中国水泥行业碳中和路径研究

中国水泥行业碳中和路径研究 AStudyontheCarbonNeutralityPathwaysofChina'sCementIndustry 中国建筑材料科学研究总院有限公司2023.7.17 ChinaBuildingMaterialsAcademyCo.,Ltd. July17,2023 关于作者 （作者姓名、单位和职务、简短介绍及联系方式（邮箱）） 何捷崔敬轩聂卿 教授级高工高级工程师教授级高工 hejie2007@139.comcuijingxuan87@163.comnieqing@126.com 萧瑛 教授级高工 13911154918@139.com 倪亚玲 助理工程师 243876811@qq.com ABOUTTHEAUTHORS (Name,title,organization,briefintroductionandcontactinformation(emailaddress)) HeJieProfessorCBMAhejie2007@139.com CuiJingxuanSeniorEngineerCBMAcuijingxuan87@163.comNieQingProfessorCBMAnieqing@126.com XiaoYingProfessorCBMA13911154918@139.comNiYalingAssistantEngineerCBMA243876811@qq.com 致谢 本研究由【中国建筑材料科学研究总院有限公司】统筹撰写，由能源基金会提供资金支持。 本研究是【能源基金会工业项目支持的课题，重点研究中国水泥行业碳中和路径】。 在项目研究过程中，研究团队得到了【中国水泥协会、生态环境部环境规划院、华新水泥股份有限公司、唐山冀东水泥股份有限公司、武安市新峰水泥有限责任公司】的大力支持，在此向他们表示诚挚感谢。 研究团队同时感谢以下专家在项目研究过程中作出的贡献： 【王郁涛中国水泥协会】 【范永斌中国水泥协会】 【严刚生态环境部环境规划院】 【陈潇君生态环境部环境规划院】 【李叶青华新水泥股份有限公司】 【杨宏兵华新水泥股份有限公司】 【孔庆辉唐山冀东水泥股份有限公司】 【李衍唐山冀东水泥股份有限公司】 【田海奎武安市新峰水泥有限责任公司】 ACKNOWLEDGEMENT Thisreportisaproductof[ChinaBuildingMaterialsAcademyCo.,Ltd.]andisfundedbyEnergyFoundationChina. Thisreportis[partoftheresearchprojectunderEnergyFoundationChina’sIndustryProgram,whichisResearchonCarbonNeutralityPathwaysofChina'sCementIndustry] Theteamisgratefulforthegeneroussupportitreceivedthroughoutthisresearchfrom[ChinaCementAssociation,ChineseAcademyofEnvironmentalPlanning,HuaxinCementCo.,Ltd.,TangshanJidongCementCo.,Ltd.,Wu'anXinfengCementCo.,Ltd]. Theteamwouldliketothankthefollowingexpertsfortheircontributiontothisresearch: [WangYutao,ChinaCementAssociation][FanYongbin,ChinaCementAssociation] [YanGang,ChineseAcademyofEnvironmentalPlanning][ChenXiaojun,ChineseAcademyofEnvironmentalPlanning][LiYeqing,HuaxinCementCo.,Ltd.] [YangHongbing,HuaxinCementCo.,Ltd.] [KongQinghui,TangshanJidongCementCo.,Ltd.][LiYan,TangshanJidongCementCo.,Ltd.] [TianHaikui,Wu'anXinfengCementCo.,Ltd.] 目录 1.中国水泥行业发展现状1 1.1.产量进入高位平台期1 1.2.消费集中在房地产和基础设施建设领域1 1.3.熟料进口量小幅波动2 1.4.熟料产能过剩局面仍未改变3 1.5.技术装备水平短期内不具备跨越式发展可能4 2.水泥行业碳排放现状4 2.1.工艺过程CO2排放（E过程）4 2.2.燃料燃烧CO2排放（E燃烧）5 2.3.电力消耗间接CO2排放（E间接）5 2.4.原材料及产品运输CO2排放6 2.5.单位水泥熟料CO2排放总量（碳排放强度E!"!）6 2.6.2007年-2022年中国水泥行业碳排放分析6 3.水泥行业碳中和路径及关键减碳技术7 3.1.碳中和愿景下熟料与水泥需求9 3.1.1.水泥熟料消费关联因素趋势分析10 1）经济发展形势预测10 2）产业结构形势分析10 3）人口及城镇化发展形势10 4）固定资产投资趋势11 3.1.2.水泥熟料与水泥消费量预测结果11 3.2.燃料替代情景12 3.2.1.固体废物燃料12 3.2.2.生物质燃料14 3.2.3.其他新型燃料14 3.2.4.燃料替代情景下的碳减排效果14 3.3.能效提升情景16 3.4.低碳水泥情景18 3.5.CCUS技术情景20 3.5.1.国内外发展现状20 3.5.2.CCUS政策导向23 3.5.3.实现碳中和目标过程中CCUS作用26 3.5.4.CCUS技术应用预测27 3.6.碳中和创新技术29 3.6.1.外燃式旋窑碳捕集技术30 3.6.2.悬浮煅烧技术31 3.6.3.全氧燃烧技术31 3.6.4.跨行业联合创新颠覆性新技术31 3.7.水泥行业碳中和技术路径32 4.政策建议34 4.1.压减水泥低效、高排放产能34 4.2.促进循环经济，实现固体废物燃料的大规模生产和应用35 4.3.注重高质量发展，将效率提升做到极致35 4.4.加大水泥行业CCUS技术研发投入35 4.5.推动行业实施碳排放强度控制及碳排放权交易36 4.6.强有力的政策支持和财务激励36 参考文献37 1.中国水泥行业发展现状 1.1.产量进入高位平台期 自1985年以来，我国水泥产量已连续38年稳居世界第一，目前产量约占世界水泥总产量的55%左右。2014年我国水泥产量达到阶段性高点24.8亿吨，2015年-2022年，全国水泥产量基本在22-24亿吨波动。但是，由于近年水泥产品结构变化，高标号水泥使用比例增长，在水泥消费量进入平台期的同时，水泥熟料消费量仍有小幅增加。 受疫情和市场因素影响，2022年全国水泥产量21.18亿吨，降至近十年以来的最低值，创下自1969年以来最大降幅，同比降幅首次达到两位数水平。但 30 25.0 25 18.9 20.0 17.0 17.9 13.9 11.2 15.0 20 12.5 9.3 9.7 9.0 15 5.7 6.9 10.0 5.0 2.92.9 2.1 2.0 10 (4.8) (3.7) (6.0) (0.6)0.0 (5.0) 5 0 (1(01.40).0) (15.0) 水泥产量/亿吨 增速/% 是人均水泥消费量约1500千克，依然远高于发达国家人均220-500千克的水泥消费峰值。 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年 2013年 2014年 2015年 2016年 2017年 2018年 2019年 2020年 2021年 2022年 数据来源：国家统计局 图12003-2022年中国水泥产量及增速情况（20年） 1.2.消费集中在房地产和基础设施建设领域 水泥应用领域几乎涉及20个国民经济行业门类，房地产（40-45%）和基础设施建设（35-40%）是水泥消费的最重要领域。其中，房地产投资与水泥消费呈正相关关系，其对水泥消费的影响更加直接，甚至成为部分地区影响水泥消费需求的主导因素。 农村建设及其他 房地产 基础设施建设 图2水泥消费需求构成 1.3.熟料进口量小幅波动 中国是水泥生产与消费大国，水泥熟料的进出口量小幅波动，存在不确定性，目前总量较小，对碳排放影响有限。 2017年以前，我国一直是水泥出口远高于进口的国家，进口量一直保持在 300万吨以下。自2018年以来，水泥行业实施“错峰生产”、“停窑限产”等政策措施，造成了水泥区域性、阶段性短缺和价格高位运行，为水泥产能过剩的东南亚国家向中国出口水泥创造了契机。 2018年，对于中国水泥贸易是个特殊的年份，作为全球最大的水泥需求市场，中国从水泥出口远高于进口的国家，转变为一个水泥进口国。2018年进口总量为1363万吨，高于出口总量459万吨。2020年水泥熟料进口规模达到历史最高峰，约占全国水泥熟料消费量的2.1%。越南是我国水泥熟料进口数量最多的国家，2021年占比最高达80.65%。 进入2022年，我国水泥熟料价格持续下行，叠加海运费的大幅提高，以及主要进口来源国越南等地，以美元结算导致双向挤压，进口熟料已经无利润空间。根据海关总署统计，2022年我国进口水泥熟料总量为838.48万吨，同比下降69.75%。 3500.0 3000.0 2500.0 2000.0 1500.0 1000.0 500.0 0.0 2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年2022年 熟料进口熟料出口 1000.0 800.0 600.0 400.0 200.0 0.0 2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年2022年 水泥进口水泥出口 万吨/年 万吨/年 图32015年-2022年中国水泥熟料进出口规模变化 图42015年-2022年中国水泥进出口规模变化 1.4.熟料产能过剩局面仍未改变 截止到2022年底，全国新型干法水泥生产线累计共有1572条（注：剔除 已关停和拆除生产线，不包括日产700吨以下规模生产线），设计熟料年产能 18.4亿吨，实际熟料年产能超过20亿吨。从数据来看，新型干法熟料设计产能 较2021年略有下降，但总量依旧处于高位。 水泥熟料产能利用率的区域差异较大，2022年熟料产能利用率61％，创近年来新低，其中华东、中南、西南地区产能利用率在80%左右，而西北、华北、东北不足50%，产能过剩局面依然没有改变。 产能利用率/% 90 85 80 75 70 65 60 55 50 2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年2022年 数据来源：中国水泥协会信息研究中心 图52010年-2022年全国水泥熟料产能利用率 1.5.技术装备水平短期内不具备跨越式发展可能 水泥生产技术自1824年诞生以来，历经多次变革。从最初的间歇作业的土 立窑到1885年的回转窑；从1930年德国的立波尔窑到1950年联邦德国洪堡公 司的悬浮预热器窑；到1971年日本在悬浮预热技术的基础上研究成功窑外分解新型干法窑。随着新型干法水泥技术的出现，彻底改变了生产技术格局和发展进程。目前，中国水泥行业生产线近100%采用新型干法水泥生产技术和装备，在规模、技术装备水平上已达国际先进水平，短期内再次实现跨越式发展的可能性不大。 2.水泥行业碳排放现状 水泥生产过程排放的温室气体主要涉及CO2，分为直接排放和间接排放，直接排放集中在窑系统，包括能源活动排放（煤炭燃