用可再生能源达到零：铝业

除非另有声明，本出版物中的材料可自由使用、分享、复制、印刷和/或存储，前提是适当注明IRENA为来源和版权所有者。本出版物中归属于第三方的材料可能受到单独的使用条款和限制，且在使用此类材料之前可能需要获得这些第三方的适当许可。 ISBN: 978-92-9260-649-7 可供下载：www.irena.org/publications引用：IRENA（2025），, 国际可再生能源实现可再生能源零排放：铝行业机构，阿布扎比。 关于更多信息或提供反馈，请联系IRENA，电子邮箱为publications@irena.org。 国际可再生能源机构（IRENA）是一个政府间组织，支持各国实现可持续能源未来的转型，并作为国际合作的主要平台、卓越中心和政策、技术、资源和金融知识在可再生能源方面的储存库。IRENA促进所有形式可再生能源的广泛采用和可持续使用，包括生物质能、地热能、水能、海洋能、太阳能和风能，以追求可持续发展、能源获取、能源安全和低碳经济增长与繁荣。 报告由Karan Kochhar和Luis Janeiro撰写，在Francisco Boshell和Roland Roesch（IRENA创新与技术中心总监）的指导下完成。Pernelle Nunez和Linlin Wu（国际铝业协会）为报告的概念、开发和分析提供了大量意见。 马丁·伊弗特博士（能源池，马丁·伊弗特咨询）提供了大量背景信息和反馈。扎法尔·萨马多夫、阿卜杜拉·法哈德、陈勇、阿德里安·冈萨雷斯和肖恩·柯林斯（IRENA），以及玛尔莲·贝特拉姆（IAI）和玛格汉塔·约翰逊（澳大利亚铝业理事会）提供了宝贵的审阅。IRENA对IAI能源和环境委员会对报告初步发现提供的反馈表示感谢。 该报告由Justin French-Brooks负责校对，技术审核由Paul Komor提供。编辑支持由Francis Field和Stephanie Clarke提供。设计由战略议程提供。 本出版物及其内容提供“现状”。IRENA已采取所有合理预防措施，以验证本出版物中内容的可靠性。然而，IRENA及其任何官员、代理人、数据或第三方内容提供者不提供任何形式（明示或暗示）的担保，并且不对使用本出版物或其中内容的任何后果承担责任或义务。 本报告中的信息不一定代表IRENA所有成员的观点。提及特定公司、特定项目或产品，并不表示IRENA对其予以认可或推荐，也不表示其优于未提及的类似性质的其他公司、项目或产品。本报告所用的名称和材料呈现方式，并不表示IRENA对任何地区、国家、领土、城市或区域的法律地位，或其当局地位，以及边界或边界的划定有任何意见表达。 11 1.1 铝生产过程131.2 目前铝行业141.3 铝行业的环境相关性和重要性161.4 铝行业中的能源成本敏感性19 20 2.1 第一支柱：炼铝和氧化铝精炼的可再生能源供应22第二部分：最大化材料的效率和回收铝的潜力422.3 第三支柱：额外的脱碳杠杆51 53 3.1 铝行业转型近期进展543.2 决策者需考虑的关键因素553.3 加速铝行业转型的主要措施57 59 151516171819212224252627293133333435363637图2：初级铝生产的历史增长 14图3区域性的氧化铝、氧化铝土和铝产量混合区域铝消费混合结构图4图 5铝需求按用途的分解图6原铝价值链的温室气体排放燃料混合在氧化铝精炼（顶部）和电力混合在铝冶炼（底部）中的演变图7图 8能源成本占总生产成本的比例在氧化铝精炼和铝生产中炼制图9概述了铝行业温室气体排放影响的因素和减碳的支柱。图表 10与初级铝生产相关的电力排放图11全球新投运的规模性可再生能源技术生命周期成本（LCOE），2010-2023图12平准化能源成本（LCOE）与化石燃料相比，适用于规模化的太阳能光伏（上方）和陆上风电（下方）在分别具有铝冶炼能力的地区生成年度电力产能增加图13图14全球发电组合和装机容量按能源来源划分：规划能源情景及2020年、2030年和2050年的1.5°C情景图15模型用于为铝冶炼采购可再生能源电力系统灵活性促进因素图16图17流程图，展示了使用可再生能源铝电解工厂的电力流向能源和储能图18平均每小时每兆瓦装机容量太阳能光伏和冶炼负荷的产出负载持续时间曲线：无电池的太阳能光伏电站与1号位置的冶炼厂负载对比图19图20负载持续时间曲线：与1号地点的冶炼厂负载相比，太阳能光伏电站配备电池的负载持续时间曲线图21平均每小时太阳能光伏和陆上风力发电厂的输出与每兆瓦熔炉负荷对比已安装容量图22太阳能光伏、无电池的风电站以及2号位置的电解精炼厂的负载持续曲线图23太阳能光伏、风力发电站带电池和位于2号地点的冶炼厂的负载持续曲线 图 24系统性创新方法38图 25将氧化铝通过拜耳法炼制得到氧化铝40图26资源和铝的经济效率42图272021年铝生产中废料的占比47图28未来铝生产中回收的可能作用48图292050年铝行业回收与材料效率措施的作用50图30能源强度：冶金氧化铝精炼（顶部）和原生铝冶炼（底部）52 表1太阳能光伏和风力发电购电协议计划用于铝冶炼（非详尽列表）28表 2系统创新以实现灵活的熔炼作业以及将可再生能源（VRE）整合入电网39表3铝土矿精炼工艺的脱碳方案41表4铝在不同终端用途中的材料效率原则43表5不同铝生产路线的能量和排放强度45表62020年预计的消费者后废料回收率46表 7铝行业转型加速行动总结59 222Al铝千瓦时千瓦时常规运营活动（Business As Usual）照常行事。LCOE电力平准化成本COP28MBtu百万英热单位第二十八次大会会议当事人MPP任务可能伙伴关系二氧化碳COMt百万吨二氧化碳当量COeqMVR机械蒸汽再压缩CST集中式太阳能热电MW兆瓦DR（通常为缩写）通常不能单独翻译成一个确切的单词或者概念。在不同的语境和学科领域，“DR”的含义可能会不同。若需求响应MWp兆瓦峰值EJ亿焦耳OCGT开放循环燃气轮机FMC首先行动者联盟PESIRENA计划能源情景温室气体（Greenhouse Gas）温室气体电力购买协议电力购买协议GJ千兆焦耳光伏光伏GO产地保证研发与开发（Research and Development）研发与示范Gt吉加吨研究与开发研发GW吉瓦二氧化硫SO吉瓦时千瓦时t吨以色列航空工业公司（Israel Aerospace Industries）国际铝业协会太瓦时太瓦时国际能源署（International Energy Agency）国际能源署可再生能源（Renewable Energy）可变可再生能源国际可再生能源机构国际可再生能源机构 13Al 铝由于其轻质特性、高强度、可回收性和良好的导电性，是一种高度多功能的金属，在多个行业中至关重要，包括包装、交通、电子、建筑和可再生能源。过去几十年中，随着新市场和应用的开发以及经济增长，尤其是新兴经济体的经济增长，铝的使用量显著增加。尽管铝为现代社会提供了巨大的价值，但它也是气候变化的一个重要贡献者。2022年，铝的生产产生了大约1.1吉吨（Gt）的二氧化碳（CO2）排放，这主要归因于铝的生产。2 生产对化石燃料作为能源供应的依赖。 铝产量预计到2050年将增长超过三分之一。如果没有采取措施实现行业的脱碳，铝行业的排放量将持续上升。本报告为行业和政策制定者提供了关于可再生能源和其他减排手段在铝行业减排作用方面的见解。 铝冶炼——从精炼矿石中提取铝金属——占生产过程中总二氧化碳排放量的约四分之三（按吨计算，全球平均）。铝冶炼主要依赖电力作为2 能源投入。因此，根据电力混合比例，冶炼过程中的排放量差异很大；采用水力发电等可再生能源的冶炼厂比依赖化石燃料的冶炼厂排放更低。因此，将越来越多的可再生能源如风能和太阳能融入电力混合，而不是化石燃料，是减少该行业碳足迹的关键解决方案。 在过去十年中，现代可再生能源技术，如太阳能光伏（PV）和风力发电，已成为全球大多数市场中新电力生成的最廉价来源。此外，通过规模经济和技术进步，太阳能光伏和风力发电有望进一步降低成本。因此，它们预计将成为全球脱碳电力供应的支柱，并在铝行业脱碳中发挥关键作用。随着时间的推移，拥有最高质量和可用可再生能源的地区可能会为铝生产提供最具竞争力的地点。 通过在冶炼过程中集成太阳能光伏和风能，铝生产商可以在符合《巴黎协定》的背景下引领行业的转型。几家冶炼厂已经计划通过长期电力购买协议（PPA）来整合太阳能光伏和风能产能。然而，由于多种因素组合，大多数冶炼厂在确保有吸引力的可再生能源PPA方面仍然面临挑战。这些因素包括阻止可再生能源快速部署的监管和市场障碍，以及低碳电力的需求量大，这可能导致价格上涨，超出铝生产商能在行业狭窄利润率下支付的水平。此外，太阳能和风能的波动性对冶炼厂来说也是一个挑战，因为传统的冶炼厂需要稳定的电力供应。 没有单一的“一劳永逸”方案可以将高比例的现代可再生能源整合到铝冶炼过程中。铝厂可用的选项取决于铝厂所在地区的可再生能源来源的可用性、该地区电力系统灵活性解决方案的可用性以及铝厂的自身运营灵活性程度。 其他两个CO排放的主要来源是氧化铝精炼和碳阳极。这些来源 电力已被用于熔炼，是排放的重要组成部分。铝行业的深度脱碳将涉及广泛采用低碳炼制工艺和惰性阳极。然而，在许多情况下，低碳炼制工艺的成本仍然很高，惰性阳极也尚未商业化。 将低碳铝行业置于同一竞争水平。 提高铝行业电力供应中可再生能源的比例 商业化惰性电极 提高生产与制造中的物料和能源使用效率 尽管面临挑战，铝行业正在采取措施减少其排放。已有几家生产商旨在将可再生能源集成到冶炼过程中，并参与了研发与开发（RD&D）倡议，以减少铝生产其他领域的排放。在催化低碳铝需求方面也取得了进展。不同参与者参与了跟踪排放、鼓励资金流向低碳铝以及与其他参与者合作开展行业脱碳倡议的举措。 然而，根据《巴黎协定》的目标实现铝行业的脱碳将需要政府、生产商、消费者、学术界和非国家行为体更加积极主动和协作的努力。 在宏观层面上，一个支持性的政策环境对于加速铝行业脱碳至关重要。铝行业、项目开发商和投资者需要明确的、稳定的和可信的脱碳目标信号以及充足的经济激励措施，以促进对低碳技术的投资决策。具体而言，这需要关注特定的战略领域，以有效推动变革。 关键的第一步是通过内部化化石能源的负面环境外部成本或为低碳铝创造市场，来为低碳铝创造一个公平竞争的环境。后者包括通过公共采购和私营部门的自愿计划以及与生产商的合作等举措来增加需求。制定和实施稳健的标准、认证和标签方案可以进一步促进市场的发展。 该行业转型的核心是增加可再生能源在铝行业的供应份额，特别是用于冶炼。这包括迅速发展可再生能源供应，到2030年将可再生能源容量增加三倍，符合在COP28第一轮全球盘点成果中表达的目标，即“阿联酋共识”。政府可以通过减少将可再生能源开发和整合到电力系统中的障碍来促进这一增长。铝生产商也可以通过不同机制探索将可再生能源供电整合到他们的运营中。 虽然熔炼是排放量最大的来源，但要注意其他来源以实现深度脱碳。为此，推广低排放氧化铝精炼至关重要。为此，政府可以为采用低碳精炼技术提供经济激励、直接资金或支持研究。铝生产商也可以与其他参与者合作，在研发低排放精炼技术方面加大努力。实现深度脱碳的另一个重要手段是惰性阳极的商业化，这需要行业和科研机构共同努力，解决剩余的运营差距，并有效推广这项技术。 一些潜在的机会仍然存在，可以在行业中提高材料和能源的使用效率。这需要所有利益相关者参与实施不同的举措，例如投资研发、采用先进技术、执行标准以及推广废料收集和创新合金开发的最佳实践。 1. 引言 13Al 铝具有卓越的通用性。它支持广泛的用途，包括包装、汽车、电线和设备，以及其他对人类进步至关重要的关键应用。铝的通用性归因于其高强度、轻质、可回收性和优异的电气和热导率。铝还可以与不同的元素合金化，以