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□ 韩 晶 李爱菊
2021年7月16日，我国正式启动了全国碳市场上线交易，并力争在2030年前实现碳达峰及2060年前实现碳中和。钢铁行业作为能源消费与碳排放的重要行业[1]，碳排放量占全国碳排放总量的15%左右，是我国仅次于电力行业的第二大排放行业。全国碳市场的启动，对钢铁行业影响巨大。由于配额分配是碳排放交易市场顶层制度设计的关键一环，钢铁行业作为未来碳排放市场最重要的行业之一，针对钢铁行业的全国性碳排放交易制度中的碳配额分配方法更是重中之重[2]。
从目前的进展看，国家主管部门还没最终确定全国碳市场启动后钢铁行业的配额分配采用何种方式方法。由于钢铁行业流程非常复杂，每个企业、每种生产方式的各个工艺环节碳排放情况千差万别，按照全厂基准值法分配难以保证基准值的公平性、合理性，理论上应该分工艺环节进行核算并设定基准值才更加公平合理[3]。因此，在对国内外现有碳市场中钢铁行业配额分配方法的调研基础上，以某冶金集团为例，选取其旗下7家长流程钢铁生产企业第N、N+1、N+2、N+3年连续4年（下文中所披露的碳排放数据均来自某冶金集团的真实数据，但由于数据的敏感性，因此不披露具体年份，以N、N+1、N+2、N+3表示）的分工序碳排放数据入手，结合钢铁行业特性和国家碳市场特点，对分工序设定钢铁行业配额分配基准值的可行性展开研究。
目前，钢铁行业的碳市场配额分配基本思路主要有2种，即历史法和基准值法[4]。历史法又可分为历史强度法和历史总量法，即按照控排单位的历史排放强度或总量核定碳配额，适用于生产工艺产品特征复杂的行业；
基准值法按行业基准排放强度核定碳配额，适用于生产流程及产品样式规模标准化的行业。
欧盟碳市场（EU-ETS）作为目前覆盖最全面的碳市场，经过16年3个阶段的建设完善，逐步趋于成熟。对于钢铁行业，欧盟碳排放权交易体系中共设置6条基准线，主要是焦炭、烧结矿、生铁、碳钢、高合金钢（电弧炉）、铁铸件等主要工序和产品[5～6]。欧盟给定的6个基准值依次为0.286 tCO2/t产品、0.171 tCO2/t产品、1.328 tCO2/t产品、0.283 tCO2/t产品、0.352 tCO2/t产品、0.325 tCO2/t产品。在利用基准值进行分配时，基准值计算方法的一般为：配额＝基准值×历史行为水平×碳泄露风险敞口×调整因子[7～9]。
加州碳排放权交易市场中的配额分配不是基于企业的排放量制定的[10]，而是基于企业的产量及每个行业的先进值（即基准值法），从而对高能效的企业给予奖励。排放权配额根据以下方式计算：配额＝产品产量×碳泄露系数×产品基准值×下降系数[11]。钢铁行业采用的产品基准值为0.199 tCO2/t电炉钢[12]。
韩国的碳交易制定了第一个10年规划，即2015—2025年，该规划分为3个交易期：第一期为2015—2017年，第二期为2018—2020年，第三期为2021—2025年。韩国的碳配额分配方法有历史法和基准值法2种。第一阶段23个行业中除了水泥、炼油和航空业使用基准值法外，其余均为历史法。原计划为第二阶段开始逐渐增加采用基准值法的行业，但实际情况是暂未增加[13～15]。
自2013年起，我国陆续在8个地区建立了碳排放权交易试点市场。8个试点碳市场中，除重庆采用比较特殊的企业自主申报方法外，其余7个试点均采用了常规的2种配额分配方法[16]。其中，北京、湖北、上海、天津采用历史总量法；
深圳、福建试点地区采用历史强度法；
仅广东使用了基准值法和历史总量法相结合的方法[17]。
由于钢铁企业工艺流程比较复杂，各企业间工艺、产品、能源结构等差异较大，给基准值设定造成了一定的难度，导致大多数碳市场采用历史总量法或历史强度法（广东除外）作为钢铁行业的主要配额分配方法[18]。但历史法和历史强度法存在“鞭打快牛”的问题，越是排放强度低的企业对排放强度的限制越严格，对于排放强度大、工艺落后的企业反而相对宽松，公平性较差[19]。因此，以某冶金集团旗下7家长流程钢铁生产企业第N、N+1、N+2、N+3年连续4年的排放强度情况为数据基础，探索研究钢铁行业分工序配额分配基准值法的可行性。
1.全厂碳排放强度基准值法
根据《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》，钢铁生产企业的二氧化碳排放总量等于企业边界内所有的化石燃料燃烧排放量、工业生产过程排放量及企业净购入电力和净购入热力隐含产生的二氧化碳排放量之和，还应扣除固碳产品隐含的排放量[20]。
通过收集7家长流程钢铁生产企业（企业A～G）连续3年（第N、N+1、N+2年）经第三方核查后的企业边界碳排放数据，并根据这3年的粗钢产量，计算出各企业每年的碳排放强度，如图1所示。
图1 各企业第N、N+1、N+2年碳排放强度趋势
从图1可以看出，7家钢铁企业由于在生产工艺、产品等方面存在的差异，导致企业碳排放强度差别很大。例如：G企业由于生产工艺特殊，采用红土镍矿作为原料生产不锈钢产品，能耗高于普通钢材生产工艺，因此碳排放强度明显高于其他企业；
B企业由于采用了比较特殊的CSP工艺炼钢，导致这3年碳排放强度都是最低的。此外，不同企业生产的产品，特别是下游钢材加工产品的区别，也造成了企业边界排放强度的差异。因此，采用以全厂边界的碳排放量计算出的碳排放强度，不能很好地衡量企业工艺排放水平的高低。依据该标准设定的配额分配基准值计算7家钢铁企业配额，会造成配额分配结果的严重不平衡。因此，本研究认为采用全厂碳排放强度基准值法设定基准不适用于钢铁行业，需要进一步讨论分工序设定碳排放强度基准的可能性。
2.分工序碳排放强度基准值法（扣除能量回收）
（1）分工序碳排放强度基准值法
由于不同企业生产工艺的差别，因此考虑根据每个工序计算碳排放强度。以全流程钢铁企业为例，以各企业第N、N+1、N+2、N+3年能源平衡表作为数据来源，计算最常见的焦化、烧结、炼铁、炼钢4个主要工序的碳排放量。核算方法：根据各工序化石燃料燃烧、电力、热力的净消耗量，采用国家核算指南中对应的排放因子计算排放量，并扣除各工序能源、动力回收隐含的排放，最后以工序主要产品的产量计算各工序碳排放强度，并分工序划定基准值。计算公式见式（1）。
式（1）中：E工序n为第n个工序的碳排放量；
Adri为第n个工序中第i种含碳燃料或原料消耗量；
CCri为第n个工序中第i种含碳燃料或原料的含碳量；
ADpi为第n个工序中第i种回收的含碳产品或能源回收量；
CCpi为第n个工序中第i种回收的含碳产品或能源回收量的含碳量。
根据上述计算方法，分别计算焦化、烧结、炼铁、炼钢4个主要工序的排放强度，计算结果如表1所示。可以看出，7家企业中，不同企业主要工序的排放强度差异较大，其中焦化工序排放强度差异最为明显，炼钢工序由于能量回收较多，产生的碳排放强度大多为负值。
表1 各企业不同工序第N、N+1、N+2、N+3年排放强度汇总（加权平均排放强度）
经过分析，各工序排放强度差异大的主要原因为：一是能源结构不同。由于焦炉煤气、高炉煤气及转炉煤气成分不同，对碳排放的影响程度不一致。各企业在生产工序的煤气使用比例没有统一标准，所以不同企业即使工艺相同，排放强度也可能会存在较大的差异[21]。二是各厂能源回收利用程度不同。长流程钢铁生产企业普遍非常重视对生产工艺过程中余热余能的利用，例如干熄焦余热发电装置（CDQ发电）、高炉炉顶余压发电（TRT发电）等技术[22]。由于不同企业在各个工序对于与余热余能的回收利用程度不同，也造成了工序排放强度的差异。三是参数取值方式也带来影响，化石燃料的排放采用国家核算指南中给出的缺省值进行计算，导致计算结果无法反应真实的排放情况。四是在计算分工序碳排放强度时，部分载能介质未计入消耗，这部分载能（例如：高炉鼓风、氧氮氩）未考虑引起的间接二氧化碳排放或回收，但均在能源回收环节进行了扣除，导致排放数据偏差甚至产生负值。
（2）分工序基准值与清洁生产标准的对比
国家发展和改革委员会、环境保护部会同工业和信息化部联合发布的《钢铁行业清洁生产评价指标体系》中关于不同工艺不同级别生产的能耗标准如表2所示。各厂不同工序碳排放强度与《钢铁行业清洁生产评价指标体系》Ⅰ级基准值能耗趋势如图2所示。
表2 不同工艺不同级别生产的能耗标准
图2 不同工序碳排放强度与能耗趋势
由图2可知，各厂不同工序的碳排放强度趋势与钢铁行业清洁生产评价指标体系的工序能耗趋势基本相同，其中炼钢工序的碳排放强度小于0，能耗也小于0。该结果进一步验证了主要工序碳排放强度计算结果的可靠性。
（3）分工序基准值与钢铁行业能耗限额对比
根据GB 21256中规定的粗钢生产主要工序先进值如表3所示。根据图3可以看出，烧结工序、炼钢工序、炼铁工序的碳排放强度趋势与GB 21256中要求的不同工序能耗趋势也是一致的。
表3 粗钢生产主要工序先进值
图3 粗钢生产主要工序碳排放强度与能耗趋势
综上所述，对于长流程钢铁企业，由于影响因素过多，准确核算各工序实际碳排放强度难度过大，因此认为制定碳排放配额分配基准值时不宜分工序核算排放强度。
3.主要工序基准值法（扣除能量回收）
为了消除不同工序之间能源互相使用所引起的计算误差，对上述提出的分工序碳排放强度基准值法进行了进一步简化，将长流程钢铁企业前4个工序（焦化、烧结、炼铁、炼钢）视为一个大工序（以下简称主要工序），从而以主要工序为边界计算总排放量，核算化石燃料燃烧、电力、热力消耗的排放，并扣除能源、动力回收隐含的排放，最后以粗钢产量为基准计算主要工序总排放强度。计算公式见式（2）。
式（2）中，E主要工序为主要工序（焦化+烧结+炼铁+炼钢）的碳排放量；
ADri为主要工序中第i种含碳燃料或原料消耗量；
CCri为主要工序中第i种含碳燃料或原料的含碳量；
ADpi为主要工序中第i种回收的含碳产品或能源回收量；
CCpi为主要工序中回收的含碳产品或能源回收量的含碳量。
根据上述计算方法，对7家企业的主要工序（焦化+烧结+炼铁+炼钢）的碳排放量及排放强度进行了计算，计算结果如表4所示。
表4 各企业主要工序总排放强度
由表4和图4可以看出，除工艺特殊的G企业外，通过主要工序基准值法计算出的6家企业主要工序排放强度数值基本处在同一数量级，处于0.6～0.84。其中，排放强度最小的是D企业，第N+3年主要工序碳排放强度为0.605 tCO2/t，排放强度最大的是B企业，第N+3年主要工序碳排放强度为0.836 tCO2/t。
图4 第N+3年主要工序排放强度与单位能耗趋势
通过图4也可看出，排放强度与主要工序能耗的变化趋势基本一致，说明工序排放强度可以反映工序能耗情况，数值比较合理。主要原因有以下几点：
其一，该方法核算了炼焦、烧结、炼铁、炼钢4个长流程钢铁生产主要工序的化石能源消耗和电力、热力消耗引起的排放，并对工序回收利用的余热余能进行扣减，计算的排放量基本能够反应工序真实的排放水平；
其二，由于国家核算指南中没有给出氧氮氩气、高炉鼓风、工业用水等载能介质，因此在计算过程中也未对上述介质进行间接排放量的核算，从而避免了排放参数取值不准确引起的计算误差；
其三，该方法对4个主要工序进行整体计算，一定程度上降低了工序间原燃料交叉利用导致的计算误差。
基于目前的结果，认为此方法可以用于衡量上述4个主要工序碳排放强度，作为主要工序排放强度基准值的设定依据；
在排除生产工艺比较特殊的G企业后，选用其余6家钢铁企业主要工序碳排放强度数据进行基准值设定。第N、N+1、N+2、N+3年各企业主要工序碳排放强度情况如图5（升序排列）所示。
图5 第N、N+1、N+2、N+3年碳排放强度排序
将6家企业第N、N+1、N+2、N+3年共24个主要工序碳排放强度数据进行升序排列，取排名第50%左右的数据（第12位与第13位之间）作为排放基准，设定主要工序排放基准值为0.801 5 tCO2/t粗钢，建议可将该排放强度作为长流程钢铁企业的主要工序碳排放基准值。
4.广东省配额分配方法研究
自2013年广东省正式启动了碳排放权交易后已经走过了8个履约年度，其配额分配方案经过几次修订。根据《广东省2021年度碳排放配额分配实施方案》，2021年广东省钢铁行业的配额分配方法按照工序划分，主要采用基准值法（炼焦、石灰烧制、球团、烧结、炼铁、炼钢工序）、历史强度下降法（外购化石燃料掺烧发电）和历史排放法（钢压延与加工工序）相结合的方法。
计算公式为：企业配额＝基准值法工序配额+钢压延与加工工序配额+外购化石燃料掺烧发电配额。
（1）基准值法
各基准值法工序配额＝基准值法工序产品产量×各基准值法工序产品基准值×年度下降系数，年度下降系数0.99。
（2）历史强度下降法
外购化石燃料掺烧发电配额＝外购化石燃料掺烧发电历史平均发电碳排放强度×发电量×年度下降系数，年度下降系数0.99。
（3）历史排放法
钢压延与加工工序配额＝历史平均碳排放量×年度下降系数。年度下降系数：长流程企业为0.96，短流程及其他企业为0.99。各工序产品基准值如表5所示。
表5 2021年广东省各工序基准值
5.配额分配方法对比
通过以上的分析，各配额分配方法的对比如表6所示。
表6 配额分配方法对比
1.现行的基准线法配额分配法不适用于全国钢铁企业
目前国内绝大多数试点碳市场采用历史法或历史强度法分配钢铁企业配额，缺乏合理性和公平性。仅广东省对于长流程钢铁企业采用基准值法分配配额，但各基准值参数采用广东省内企业情况得出，不适应全国情况。
2.按照主要工序设定基准值，适应范围广
对于长流程钢铁生产企业，不同工序能源结构不同，导致各工序排放差异较大，采用主要工序设定基准值，排除了不同工序能源结构不同的问题，适应性广。另一方面，由于各企业生产产品不同，特别是在钢材加工工序工艺差别较大，不能统一设定基准值，因此对于该部分排放建议采用历史强度法。但是，主要工序基准值法对于企业边界的判定比较复杂，核算难度极大，对于控排企业和核查机构都提出了很高的要求。
3.碳排放参数的取值对结果影响很大
由于本文中化石燃料燃烧产生的排放量是根据《核算指南》中的缺省值进行计算的，导致计算结果与能耗计算的结果差异较大。因此，若准确核算出各企业每个工序的真实排放量，需要获取重点参数的实际测量值，例如煤、煤气的低位发热量、碳含量等，这对钢铁企业的计量监测水平提出了很高的要求。
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