论文题目：吉林省钢铁行业多阶段CO<sub>2</sub>排放特征与达峰路径研究
摘要：《巴黎协定》宣布全球平均气温升幅要控制在1.5℃以内,中国政府承诺2030年前碳达峰,在2060年前碳中和。要实现这两个宏伟目标,必须寻求以低碳的方式发展社会经济。作为支持工业化和城镇化的重要产业部门,钢铁行业碳排放占中国二氧化碳排放总量的20%。因此,研究钢铁行业CO2排放,分析钢铁行业碳排放特征,探索钢铁生产的碳达峰、碳减排路径,对于助力1.5℃目标以及中国碳达峰碳中和目标实现是有必要的。本文以钢铁行业多阶段CO2排放特征与达峰路径为研究对象,将生命周期评估（LCA）和长期能源替代计划（LEAP）模型相结合构建LCA-LEAP模型,设置碳排放基准情景、新政策情景和低碳情景三种情景,系统测算2020-2030年钢铁生产多个阶段和技术的CO2排放,量化钢铁生产生命周期各阶段内各工艺不同能源使用导致的CO2排放,分析评估钢铁生产生命周期中引入设备大型化、电炉炼钢占比、氢还原炼铁技术、技术升级和能源结构变化5个方面措施不同应用水平的CO2排放减排效益。最后根据研究结果提出了未来钢铁行业低碳发展的潜在路径。研究结果表明:（1）基准情景在2027年达到峰值30.71 Mt,随后逐渐下降至2030年26.93Mt。新政策情景在2025年达到峰值29.02 Mt,随后在2030年降至24.75 Mt。低碳情景在2023年达到峰值27.33 Mt,在2030年降至23.18 Mt。新政策情景和低碳情景的吨钢碳排放较基准年分别下降8.08%和13.90%。三种情景的CO2排放达峰年份不同,但均呈现先上升后下降的趋势。基准情景模拟现有钢铁行业技术水平,于2027年达峰。新政策情景和低碳情景CO2排放因逐步引入氢还原炼铁技术、提高电弧炉比例、提高设备大型化等措施,而使其峰值提前、峰值量变小。（2）钢铁行业包含原材料获取、材料加工、制造和回收利用四个阶段。在钢铁行业多阶段碳排放中,材料加工阶段使用了最多的化石能源,其CO2占总排放量的80.67%-86.55%,这主要是因为材料加工阶段的炼铁工序中的高炉炼铁能耗较高;其次为制造阶段（10.81%-16.53%）、原材料获取阶段（2.31%-2.49%）和回收利用阶段（0.15%-0.45%）。从能源类消费类型来看,三个情景钢铁生产使用洗精煤而排放的CO2最多,占比为20.19%,其次为无烟煤、煤气和电力等。（3）不同措施碳减排效果不同,设备大型化措施的CO2减排效益最大。在低碳情景中,各类工序设备大型化的程度达到100%后,其CO2的减排贡献最大,为30.05%,但已无后续减排潜力。对于氢还原炼铁技术发展,当氢还原炼铁技术占比提升到30%,该技术CO2减排贡献占比将达到19.55%。电炉炼钢替换25%的转炉炼钢将贡献14.74%的CO2减排。长流程和短流程作为钢铁生产主要的两类流程,长流程能源使用CO2排放强度是短流程的2.5倍以上。电弧炉技术的应用受到废钢回收量的限制。到2030年,与基准年相比低碳情景中长流程和短流程的吨钢CO2分别下降了5.05%和11.09%。（4）未来钢铁行业低碳发展将依赖完成设备大型化、进一步提升氢还原炼铁技术占比和电弧炉炼钢占比,同时需通过技术革新提高钢铁生产电气化率和使用零碳电力。本研究所构建的LCA-LEAP模型也适用于开展其他行业能源使用与CO2排放研究,帮助研究者获取系统性和精细化的排放和减排数据。研究成果和发现可以决策部门制定钢铁行业低碳发展政策,加速实现钢铁行业碳达峰提供重要科学依据。
关键词：工业生态学;生命周期可持续性评估;钢铁生产;长期能源替代计划（LEAP）;情景分析;CO2减排
学科专业：环境科学
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 钢铁行业CO_2排放相关研究
1.2.2 生命周期方法研究现状
1.2.3 LEAP模型方法研究现状
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
第2章 理论基础与模型方法
2.1 理论基础
2.1.1 可持续发展理论
2.1.2 低碳经济理论
2.2 研究方法
2.2.1 LEAP模型
2.2.2 情景分析法
2.2.3 生命周期评价法
第3章 吉林省钢铁行业能源消费及CO_2排放现状
3.1 吉林省钢铁行业发展现状
3.1.1 吉林省整体概况
3.1.2 吉林省钢铁行业发展概况
3.2 吉林省钢铁行业能源消费现状
3.3 吉林省钢铁行业CO_2排放现状
第4章 钢铁行业多阶段CO_2排放特征研究
4.1 模型方法
4.1.1 CO2排放核算边界
4.1.2 LCA-LEAP模型框架
4.1.3 LCA-LEAP模型计算方法
4.2 情景设定与参数设置
4.2.1 情景设定
4.2.2 参数设置
4.3 模型计算结果分析
4.3.1 钢铁行业CO_2排放情景分析
4.3.2 钢铁行业多阶段CO_2排放特征分析
4.3.3 钢铁行业多能源类型使用CO_2排放分析
第5章 钢铁行业碳达峰路径研究
5.1 不同因素变化的碳减排效益分析
5.1.1 规制因素
5.1.2 技术因素
5.1.3 能源结构
5.2 不同炼铁工艺(长短流程)的CO_2排放差异
5.3 钢铁行业碳达峰路径选择
5.3.1 推进设备大型化
5.3.2 提高电弧炉-短流程应用比例
5.3.3 发展氢还原炼铁技术
5.3.4 推动钢铁行业清洁能源使用
第6章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
作者简介及研究生期间取得的科研成果
致谢