能源是發(fā)展國民經(jīng)濟的重要物質(zhì)基礎，合理利用能源、降低能源消耗是我國長期的戰(zhàn)略任務。實現(xiàn)2030年碳達峰、2060年碳中和，是國家推動生態(tài)文明建設和經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的重大戰(zhàn)略決策。2021年政府工作報告提出，今年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低3%左右，“十四五”時期單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%。

能源消耗與碳排放兩個指標經(jīng)常被同時提及，但兩者之間具體有哪些關聯(lián)和差異，如何通過相關標準的制定將兩者更好地關聯(lián)起來，以實現(xiàn)節(jié)能降耗和碳減排目標的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，這是值得研究的問題；特別是在“碳達峰、碳中和”目標背景下，更具有現(xiàn)實指導意義。針對溫室氣體排放，國家明確了8個重點行業(yè)及其18個子行業(yè)，銅冶煉作為有色金屬行業(yè)的子行業(yè)之一，被列入其中。

《銅冶煉能耗核算與碳排放量核算差異性和相關性分析》一文（作者 劉誠）結(jié)合中國恩菲目前圍繞有色行業(yè)的“雙碳”需求，開展的一系列節(jié)能減排技術研究，以銅冶煉行業(yè)為例，重點分析了銅冶煉能耗和碳排放的關系，并得出有益的建議供相關部門工作人員參考，助推行業(yè)綠色發(fā)展。

作者：劉誠  教授級高級工程師，中國有色工程有限公司黨委副書記、中國恩菲工程技術有限公司董事、總經(jīng)理、總工程師，兼任工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展評價中心主任、中國礦業(yè)信息化協(xié)同創(chuàng)新北京市工程研究中心主任、中國有色金屬學會創(chuàng)新發(fā)展工作委員會秘書處秘書長。劉誠先后榮獲全國有色金屬行業(yè)設計大師、2012年度全國建筑企業(yè)優(yōu)秀項目經(jīng)理、2014年度優(yōu)秀高級職業(yè)經(jīng)理人榮譽，獲得中國專利獎優(yōu)秀獎2項，中國有色金屬工業(yè)科技進步一等獎4項。作為專利主要發(fā)明人，“從含鎳鈷礦石生產(chǎn)鎳鈷的工藝” 獲得2016年中國專利優(yōu)秀獎。該專利技術實現(xiàn)了技術性突破，獲得了工業(yè)化應用，填補了我國在紅土鎳礦濕法高壓酸浸技術工業(yè)化生產(chǎn)領域的空白，并奠定了我國在紅土鎳礦濕法冶金領域的國際引領地位。

核算方法

1 銅冶煉綜合能耗核算

銅冶煉綜合能耗核算相關標準主要包括《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589-2020）和《銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB 21248-2014）。

核算范圍

能源種類：一次能源、二次能源和生產(chǎn)使用的耗能工質(zhì)（包括新水、軟化水、壓縮空氣、氧氣、氮氣等）所消耗的能源（含用作原料的能源）。

核算邊界：主要包括生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)；不包括生活用能和批準的基建項目用能。

核算方法

企業(yè)實際消耗的燃料能源應以其低（位）發(fā)熱量為計算基礎，并折算為標準煤量， 1千克標準煤（1 kgce）=29307.6千焦（kJ) 。二次能源或耗能工質(zhì)所消耗的各種能源應折算成一次能源的能量。按照不同折算方式，《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589-2020）明確了“當量值”和“等價值”兩個概念。其中，電力當量值系數(shù)為0.1229 kgce/kW·h，相當于效率100%時的轉(zhuǎn)化系數(shù)，該值是固定不變的；電力等價值系數(shù)考慮了電廠的實際轉(zhuǎn)化效率，近些年隨著能源轉(zhuǎn)換效率的提高而減小，根據(jù)2020年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，電廠供電標準煤耗即電力等價值系數(shù)為0.3055 kgce/kW·h，約是當量值系數(shù)的2.5倍。《銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB 21248-2014）中明確指出，電力按當量值折算，其他二次能源及耗能工質(zhì)均按相應能源等價值折算。

2 銅冶煉碳排放核算

2013-2015年，國家發(fā)展和改革委員會先后分三批發(fā)布了24個行業(yè)企業(yè)的溫室氣體核算方法與報告指南。2015年11月，中國國家標準化管理委員會發(fā)布了《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則》（GB/T 32150-2015），對溫室氣體核算進行了統(tǒng)一規(guī)定。2015年7月，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布了《其他有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》（以下簡稱《指南》），涉及了銅冶煉企業(yè)溫室氣體排放量核算和報告相關的術語、核算邊界、核算方法等內(nèi)容。

核算范圍

溫室氣體種類：《指南》涉及的溫室氣體排放只包含二氧化碳（CO2）。

核算邊界：以企業(yè)法人或視同法人的獨立核算單位為邊界，包括主要生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)以及直接為生產(chǎn)服務的附屬生產(chǎn)系統(tǒng)，涉及燃料燃燒產(chǎn)生的排放、能源作為原材料用途的排放（冶金還原劑消耗）、工業(yè)生產(chǎn)過程排放（企業(yè)消耗的各種碳酸鹽以及草酸分解）以及企業(yè)購入電力、熱力產(chǎn)生的間接排放。

核算方法

碳排放量核算一般采用排放因子法，即活動水平數(shù)據(jù)與排放因子的乘積。為了進一步完善數(shù)據(jù)，為配額分配提供支持，國家要求重點排放企業(yè)除按照《指南》規(guī)定核算碳排放量外，還需根據(jù)《全國碳排放權(quán)交易企業(yè)碳排放補充數(shù)據(jù)核算報告模板》（以下簡稱《補充數(shù)據(jù)》）的要求核算，并報告其他相關基礎數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品產(chǎn)量、排放強度、不同生產(chǎn)工序CO2排放量等?！堆a充數(shù)據(jù)》與《指南》除了核算范圍不同外（圖1），主要是電力排放因子的差異：《補充數(shù)據(jù)》采用2015年全國電網(wǎng)平均排放因子0.6101 tCO2/MW·h（目前最新）；《指南》依據(jù)國家發(fā)改委氣候司發(fā)布的2012年區(qū)域電網(wǎng)平均排放因子（目前最新）。由于采用全國電網(wǎng)平均值，《補充數(shù)據(jù)》消除了區(qū)域因素對碳排放核算的影響。

表1  銅冶煉企業(yè)綜合能耗與碳排放量核算

差異性與相關性

1 差異性分析

通過對比分析綜合能耗與碳排放量核算范圍，研究兩者的差異性。從核算邊界看，兩者基本一致，都包括主要生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)；但統(tǒng)計類別方面存在差異，見表2。

表2 綜合能耗與碳排放核算范圍差異

從《指南》碳排放核算范圍來看，其包含工業(yè)生產(chǎn)過程中的草酸、碳酸鹽分解，但不包含耗能工質(zhì)?；阢~冶煉碳排放的結(jié)構(gòu)特征，草酸、碳酸鹽分解所占比重非常小，不足5%，對綜合能耗與碳排放的換算關系影響不大；但是耗能工質(zhì)影響較大，特別是銅冶煉過程中消耗的氧氣。根據(jù)測算，銅冶煉中氧氣對應的碳排放占比約25%。根據(jù)《指南》核算規(guī)定，如果氧氣為自產(chǎn)，則計入核算范圍；如氧氣為外購，則不計入核算范圍。這將導致兩種經(jīng)營模式，綜合能耗基本相同，碳排放量卻存在很大差異。因此，目前的核算標準不利于行業(yè)碳排放的統(tǒng)計對標，也不利于推動行業(yè)企業(yè)實施碳減排。

2 相關性分析

通過對比分析能耗與碳排放量核算公式，發(fā)現(xiàn)兩者之間呈近線性相關性。燃料燃燒碳排放量與能耗的比值為 EFi（排放因子）× Qce（標煤的低位發(fā)熱量），電力排放量與能耗的比值為EF電（排放因子）/K電（折標煤系數(shù)），可見對于同一能源品種，碳排放量與能耗比值為常量，即兩者線性相關。我國銅冶煉碳排放中，95%以上來自于能源消費，且消費結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，由此可以推斷其碳排放和綜合能耗近線性相關。

根據(jù)《指南》所列的常用化石燃料相關參數(shù)的推薦值、2015年全國電力碳排放因子平均值、2015年全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值，計算出主要能源的碳排放與能耗比值見表3。計算出的平均比值碳排放/標煤能耗恰好為2.60 tCO2/tce，這與國家設定重點控排企業(yè)門檻“年度溫室氣體排放量達到2.6萬噸二氧化碳當量（綜合能源消費量約1萬噸標準煤）”的說法相對應。

表3  主要能源消耗的碳排放系數(shù)與折標煤系數(shù)

案例分析

1 典型工藝分析

基于國內(nèi)常用的幾種銅冶煉工藝選取項目案例，對其綜合能耗和碳排放量進行估算和對比分析，結(jié)果見表4。不同的銅冶煉工藝，按同等口徑核算的碳排放量與綜合能耗比值差別不大。按《指南》范圍并基于全國電網(wǎng)排放因子核算的碳排放量 E全國電網(wǎng) 與按全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值核算的綜合能耗 E等價值 的比值基本維持在2.0左右。

表4 典型銅冶煉項目的能耗和碳排放

基于上述某案例，按《指南》區(qū)域電網(wǎng)排放因子核算的碳排放結(jié)構(gòu)與按當量值核算的能耗結(jié)構(gòu)（圖1）：①銅冶煉碳排放95%以上來自能源消耗的排放；②各類能源的占比排序基本一致，顯示綜合能耗與碳排放具有較強的相關性。

圖1 按區(qū)域電網(wǎng)排放因子核算的碳排放與按當量值核算的綜合能耗結(jié)構(gòu)對比

從理論上講，電力排放因子與電力等價值都是轉(zhuǎn)換至一次能源進行核算，兩者在相同口徑下應該具有更強的相關性。因此，基于上述案例將電力排放因子調(diào)整為2015年全國電網(wǎng)平均排放因子（目前最新），電力折標煤系數(shù)按照等價值（2015年全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值），對比分析碳排放結(jié)構(gòu)與能耗結(jié)構(gòu)（圖2）：兩者按能源品種劃分的結(jié)構(gòu)幾乎是一致的（差異在于碳排放包含石灰石分解，綜合能耗計入耗能工質(zhì)水），進一步驗證了碳排放量與綜合能耗的近線性相關性。

圖2 按全國電網(wǎng)排放因子核算的碳排放與按等價值核算的綜合能耗結(jié)構(gòu)對比

2 行業(yè)數(shù)據(jù)分析

為驗證上述特征的普遍性，對2016-2019年銅冶煉行業(yè)的綜合能耗和碳排放量進行估算和分析對比，結(jié)果見表5。其中，能耗當量值來源于有色金屬工業(yè)協(xié)會發(fā)布的《統(tǒng)計資料匯編》；能耗等價值與碳排放量依據(jù)其中的行業(yè)能源消費清單進行估算。

從表5的行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，我國銅冶煉碳排放與能耗比值穩(wěn)定，按全國電網(wǎng)排放因子核算的碳排放量E全國電網(wǎng)與按全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值核算的綜合能耗E等價值比值仍然是2.0左右。不同工藝案例和行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析都說明該比值對銅冶煉行業(yè)具有普遍適用性。

表5  銅冶煉行業(yè)能耗和碳排放統(tǒng)計

結(jié)論與建議

對銅冶煉能耗核算與碳排放核算進行對比分析，發(fā)現(xiàn)同等口徑核算的碳排放與綜合能耗呈近線性相關，按全國電網(wǎng)排放因子核算的碳排放量 E全國電網(wǎng) 與按全國電力工業(yè)統(tǒng)計標準煤耗值核算的綜合能耗 E等價值 比值基本為2.0左右。

為便于開展行業(yè)對標，推動行業(yè)企業(yè)碳減排，建議盡快修訂《重點排放行業(yè)的溫室氣體核算方法與報告指南》，在舊指南基礎上整合《補充數(shù)據(jù)》的相關內(nèi)容和要求，結(jié)合綜合能耗，統(tǒng)一企業(yè)溫室氣體的核算范圍、核算方法等，為碳排放基準的制定、碳排放指標的分配、碳交易市場的發(fā)展創(chuàng)造基礎條件。

1）統(tǒng)一碳排放和綜合能耗核算邊界。銅冶煉企業(yè)碳排放核算范圍，應包含外購耗能工質(zhì)（如氧氣、氮氣、壓縮空氣等）導致的間接碳排放。

2）綜合能耗應以等價值為主要參考。對于二次能源（特別是電力）和耗能工質(zhì)，其當量值不能反應實際的能源消耗，也不便于與碳排放量對應轉(zhuǎn)換；而以等價值為參考則可以實現(xiàn)能耗值與碳排放量的對應換算。

3）碳排放行業(yè)統(tǒng)計對標應采用全國電網(wǎng)平均排放因子。由于電力碳排放在銅冶煉中占比2/3以上，其排放因子對企業(yè)碳排放總量影響很大，行業(yè)對標時，應剔除區(qū)域因素，采用全國電網(wǎng)平均排放因子進行核算。

來源：恩菲期刊