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1提高中国水泥工业能源效率融资模式探讨 2005年1月 水泥工业是重要的 CO2 排放源，提高水泥生产的能源效率将减少温室气体排放，对全球环境保护作出贡献本研究通过分析中国水泥工业 CO2 减排潜力及减排战略，探讨实现温室气体减排的途径，并尝试用新的融资模式推动水泥工业能源效率改进研究报告分为四个部分：第一，中国水泥工业发展回顾与展望；第二，水泥工业减少温室气体排放的技术路线图；第三，改进水泥工业能源效率投融资模式的设想与实践；第四，推进中国水泥工业余热发电发展的政策建议 1. 中国水泥工业发展回顾与展望 中国是世界水泥生产和消费大国，并一直保持高速增长（见图1）2003年生产水泥8.62亿吨[1]，占世界总产量的 40％以上[2]产量的增长也带来能源消费的持续增加，从 1994 年到2003年的十年间，水泥工业的能源消费从78.09Mtce[3]增加至119.58Mtce[4]，增幅为53.1％①，占2003年全国能源消费总量16.78亿tce的7.1％[5]，是重要的能源消费部门 010020030040050060070080090010001990 1994 1998 2002图1 1990-2003 中国水泥产量（百万吨） 数据来源：中国统计年鉴2004 水泥工业也是重要的温室气体排放部门，CO2的排放不仅来源于能源消耗，同时来源于工艺过程，这是水泥工业的特殊之处。

一些研究对水泥工艺过程CO2排放进行了估算，《气候变化初始国家信息通报》测算1994年水泥生产过程二氧化碳排放量为157.8Mton-CO2[6]，ERI，NRDC估算的排放量为153.7Mton-CO2（41.93Mton-C）[7]，尽管估算数据存在一些误差，但大体上可以计算出每生产一吨水泥，生产工艺要排放0.365吨CO2照此计算，1997年和2003年水泥工业工艺过程CO2排放量分别达到187.1和314.7 Mton-CO2 水泥工业由于燃料消耗产生的 CO2 排放可以根据其能源消费数据进行估算，由于中国水泥行业的主要能源消耗品种为煤与电，一般将发电产生的温室气体归入电力行业，所以根据煤炭消费量就可以计算出水泥工业能源利用CO2排放量根据ERI的估算，1997年水泥工业消费煤炭73.32Mtce，排放CO2187.2 Mton-CO2 [8]（按2.56 ton-CO2/tce计算），与工艺过① 与此能耗数据对应的水泥产量为8.1亿吨 PDF 文件使用 "pdfFactory" 试用版本创建 2程的排放量几乎相等如果按照IPCC推荐的煤炭CO2排放值2.662 ton-CO2/tce计算，排放量更大。

据中国建材规划设计院统计，2003年全国销售额在5，040万元以上的国有水泥厂生产水泥8.1亿吨，共消耗煤炭10237万吨，折合标煤80Mtce[9]（按每吨5500kcal计算），按此估算，2003年水泥工业能源利用CO2排放量在200 Mton-CO2以上，加上工艺过程的排放量，总排放量将超过 500 Mton-CO 2如果考虑电力消耗带来的间接排放，水泥工业带来的温室气体排放将是一个非常大的数字 必须指出的是，关于水泥综合能耗的数据不同的来源差别很大，很多文章又不给出数据出处，因此很难判断哪个数据更可信，比如 NRDC 在节能中长期专项规划中分别给出了水泥综合能耗的历史值和未来目标值，2000年水泥综合能耗为181kgce/ton[10]，这一数据仅比ERI 给出的 1997 年的数据提高了不到 1kgce/ton，而水泥综合能耗 2010 年的目标值为148kgce/ton，但中国建材规划设计院统计的2003年综合能耗已经达到147kgce/ton 一些研究还对未来水泥生产的排放量进行了预测，但这些预测对水泥工业的发展速度估计不足，例如 ERI 估计到 2010 年水泥产量增至 8 亿吨[11]，而 2003 年水泥产量已达到 8.6亿吨，远远超过了预测值，因此对 CO2 排放的预测存在很大的不确定性。

可以肯定的是，随之中国城市化进程的发展，大量基础性设施和居民住宅建设必将推动水泥生产量的继续增长在 2004 年底政府批准的《国家高速公路网规划》中指出，中国将用 30 年时间，形成8.5万公里国家高速公路网，目前已建成2.9万公里，在建1.6万公里，待建4万公里2010年前每年投资额在1400-1500亿元，2010-2020年间年均投资额1000亿元[12]专家估计，中国水泥需求高峰大约在2020年左右，需求量在11.2-12.6亿吨[13]如果水泥工业的能源效率可以达到NRDC的规划目标值，即2020年水泥综合能耗为129kgce/ton，接近目前国际先进水平[14]，水泥工业2020年CO2排放量最保守的估计也将超过8亿吨 2. 减少温室气体排放的技术路线图 减少水泥工业 CO2 排放量的途径分为两类，一是抑制水泥产量特别是水泥熟料产量的快速增长；二是提高能源效率，降低水泥生产的能耗强度 中国水泥生产量受市场需求的拉动，仅2003年一年就增产138Mton，大于世界第二大水泥消费国美国的年消费量但水泥的增长一直是重量轻质，32.5级水泥占总产量的比重超过 70%，高质量水泥约占 15% （2001 年数据）[15]。

中国正处在城市化和基础设施加速建设阶段，不可能通过放缓建设速度来抑制水泥产量的增长，唯一的途径是通过技术手段降低单位建筑面积的水泥消耗量，例如通过建筑结构的优化降低水泥消耗强度；采用高标号水泥减少水泥用量；改善水泥性能减少水泥消耗量等需要指出的是用其它材料像钢材、木材替代水泥能否减少温室气体排放是一个十分复杂的问题，需要详细的研究 由于水泥生产的能源消耗大部分发生在烧成系统，即水泥熟料的生产，降低水泥中熟料的比例，可以抑制水泥熟料产量的快速增长，从而降低能耗，减少 CO2 排放降低水泥中熟料比例的主要手段包括：利用工业废渣与天然矿物替代水泥熟料；利用煤矸石替代水泥熟料；通过技术手段不断提高水泥熟料替代物的掺混比例 提高水泥工业能源效率一直是中央政府关注的重点，从20世纪80年代中期开始，通过PDF 文件使用 "pdfFactory" 试用版本创建 3政府拨款、国债、银行贷款、国际金融机构技术援助及贷款、双边及多边国际技术合作等多种形式，开展了大规模的水泥工业技术改造，首次引进了新型干法预分解旋窑技术这一轮的技术改造以“湿改干”和“大型化”为显著特点，经过十年时间，中国水泥工业能源效率和技术装备水平得到了很大提高，吨水泥综合能源消耗①从 1985 年的 210.4kgce/ton下降到1995 年的 168.4kgce/ton[16]。

政府还通过制定技术改造计划纲要和技术发展纲要、关闭小型水泥窑等手段，鼓励节能技术的研发和采用在1984年制定、1996年修订的《节能技术政策大纲》中明确规定[17]： 发展日产水泥熟料1000吨、2000吨和4000吨的窑外分解新型干法生产工艺原有大、中型水泥厂进行扩建、改建必须采用新型干法工艺，不再扩建和新建湿法窑现有中型湿法厂，根据条件改造扩建成干法窑生产线，以及将各种成熟的节能技术措施集中于一条窑上进行综合节能技术改造小型水泥厂应逐步淘汰土立窑和干法中空回转窑机械化立窑进一步采用14项节能技术进行节能综合改造推广采用新型立筒预热器、五级旋风预热器和余热发电窑，对干法中空窑进行改造 水泥厂粉磨系统应采用先进立磨、辊压磨、高细磨等高效节能粉磨机，对现有球磨机实行综合节能改造 要停止制造湿法窑、干法中空窑、立波尔窑、土立窑和1.83米以下的小型磨机等装备 发展散装水泥运输，建设散装运输码头和散装运输系统 发展和推广优质耐火材料、耐磨材料和隔热材料，提高设备热效率，减少窑体的散热损失 因地制宜大量使用煤矸石、粉煤灰和火山灰材料，生产多种墙体材料和生产粉煤灰水泥及火山灰水泥等节能材料 对于余热的利用，《节能技术政策大纲》中规定，工业窑炉烟气余热回收利用，原则是首先自身充分利用于预热空气、燃料及物料，自身无法回收才用于炉外热回收设施。

工艺余能余热回收利用原则是“梯级利用，高质高用”优先把高品位余能余热用于作功或发电，如用于燃气轮机、驱动鼓风机、压缩机及发电等，低温余热用于空调、采暖或生活用热 在这样政策的引导下，水泥窑余热用于预热原料得到长足发展，高温余热得到充分利用，但水泥窑低温余热发电技术一直没有被中国水泥企业广泛采用，即使最近两年新建设的大型旋转水泥窑，也几乎没有与余热发电设施同步建设的2004年底通过的《节能中长期专项规划》对这一政策作出了调整，明确提出积极推广水泥窑余热发电技术 国际上研究和开发水泥窑低温余热发电技术与装备开始于20世纪60年代，到70年代中期已趋于成熟在政府的支持下，引进吸收国外技术，国内研究人员开发了“中、低温余热蒸汽/热水闪蒸复合发电装置”，并获得国家专利[18]1995年8月，日本国新能源产业技术综合开发机构（NEDO）与中国国家计委、国家建材局签订了水泥余热发电设备示范事业基本协定书，由日方无偿提供一套先进且成熟可靠的低温余热发电技术和设备用于中国现有水泥厂，通过科学论证和国内外专家的实地考察，日方提供的这套设备安装在安徽宁国水泥厂4000t/d水泥生产线上，发电机装机容量为6.48MW，设计年发电量为40.87GWh，① 指大中型水泥企业 PDF 文件使用 "pdfFactory" 试用版本创建 4吨熟料发电能力为 33kWh／t。

从 1998 年并网发电以来，系统运行稳定，吨熟料发电量可以达到35kWh[19]，大大降低了能源消耗但是，该项目的成功示范并没有为日本川崎公司的低温余热发电技术和装备进入中国市场打开大门，主要原因是设备的造价太高，6MW以上的机组投资约18000-22000元/kW[20]，水泥企业难于接受 国内的技术研究和开发一直没有解决好技术市场化的问题，直到最近一两年国产技术开始进入示范阶段目前国内可以提供纯低温余热发电技术和装备的工程公司主要有三家，一是天津水泥工业设计研究院，其技术已在上海金山水泥厂和广西柳州水泥厂投产；二是中信重型机械公司，已与浙江三狮集团签署了合作协议；三是华效资源有限公司，2004年10月28日，新矿集团华丰煤矿泰山水泥余热发电项目部与华效资源有限公司，在新矿集团华丰煤矿，就闪蒸余热复合发电示范工程签定了总承包合同该示范工程利用泰山水泥有限公司一条5000t/d及一条2500t/d水泥窑生产线的余热进行闪蒸余热发电工程建设，建设发电功率为13.2MW的余热发电电厂该工程预计2005年10月1日正式投产发电，两条水泥熟料生产线能获得最大余热发电能力 13200kW，年获发电量 9500kWh，供电量 9080万kWh，约占水泥系统用电量的30％以上[21]。

与国外设备相比，国产装备虽然价格低一些，吨熟料发电能力也低，更详细的技术经济指标还有待于装备运转一段时间后做出评价近两年随着原材料特别是钢材的价格不断上涨，国产设备的单位装机容量成本高于常规燃煤电站，在 10000 元/kW 左右，但由于设备运转无燃料消耗，加上高电价，水泥厂仍可以较快收回投资此外，如果低温余热发电设备与水泥窑同步建设，可以降低建设成本 目前电力供应全面紧张已经威胁到水泥工业的发展，不少水泥厂都被列入地区限制用电措施的实施对象中水泥窑低温余热发电不仅能提高资源利用率，保护环境，为社会作出贡献，还可以解决水泥工业自身发展受到能源供应限制的问题，降到生产成本 水泥余热发电项目对减少水泥生产成本十分有利能源费用在水泥生产成本中要占到一半以上，能源价格上涨，这个比例还会增加图2给出了一般企业水泥生产成本构成[22]水泥余热发电的成本仅为。