摘要
山西省作为资源型地区和碳排放大省之一，在碳达峰目标下实现低碳转型发展和产业结构升级意义重大、任务艰巨。钢铁行业作为山西省重要的碳排放部门，具有巨大的碳减排潜力。探索山西省钢铁行业低碳转型路径的减排潜力和节能贡献对于实现碳达峰目标是十分必要和迫切的。 本文以山西省钢铁行业为研究对象，基于自下而上理论构建了包含钢铁生产、发电和制氢过程的长期能源替代规划（LEAP）模型，系统测算了2020-2050年山西省钢铁行业的二氧化碳排放和能源消费。通过设置基准路径和碳达峰路径，本文分析了钢铁行业五种主要的减排措施，包括加速推广节能技术、高炉炉料结构转型、生产结构转型、废钢比例增加和氢能冶金对山西省钢铁行业碳减排和能源消费的影响，同时评估了各减排措施的单项贡献和综合贡献。根据研究结果，本文可为碳达峰目标下山西省钢铁行业的低碳转型发展提供政策建议。本研究在理论体系构建和实践应用方面均可为山西省钢铁行业的低碳转型提供一定贡献。 通过研究发现，碳达峰路径下，五种减排措施对钢铁行业的煤炭消费控制均有积极作用。其中，节能技术加速应用和炉料结构调整对钢铁行业煤炭消费控制的作用效果有限，而废钢使用率的提高和氢能冶金技术对钢铁行业煤炭消费的控制作用较为明显。钢铁行业减排措施的实施将驱动电力消费、氢气消费和天然气消费增长。其中，发展电炉炼钢对钢铁行业电力消费的驱动作用最强，氢能冶金技术则将使钢铁行业的氢能需求和天然气消费持续增加。五种减排措施的综合作用可以有效控制钢铁行业二氧化碳排放并加快达峰时间。增加废钢比例是最有效的减排手段，在五种减排措施中拥有最大的累计减排贡献，而加速推广节能技术的减排贡献相对有限。废钢比例增加在不同时期均提供最多的减排量，是关键的减排措施。氢能冶金的减排贡献则主要在于后期，且实施方案应在考虑可再生能源电力发展前景的基础上制定。 本文的创新之处主要体现在两个方面。第一，基于碳达峰发展目标对山西省钢铁行业低碳转型路径进行分析。已有研究在约束条件及研究边界的设置上主要考虑因素为大气污染物减排及防治目标，在碳达峰这一新的发展目标下存在缺陷。本项目通过深入分析钢铁行业在碳达峰路径下的发展趋势，详细测算不同路径的减排效果和能源消费情况，从而针对碳达峰目标下钢铁行业低碳转型过程中存在的问题与挑战制定政策建议，在研究视角上与过往研究相比有所创新。第二，本文基于自下而上理论将山西省钢铁行业纳入能源、经济和环境系统中分析不同低碳转型路径对碳排放和能源消费的影响。过往钢铁行业低碳转型研究主要从全国层面展开，缺乏针对地区发展特点，且以技术为基础的研究不足。本项目选取山西省作为研究对象，在深入分析山西省资源禀赋及产业发展进程的基础上，建立包含钢铁生产、发电和制氢综合能源系统的LEAP模型，将钢铁行业融入能源-经济-环境的分析框架中进行预测，从而得到更加精准细致的研究结果，在研究方法上与过往研究相比有所创新。 山西钢铁工业低碳转型路径研究可为决策者制定钢铁行业低碳发展政策以及应对气候变化中长期战略提供理论依据和行动指南，有利于山西省尽早实现经济绿色转型。本研究所构建的LEAP综合能源系统模型也可为其他行业开展能源消费与CO2排放研究提供借鉴，帮助研究者获得精细化的能源消费和二氧化碳排放预测数据。
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