中国城镇化进程中水泥生产的能源消耗与减排路径优化

China is the largest cement producer in the world, accounting for nearly 60% of the annual global output. However, the sustainable development of cement industry in China is challenged by overcapacity, energy consumption and Carbon Dioxide emissions during rapid urbanization process. Focusing on energy consumption and Carbon Dioxide emissions in cement production during urbanization process in China, this project will present and apply a generic dynamic material flow analysis model and econometric model for quantitative revealing mechanisms and relationships among urbanization cement in-use stocks and cement production, develop Multi-process mass and energy balance model of cement production, employ historical research and fieldwork data to characterize spatio-temporal pattern of energy consumption and carbon dioxide emissions in multi-level cement production by using energy and carbon accounting methods, investigate the evolution and uncertainty of energy consumption and carbon dioxide emissions in different scenarios of urbanization and technological advances, take Guangdong, Henan, Shaanxi as typical study areas, these studies will improve path optimizations for different regional areas. The findings of this project will help to develop the theory and countermeasures for the coordinate and sustainable development of urbanization and cement production in China.

中国水泥产量世界第一，快速城镇化进程中水泥产能过剩、能源消耗与温室气体排放问题十分突出，水泥生产节能减排面临严峻挑战。本项目以中国城镇化进程中水泥生产的能源消耗与碳排放为研究对象，基于宏观社会经济数据、水泥生产线抽样调查数据，采用动态物质流分析（MFA）、计量经济模型，借助GIS技术与SAS统计分析等，定量揭示城镇化-水泥使用（in-use stock）-水泥生产的作用关系。构建多过程水泥生产的能量和物料流动平衡模型，利用水泥生产的能源消耗和碳排放核算方法，从多尺度刻画水泥生产的能源消耗与碳排放时空格局。设置不同城镇化与技术进步情景，采用LEAP、Monte Carlo分析技术，开展中国水泥生产的能源消耗与排放情景分析和不确定性分析，选取广东、河南和陕西省作为典型案例区，开展不同区域城镇化进程中水泥生产节能减排路径优化差异性分析，为中国城镇化进程中水泥生产的节能减排路径优化提供科学依据。

中国水泥产量世界第一，快速城镇化进程中水泥产能过剩、能源消耗与温室气体排放问题十分突出，水泥生产节能减排面临严峻挑战。本项目以中国城镇化进程中水泥生产的能源消耗与碳排放为研究对象，采用动态物质流分析（MFA）、计量经济模型，借助GIS技术与R统计分析等，定量估算了中国水泥在用存量，揭示了中国水泥消费的主要驱动要素，刻画了水泥制造业能耗空间差异，开展了水泥工业碳排放情景分析及优化路径设计。研究结果表明：截至2013年底，中国水泥在用存量为215亿吨，其中建筑、基础设施和农业部门水泥在用存量分别为173亿吨，34亿吨和8亿吨。近十年来，中国人均水泥在用存量从1992年的2.1吨急剧增加到2013年的15.8吨。固定资产投资和人均GDP是中国城镇化进程中水泥消费的两个主要驱动力，且水泥消费区域差异显著。中国水泥制造业能耗总量较多分布在以安徽、山东为核心的东部地带和以四川为核心的西部地带；中国水泥制造业能效呈现出从西部向东部递减的特点。在使用年限不变的情景下，中国水泥需求将逐渐下降，2025年左右跌入谷底并开始反弹，于2045年左右达到小高峰；2025年之前各部门水泥在用存量趋于饱和。若将建筑和基础设施的使用年限逐渐延长至50年，在2015-2050年期间，可确保中国水泥工业减排目标的顺利达成，2050年碳排放规模均可降至4.6亿吨以下。延长使用寿命，降低水泥强度，大力发展创新型轻型建筑、可循环利用建筑，遏制建筑和基础设施的盲目扩张等有助于实现水泥工业的节能减排目标的同时，还有助于促进中国城镇化的可持续发展。.此外，本项目基于23个省份197条涵盖各种生产规模和生产工艺水泥生产线实地调研数据，采用修正的过程排放和燃料排放因子算法，有助于提高中国水泥排放因子的可靠性和准确性。