江苏节能网

 

搜索

欢迎投稿

《CAJ-CD》规范执行优秀期刊

“中国核心期刊(遴选)数据库”收录期刊

欢迎订阅

《中国学术期刊(光盘版)》全文入编期刊

中国学术期刊综合评价数据库来源期刊

诚邀广告

“中国期刊全文数据库”全文收录期刊

地址:南京市苜蓿园大街52号      E-mail:jsjnw@jsjnw.org


版权所有:南京市节能技术服务中心    备案号:苏ICP备10010936号    网站建设:中企动力  南京

 

节能详情

电解铝行业节能减排的路径

作者:
来源:
中国标准化研究院资环分院
浏览量

电解铝是碳排放重要责任主体,减排压力大

电解铝是高耗能、高碳排放行业。每吨电解铝生产的碳排放超过每吨钢铁的 6倍。据安泰科数据,2019年我国电解铝行业二氧化碳总排放量约为4.12 亿吨,约占当年全 国二氧化碳净排放量的 5%,也是有色行业排放量最高的品种。全球来看,目前电解铝行业产生的碳排放量已经超过 10 亿吨,占全球总碳排放量比例超过 3%。

电力环节是电解铝产业链主要碳排放量来源。据 IAI 数据,2019 年单吨电解铝碳排放结构中,电力环节排放量约 10.7 吨,占比 64.8%,居首位;其次是热能和生产过 程中的直接排放,分别为 2.1、1.5 吨,占比 12.5%、9.3%;非 CO2排放 1.1 吨(6.4%), 辅料排放 0.6 吨(3.8%),运输过程中排放 0.5 吨(3.2%)。

即便如此,电解法仍是现在全球工业生产原铝的唯一工艺,并且近15年电解环节的碳排放量占比不断提升,从 2006 年的57%上升到2019 年的 65%。

我国电力环节碳排放量高于全球平均值,主因能源结构中煤电占比高。2019 年,全球原铝生产的电力结构中,煤电占比 64%,水电占比 25%,天然气、核能分别占比 10%、1%。而我国电力结构中,煤电占比高达 88%,水电仅为 11%。由于煤电碳排 放量远高于水电,我国电力环节的排放量达 12.8tCO2/t 铝。而全球平均水平为 10.4tCO2/t 铝,较我国低 18.8%。

电解铝行业节能减排路径可从“量”和“结构”两个维度进行拆解。

1)维度一:降低电解铝行业能耗总量,从而实现减少碳排放的目标。在此维度下,减排思路有二:一是通过技术工艺的改进使得电解铝单吨电耗下降,二是限制高能耗的新产能投放及淘汰落后产能;

2)维度二:从根本上进行能源消费结构的转型,即使能耗量不变, 碳排放也将有所下降。此维度又将为我们提供两条可能的减排路径:一是发展水电 等清洁能源代替火电的使用,二是循环利用再生铝资源。

工艺技术革新空间有限,减排或从能源转型及严控新产能投放出发。我国电解铝工艺技术已处于较为领先的水平,冶炼过程中单吨能耗或难有下探空间。据 IAI 数据, 2019 年我国电解铝单吨能耗为13531kWh,属于全球能耗第二低的地区,与世界平均能耗水平13321kWh/吨相差无几。因此,我们认为进行根本上的能源转型、严控新产能投放及淘汰落后产能或为节能减排的主要发展方向,下文将围绕这几条路径 详细阐述碳中和对电解铝行业供给端的影响。

路径一:行业准入标准提升,新增产能投放难度或加大

供给侧改革明确电解铝产能红线。由于未批先建的违规行为严重,我国电解铝产能自2010 年以来快速扩张,导致供给端过剩严重。为引导行业健康发展,2017 年 4 月发改委等四部委出台《清理整顿电解铝行业违法违规项目专项行动工作方案》,整顿在产在建的违法违规项目。2017 年 6 月、2018 年 1 月国家又先后下发《关于开展 燃煤自备电厂规范建设及运行转型督查的通知》、《关于电解铝企业通过兼并重组等 方式实施产能置换有关事项的通知》,进一步清理自备电厂的违规产能,同时明确电 解铝产能置换的方式、可用于置换指标的范围以及截至时间。在以上几个政策的指 导下,我国电解铝远期产能预计被锁定在4500万吨左右。

产能红线+碳中和,行业准入门槛或进一步提高,强化新增产能投放难度。国家宏观调控下的产能红线导致对电解铝新产能的审批要求严苛。而在碳中和背景下,能耗双控压力加大,针对高耗能行业的产能禁入政策或更为严格,进一步削弱供给弹性。例如内蒙古发改委于3月9日印发《关于确保完成“十四五”能耗双控目标若干保 障措施》的通知,确定 2021 年全区能耗双控目标为单位GDP能耗下降 3%,能耗增量控制在 500 万吨标准煤左右,能耗总量增速控制在1.9%左右,单位工业增加值 能耗(等价值)下降 4%以上,并明确表示自 2021 年不再审批氧化铝(高铝粉煤灰 提取氧化铝除外)、电解铝等高耗能行业的新增产能。

路径二:能源转型有望加速,水电占比料将提升

水电铝碳排放量较火电铝减少 86%。据安泰科数据,用火电生产一吨电解铝的碳排放总量约为13 吨,其中发电环节碳排放11.2 吨,电解环节碳排放 1.8 吨。而用水电生产电解铝时,单吨排放量仅为1.8 吨,其中发电环节无碳排放,仅有电解环节产生1.8 吨的 CO2。

目前我国电解铝产业布局正在经历“北铝南移”的过程。受电力成本的推动,我国电解铝产能自 2012 年以来共经历了两次区域上的迁移。第一次是 2012 开始,河南等传统电解铝大省的产能主动清退,向新疆、内蒙等低电价地区转移。第二次则是2017以来,电解铝产能逐渐从新疆、山东为主的火电区域向云南为主的水电区域转 移。神火股份、魏桥铝电、中国宏桥等龙头企业纷纷向西南地区转移产能指标,据 SMM 统计,云南、四川、广西三省 2020、2021 年合计新增电解铝产能分别为 245.6、 248.3 万吨,占全国新增总产能的比例达 86%、79%。

碳中和背景下,水电成本将更具优势,“北铝南移”进程有望加速。除受益于能源优势外,新疆内蒙等地电力成本低廉的一个重要原因为政策补贴。而在碳中和承诺下, 煤电电价优惠政策或将逐步取消,拉升火电铝成本,倒逼企业进行能源转型。例如,为落实国家加强能耗总量的任务,内蒙古明确表示:1)自2021年2月10日起取消蒙西地区电解铝行业基本电费折算每千瓦时3.39分的电价政策,取消蒙西电网倒阶梯输配电价政策;2)自备电厂按自发自用电量缴纳政策性交叉补贴,蒙西、蒙东 电网征收标准分别为每千瓦时 0.01 元、0.02 元(含税)。以单吨电耗 13500kWh 计 算,内蒙古此项政策将提升电解铝成本 135-270 元/吨。

路径三:充分利用循环再生技术,再生铝占比有望提升

铝的生产从原料来源不同,可以分为原铝和再生铝两大类。传统的原铝生产是以自然界的铝土矿为原料,首先将其通过化学方法提取为氧化铝,然后通过电解得到液态电解铝(铝水),铝水可以铸造成原铝,或加入少量的其他金属成分,如镁、铜、 锰、硅等制成铝合金。再生铝是废铝料经熔化、合金化、精炼等工艺生成的铝合金。由于铝金属的抗腐蚀性强,在使用期间损失极少,可以多次重复循环利用,因此, 铝具有很强的可回收性。

我国再生铝产量占比远低于全球平均水平,未来提升空间巨大。2019 年我国铝供应总量约为4203万吨,其中原铝产量3513 万吨,占比 84%;再生铝产量约为690万吨,占比仅16%。而据IAI,2019年全球铝供应量约 9552 万吨,其中再生铝3183万吨,占比达 33.3%。此外,欧洲、北美等发达国家或地区再生铝产量已普遍超过原铝产量,日本国内全部采用再生铝生产。

再生铝生产工艺流程较原铝更为简单,单吨碳排放量较原铝减少 11 吨。废铝原料经过分选预处理、熔炼和铸锭即可得到铝合金,无需经历原铝生产过程中电解的工艺程序,能耗因此大幅降低。据 IAI,生产一吨原铝的碳排放量约为 11.2 吨,而生 产一吨再生铝的碳排放量仅为0.2 吨。2018 年,全球再生铝产量约 3074 万吨,占铝供应总量的 31.6%,但碳排放量仅为铝行业碳排放总量的 1.7%。我们认为,目前我 国对再生铝资源的利用尚不充分,未来随着碳中和加强人们对更为环保的资源类型 的重视,再生铝产量占铝行业总供应的比例有望实现大幅的提升。