电力碳足迹因子对钢铁行业产品碳足迹的影响

摘要

钢铁工业作为国民经济的基础产业，既是能源消耗密集型行业，也是全球碳排放的重要来源.在应对气候变化和实现“双碳”目标的背景下，产品碳足迹逐渐成为国际贸易与供应链竞争力的核心指标.由于单位产品碳足迹较高，我国钢铁行业在可持续发展方面面临严峻挑战.本文基于生命周期评价（Life cycle assessment, LCA）方法，核算了钢铁产业典型的三种粗钢生产工艺的产品碳足迹，包括长流程（高炉–转炉）、45%废钢比电炉短流程以及全废钢电炉短流程.同时，采用电网排放因子计算方法，对我国区域及省级2018—2022年的年度电力碳足迹因子进行了测算与分析，形成本地化的电力碳足迹因子.研究结果表明，电力消耗是钢铁生产碳排放的重要影响因素，不同工艺路线的电力碳足迹贡献差异显著：长流程粗钢的电力碳排放仅占总碳足迹的约7%,45%废钢比电炉短流程占比约20%，而全废钢电炉短流程则高达约58%.本地化的电力碳足迹因子与商业数据库因子核算碳足迹结果差异较大，全废钢电炉短流程差异可达35%.此外，我国区域及省级电力结构差异明显，西南地区以水电为主的电力结构使其碳足迹因子低于0.40 kg·kW^–1·h^–1，而以火电为主的华北和华东地区因子超过1.00 kg·kW^–1·h^–1，呈现“北高南低、西低东高”的空间格局. 2018—2022年我国区域及省级电力碳足迹因子总体呈下降趋势，体现清洁能源发电比例提升带来的减排效果.敏感性分析结果显示，电力因子每降低0.1 kg·kW^–1·h^–1，可使全废钢短流程粗钢产品碳足迹减少约50～70 kg·t^–1，进一步验证了电力结构优化对行业减排潜力的显著影响.本研究通过对电力碳足迹因子与钢铁产品碳足迹的系统性量化分析，揭示了中国电力碳足迹因子的空间分布规律及其随时间变化趋势，量化了电力碳足迹因子在不同钢铁生产工艺中的影响权重，验证了本地化因子在提高钢铁产品碳足迹核算准确性与区域可比性方面的显著作用.研究结果可为钢铁行业的低碳化转型、产能空间布局优化以及区域能源结构优化提供数据支撑与方法参考.

关键词

产品碳足迹 / 钢铁产品 / 生命周期评价 / 电力碳足迹因子 / 钢铁行业

基金资助

智能电网国家科技重大专项（2030）(2025ZD0806300)