以炼油行业为例对石油化工行业碳减排进行情景设计与分析评价 8页

'石油学报(石油加工)2013年2月ACTAPETROIEISINICA(PETROLEUMPROCESSINGSECTION)第29卷第1期文章编号：1001—8719(2013)01—013708以炼油行业为例对石油化．T业碳减排进行情景设计与分析评价刘贞，朱开伟，阎建明，施於人(1．重庆理工大学工商管理学院，重庆400054；2．清华大学能源环境经济研究室，北京100084)摘要：提出了一种碳减排情景设计与分析评价模型，分别从需求和技术发展两个方面分析了石油化工行业碳减排潜力。结合碳减排成本、社会效益、环境效益、经济效益等因素，以炼油行业为例，对不同碳减排情景进行评估。结果表明，以2009年为基准，到2020年，能源结构优化对炼油行业碳减排影响较大，基准情景和强化情景下的碳排放分别比锁定情景增加l121．9、641．1万t；产业结构优化在基准情景和强化情景下的碳排放分别比锁定情景下增加79．7、95．4万t；技术进步对炼油行业碳减排效果明显，基准情景和强化情景下分别减排717．7、774．6万t；行业结构优化在基准情景和强化情景下分别减排453．4、604．5万t；到2020年炼油行业碳排放的总体呈增加趋势，减排压力巨大，要加大产业结构优化和节能减排技术的推广使用。关键词：节能减排；石油化工；炼油行业；低碳经济中图分类号：F206文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—8719．2013．01．022WithOilRefiningIndustryasanExampletoDesignandAnalysistheCarbonMitigationPotentialModelofPetroleumChemicalIndustryIIUZhen，ZHUKaiwei。YANJianming．SHIYuren(1·Institute0／BusinessAdministration，ChongqingUniversityoJTechnology，Chongqing400054，ChinⅡ2．InstituteofEnergy，EnvironmentandEconomic，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Ascenarioanalysismodelwasproposedtoanalyzeandevaluatevariouscarbonreductionscenariosofpetrochemicalindustryfromthepointofdemandandtechnologydevelopment．Besides，consideringthecostofcarbonemissionreduction，socia1benefits，environrnentalbenefitsandeconomicbenefits，differentcarbonreductionscenarioswereevaluated．Withoilrefiningindustrvasacase，itwasfoundthattheoptimizationofenergystructurehadhugeinfluenceoncarbonemissionreductionofoilrefiningindustry，bywhichcarbonemissionwouldincrease1121．9X10tand641．1×10t，respectively，underthebasicscenarioandstrengthenedscenario，comparedwiththelockedscenario．Byindustrialstructureoptimizationthecarbonemissionswouldincrease79．7×104tand95．4×10tunderthebasicscenarioandstrengthenedscenario，respectively，comparedwiththelockedscenario．Technologicalprogresshadsignificanteffectoncarbonemissionreduction。whichwere717．7×10tand774．6X10tunderthebasicscenarioandstrengthenedscenario。respectively．Byoilrefiningindustryoptimizationwouldcarbonemissionreductionswere453．4×10tand604．5X10tinthebasicscenarioandstrengthenedscenario，respectively．By2020，thecarbonemissionofoilrefiningindustrywouldincrease，thusthepressureofcarbonreductionisenormous，SOasthepaceofoilrefiningindustryoptimizationmustbeacceleratedandmoreenergy收稿日期：2012-0109基金项目：国家自然科学基金项目(71073095)、教育部人文社科基金(10YJC630161)和重庆市教委人文社科项目(12SKI09)资助通讯联系人：刘贞，男，副教授，博士，从事低碳经济、可再生能源发展战略研究；E-mail：zhenliu@cqut．edu．cn 138石油学报(石油加工)第29卷savingtechnologyshouldbepromoted．Keywords：energy—savingandcarbonemission；petrochemicalindustry；oilrefiningindustry；lowcarboneconomy在国家公布的千家重点耗能企业中，石化企业技术水平影响。碳减排情景模型中，对影响碳排放有340家，占1／3；在环保部公布的废弃、废水污因素进行单因素分析和多因素分析。通过对炼油产染源国家重点监控企业中，石油和化工企业分别有品的需求现状分析，构建原油需求预测情景；考虑482和803家，占13．4和25．8。目前，中国石落后产能淘汰，构建行业结构调整预测情景；考虑油化工行业仍以基础原材料生产为主，高附加值、低碳技术的进步与替代、推广、使用和政策激励因精细化产品比重偏低，落后产能仍占相当的比例，素，对2020年底低碳技术结构进行分析评价，构建高耗能的基础原材料产品的平均能耗比国际先进水技术进步与替代情景；并对各种情景下的经济效益、平要高2O左右，节能减排潜力较大_】]。社会效益和环境效益进行综合分析评价，具体流程对石油化工行业节能减排研究可以分为两大类：如图1所示。一类是技术层面，另一类是市场层面。技术层面上，Maarten等_2]从能量守恒的角度，PetroleumchemicalindustrycarbonemissionspotentialanalysisI分析了石油工业68个生产环节的耗能，并对欧洲石油工业的碳减排潜力进行分析；王文堂_3分析了目Jca白rb。onemissio。n。}I。analysisl前化工企业节能技术进步所遇到的障碍，并对促进TechnologicalTechnologicalTheenergyThe企业采取节能减排技术提出建议；卢春喜重点概progressprogressstructureindustrialandandoptimizationstructureOi1demand述了气一固环流技术在石油炼制领域中的研究与应用altemativealternativeoptimizationSCenanOSCenanOdesign进展；Park等_5采用SD-LEAP模型，从单位原油SCenarlosceflallodesignscenarlOdesigndesigndesign蒸馏量等5个角度，研究了韩国石油化工行业具有ll’节能减排潜力的5项技术；Zhu等l_6]研究了不同工Singlefactoranalysis艺技术情景下，中国石油化工行业的碳减排潜力。市场层面上，Zhou等¨7从中国合成氨供给方Multiplefactorsanalysis面，研究了中国合成氨行业碳减排潜力；戴文智Petroleumchemicalindustrycarbonemissionsscenariosevaluation等_8将环境成本作为石油化工行业蒸汽动力系统运图1碳减排情景设计分析评价流程行总成本的一部分，提出了混合整数非线性规划模Fig．1Theprocessofdesign。analysisandevaluation型，优化多周期运行的蒸汽动力系统运行；何伟ofcarbonreductionscenario等设计了石油化工行业节能绩效、减排绩效与经济效益协调关系的三角图；Liu等口。。从电石需求角1．1石油需求情景设计度，分析了中国电石行业碳减排潜力。采用灰色GM(1，1)预测法，对未来石油需求基于以上研究，笔者分别从需求和技术角度分量进行预测。设时间序列x∞有b个观察值，分别析石油化工行业碳减排潜力。运用灰色预测、线性为第1年至第t年石油历史需求量(万t)，见式(1)。回归、加权平均法，从产业结构优化和能源结构优X‘。一{z‘。(1)，．27‘。’(2)，z‘。(S)，⋯，37‘。()}化角度，分析需求对行业碳减排潜力的影响；运用(1)加权平均法，从行业结构优化和技术进步与替代角对X∞进行一次累加得出新序列X“(万t)，度，分析行业碳减排因子对碳减排潜力的影响。结见式(2)。合碳减排成本、社会效益、环境效益、经济效益等X‘一{z(1)，z‘(2)，Lz‘(3)，⋯，32‘()}因素，研究不同情景下石油化工行业碳减排潜力。(2)1石油化q-rr~r业碳减排情景设计与分析评价根据灰色GM(1，1)预测法可得对应的微积分模型方程式(3)。+十A”：一==(L3)J石油化工行业碳排放量受原油需求水平和炼油 第1期以炼油行业为例对石油化工行业碳减排进行情景设计与分析评价139式(3)中，a、分别为发展灰数和内生控制灰为式(10)。数。设为待估参数向量，其表达式为式(4)。再fA一A2。0g×(1+7t)×(1+)根据最小二乘法求解，可得式(5)。【B一B。。。×(1+)×(1+e)广以]式(10)中，和e分别表示在强化情景下，口一Il(4)L“第t年外界刺激强度对先进产能和落后产能的影响，。一(BTB)BY(5)1．3技术进步情景设计一0．5(z；”+”)1假设石油化工行业中有m种节能减排技术，对—0．5(；”+z”)1于锁定情景，按照基准年2009年节能减排的技术结式(5)中，B一构，则未来年份节能减排的技术结构表达式为式(11)。T一T20o9-J，i一1，2，3，⋯，(11)式(11)中，T㈣，，和T表示2009年和第t年第i种节能减排技术的份额，。Y==；矩阵B表示一次累积时间序列；矩阵对于基准情景，按照当前节能减排技术发展与推广使用的速率，则未来年份节能减排的技术结构表达式为式(12)。l，表示原始时问序列；z和：”分别表示序列X’一和Xn中的元素，则存在关系式(6)、(7)。，×(1+，)，i一1，2，3，⋯，m(12)式(12)中，，表示第t年第i种节能减排技术的㈩(+1)一lz‘。(1)一坐Je一+卫(6)LaJ以发展速率，。∞(+1)一“(￡+1)～n()(7)对于强化情景，考虑政府出台的技术促进政策，式(6)中，“(￡+1)表示第f+1年的石油累计则未来年份节能减排的技术结构表达式为式(13)。消费预测量，万t。T—T2oo×(1+，)×(1+)，1．2行业结构优化情景设计i一1，2，3，⋯，m(13)以2009年为基准年，对于锁定情景，根据基准式(13)中，钆表示政府出台的技术促进政策对年石油化工行业先进产能与落后产能所占比例，则第i种技术在第t年内投入使用的影响，。未来石油化工行业先进产能与落后产能的比例结构1．4产业结构情景设计表达式为式(8)。对于锁定情景，按照基准年2009年产业结构，A一。未来年份三次产业结构比例情景表达式为式(14)。(8)lB￡一B2o09G一G2oo9J一1，2，3(14)式(8)中，A和A分别表示2009年和第t年式(14)中，G。，，和G分别表示在锁定情景先进产能占整个石油化工行业的比例，9／6；B。。。。和下，基准年2009年和第t年第J种产业所占B分别表示2009年和第t年落后产能占整个石油化比例，。工行业的比例，。对于基准情景，按照基准年2009年的产业结对于基准情景，根据2009年石油化工行业先进构，考虑产业结构自然发展变化，则第￡年三次产产能和落后产能比例，考虑行业结构的自行优化，业结构表达式为式(15)。则未来先进产能与落后产能的比例结构表达式G一G2o，×，一1，2，3(15)为式(9)。式(15)中，，，表示与2009年相比，第t年第J种产业结构变化率，。JAc—Az㈣×+(9)【B一B：㈣×(1+)对于强化情景，在基准情景的基础上，考虑产式(9)中，表示在基准情景下，第t年先进产业结构调整激励强度，则第t年三次产业结构比例能的增长速率，；yI表示在基准情景下，第t年落情景表达式为式(16)。后产能的淘汰速率，。、可为正，也可为负。G一G20o9，，×，×，』，一1，2，3(16)对于强化情景，考虑行业鼓励和相关政策的影式(16)中，，表示强化情景下，第年第种响，则未来先进产能和落后产能的比例结构表达式产业的政策激励强度，。 140石油学报(石油加工)第29卷1．5能源结构优化情景设计设中国能源消费中有”种能源，对于锁定情景，苫按照基准年2009年的能源消费结构，未来年份能源量消费结构表达式为式(17)。磊E一E2。o9，6，b一1，2，3，⋯，(17)g．吕式(17)中，E，和EⅢ分别表示2009年和第莹暑年第6种能源占总能源的消费比例，。0对于基准情景，按照2009年的能源消费结构，1994l9961998200020022O0420062(x】8201考虑能源消费结构的自然优化，则未来中国能源消Ycar费结构表达式为式(18)。图21995～2010年中国石油消费量与石油消费强度E啪一E2009×b一1，2，3，⋯，(18)．．6，Fig．2Theoilconsumptionamountandtheoil式(18)中，0Ⅲ表示第t年第b种能源的优consumptionintensityfrom1995t02010化率，。对于强化情景，在基准情景的基础上，考虑政综合一些学者和国家统计局对中国未来经济发府刺激政策，则未来中国能源消费结构表达式展的预测结果[1]，到2020年中国GDP年均增长为式(19)。速率为8．5，那么到2015年、2020年中国石油消Et．6==E2nn9，6×，^×叫啪，b一1，2，3，⋯，n(19)费强度分别为0．0846和0．0622t／万元RMB，石油式(19)中，表示政府政策在第t年对第b种消费量分别为50627和55969万t。能源优化的促进率，。2．2行业结构优化情景设计目前，中国炼油平均产能不及世界平均水平的2未来中国石油化工行业碳减排情景设置5O，其中地方炼油厂平均产能低于100万t，生产为研究不同因素对石油化工行业碳减排潜力的工艺落后。《石化产业调整和振兴规划》指出，推动影响，笔者设计了锁定情景、基准情景和强化情景大型企业兼并重组，淘汰落后产能。《产业结构调整3种情景。3种情景均以2009年为基准年，不考虑指导目录(2005年)》要求，淘汰100万t／a及以下的价格因素的影响。锁定情景假定，到2020年石油化小炼油生产装置，引导10o万t～200万t企业关停工行业结构、节能减排技术结构和三次产业结构固并转。截至2008年中国炼油厂的数量和能力分布如如勰拍H挖定不变；基准情＼景0_【则×A]是aol在u一现0q有g象政E00策一一0和条件下，对石表1所示。由表1看到，在我国大约150家各类炼油化工行业结构、节一能一目仃减己n臼排技一l1)术结构和三次产业结油企业中，仍有约50家平均规模不到320万t／a，构进行设计；强化情景下，考虑政府政策对石油化一次加工的能力低于300万t／a_l；先进产能的单工行业结构、节能减排技术结构和三次产业结构的位能耗(以标油计，下同)在50kg／t左右，落后产影响，对202O年的石油化工行业结构、节能减排技能的单位能耗在110kg／t左右，碳减排潜力较大。术结构和三次产业结构进行设计。表1中国炼油厂规模分布E嘲Table1ThesizedistributionofoilrefineryinChina2．1石油需求总量情景设计考虑全球金融危机对石油需求量的影响，采用灰色GM(1，1)预测法对未来单位GDP石油消耗强度进行预测。图2为1995～2009年中国石油消费量和石油消费强度数据。由图2数据可得到未来中国1000石油消费强度表达式，见式(20)。50O一1000z(￡)一0．3072e·0614t，一1，2，3⋯(20)250500由图2可知，2010年中国石油消费强度为1OO2500．1073t／万元RMB，而由式(2)得到预测值为