工业与建筑领域节能发展路径分析

以下讨论碳排放与能耗占比较多的工业领域与建筑领域的节能路径。

1.工业节能：钢铁、水泥、有色等高耗能行业的节能空间较大

工业领域能耗总量大，诸多方面蕴藏节能潜力，重点关注钢铁、化工、建材、有色行业用 能情况。2021 年，中国一次能源消费 52.59 亿吨标煤，工业消耗能源 34.86 亿吨标煤，占 比 66.28%。其中黑色金属冶炼和延压加工（19%）、化工原料和化学制品制造（17%）、 非金属矿物制品业（10%）、有色金属冶炼（8%）是主要能源流向。

高耗能企业政策压力增大，降低能耗成为淘汰落后产能的硬性指标。“十四五”期间我国 目标降低能耗 13.5%，2021 年已经实现降低 2.7%，但伴随行业节能技术与工程渗透率提 高，节能潜力挖掘难度增加。高耗能行业承担主要压力，根据《高耗能行业重点领域能效 标杆水平和基准水平（2021 年版）》，要求在 3 年时间内将全部产能能效改造升级到基准水 平以上，力争达到能效标杆水平，对不能按期改造完毕的项目进行淘汰。2020 年大部分高 耗能行业仍有 30%产能的能效低于基准水平，未来有望成为节能提效的重点。

钢铁产业：节能减排短期依赖技术普及，长期依靠生产结构调整

钢铁行业具有高能耗特征，吨钢能耗仍有较大下降潜力。2021 年钢铁工业能源消耗 6.62 亿吨标煤，占全国能源消费量 12.65%，其中高炉炼铁环节耗能占吨钢耗能比重超过 70%。 根据我的钢铁网数据，2021 年吨钢综合能耗为 550.43kgce/t，相较 2006 年下降了 13.9%， 吨钢用能趋势性下降。然而仍然高出美国等发达国家能耗水平，节能降耗空间潜力大。

短流程炼钢比重低是钢铁行业能耗高的主要原因。短流程电炉炼钢具有明显低能耗低碳排 特点，根据冶金工业研究院，短流程吨钢用能及二氧化碳排放仅为长流程的 53%。2019 年我国短流程炼钢比重仅为 10.4%，远低于美国（69.7%）及世界平均水平（27.9%），是 我国钢铁能耗高于国际水平的关键原因。在 2022 年初发改委等三部委发布的《关于促进 钢铁工业高质量发展的指导意见》提出，力争到 2025 年，电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至 15%以上。我们认为短流程炼钢占比不断提高将是钢铁产业节能降耗的长期趋势。

短期内长流程或仍是效率最高，成本最低的冶炼方式。短流程是钢铁工业长期发展方向， 但短期存在瓶颈。1）电费成本高：根据中国冶金报测算，与转炉炼钢相比，全废钢电炉炼 钢需增加 300kwh/t 左右的用电量，造成电炉炼钢成本偏高，按照 0.6 元/kwh 电价粗略估 算，仅电费成本就高出 180 元/吨钢。2）废钢资源量少：我国废钢资源供应不足。2020 年 废钢产出量 2.6 亿吨，而转炉炼钢产量为 9 亿吨，按最大废钢单耗 300 千克/吨钢粗略估算， 仅转炉用废钢需求就在 2.7 亿吨左右，废钢供给量不足以支撑电炉钢快速发展。所以短期 看，长流程仍具有经济性，且长流程仅通过采取提高废钢比的措施，仍有较大节能减碳空 间，废钢比达到 20%~30%左右，理论计算可较当前水平实现节能减碳 5%~15%左右。 长流程节能技术水平较为薄弱，有较大提升空间。多年以来，钢铁行业注重规模扩张，尤 其众多小企业追求低成本而忽视节能减排，导致我国钢铁产业在资源循环利用及能源效率 方面水平较低。根据《中国钢铁工业碳减排面临的问题、原因及对策》，长流程中只有 25% 达到国际先进水平。生产流程中 73%的余热余能平均回收率仅为 45.6%，与国际超过 90% 的回收率水平相差大，且能源费用占产品成本的 30%以上。

水泥行业：中国能耗水平全球领先，存量市场仍有改造空间

水泥行业是用能与碳排放的重要领域。能耗方面，假设国内吨水泥综合能耗在 100kgce/t 左右，以 2021 年全国水泥产量 23.8 亿吨计算，则全年水泥耗能达到 2.38 亿吨标煤，约占 2021 年全国能源消费总量的 4.5%。从碳排放角度看，吨水泥、吨水泥熟料 CO2 排放量分 别约为 616.6kg、865.8kg，我们以此测算，2021 年全国水泥行业碳排放总量达到 14.68 亿吨，占我国碳排放总量的 13.95%。 中国已经成为全球水泥高效生产的先行者。大多数水泥厂都配备了先进的干法窑炉，据 《2050 年世界及中国水泥工业发展预测与展望》，2020 年，中国水泥熟料的热耗强度只有 世界平均水平的 85%，且到 2050 年还可以进一步下降 10.6%。生产每吨水泥的电耗强度 也低于世界 90kwh/t 平均水平，预计到 2050 年再降低 14.7%。

水泥能效新政频繁出台，节能减排面临压力。新版《水泥单位产品能源消耗限额》已经于 2022 年 11 月起实施，相较于一直沿用的 2012 年版本，能耗限额指标大约提升 2%-20%。 《建材行业碳达峰实施方案》中提出，水泥、玻璃、陶瓷等重点产品单位能耗、碳排放强 度不断下降，“十四五”期间水泥熟料单位产品综合能耗降低 3%以上，2030 年前建材行业 实现碳达峰。 水泥行业存量市场改造空间较大。面临减排脱碳压力，全球水泥生产面临着产线更新改造。 2022 年，从国内来看，我国在运行的水泥熟料生产线约 1600 条，其中运转 10 年以上的 线约为 1400 余条，国内老线技术改造仍有较大需求。从全球来看，境外约有 2400 条水泥 熟料生产线，其中 20 年以上生产线约 1000 条，有 400 条生产线位于碳减排压力较大的欧 美国家，老线技改市场空间较大。

水泥余热发电领域中国和日本成果全球领先。中国已有 80%的水泥窑利用余热发电。未来 我国熟料生产目标减少对外部电力的依赖，乃至实现不依赖外部电力，因此目前余热发电 替代率仍有较大上升空间。根据水泥网预测，中国余热发电到 2030 年可回收熟料电耗的 60%，2040 年可达到 80%。 废弃物是良好的节能减排资源。垃圾衍生燃料和固体回收燃料都可作为清洁、高质量、排 放低的燃料，可以用于水泥厂替代煤炭，减少能源使用同时降低排放。我国 2019 年热量 替代率（TSR）为 6%-7%，而德国和北欧多国的替代燃料的热量替代率已经达到 70%。 麦肯锡预测我国在 2050 年废弃物将构成水泥生产所使用燃料的 55%-75%，届时将达到世 界先进水平，替代燃料领域未来存在较大潜力空间。

有色金属：再生金属发展是重要节能减排方向

铝冶炼是有色行业碳排核心。2020 年我国有色行业二氧化碳排放量为 6.99 亿吨，约占全 国总排放量比重的 7%。冶炼环节占全行业碳排放总量的近 90%。电解铝行业二氧化碳排 放量为 5.6 亿吨，占有色行业总排放的 80%，是减排的关键领域。 电解铝减排主要从生产端调整能源结构，水电铝占比有望提升。2022 年 11 月发布的《有 色金属行业碳达峰实施方案》要求 2030 年前有色金属行业实现碳达峰。减排或将来自能 源侧调整能源使用结构，根据有色金属报，2019 年底国内电解铝 86%的产量用火电，其 中自备电 65%，网电占比 21%，清洁能源发电制铝仅占比 14%。根据政策目标，2025 年、 2030 年电解铝使用可再生能源比例有望达到 25%、30%以上。

再生铝发展或将提速，生产 1 吨再生铝能耗仅为电解铝能耗的 3%~5%。根据明泰铝业年 报，单吨再生铝可节省 3~4 吨标煤，节水 14 立方米，减少固体废物排放 20 吨。2021 年 我国再生铝产量达到 800 万吨，位居世界第一，但再生铝占铝产量的比重为 20%，仍低于 美国（80%以上）、日本（接近 100%）。发改委预计 2025 年再生铝产量将达到 1150 万吨， 复合增长率 8.49%。

2.建筑节能：装配式建筑与存量建筑的节能改造发展潜力大

建筑全过程能耗水平占全国能源消费近一半，近年能耗增速放缓。2020 年全国建筑全过程 能耗总量为 22.7 亿 tce，占全国能源消费总量比重为 45.5%。2005-2020 年能耗年均增速 为 6%，分阶段看，“十一五”-“十三五”期间建筑能耗年均增速为 5.9%、8.3%、3.7%。 从各环节来看，建材生产环节的能耗已经进入平台期，建筑运行能耗水平仍继续升高。“十 三五”期间建材生产碳排放年均增速约为 2%、施工阶段增速约为 2.1%、建筑运行阶段能 耗增速为 4.6%，是建筑领域主要耗能环节。其中，公共建筑和城镇居住建筑是能耗的主要 增长来源。

增量建筑：装配式建筑渗透率有望提高

装配式建筑在能耗、碳排放等多方面优于传统现浇建筑。装配式建筑是采用工业化的方式 将部分或全部建筑构件等通过工厂生产加工，运输至现场，并通过可靠的连接方式进行机 械装配。日本北九州大学研究表明，日本 40%装配率下的装配式建筑，其全生命周期的碳 排放量和能耗相较传统现浇建筑分别减少了 7.17%和 7.54%，同时每平方米的成本也降低 了 10.62%。根据住建部《装配式建筑工程投资估算指标》，伴随装配率提高，装配式建筑 在降低污染及劳动力替代方面都有大幅提高。

中国装配式建筑发展较晚，潜在增长潜力较大。美国工业装配式建筑起源于 1920 年，先 进的设备和政府大力支持使美国至今的装配式构件生产力保持较高水平；日本 1970 年左 右政府出台政策促进建筑工业发展，80 年代装配式建筑几乎完成对传统住宅的替代；法国 80 年代也形成了标准化体系。我国 21 世纪初开始完成住宅工业化的转型，2016 年开始发 布装配式建筑扶持政策，2021 年装配式建筑渗透率为 38.5%，距发达国家水平差距明显， 增长空间值得期待。

政策驱动持续强化，装配式建筑发展势头强劲。2021 年 10 月，国务院印发《2030 年前 碳达峰行动方案》，提出“加快推进新型建筑工业化，大力发展装配式建筑，推广钢结构住 宅”；同期，国务院《关于推动城乡建设绿色发展的意见》中再次强调“重点推动钢结构装 配式住宅建设”。在国家大力鼓励装配式建筑的引导下，2021 年全国新开工装配式建筑面 积达 7.4 亿平方米，较 2020 年增长 18%，占新建建筑面积的比例为 24.5%，2017-2021 年复合增长率达到 35.85%。住建部预计到 2025 年，装配式建筑占新建建筑的比例达 30% 以上。

存量建筑：供热及保温改造或将成为发展方向

相较低碳标准的新建建筑，存量建筑节能更具挑战。根据《建筑节能改造政策与市场转型》， 2060 年全球主要发达国家预计建筑存量中，近 65%是当前已存在的既有建筑；中国现有 建筑将有约 55%要使用到 2050 年。因此，如何对既有建筑的基础设施和电器设备进行改 造来实现建筑整体能效提升是建筑节能关键。 国家出台政策推进，但节能建筑覆盖面积仍然较小。“十三五”期间，我国累计完成既有居 住建筑节能改造面积 5.14 亿平方米、公共建筑节能改造面积 1.85 亿平方米。而截止 2020 年我国存量建筑面积就已有 696 亿平方米，节能改造比例甚微。

对于既有建筑节能改造方法，我们有以下思路： （1） 清洁供热。供热主要分为集中供热模式、分户供热模式。常见的集中供热模式包括 热电联产、区域燃煤锅炉、燃气锅炉等方式。与集中供热模式相对应的是分户供热 模式，常见的分户供热模式有分户锅炉、地板辐射、电热膜等方式。相比之下，集 中供热具有节约燃料、减轻污染，提高供热质量的特点。未来，热效率高、节能环 保的热电联产机组是城市供热技术的主要发展方向，大型区域供热锅炉将成为集中 供热的重要补充，分散供热锅炉或将被淘汰。

（2） 通过技术/设备升级改造减少供热用能。根据《建筑运行能耗实现碳达峰碳中和的 挑战与对策》，一是提高采暖终端的电气化比重，增加电驱动热泵（空气源、水源、 地源热泵等）技术市场占有率；二是要研发拓展清洁供热新技术、新装备，比如利 用季节差和夜间谷电蓄热的供热源等。三是要在农村地区加快推广利用可再生能源 的被动房技术，优先做好农宅外墙、门窗、屋顶保温改造，从根本上解决北方农村 房屋热损失大、不节能的问题。根据中国宏观经济研究院能源研究所预测，到 2060 年，采暖热力供应中含清洁电在内的无碳能源比重要达到 80%以上。