楊明忠

(中國鋁業(yè)股份有限公司連城分公司, 甘肅 蘭州 730335)

0 前言

我國電解鋁行業(yè)經(jīng)過近90年的發(fā)展,在全球原鋁生產(chǎn)中占據(jù)舉足輕重的地位。2017年電解鋁行業(yè)開始供給側(cè)改革,新增產(chǎn)能規(guī)模受限,主要是等量或減量產(chǎn)能置換,根據(jù)政策要求,現(xiàn)階段我國電解鋁行業(yè)合規(guī)產(chǎn)能上限約為4 500萬t/a[1]。電解鋁行業(yè)無序產(chǎn)能擴(kuò)張的時代一去不返,市場完全競爭態(tài)勢逐步形成,發(fā)展秩序步入正軌,高質(zhì)量發(fā)展成為電解鋁企業(yè)降本增效提升競爭力的必選項(xiàng)。國家“3060雙碳”目標(biāo)為電解鋁高質(zhì)量發(fā)展指明了路徑。根據(jù)有色工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計[2],2020年我國有色行業(yè)二氧化碳排放量為6.6億t,占全國總排放量的比重約為5%,峰值預(yù)計達(dá)到7.5億t。其中,電解鋁行業(yè)二氧化碳排放量為5.5億t,占有色行業(yè)的83.3%[3]。中鋁集團(tuán)發(fā)布的《碳達(dá)峰碳中和行動方案》明確提出“力爭2025年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2035年降碳40%,持續(xù)發(fā)展低碳冶金技術(shù),優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),率先在行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳中和”的總體目標(biāo)。本文重點(diǎn)從電解鋁企業(yè)目前碳盤查的主要關(guān)注點(diǎn)分析入手,結(jié)合當(dāng)前電解鋁企業(yè)發(fā)展,提出源頭降碳、槽型改造、科技創(chuàng)新、對標(biāo)控制、建立體系、氛圍形成等應(yīng)對策略,促進(jìn)電解鋁節(jié)能降碳高質(zhì)量發(fā)展。

1 電解鋁企業(yè)碳排放盤查主要關(guān)注點(diǎn)

碳排放是關(guān)于溫室氣體排放的一個總稱或簡稱。溫室氣體中最主要的氣體是二氧化碳,因此用“碳(Carbon)”一詞作為代表。雖然并不準(zhǔn)確,但讓人們最快了解碳排放的方法就是簡單地將“碳排放”理解為“二氧化碳排放”。

在電解鋁碳排放盤查過程中,主要關(guān)注點(diǎn)有核算邊界的確定、核算范圍及方法、碳排放管理。

1.1 核算邊界的確定

電解鋁企業(yè)核算邊界一般包括企業(yè)所屬的直接生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)以及直接為生產(chǎn)服務(wù)的附屬生產(chǎn)系統(tǒng)。直接生產(chǎn)系統(tǒng)即電解鋁生產(chǎn)線;輔助生產(chǎn)系統(tǒng)包括動力、供電、供水、化驗(yàn)、機(jī)修、庫房、運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng),不包含外轉(zhuǎn)供、工程施工用電;附屬生產(chǎn)系統(tǒng)包括生產(chǎn)指揮系統(tǒng)(廠部)和廠區(qū)內(nèi)為生產(chǎn)服務(wù)的部門和單位(如職工食堂、車間浴室、職工宿舍等)[4]。生產(chǎn)過程中消耗的主要能源有天然氣、煤炭、油品、碳陽極和電力等。核算邊界要確保不重不漏,各碳排放源信息清晰明確。

1.2 核算范圍及方法

在我國,要根據(jù)《中國電解鋁生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》《鋁用炭素材料生產(chǎn)過程中二氧化碳排放量計算方法》及《溫室氣體排放核算與報告要求》進(jìn)行碳核算。核算范圍包括:化石燃料燃燒排放量、能源作為原材料用途的排放量、工業(yè)生產(chǎn)過程排放量和凈購入的電力和熱力產(chǎn)生的排放量,計算公式如下:

E=E燃燒+E原材料+E過程+E電和熱

(1)

式中,E為報告主體的溫室氣體排放總量;E燃燒為化石燃料燃燒排放量;E過程為能源作為原材料用途的排放量;E電和熱為凈購入電力和熱力消費(fèi)引起的排放量。

化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量,主要依據(jù)各種化石燃料的消耗量以及燃料的低位發(fā)熱值、單位熱值含碳量和碳氧化率進(jìn)行計算。

能源作為原材料用途的碳排放,主要是碳陽極在鋁電解生產(chǎn)過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳,主要依據(jù)是碳陽極消耗的二氧化碳排放因子和原鋁產(chǎn)量,而二氧化碳排放因子依據(jù)陽極凈耗、碳陽極平均硫含量和灰分含量測算。

電解槽發(fā)生陽極效應(yīng)時,會釋放CF4和C2F6兩種強(qiáng)溫室氣體,工業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放就是指根據(jù)這兩種氣體的溫室效應(yīng)系數(shù)折算的二氧化碳量,主要依據(jù)是陽極效應(yīng)過程的CF4和C2F6碳排放因子以及原鋁產(chǎn)量。

凈購入的電力和熱力產(chǎn)生的碳排放是指電力、熱力消費(fèi)在生產(chǎn)過程產(chǎn)生的二氧化碳排放量,主要依據(jù)是外購電量、熱力和排放因子。

1.3 碳排放管理

碳排放管理包括碳排放數(shù)據(jù)管理、碳配額管理、碳減排管理、碳排放交易管理和碳排放管理體系建立。

碳排放數(shù)據(jù)管理主要是建立能源消費(fèi)臺賬;實(shí)測相關(guān)的低位發(fā)熱值、硫含量、灰分含量;梳理排放因子,平均每天每槽陽極效應(yīng),以及活動水平等;統(tǒng)計核算碳排放量;填報年度碳排放報告;組織開展第三方核查等。

碳配額管理主要是根據(jù)國家和地方相關(guān)政策核算年度碳排放配額需求量,及時反映企業(yè)實(shí)際情況,爭取政策支持和足額配額;申請和落實(shí)新建項(xiàng)目的配額,并對經(jīng)確認(rèn)的排放配額(包括可抵消的核證減排量)履行配額清繳。1單位配額相當(dāng)于1 t二氧化碳當(dāng)量。

碳減排管理主要是制定減排計劃和目標(biāo),通過改變能源結(jié)構(gòu),采用先進(jìn)節(jié)能及減排技術(shù)等,不斷降低單位產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度,跟蹤落實(shí)目標(biāo)完成情況。

碳排放交易管理是指碳排放量的交易工作管理,可自行進(jìn)行,也可委托第三方進(jìn)行。

碳排放管理體系建立就是通過PDCA持續(xù)改進(jìn)程序,對碳排放管理活動進(jìn)行有效策劃并提供資源,通過實(shí)施監(jiān)測和控制,發(fā)現(xiàn)問題及時改進(jìn),并將碳排放管理融入企業(yè)日?；顒又?建立碳排放全過程管控機(jī)制,使管理活動規(guī)范有效,并不斷持續(xù)改進(jìn)碳排放管理績效。

綜上所述,電解鋁企業(yè)節(jié)能降碳工作是一個系統(tǒng)性工程, 涉及宏觀層面、企業(yè)和市場等方面,電解鋁企業(yè)節(jié)能降碳工作必須強(qiáng)化專業(yè)培訓(xùn),同時要逐步強(qiáng)化內(nèi)部流程順暢,通過技術(shù)應(yīng)用、對標(biāo)和節(jié)能降碳分析找出差距,制定措施并跟蹤落實(shí),才能更好地促進(jìn)節(jié)能降碳工作的持續(xù)推進(jìn)。

2 電解鋁企業(yè)節(jié)能降碳應(yīng)對策略

電解鋁企業(yè)是高能耗、高排放、高載能行業(yè),節(jié)能降碳工作不僅要從國家政府層面進(jìn)行設(shè)計和政策指導(dǎo)推進(jìn),從市場方面進(jìn)行監(jiān)控和運(yùn)作,更要在企業(yè)層面強(qiáng)化內(nèi)部管理,從基層抓起,分析各環(huán)節(jié),落實(shí)到各工序,努力降低碳排放總量和強(qiáng)度。要充分利用政策、市場、技術(shù)等多種要素,強(qiáng)化碳資產(chǎn)的管理,降低企業(yè)運(yùn)營成本,提高可持續(xù)發(fā)展競爭力?，F(xiàn)從電解鋁企業(yè)內(nèi)部層面及鋁的全生命周期過程提出以下思路和建議。

2.1 從能源端降碳,提升清潔能源比例

除西南片區(qū)外,我國其他地區(qū)的電解鋁企業(yè)電力能源嚴(yán)重依賴火電,自備電廠全部為火電,非化石能源占比相對較低。使用火電,生產(chǎn)1 t電解鋁所排放的二氧化碳量約為11.2 t;使用水電,生產(chǎn)1 t電解鋁所排放的二氧化碳量幾乎為零。2020年,世界較大鋁廠俄羅斯鋁業(yè)聯(lián)合公司的原鋁產(chǎn)量為375.6萬t,水電占比93%,噸鋁CO2排放量為3.3 t;海德魯鋁業(yè)的原鋁產(chǎn)量為209.1萬t,可再生能源占比70%,噸鋁CO2排放量為3.0 t;美國鋁業(yè)鋁產(chǎn)量為226.3萬t,可再生能源占比73%,噸鋁CO2排放量為6.9 t;力拓集團(tuán)的產(chǎn)量為318.1萬t,水電占比50%,噸鋁CO2排放量為6.8 t;國內(nèi)電解鋁產(chǎn)量3 805萬t,火電占比88.1%,非化石能源占比11.9%,噸鋁CO2排放量為11.2 t[5]。為此,電解鋁企業(yè)要降低碳排放,在外購電力方面就要優(yōu)化結(jié)構(gòu),提升清潔能源比例。一要加強(qiáng)與可再生能源企業(yè)的合作,在市場化直購電交易時盡可能多配比清潔能源;二要充分利用廠區(qū)及周邊區(qū)域,實(shí)施分布式光伏項(xiàng)目、風(fēng)電項(xiàng)目,增加新能源使用量;三要積極參與源網(wǎng)荷儲一體化項(xiàng)目的建設(shè),在降低電價的同時,增加清潔能源使用比例。

2.2 從原料端降碳,使用高品質(zhì)預(yù)焙陽極

在電解鋁碳排放中,除電力碳排放外,陽極碳排放是另一大排放源。在節(jié)能降碳的背景下,配額管理要求企業(yè)必須強(qiáng)化碳排放。電解鋁企業(yè)應(yīng)采購低硫、低灰分的高品質(zhì)預(yù)焙陽極,在采購前要評估碳排放影響,包括是否延長換極周期、凈耗是否下降等問題。

2.3 改造升級現(xiàn)有槽型

2021年,國家為推動電解鋁行業(yè)持續(xù)提升能源利用效率、降低碳排放強(qiáng)度,服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會綠色低碳循環(huán)發(fā)展,出臺了按鋁液綜合交流電耗對電解鋁行業(yè)實(shí)行階梯電價的政策。對于原來較早建設(shè)的電解鋁企業(yè),由于陰極炭塊材質(zhì)及技術(shù)等因素限制,電解槽電耗相對較高,因此要做好統(tǒng)籌規(guī)劃,通過大修改造逐步對原電解槽進(jìn)行升級。例如,采用石墨化陰極結(jié)合磷生鐵澆鑄技術(shù)和行業(yè)內(nèi)先進(jìn)成熟的電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)對電解槽進(jìn)行升級,降低爐底壓降,提高熱導(dǎo)率,延長電解槽壽命,盡可能規(guī)避階梯電價漲價風(fēng)險,同時有效促進(jìn)節(jié)能降碳。

2.4 進(jìn)行節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新

目前科研院所和電解鋁企業(yè)都非常重視節(jié)能降碳工作,自主研發(fā)或聯(lián)合研發(fā)了較多的科研技術(shù),包括電解槽槽上部與槽殼絕緣優(yōu)化、降低直流電無功損耗技術(shù)、鋁電解節(jié)能技術(shù)集成工業(yè)試驗(yàn)、無炭渣陽極鋁電解生產(chǎn)技術(shù)、焙燒塊開槽、陽極導(dǎo)桿組全截面焊接、陽極抗氧化涂層、低電阻高導(dǎo)電節(jié)能型鋼爪、智能信息化等。科研技術(shù)的應(yīng)用不斷優(yōu)化陽極毛耗、電流效率、槽平均電壓、直流電耗等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。另外還有配電系統(tǒng)中央節(jié)能技術(shù)、燃?xì)忮仩t節(jié)能技術(shù)、空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)、水泵電極節(jié)能技術(shù)、低溫余熱利用技術(shù)等,可進(jìn)一步節(jié)約能源,推動降碳。電解鋁企業(yè)和科研院應(yīng)聯(lián)合起來開拓思路,研究開發(fā)顛覆性技術(shù),例如惰性陽極的研發(fā)與實(shí)踐。

2.5 開展全要素生產(chǎn)管理

以全要素對標(biāo)為抓手,以強(qiáng)化生產(chǎn)過程管控為重點(diǎn),探索節(jié)能降耗提升新路徑。對每個生產(chǎn)細(xì)節(jié)上嚴(yán)格把控,全面提升電解工藝控制和操作水平。1)加強(qiáng)電解工序過程管控,減少陽極非正常下線,防止陽極下滑爆塊和脫極;2)精準(zhǔn)編制換極周期表,換極周期優(yōu)化到班次,吃干榨凈高位殘極;3)要從能量平衡、物料平衡方面,優(yōu)化電解槽主要參數(shù)控制;4)實(shí)施電解槽分類管理,重點(diǎn)槽制定調(diào)整措施和時間節(jié)點(diǎn),加強(qiáng)跟蹤巡視,確保電解槽安全、穩(wěn)定、節(jié)能高效和長周期運(yùn)行;5)加強(qiáng)對輔機(jī)電耗的對標(biāo)控制,包括對輸料凈化系統(tǒng)、電解車間用電、整流所用電、空壓系統(tǒng)用電、組裝系統(tǒng)用電及熔鑄系統(tǒng)用電進(jìn)行對標(biāo)優(yōu)化、逐步改造或淘汰;6)分解水、風(fēng)、電、氣等能源消耗指標(biāo),對重點(diǎn)指標(biāo)和改善不理想的指標(biāo)重點(diǎn)攻關(guān);7)完善分級計量,關(guān)注能耗分解看板,采取檢查、督促、考核等手段,實(shí)時調(diào)整能源消耗指標(biāo);8)開展“避峰填谷”等能源管控措施,進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行方式,杜絕空負(fù)荷運(yùn)行,減少能耗;9)跟蹤優(yōu)化炭素合同能源管理項(xiàng)目,降低天然氣消耗?？偠灾?要從電解鋁用能全過程進(jìn)行分析對標(biāo),制定措施并落實(shí)到位。

2.6 建立節(jié)能降碳碳排放管理體系

1)正常運(yùn)行質(zhì)量管理體系,使所有生產(chǎn)過程和工藝過程處于受控狀態(tài)。

2)修訂完善相關(guān)的能源管理制度、計量器具管理制度、碳資產(chǎn)管理制度、能源管理辦法,明確管理的職責(zé)、內(nèi)容及統(tǒng)計報表的報送、計量器具的鑒定周期等。這些制度的建立和運(yùn)行可保證能源數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。

3)建立節(jié)能降碳碳排放管理體系。通過體系建立和實(shí)施包括方針、目標(biāo)和相關(guān)措施等計劃,建立企業(yè)節(jié)能降碳合規(guī)貫標(biāo)機(jī)制和全過程碳排放管理控制機(jī)制,使企業(yè)的碳排放管理活動規(guī)范有效并不斷改進(jìn)。

2.7 加大廢鋁利用

鋁金屬的抗腐蝕性強(qiáng),在使用期間損失極少,可以多次重復(fù)循環(huán)利用,因此鋁具有很強(qiáng)的可回收性。歐洲、北美等發(fā)達(dá)國家或地區(qū)的再生鋁產(chǎn)量已普遍超過原鋁產(chǎn)量,日本國內(nèi)全部采用再生鋁生產(chǎn)。據(jù)IAI,生產(chǎn)1 t原鋁的碳排放量約為11.2 t,而生產(chǎn)1 t再生鋁的碳排放量僅為0.2 t。再生鋁生產(chǎn)具有節(jié)約資源、減少鋁礦資源對外依賴、環(huán)保等特點(diǎn),以及具有明顯的節(jié)能減排優(yōu)勢,是電解鋁企業(yè)節(jié)能降碳和提升效益的另一重要途徑。

2.8 加強(qiáng)對節(jié)能降碳工作的宣傳引導(dǎo)

為營造節(jié)能降碳氛圍,國家把8月25日定為全國低碳日,目的就是倡導(dǎo)每個人自覺肩負(fù)節(jié)能降碳的社會責(zé)任。對電解鋁企業(yè)來說,要營造人人關(guān)心節(jié)能降碳,形成人人參與碳減排的氛圍。

3 結(jié)束語

節(jié)能降碳工作不是“運(yùn)行”,而是一場革命,是推進(jìn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,全球生態(tài)綠色、文明健康的生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)變,以及循序漸進(jìn)式的內(nèi)涵式經(jīng)濟(jì)增長的路徑。在節(jié)能降碳工作中,電解鋁企業(yè)員工必須發(fā)揮積極性、主動性和創(chuàng)造性,自覺踐行源頭降碳、科技創(chuàng)新、對標(biāo)控制、建立體系等各項(xiàng)節(jié)能降碳應(yīng)對策略,堅定走綠色低碳循環(huán)發(fā)展道路,才能確保我國“3060雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn),推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。