提升炼焦大型焦炉用新型高导热高致密硅砖节能技术T16烧结环冷机液密封技术T17球团蓄热式转底炉处理冶金粉尘回收铁锌技术T18炼铁高炉鼓风除湿节能技术T19炼铁基于炉腹煤气量指数优化的智能化大型高炉节能技术T20炼铁旋切式高风温顶燃热风炉节能技术T21炼钢冷捣糊整体优化成型筑炉节能技术T22炼钢钢水真空循环脱气工艺干式（机械）真空系统应用技术T23炼钢加热炉黑体强化辐射节能技术T24整体节能钢铁行业能源管控技术T25整体节能高辐射覆层技术T26末端脱碳末端脱碳二氧化碳捕集与封存（CCS）T27二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS-EOR）T28末端减污末端减污超低排放改造T29措施属性汇总各项措施/20152020年2050年能源消费和生产革命路线图.中国.（20152020年的推广比例变化情况，估算而来。根据项目组实地调研所收集的数据资料，结合国内外措施/技术的典型应用、统计数据、相关学术研究成果等资料，可计算出2025年各项措施/技术的减排潜力，详见下表。PAGEPAGE35表3-3钢铁行业各节能减排措施/技术综合减排潜力表类型措施/技术名称序号减排潜力（2025年，万t/a）大气污染物温室气体GHGER-eqSO2NOxPMLAPsCO2消费减量减少不合理钢铁消费需求T17.448.876.8420.3113288.2569.74结构调整先进产能代替落后产能T24.605.484.2312.558213.0343.10增加短流程炼钢比例T315.3418.3014.1241.8927414.19143.87原（）炼焦高温高压干熄焦T40.010.010.000.0323.840.12炼焦煤调湿风选技术T50.130.950.461.351230.915.93焦炉荒煤气显热回收利用技术T60.730.831.842.49570.984.61烧结烧结余热发电技术T70.130.110.030.26231.281.13烧结余热能量回收驱动技术（SHRT技术）T80.140.130.030.30259.431.26烧结废气余热循环利用工艺技术T90.560.720.601.63272.862.65炼铁提高高炉入炉球团比T100.330.090.140.501038.414.37高炉冲渣水直接换热回收余热技术T111.511.743.835.171187.319.59燃气-蒸汽联合循环发电技术（CCPP）T121.281.130.262.652315.7611.27燃气轮机值班燃料替代技术T130.080.070.020.17151.020.73煤气透平与电动机同轴驱动高炉鼓风机技术（BPRT技术）T140.470.410.090.97849.384.13炼钢转炉煤气干法回收技术T150.240.210.050.50434.152.11能效提升炼焦大型焦炉用新型高导热高致密硅砖节能技术T160.050.350.170.50453.012.18烧结环冷机液密封技术T170.010.010.000.0323.860.12球团蓄热式转底炉处理冶金粉尘回收铁锌技术T181.887.671.4810.731261.0815.42炼铁高炉鼓风除湿节能技术T190.090.020.040.14280.521.18基于炉腹煤气量指数优化的智能化大型高炉节能技术T200.560.150.240.861768.307.43旋切式高风温顶燃热风炉节能技术T210.250.070.110.38784.833.30炼钢冷捣糊整体优化成型筑炉节能技术T223.302.920.666.855982.2129.10钢水真空循环脱气工艺干式（机械）真空系统应用技术T230.680.781.722.32533.704.31加热炉黑体强化辐射节能技术T240.390.150.060.60719.333.27钢铁行业能源管控技术T250.110.130.100.29191.491.00高辐射覆层技术T262.933.492.697.995230.6027.45末端脱碳二氧化碳捕集与封存（CCS）T27-0.041-0.036-0.008-0.085542.871.93二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS-EOR）T28-0.041-0.036-0.008-0.085466.481.65末端减污超低排放改造T2913.2622.0912.7843.08-1108.8238.95合计56.4076.8352.57164.3674610.27441.91PAGEPAGE37图3-4钢铁行业按类型分措施/技术的减排潜力占比从图3-4可以看出：（1）按照措施/技术的类型分：CO2减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力47.75%；其次为节能及能效提升型措施/23.09%施/17.81%。末端减污型措施/技术会带来微量的增排，占-1.49%。SO2减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力35.35%；其次为末端减污型措施/23.51%施/18.15%。末端脱碳型措施/技术会带来微量的增排，占-0.15%。NOx减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力的/28.75%施/20.48%。末端脱碳型措施/技术会带来微量的增排，占-0.09%。PM减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力34.91%；其次为末端减污型措施/24.32%（燃代型措施/13.97%/-0.03%ER-eq减排潜力最大的是结构调整型措施//施/15.78%ER-eq/技术的综合减排效果为正，没有增排。（2）按照措施/技术的环节分：CO2减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力//11.23%。末端减污型措施/技术会带来微量的增排，占-1.49%。SO2减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力//13.18%。末端脱碳型措施/技术会带来微量的增排，占-0.15%。NOx减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力//11.55%。末端脱碳型措施/技术会带来微量的增排，占-0.09%。PM减排潜力最大的是结构调整型措施/技术，其减排潜力占总潜力34.1/24.2/13.02%。末端脱碳型措施/技术会带来微量的增排，占-0.03%。ER-eq减排潜力最大的是结构调整型措施/42.31%；其次为需求减量型的措施/15.78%；第三为炼铁工序的措施9.50%；第四为末端减污型措施/8.81%的措施/0.81%/ER-eq图3-5钢铁行业按环节分措施/技术的减排潜力占比表3-4钢铁行业各节能减排措施/技术实现综合减排潜力成本表类型所处环节措施/技术名称序号成本）消费减量消费减量减少不合理钢铁消费需求T10.00结构调整结构调整先进产能代替落后产能T2-138,521.88增加短流程炼钢比例T36,105,000.00原（燃）料替代炼焦高温高压干熄焦T4-37,363.46炼焦煤调湿风选技术T5-59,634.82焦炉荒煤气显热回收利用技术T6-103,559.51烧结烧结余热发电技术T7-147,146.25类型所处环节措施/技术名称序号成本）烧结余热能量回收驱动技术（SHRT技术）T8-157,805.07烧结废气余热循环利用工艺技术T9-156,241.65炼铁提高高炉入炉球团比T10443,432.18高炉冲渣水直接换热回收余热技术T11-83,613.65燃气－蒸汽联合循环发电技术（CCPP）T12-50,001.85燃气轮机值班燃料替代技术T13-93,589.18煤气透平与电动机同轴驱动高炉鼓风机技术（BPRT技术）T14-521,921.63炼钢转炉煤气干法回收技术T15-158,510.48能效提升炼焦大型焦炉用新型高导热高致密硅砖节能技术T16-81,440.00烧结环冷机液密封技术T17-8,821.47球团蓄热式转底炉处理冶金粉尘回收铁锌技术T18-380,177.74炼铁高炉鼓风除湿节能技术T19-39,157.86基于炉腹煤气量指数优化的智能化大型高炉节能技术T20-454,424.44旋切式高风温顶燃热风炉节能技术T21-384,463.94炼钢冷捣糊整体优化成型筑炉节能技术T22-2,253,820.25钢水真空循环脱气工艺干式（机械）真空系统应用技术T23-112,351.30加热炉黑体强化辐射节能技术T24-147,651.61整体节能钢铁行业能源管控技术T25-97,189.20高辐射覆层技术T26-81,953.79末端脱碳末端脱碳二氧化碳捕集与封存（CCS）T27271,008.40二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS-EOR）T28198,406.00末端减污末端减污超低排放改造T2924,580,992.40合计25,849,477.943-4展示了各措施/T3（T1（（27二氧（CCSER（28（295项措施//“（29高，远高于其他措施/技术。钢铁行业深度脱碳措施的协同控制效果评估协同控制效应坐标系-2001.50E+06 2.00E+065.00E05 -2001.50E+06 2.00E+065.00E05 CO2（g/t钢）0-5.00E+05 T28原（燃）料回收和替代末端脱碳末端减污T2610T20200T2400T18消费减量结构调整600T3T11,000T4T6800SO2（g/t钢）2.80E+051.80E+05CO2（g/t钢）--2.00E+04 8.00E+04T12T102.80E+051.80E+05CO2（g/t钢）--2.00E+04 8.00E+04T12T1011T20T15T350T9原（燃）料回收和替代节能及能效提升末端减污T22100T26150T5200T29250SO2（g/t钢）（CCS（T2CCSER（T2S2C2S2（29C2CO2、SO226项措施/技术（T1-T26）均位于第一象限，SO2（g/t产品）SO2（g/t产品）说明可以同时减排SO2（g/t产品）SO2（g/t产品）从点距原点的距离来看，消费减量型的“减少不合理钢铁消费需求（1CO2SO2/（3(f)(e)(d)(c)(b)(a)0 50,000 100,000 CO2(f)(e)(d)(c)(b)(a)0 50,000 100,000 CO2（g/t产品）T24T15炼钢T23T2290807060504030201001,000,000100,000CO2（g/t产品）110,000炼铁T2110T14T10T20T12T111001,000,00010,000 100,000CO2（g/t产品）1,0001001T17烧结球团10T9100T181,00020000 40000 60000 80000 100000050T410T16T515炼焦4035302520T6451 100 10,000 1,000,000CO2（g/t产品）T25整体节能T2T26300200100-消费减量结构调整T1T31,000900800700600500400SO2（g/t产品）SO2（g/t产品）图3-7 钢铁行业分环节CO2与SO2协同控制效应二维坐标从图3-7分环节CO2和SO2SO2（g/t产品）⚫ /技术的协同效益大于结构调整型措施/术，结构调整型措施/技术优于整体节能型措施/技术。（b4砖节能技术（T1”的协同减排效益相对最优。从（c）可知，球团环节的“蓄热式转底炉处理冶金粉尘回收铁锌技术（T14废气余热循环利用工艺技术（9”的协同减排效益最大。节能技术（20”的协同减排效益最大。（的协同减排效益最大。从（）（CCS（T2“二氧化碳捕集（CCSER（T2S2C2S2（29CO2、SO2CO2-NOx3-8可以看出：（CCS（T2CCSER（T2”位于第四象限，x增排，说明不具备协同C2x（29CO2CO2NOx26项措施/均位于第一象NOxCO2。从点距原点的距离来看，消费减量型的“减少不合理钢铁消费需求（1CO2NOx/技术中协同减排效益最（3（T1xC2减排效果稍弱。CO2CO2（g/t钢）-5.00E-0..00E00 5.00E05 1.00E06 1.50E06 2.00E06T28T27末端脱碳T2T260节能及能效提升T5消费减量结构调整原（燃）料回收和替代T3T61,000.00800.00600.00400.00200.000.00末端减污T1T181,600.001,400.001,200.00T4NOx（g/t钢）2.50E+051.50E+05CO2（g/t钢）5.00E+04--5.00E+04T22T20T12T102.50E+051.50E+05CO2（g/t钢）5.00E+04--5.00E+04T22T20T12T10T23150T16100原（燃）料回收和替代节能及能效提升T26末端减污T5400350300250200150NOx（g/t钢）3-9CO2和NOx坐标系分布情况来看：/技术的协同效益大于结构调整型措施/术，结构调整型措施/技术优于整体节能型措施/技术。（b4砖节能技术（T1”的协同减排效益最大。从（c）可知，球团环节的“蓄热式转底炉处理冶金粉尘回收铁锌技术（T14废气余热循环利用工艺技术（9”的协同减排效益最大。（d（T1同减排效益最大。（的协同减排效益最大。NOx（g/t产品）NOx（g/t产品）NOx（g/t产品）NOx（g/t产品）⚫从（）（CCS（T2“二氧化碳捕集（CCSER（T2xC2x的能力（29NOx（g/t产品）NOx（g