【摘 要】
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作为国民经济建设的支柱性行业,钢铁工业繁荣发展的同时带来了资源和能源消耗量大、CO2排放高的问题。在以往的研究中,研究目标多集中于单一的能耗或联系紧密的能耗-碳排放等,研究尺度多以国家或地区钢铁行业为主,缺乏基于企业层面的综合性研究。为此,本文基于中国北方某钢铁企业,以三种典型的耦合关系为例对钢铁企业资源-能源消耗的耦合关系以及相关的影响因素进行了详细的分析。本文首先选取并解释了三种典型耦合关系—
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作为国民经济建设的支柱性行业,钢铁工业繁荣发展的同时带来了资源和能源消耗量大、CO2排放高的问题。在以往的研究中,研究目标多集中于单一的能耗或联系紧密的能耗-碳排放等,研究尺度多以国家或地区钢铁行业为主,缺乏基于企业层面的综合性研究。为此,本文基于中国北方某钢铁企业,以三种典型的耦合关系为例对钢铁企业资源-能源消耗的耦合关系以及相关的影响因素进行了详细的分析。本文首先选取并解释了三种典型耦合关系——节能技术视角下能源-水资源-碳排放耦合关系、水足迹视角下资源-能源消耗耦合关系、资源利用(水资源综合利用和废钢利用)视角下能源-水资源-碳排放耦合关系。同时选取和定义了相应的评价指标。随后以案例企业的五大主生产工序和辅助工序中的电力工序为界限,基于实际生产数据,对案例企业运行情况进行了计算和分析。结果表明,案例企业每生产1吨粗钢需要消耗820 kg铁精矿、117 kg废钢、590.72 kgce的能量以及3.12 m3的工业新水,同时产生2437.45 kg CO2以及9.48 m3水足迹。基于企业实际生产数据,本文对所选的三种典型耦合关系进行了量化。首先,对传统的节能供给曲线分析方法加以改进,建立节能技术视角下的能源消耗-水资源消耗-碳排放耦合模型。分析结果表明,节能技术视角下,案例企业的能源消耗-水资源消耗-碳排放存在协同效应,19项具有成本效益的节能技术在减少能耗6.01GJ/t的同时,还可协同减少工业新水消耗1.35 m3/t、水足迹4.81 m3/t以及CO2排放640.36 kg/t。其次,将生命周期水足迹分析方法运用到钢铁生产过程中,建立水足迹视角下资源-能源消耗耦合模型。分析结果表明,案例企业水足迹大小随着资源和能源消耗量变化同步增大或减小,当前运行水平下,案例企业吨钢水足迹为9.48 m3/t,受电力消耗量和废钢投入量影响较大。最后,通过对水资源利用和废钢投入比进行分析,建立资源利用视角下的能源消耗-水足迹-碳排放耦合模型。分析结果表明,水资源利用视角下能源消耗-水足迹-碳排放存在协同效应,当水资源利用过程能耗量增加时,相关的水足迹和碳排放量同比增加。而在废钢利用视角下,案例企业的能源消耗-水足迹-碳排放存在权衡效应,当废钢投入比增加时,案例企业的吨钢水足迹量呈现上升趋势,而吨钢综合能耗和碳排呈现下降趋势。进一步分析了耦合关系的主要影响因素。电力消费结构变化会改变水-CO2的权衡效应。当案例企业电力消耗完全外购时,CO2排放量减少了 1093.44kg/t,而水足迹增加了 1.30 m3/t。节能技术参数(贴现率、能源价格和碳税)变化也会影响到企业的能耗-水耗-碳排放协同减少量,通过选取不同的贴现率和能源价格以及碳税值可减弱或促进这种协同效应。
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