今天分享的是储能系列深度研究报告：《 2023中国水泥行业碳中和路径研究报告 》。（报告出品方：中国建筑材料科学研究总院 ）
自 1985 年以来，我国水泥产量已连续 38 年稳居世界第一，目前产量约占 世界水泥总产量的 55%左右。2014 年我国水泥产量达到阶段性高点 24.8 亿吨， 2015 年-2022 年，全国水泥产量基本在 22-24 亿吨波动。但是，由于近年水泥产 品结构变化，高标号水泥使用比例增长，在水泥消费量进入平台期的同时，水 泥熟料消费量仍有小幅增加。
受疫情和市场因素影响，2022 年全国水泥产量 21.18 亿吨，降至近十年以 来的最低值，创下自 1969 年以来最大降幅，同比降幅首次达到两位数水平。但 是人均水泥消费量约 1500 千克，依然远高于发达国家人均 220-500 千克的水泥 消费峰值。
水泥应用领域几乎涉及 20 个国民经济行业门类，房地产（40-45%）和基础 设施建设（35-40%）是水泥消费的最重要领域。其中，房地产投资与水泥消费 呈正相关关系，其对水泥消费的影响更加直接，甚至成为部分地区影响水泥消 费需求的主导因素。
中国是水泥生产与消费大国，水泥熟料的进出口量小幅波动，存在不确定 性，目前总量较小，对碳排放影响有限。
2017 年以前，我国一直是水泥出口远高于进口的国家，进口量一直保持在 300 万吨以下。自 2018 年以来，水泥行业实施“错峰生产”、“停窑限产”等政策 措施，造成了水泥区域性、阶段性短缺和价格高位运行，为水泥产能过剩的东 南亚国家向中国出口水泥创造了契机。
2018 年，对于中国水泥贸易是个特殊的年份，作为全球最大的水泥需求市 场，中国从水泥出口远高于进口的国家，转变为一个水泥进口国。2018 年进口 总量为 1363 万吨，高于出口总量 459 万吨。2020 年水泥熟料进口规模达到历史 最高峰，约占全国水泥熟料消费量的 2.1%。越南是我国水泥熟料进口数量最多 的国家，2021 年占比最高达 80.65%。
进入 2022 年，我国水泥熟料价格持续下行，叠加海运费的大幅提高，以及 主要进口来源国越南等地，以美元结算导致双向挤压，进口熟料已经无利润空 间。根据海关总署统计，2022 年我国进口水泥熟料总量为 838.48 万吨，同比下 降 69.75%。
截止到 2022 年底，全国新型干法水泥生产线 条（注：剔除 已关停和拆除生产线 亿吨，实际熟料年产能超过 20 亿吨。从数据来看，新型干法熟料设计产能 较 2021 年略有下降，但总量依旧处于高位。
水泥熟料产能利用率的区域差异较大，2022 年熟料产能利用率 61％，创近 年来新低，其中华东、中南、西南地区产能利用率在 80%左右，而西北、华北、 东北不足 50%，产能过剩局面依然没有改变。
水泥生产技术自 1824 年诞生以来，历经多次变革。从最初的间歇作业的土 立窑到 1885 年的回转窑；从 1930 年德国的立波尔窑到 1950 年联邦德国洪堡公 司的悬浮预热器窑；到 1971 年日本在悬浮预热技术的基础上研究成功窑外分解 新型干法窑。随着新型干法水泥技术的出现，彻底改变了生产技术格局和发展 进程。目前，中国水泥行业生产线%采用新型干法水泥生产技术和装备， 在规模、技术装备水平上已达国际先进水平，短期内再次实现跨越式发展的可 能性不大。
水泥生产过程排放的温室气体主要涉及 CO2，分为直接排放和间接排放， 直接排放集中在窑系统，包括能源活动排放（煤炭燃烧）和工艺过程排放（碳 酸盐分解），间接排放主要是电力消耗，此外还有少量原材料及产品运输引起 的 CO2排放。
工艺过程的二氧化碳排放强度取决于原料类型及水泥品种。生产中所用原 材料可分为石灰质原料、粘土质原料、辅助原料三类。考虑到可比性，本研究 以熟料产量为基准计算过程碳排放。
凡是以 CaCO3 为主要成分的原料称为石灰质原料，如石灰石、石灰质泥灰。岩、白垩。在熟料煅烧过程中，石灰质原料受热分解，生成 CaO 放出 CO2。石 灰质原料是水泥熟料中 CaO 的主要来源，是水泥生产中使用最多的一种原料， 在生料配比中约占 80%，生产 1 吨熟料约需 1.3-1.5 吨石灰质原料。石灰石中伴 生的白云石是熟料中 MgO 的主要来源。
以石灰石为主要原料的硅酸盐水泥熟料中 CaO 含量约为 60-70%，碳酸盐分 解公式如下：
目前我国水泥生产用燃料以煤为主，少量柴油用于回转窑启动时的点火， 其 CO2 排放基本可以忽略。如果以燃烧 1 吨原煤排放 1.93 吨 CO2，每吨熟料煤 耗以 150-164 公斤原煤估算，生产 1 吨熟料燃料燃烧排放 CO2 约为 0.290-0.317 吨。
水泥生产过程电力消耗造成的 CO2 排放强度取决于企业自身电力消耗水平 和电网的 CO2排放因子。2021 年 12 月，生态环境部办公厅发布的《企业温室气 体排放核算方法与报告指南 发电设施（2021 年修订版）》首次对全国电网平均 排放因 子 进 行 了 更 新 ， 由 0.6101tCO2/MWh (2015 年 度 值)调 整 为 0.5839tCO2/MWh，下降约 4.3%；在 2022 年 11 月的征求意见稿中给出来最新的 全国电网平均排放因子 0.5810tCO2/MWh。这代表着我国风光等可再生电力的飞 速发展以及火电机组单位供电标准煤耗持续下降。水泥熟料综合电耗按照 GB 16780 标准各阶段现有企业限值进行计算（2012 年以前为 68kWh/t，2013-2020 年为 64kWh/t，2020年以后为 61kWh/t），电力 CO2排放因子采用国家发布的全 国电网二氧化碳排放因子，生产 1 吨水泥熟料电力消耗排放 CO2 0.035-0.042 吨。
原材料及成品运输产生的 CO2 排放取决于运输的距离和采用的运输工具。 由于各企业情况不同，差距较大，同时相对前三项 CO2 排放量较小，占总排放 量不足 1%，在此不作具体测试与计算。
每吨水泥熟料 CO2排放总量为：ECO2 = E过程 + E燃烧 + E间接=（0.813-0.942）吨 CO2/吨熟料。其中，工艺过 程 CO2 排放、燃料燃烧 CO2 排放、电力消耗间接 CO2 排放占比情况如下图所示。
根据国家统计局及中国水泥协会的公开数据，2007 年-2022 年（15 年）水 泥和熟料产量及变化情况见下图
随着水泥熟料产量的增加，我国水泥行业二氧化碳排放量持续增长。2007- 2011 年排放量由 8.24 亿吨增加至 12.83 亿吨，年均增长 13.55%，增长较快； 2011-2014 年二氧化碳排放量增速放缓，期间水泥产量增加较快，熟料产量增加 缓慢，由此可见，熟料的产量直接影响水泥行业碳排放量；2015-2020 年二氧化 碳排放量呈缓慢上升趋势，到 2020 年达到 13.79 亿吨，“十三五”时期年均增长 2.71%。近两年全国水泥市场需求明显收缩，市场持续低迷叠加供给增加，以及 煤炭、石灰石等原燃料价格大幅上涨推升成本，在量价齐跌、成本高涨的双向 挤压背景下，伴随行业效益下滑，二氧化碳排放下降趋势也非常明显，根据项 目组测算 2022 年二氧化碳排放量较 2020 年下降 13.77%。
由行业碳排放全过程分析可知，熟料煅烧环节的碳排放占比 95%以上，主要来自碳酸盐原料在煅烧过程中分解产生的 CO2（过程排放）以及化石燃 料燃烧（燃烧排放）（见图 6）。结合行业碳排放总量测算可知，熟料消费 量变化是引起水泥行业碳排放总量变化的最大影响因素，除此之外，水泥行 业减少碳排放主要的技术路径包括：1）现有工艺设备的极致能效提升；2）基 于原料替代的低碳水泥技术；3）针对煅烧环节燃煤排放问题的燃料替代；以及 4）针对末端处置的碳捕集、利用与封存（CCUS）。根据水泥行业现状、技术 发展前景和市场准备等条件，这四类技术发挥主力作用的时期有所不同，近期 减排技术寄望于现有工艺设备极致能效提升改造，中远期技术突破寄希望于原 /燃料替代和 CCUS 技术。
考虑到水泥行业是能源密集型高耗能工业行业，本研究采用基于情景分析 方法的模型，结合技术发展预测水泥行业碳中和路径。为了建立能源消费需求 模型，分析了水泥生产过程涉及的近 80 个独立和连续过程，使用涉及的重型机 械和设备，以及热量和能源。分部门能源需求和模型如下图所示
水泥行业产量需求采用多因素拟合分析模型进行预测，并作为比较的基础， 将产量变化设为参考情景，预测能效提升技术情景、低碳水泥技术情景、燃料 替代情景下，水泥行业 2021-2060 年的碳排放量。
基于中国水泥行业碳排放的特点，预测水泥及熟料产量是对水泥行业的碳 中和路径进行分析的基础和关键。本研究采用多因素拟合分析法预测水泥行业熟料需求量，根据预测的熟料系数得出相应水泥需求量。
经济发展模式和结构变化对水泥产品需求会产生很大影响，主要的影响因 素包括：城镇化率、人均 GDP、固定资产形成总额、三次产业结构、固定资产 投资结构等。分析水泥熟料消费与上述影响因素的相关关系，以发达国家和地 区水泥消费典型特征为借鉴，采用 AHP 法确定各因素在预测水泥熟料消费量时 的权重，建立多因素拟合分析模型，所建立的模型如下：
2020-2035 年是产业结构调整升级快速推进的时期。预计“十四五”时期，传 统产业尤其是传统工业加快技术改造和升级，先进制造业、高新技术产业的规 模和水平持续提升，创新能力显著增强，第三产业比重继续呈稳步上升趋势， 到 2025 年三次产业结构调整为 7、38.2、54.8，到 2060 年调整为 4、15、81。
综合有关机构研究，2022 年中国人口会首次出现负增长，近期到 2025 。