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建筑陶瓷行業(yè)是國民經(jīng)濟的重要組成部分，是改善民生，滿足人民日益增長的美好生活需要不可或缺的基礎(chǔ)制品業(yè)。

經(jīng)過近四十年的高速發(fā)展，中國成為世界上最大的建筑陶瓷生產(chǎn)國和消費國，建筑陶瓷的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的60%以上，產(chǎn)量、消費量多年穩(wěn)居世界第一。

高速發(fā)展的同時，建筑陶瓷行業(yè)消耗了大量的資源和能源，產(chǎn)生了大量的溫室氣體。據(jù)行業(yè)測算，建筑陶瓷行業(yè)每年消耗原料1.5~2億噸，消耗能源4000~6000萬噸標(biāo)煤，二氧化碳直接排放量0.9~1.4億噸，間接排放量約0.4億噸。

“雙碳”戰(zhàn)略的實施，對建筑陶瓷行業(yè)產(chǎn)生了巨大的沖擊。從能耗“雙控”、煤炭壓減、環(huán)境保護(hù)“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)等綜合角度考慮，須優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，支持和鼓勵行業(yè)企業(yè)實現(xiàn)能源使用轉(zhuǎn)型升級。

建筑陶瓷行業(yè)使用的燃料經(jīng)歷了煤（碳）、油、煤（制氣）、天然氣（液化石油氣）的用能過程。

我國陶瓷燒成傳統(tǒng)上使用的燃料是木柴和煤炭。從20世紀(jì)50年代初開始，在沈陽、唐山等地開始使用發(fā)生爐煤氣燒成建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品。20世紀(jì)50年代，我國從蘇聯(lián)引進(jìn)常壓固定床煤氣發(fā)生爐。50年代到80年代初，我國煤氣發(fā)生爐主要是國產(chǎn)的常壓固定床煤氣發(fā)生爐[1]。

隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展，從1971年開始，重油逐漸代替發(fā)生爐煤氣。到80年代初，隨著油燒隔焰輥道窯的普遍應(yīng)用，重油成為建筑陶瓷的主要燃料。到90年代，由于對環(huán)境保護(hù)的要求提高，燒重油的企業(yè)后來改為燒輕柴油。

20世紀(jì)80年代，我國先后從意大利、美國、法國、英國等國家引進(jìn)兩段式煤氣發(fā)生爐。隨著使用量的增加，煤氣化技術(shù)日趨成熟，明焰輥道窯逐漸代替隔焰輥道窯，并且具有高效、安全、節(jié)能等特點。進(jìn)入90年代，其成本僅為燃油成本的1/3-2/3，經(jīng)濟效益明顯，煤氣化技術(shù)在陶瓷行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

進(jìn)入21世紀(jì)，國家對環(huán)境保護(hù)的力度加大。由于在煤制氣過程中產(chǎn)生硫化氫、焦油、酚水等污染物，如果處理不好，會嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐目諝夂退馁|(zhì)量，很多地方政府從環(huán)境和飲用水安全考慮，要求將煤制氣改為清潔的天然氣。但由于天然氣的供應(yīng)量有限，到2015年底，我國建筑陶瓷行業(yè)的燃料還是以煤制氣為主。

據(jù)建筑陶瓷產(chǎn)能調(diào)查，截止到2017年，建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)窯爐用燃料中天然氣占比已達(dá)到34%，2020年達(dá)到50%。

根據(jù)國家有關(guān)部門發(fā)布的數(shù)據(jù)，2020年我國能源消費結(jié)構(gòu)繼續(xù)優(yōu)化，消費總量49.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭消費比重進(jìn)一步降至58%以內(nèi)，天然氣占比提高至8.5%，水核風(fēng)光電等清潔能源的消費量占能源消費總量的比重已接近16%。

《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略》（2016—2030）提出，2021—2030 年，可再生能源、天然氣和核能利用持續(xù)增長，高碳化石能源利用大幅減少。能源消費總量控制在60億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以內(nèi)，非化石能源占能源消費總量比重達(dá)到20%左右，天然氣占比達(dá)到15%左右，新增能源需求主要依靠清潔能源滿足。展望2050年，能源消費總量基本穩(wěn)定，非化石能源占比超過一半。

為實現(xiàn)2030碳達(dá)峰、2060碳中和目標(biāo)，建筑陶瓷行業(yè)用能需向低碳、零碳能源轉(zhuǎn)型升級。

1. 2030年前，天然氣將成為行業(yè)使用的主要能源，但其價格和供應(yīng)量等因素制約了天然氣在行業(yè)的應(yīng)用

天然氣是清潔低碳的化石能源，將在全球能源綠色低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。當(dāng)前及未來較長時期，我國能源發(fā)展進(jìn)入增量替代和存量替代并存的發(fā)展階段，推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，有序擴大天然氣利用規(guī)模，是助力能源碳達(dá)峰，構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系的重要實現(xiàn)途徑之一[2]。

未來15年，天然氣供應(yīng)量和消費量將呈上升趨勢

2020年，中國天然氣產(chǎn)量1925億立方米，同比增長9.8%。天然氣產(chǎn)量增速連續(xù)兩年快于消費增速，供應(yīng)安全保障能力持續(xù)提升。天然氣進(jìn)口量1404億立方米，同比增加3.6%。中國天然氣消費量3280億立方米，增量約220億立方米，同比增長6.9%，占一次能源消費總量的8.4%。

通過合理引導(dǎo)和市場建設(shè)，預(yù)計2025年天然氣消費規(guī)模達(dá)到4300億～4500億立方米，2030年達(dá)到5500億～6000億立方米，其后天然氣消費穩(wěn)步可持續(xù)增長，2040年前后進(jìn)入發(fā)展平臺期。此后，隨著電能、氫能替代加速，終端天然氣消費量穩(wěn)步下降，2060年降至500~1600億立方米[3]。

在發(fā)熱量相同的情況下，天然氣的碳排放量比標(biāo)準(zhǔn)煤低近40%

國家發(fā)改委《節(jié)能低碳技術(shù)推廣管理暫行辦法》推薦的排放因子，煤炭取2.64 tCO2/tce，天然氣取1.63 tCO2 / tce。采用天然氣代替煤炭，可減排二氧化碳接近40%。

建筑陶瓷輥道窯采用天然氣代替煤制氣，具有節(jié)能效果[4]

窯爐使用煤制氣時，由于煤制氣的熱值較低，為獲得同樣的窯內(nèi)溫度和保證窯內(nèi)橫向溫差一致，所使用的窯爐煤制氣燒嘴所配置風(fēng)燃比較大，導(dǎo)致窯爐排煙量增加而增加了熱量損失，因而煤制氣的燃燒效率比使用天然氣的燃燒效率低。窯爐從原來使用煤制氣改為使用天然氣之后，由于降低窯爐燃燒過程空氣系數(shù)，減少了入窯的助燃風(fēng)量和減少了出窯的排煙量，可以減少排煙熱量損失，具有節(jié)能效果。

天然氣占比提升空間較大

2020年，建筑陶瓷產(chǎn)量85.69億平方米，消耗能源4700萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。經(jīng)測算，其中天然氣約100億立方米。天然氣消費量占全國消費量的3%，占工業(yè)用天然氣消費量的8.1%。隨著“煤改氣”政策的深入推進(jìn)、“雙碳”戰(zhàn)略的實施，以及天然氣“節(jié)能降碳”的優(yōu)勢，建筑陶瓷行業(yè)用能結(jié)構(gòu)中天然氣占比將進(jìn)一步提升，成為行業(yè)主要的能源。

2030年，按天然氣在建筑陶瓷生產(chǎn)綜合能耗中的占比達(dá)到60%計算，天然氣需求量約為300億立方米，約占全國需求量的5%。

天然氣價格和供應(yīng)量等因素限制了其在建筑陶瓷行業(yè)的應(yīng)用

天然氣價格波動很大，特別是到了冬季供暖季，價格成倍上漲。

燃料成本占陶瓷磚生產(chǎn)成本的30%以上，普通陶瓷磚對天然氣價格波動非常敏感，微薄的利潤很容易被上漲的氣價抵消。天然氣供應(yīng)量不能保證，斷供現(xiàn)象頻發(fā)，陶瓷企業(yè)損失慘重。以上因素導(dǎo)致陶瓷企業(yè)應(yīng)用天然氣的意愿降低。雖然“煤改氣”政策深入推進(jìn)，層層加碼，甚至“一刀切”，但天然氣替代煤制氣進(jìn)展依然緩慢。充足的供應(yīng)量，穩(wěn)定的價格，成為陶瓷企業(yè)共同的心聲。據(jù)報道，液化天然氣期貨于2021年底正式獲得證監(jiān)會立項批復(fù)，正在加快推進(jìn)上市工作。天然氣期貨上市以后，有助于形成我國天然氣基準(zhǔn)價格，減少天然氣價格波動。

2. 2030年前，可用氫能不能滿足行業(yè)大范圍應(yīng)用，局部有條件的地區(qū)可使用

氫能有“灰氫”、“藍(lán)氫”、“綠氫”之分。目前國際上主要使用天然氣制氫，我國則以煤制氫為主。全球制氫技術(shù)的主流選擇是化石能源制氫，主要是由于化石能源制氫的成本較低，其中天然氣制氫由于清潔性好、效率高、成本相對較低，占到全球48%。我國能源結(jié)構(gòu)為“富煤少氣”，煤制氫成本要低于天然氣制氫，因而國內(nèi)煤制氫占比最大（64%），其次為工業(yè)副產(chǎn)（21%）[5]。

2020年我國氫氣產(chǎn)量約3342萬噸，占世界氫氣產(chǎn)量的近三分之一，是世界第一產(chǎn)氫大國，來源主要是化石能源制氫，電解水制氫不足1%。在終端消費領(lǐng)域，氫作為工業(yè)原料利用占比99%以上，氫作為能源利用占比不足0.1%，主要以氫燃料電池汽車的形式在交通部門利用[6]。

預(yù)計到2030年，我國氫氣年產(chǎn)量將達(dá)到3700萬噸，電解水制氫占比達(dá)到15%左右。大部分氫氣用于工業(yè)原料，作為能源利用的消費量為320萬噸，折合標(biāo)煤1300萬噸，其中有1000萬噸標(biāo)煤左右用于氫燃料電池汽車。

2030年前，可作為能源用于建筑陶瓷行業(yè)的的氫能遠(yuǎn)低于行業(yè)用能年消耗量，無法在行業(yè)內(nèi)普遍應(yīng)用，且不考慮運輸、儲存以及成本問題。

但是某些靠近氫資源豐富（如工業(yè)副產(chǎn)氫）的產(chǎn)區(qū)或企業(yè)，可考慮采用氫能作為主要能源，并加大氫能在建筑陶瓷產(chǎn)品方面的研發(fā)應(yīng)用力度。

3. 綠色電力及窯爐電氣化是行業(yè)實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵

天然氣雖然“節(jié)能降碳”，但還屬于化石能源，仍有碳排放。2030年之后，行業(yè)能源結(jié)構(gòu)將逐步向零碳能源轉(zhuǎn)變。摻氫天然氣或是一個過渡，氫能、生物質(zhì)能等可作為補充。隨著工業(yè)部門電氣化水平的提升，建筑陶瓷行業(yè)用能將最終選用綠色電力。

根據(jù)溫室氣體排放報告補充數(shù)據(jù)表，2015年全國電網(wǎng)平均排放因子為 0.6101 tCO2/MWh，這一數(shù)據(jù)在此后的幾年中一直被采用。2021年12月，在生態(tài)環(huán)境部辦公廳最新發(fā)布的關(guān)于公開征求《企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南 發(fā)電設(shè)施（2021年修訂版）》 （征求意見稿）中，全國電網(wǎng)平均排放因子調(diào)整為最新的0.5839tCO2/MWh，下降約4.3%。這一數(shù)字的下降體現(xiàn)出近年我國風(fēng)電、光伏等清潔能源的飛速發(fā)展和火電廠平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的不斷降低。

按0.5839tCO2/MWh進(jìn)行折算，當(dāng)前電力的二氧化碳排放因子為4.75kgCO2/kgce，其排放量是煤炭的約1.8倍，天然氣的約2.8倍。因此當(dāng)前階段，行業(yè)電氣化程度越高，對應(yīng)的間接二氧化碳排放量也越高。當(dāng)綠色電力占比提高到一定程度，全國電網(wǎng)平均排放因子下降到0.2tCO2/MWh以下時，采用電力的排放量才與等熱值的天然氣相當(dāng)。

（1）綠色電力在電力中的占比將大幅度提高
2020年，全國全口徑發(fā)電量為76264億千瓦時，比上年增長4.1%，其中，水電13553億千瓦時，比上年增長4.1 %；火電51770億千瓦時，比上年增長2.6%；核電3662億千瓦時，比上年增長5.0%；并網(wǎng)風(fēng)電4665億千瓦時，比上年增長15.1%；并網(wǎng)太陽能發(fā)電2611億千瓦時，比上年增長16.6%[7]。

 圖2 2020年全國全口徑發(fā)電量結(jié)構(gòu)
 

在“雙碳”目標(biāo)下，能源電力低碳化發(fā)展要求日益凸顯，非化石能源發(fā)電裝機容量將持續(xù)增長，電源結(jié)構(gòu)朝著更加清潔低碳的方向發(fā)展。從發(fā)電量角度，非化石能源發(fā)電量占比由2020年的約30%逐步提升至2030年的50%，2060年80%-90%[8]。

水電仍是可再生能源發(fā)電的主力軍 

水力發(fā)電是再生能源發(fā)電的“領(lǐng)頭羊”，遠(yuǎn)比風(fēng)力和太陽能的發(fā)電量多。水力發(fā)電在中國的地位大大提升，目前在中國發(fā)電份額中燃煤發(fā)電居首，水力發(fā)電居第二位。截至2020年底，中國水電裝機約為3.7億千瓦，約占全國發(fā)電總裝機容量的19%；發(fā)電量約為13553億千瓦時，占全部可再生能源發(fā)電量的60%以上。2020年，全國全口徑發(fā)電裝機容量達(dá)220058萬千瓦，全國全口徑水電裝機容量達(dá)37016萬千瓦，占全部裝機容量的16.82%。

根據(jù)中國水電發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃，到2030年水電裝機容量約為5.2億千瓦，水電開發(fā)程度約60%。到2060年，水電裝機約為7.0億千瓦，水電開發(fā)程度為73%。

風(fēng)電是第三大常規(guī)電源

風(fēng)力發(fā)電是一種清潔無污染、可永續(xù)利用的能源利用形式。經(jīng)過40年的發(fā)展，風(fēng)電已經(jīng)發(fā)展成為中國繼火電、水電之后的第三大常規(guī)電源，且在各類電源之中已具備一定的成本優(yōu)勢。目前，全國風(fēng)電累計并網(wǎng)規(guī)模達(dá)到2.82億千瓦，年發(fā)電量約為0.5萬億千瓦時。陸上風(fēng)電的發(fā)電成本已降至與燃煤發(fā)電成本相當(dāng)?shù)乃?，有些地區(qū)每千瓦時電甚至比煤電還低0.1元，海上風(fēng)電有望在2025年前后實現(xiàn)平價上網(wǎng)[9]。

截至2020年底，全國風(fēng)電累計裝機容量為28153萬千瓦[10]，是2005年的225倍，占我國全部發(fā)電裝機容量的12.8%。然而，風(fēng)電在我國電力結(jié)構(gòu)的比重仍然很低。2020年，全國風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到4665億千瓦時，占全國總發(fā)電量的6.1%。

根據(jù)預(yù)測，2030年中國風(fēng)電累計裝機容量為4.45億千瓦，2050年為12.54億千瓦（大約是2020年實際風(fēng)電累計裝機容量的4.5倍）；2030年風(fēng)電發(fā)電量為0.84萬億千瓦時，2050年為2.45萬億千瓦時（大約是2020年的5倍）。2050年中國電力消費預(yù)計達(dá)到8萬億千瓦時[11]（2020年全社會用電量7.51萬億千瓦時），這意味著屆時風(fēng)電在電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中的占比將達(dá)到30.6%。

光伏發(fā)電是增長最快的電源類型

近年來我國光伏發(fā)電保持快速增長，2020年裝機容量已達(dá)2.5億千瓦。在“整縣光伏開發(fā)”等相關(guān)政策激勵下，光伏發(fā)電發(fā)展將進(jìn)一步提速。未來光伏發(fā)電將長期作為“雙碳”目標(biāo)下非化石能源發(fā)展的領(lǐng)跑者，在當(dāng)前至2060年將保持強勁的增長勢頭，成為增長幅度最大的電源。預(yù)計2025年和2030年裝機容量將分別達(dá)到約5.5億千瓦和8.0億~8.3億千瓦，2060年增長至20億千瓦左右。光伏發(fā)電裝機容量當(dāng)前低于煤電、水電、風(fēng)電，預(yù)計將于2030-2035年期間成為容量最大的電源。

核電容量將穩(wěn)步增長

核電是清潔、可靠的電源，且其利用小時數(shù)較高，在風(fēng)電、光伏發(fā)電大規(guī)模發(fā)展的情況下能夠?qū)ο到y(tǒng)電力電量平衡作出較大貢獻(xiàn)，是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要力量，應(yīng)當(dāng)在確保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電。2020年我國核電裝機容量約為5000萬千瓦。我國核電發(fā)展受到電站選址空間及規(guī)劃建設(shè)周期等因素影響，在不發(fā)展內(nèi)陸核電的情況下，預(yù)計2025年、2030年、2050年裝機容量將分別達(dá)到約0.8億、1.2億、2.3億千瓦，2050年后裝機容量保持穩(wěn)定。

（2）行業(yè)用能設(shè)備電氣化發(fā)展成為必然趨勢

據(jù)《中國能源電力發(fā)展展望》（2021），電能將逐步占據(jù)終端用能的核心地位，電氣化率不斷提升，2025年約為30%，2050年超過50%，2060年有望達(dá)到70%。

建筑陶瓷行業(yè)，2020年電能在綜合能耗中的占比為10%-15%，提升空間很大。建筑陶瓷行業(yè)電氣化率提升的關(guān)鍵在于窯爐設(shè)備的電氣化。窯爐用能占比約60%，目前主要能源是煤制氣和天然氣。將氣燒輥道窯改成電燒輥道窯成為提高行業(yè)電氣化率的重要途徑。

（3）電燒輥道窯比氣燒更節(jié)能降碳

建筑陶瓷行業(yè)傳統(tǒng)的燒成窯爐主要采用氣燒輥道窯。電加熱輥道窯是目前正在研發(fā)的新型窯爐，通過采用電燒輥道窯技術(shù)，無需助燃空氣，煙氣量下降80%以上，理論上燒成能耗降低50%左右?？紤]氣燒輥道窯余熱利用，電燒輥道窯綜合節(jié)能可達(dá)到20%以上。

氣燒輥道窯改為電燒，按電力中綠色電力占比80%計，碳排放量降低約85%，減排效果十分顯著。

（4）未來電價將更具有競爭力

行業(yè)最關(guān)心的問題是能源的供應(yīng)量及價格的問題。能源的供應(yīng)量由國家統(tǒng)一規(guī)劃。而能源價格方面，由于化石能源的不可再生性，預(yù)計一次能源價格將繼續(xù)保持上升態(tài)勢；隨著綠色電力技術(shù)的進(jìn)步以及其占比的逐漸增大，電力價格將將呈現(xiàn)降低趨勢，至少保持穩(wěn)定，因此相比較于化石能源而言，電力價格將更加具有競爭力。這為行業(yè)電氣化率的提升降低了阻礙。

建筑陶瓷行業(yè)使用的燃料經(jīng)歷了煤（碳）、油、煤（制氣）、天然氣（液化石油氣）的過程。2030年之前天然氣將成為行業(yè)發(fā)展的主要能源，在有條件的地區(qū)，氫能也可作為一個替代補充。2030年之后，電氣混燒可能會是一個過渡。隨著電力結(jié)構(gòu)綠色化程度提高，建筑陶瓷窯爐電氣化成為行業(yè)碳中和的關(guān)鍵。陶瓷窯爐裝備企業(yè)需提前布局，加大電燒輥道窯的研發(fā)力度，為行業(yè)實現(xiàn)2060年碳中和做出貢獻(xiàn)。

[1] 丁衛(wèi)東，中國建筑衛(wèi)生陶瓷史.
[2] 中國天然氣發(fā)展報告. 2021.
[3] 中國能源電力發(fā)展展望. 2021.
[4] 伍志良.陶瓷企業(yè)燃料“煤改氣”技術(shù)措施及節(jié)能環(huán)保效益. 陶瓷. 2019.7
[5] 2021氫能行業(yè)分析報告.
[6] 中國能源電力發(fā)展展望 2021.
[7] 中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2021.
[8] 中國能源電力發(fā)展展望.2021.
[9] 秦海巖.《地方政府接力，助推海上風(fēng)電2025年平價發(fā)展》.中國風(fēng)力發(fā)電網(wǎng).
[10] 《國家能源局發(fā)布2020年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)》，國家能源局網(wǎng)站.
[11] 李平. 劉強、王恰等. 《中國能源前景2018-2050》.