在绿色、可持续发展背景下，作为高耗能、高排放的传统产业，水泥企业面临较大的转型压力。2025年，水泥行业正式纳入碳交易市场。为了响应国家“双碳”目标，也为了在当前经济上行压力较大、需求不足、行业利润急剧下滑的市场条件下生存和发展，水泥生产企业迫切需要通过技术革新和管理优化来实现节能减排。超低能耗水泥的生产不仅能够降低能耗、减少碳排放，也是企业在新一轮市场竞争中生存和发展的关键，笔者基于二十余年水泥生产企业的从业经验，简要探讨了超低能耗水泥工厂的实现路径以及投资可行性，以期为水泥行业在新形势下的发展提供参考。
01研究背景
2024年9月，生态环境部正式发布《全国碳排放权交易市场覆盖水泥、钢铁、电解铝行业工作方案》，这一方案的出台标志着我国碳排放权交易市场的建设迈出了重要一步，特别是将水泥行业纳入其中，彰显了国家对水泥等高耗能、高排放行业实施严格碳排放管理的决心。该方案明确规定，水泥行业须在2025年底前完成首次履约工作，这意味着水泥企业必须按照既定的碳排放配额进行交易，以确保其碳排放量控制在规定范围内。这不仅将对水泥企业的生产运营产生直接影响，推动其加快绿色低碳转型步伐，而且对整个水泥行业的长远发展具有极为深远的影响，有望促进全行业的技术革新、产业升级和可持续发展。
02超低能耗水泥工厂定义和标准
超低能耗指通过采用一系列先进技术和措施，实现企业生产过程中的低能耗、低排放目标。超低能耗水泥是指在生产过程中，能耗显著低于传统水泥的标准产品。传统水泥生产过程中，能耗高、排放大，而超低能耗水泥工厂则强调资源的高效利用与环境影响的最小化。
具体来说，超低能耗水泥工厂是指在水泥生产过程中，通过采取高效节能设备和工艺，实现能源消耗和污染物排放的显著降低。其排放标准通常包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放浓度限制，例如颗粒物排放浓度不高于10mg/m³，二氧化硫不高于35mg/m³，氮氧化物不高于50mg/m³（在基准含氧量10%的条件下）。此外还强调无组织排放控制和清洁运输要求。无组织排放控制措施则要求物料储存、物料输送、生产工艺过程等无组织排放源采取密闭、封闭等有效控制设施，确保产尘点及生产设施无可见烟粉尘外逸，厂区整洁无积尘。清洁运输要求进出企业的原燃料采用铁路、水路、管道等清洁方式运输比例不低于80%，汽车运输部分全部采用新能源或国六排放标准车辆，从而减少运输过程中的碳排放。
03现状分析
由于众所周知的“批小建大”问题以及后续部分企业以“节能技改”为名扩大产能，目前水泥行业需求不足、局部产能发挥不足、企业利润下降甚至整体亏损问题较为严峻。如果严格按照当初审批的产能指标来衡量，一众水泥企业都将面临产能无法充分利用的困境。按照2024年全国平均熟料生产线运转率65%计算，大部分企业实际有效运转天数难以达到全年的2/3。
以一条4500T/D的水泥熟料生产线为例，核定年产水泥熟料140万吨，配套余热发电年实际二氧化碳排放量为116.2万吨（即：水泥熟料140万吨*0.83碳排放系数=116.2万吨二氧化碳排放量）。
在实际生产过程中，特别是自2016年以来，全国1600余条水泥熟料生产线通过“节能技改”名义进行技改，实际产量远超核定标准，导致能源消耗和碳排放量大幅增加。
为绕开国家部委审批而在各省市审批的4500T/D的水泥熟料生产线（配套220万吨/年的水泥粉磨系统），实际上均已超过6500T/D，甚至达到7200T/D。以全国平均6500T/D的实际生产量计，年熟料产量约200万吨、水泥产量约220 万吨，年实际煤炭（标准煤）需求量约20万吨（即：水泥产量200万吨*0.1=20万吨）、电需求量约1.76亿kWh（即：水泥产量220万*80=1.76亿kWh），扣除余热发电的发电量，年需求电量约1.06亿千瓦时（即余热发电部分：200万*35=7000万千瓦时）；配套10万吨的熟料库（直径Φ60米），2×Φ4.2M年产220万吨联合粉磨系统，年水泥电耗需求约6000万kWh。也即：该水泥工厂年实际煤炭需求量约20万吨，电需求约1.76亿千瓦时，碳排放量227万吨（用电按照0.0129吨/kWh国际统一标准核定）。间接碳排放成为水泥生产企业在追求超低能耗排放标准过程中必须面对的重要挑战之一。
04实现路径
（一）通过研发投入和节能技改实现超低能耗排放标准
水泥生产企业可以通过积极的研发投入和节能技术改造，达到超低能耗排放标准。例如，重点应用余热发电技术、富氧燃烧技术、替代燃料燃烧技术、耐火材料新技术等。具体来说，余热发电技术通过回收利用水泥生产过程中产生的余热发电，有效降低对外部电力的依赖，减少能源消耗；富氧燃烧技术则通过提高燃烧过程中的氧气浓度，提高燃烧效率，进一步减少燃料消耗和污染物排放；替代燃料燃烧技术则通过引入生物质、废弃物等替代传统化石燃料，既实现了资源的循环利用，又降低了碳排放；而耐火材料新技术则通过提升设备的耐高温性能，延长设备使用寿命，减少维修和更换成本，从而间接降低能耗。
然而，这些技术的研发与应用所费不赀，具体投入取决于企业的规模、技术基础以及技改方案的复杂程度。同时，完成这一系列的技改工作也需要一定的时间周期，例如数百天甚至一两年的时间，这需要水泥生产企业具体评估技改项目的具体实施进度、技术难度以及企业自身的组织协调能力。
（二）通过厂区内实施分布式光伏项目提高能源自给率
2024年，国家发改委等部门印发的《水泥行业节能降碳专项行动计划》明确提出，有序提高水泥行业可再生能源使用比例，鼓励水泥企业一体化推进分布式光伏、分散式风电、多元储能等开发运行；国家发改委、国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》也提出在具备条件的工业企业、工业园区，加快发展分布式光伏、分散式风电等新能源项目，支持工业绿色微电网和源网荷储一体化项目建设。
在水泥行业纳入“双碳”管理框架的大背景下，相关配套政策明确支持水泥生产企业发展分布式光伏项目。水泥生产企业可以结合当地光照资源、电价政策、配储要求等因素，综合设计并推进分布式光伏项目，将光伏发电约80%-90%的比例直接用于企业日常运营和电力需求（包括应用于水泥生产的各个环节），其余约10%-20%的电力则配置给储能系统以增强电力供应的灵活性和可靠性。
以HL两条熟料生产线、配套联合粉磨系统的标准化工厂为例，分析分布式光伏项目的经济效益和减排效果。标准化工厂配套4万㎡原材料库房、0.4万㎡发运栈台、5公里皮带廊道计算，传统光伏组件总装机容量10.384MW。详见下表：
HL水泥标准化工厂传统组件装机一览表
以TLHL为例，工厂综合电价0.65745元/度，上网电价0.3844元/度，光伏发电有效小时数1042h，采用自发自用、余电上网模式，消纳比例80%，并配2100kW·h储能，总投资额2374.47 万元，投资回报率19.35%，静态投资回收期5年，从减排效果来看，该项目每年每年可节约标准煤量约3012吨，相当于减少二氧化碳排放量约10362吨。详见下表：
财务指标汇总表
（三）通过BIPV建筑光伏一体化实现零碳工厂
水泥生产企业通过推进风光水储氢一体化系统，结合风能、太阳能、水能、储能系统以及氢能技术，实现多元化的能源供应，达到水泥生产过程中的低能耗、低排放目标，从而加速零碳工厂建设。
基于标准化BIPV工厂按1栋办公楼、1栋食堂、3栋宿舍、40个停车位、3公里围墙、4万㎡原材料库房、0.4万㎡发运栈台、5公里皮带廊道计算，总装机容量12.2MW，详见下表：
HL标准化工厂装机一览表
光伏收益方面，以TLHL为例，工厂综合电价0.65745元/度，上网电价0.3844元/度，光伏发电有效小时数1042h，采用自发自用，余电上网模式，消纳比例80%，并配2100kW·h储能，总投资额3700.31万元，投资回报率13.77%，静态投资回收期6.12年，详见下表：
财务指标汇总表
碳指标收益方面，12.2MW的HL标准化BIPV工厂每年可节约标准煤3618.86吨，减少二氧化碳排放9916.66吨，减少二氧化硫排放1吨，减少氮氧化合物排放1.6吨，减少碳粉尘排放0.2吨。按照2025年1月23日全国碳市场综合价格为93.35元/吨计算，每年可为公司创造碳排收益92.57万元，25年累计可创造碳排收益2314.3万元。
风光水储氢一体化在超低能耗水泥工厂中的应用具有显著的优势和节能减排效果，是推动水泥行业绿色低碳转型的重要途径之一。
05总结
为推动水泥行业的绿色低碳转型，在新形势下走出可持续发展的道路，本文探讨了超低能耗水泥工厂的多条实现路径，水泥生产企业可结合当地环境和自身实际情况选择合适的路径，通过加大研发投入、采用先进技术和设备、优化能源结构等措施，不仅能够有效降低能耗和排放，还能提升市场竞争力，最终实现可持续发展。
作者简介：
徐国华：男，1980年08月生，籍贯河南，现居上海，博士学位、硅酸盐工艺高级工程师、注册安全工程师，先后在海螺宁国水泥厂、宿州海螺等数十家海螺水泥企业任主管、分厂厂长、副总、总经理等，海螺集团公司先进个人、先进工作者等，出版《风月无华》小说（团结出版社出版ISBN987-7-5126-4885-2）等。
张学诚：男性，生于1988年10月，籍贯安徽，研究生学历，毕业于河海大学，先后获得HL集团公司先进个人，HLXC公司先进个人，先进党员、销售标兵等称号。
