范鐵軍：“雙碳”目標下我國鋼鐵能源轉型變革之路

 

人類的終極能源將是綠電、綠氫為核心的能源系統(tǒng)，鋼鐵行業(yè)亦是如此。

 

近日，國家發(fā)展改革委、國家能源局等十部門聯合印發(fā)了《關于進一步推進電能替代的指導意見》，明確提出進一步拓展電能替代的廣度和深度，提高電能占終端能源消費比重，大力推進工業(yè)領域電氣化。電力長期以來一直是鋼鐵工業(yè)占比次高的重要能源（按當量值口徑占比約6%），伴隨著電力的逐步“綠化”，未來鋼鐵行業(yè)更要持續(xù)推進電氣化，大幅提高電能的應用比例，加快推廣以電代煤、以電代油、以電代氣。采用電爐直接冶煉廢鋼，可最大程度用電能替代煤類能源實現減碳，尤其是采用綠電冶煉時，幾乎可做到零碳排放。金屬化微波燒結、燒結SHRT、高爐BPRT、精煉機械真空泵、軋鋼電加熱、煤氣管道電伴熱、電能重卡、電動皮帶廊等均是非常好的電能替代場景。

 

盡管電能替代會在鋼鐵脫碳進程中發(fā)揮重要作用，但是80%左右來源于原料與生產高品位熱能的碳排放無法通過電能替代實現脫碳，氫能是解決這一問題的有效途徑。氫能在鋼鐵的應用場景包括氫冶金、氫能重卡、熱處理爐保護氣等，其中氫冶金包括高爐富氫冶煉、氫基豎爐直接還原、氫基熔融還原等，國內外已經開展了大量的技術探索，國內中國寶武、河鋼、酒鋼、晉南鋼鐵等企業(yè)都已經在氫冶金研發(fā)應用方面取得一定進展，氫能的利用是鋼鐵工業(yè)脫碳過程中的關鍵。

 

氫能屬于二次可再生能源，既可以作為儲能側的“穩(wěn)定器”，也可以作為用電側的“燃料源”，可充當能源緩沖載體提高能源系統(tǒng)柔性。未來，氫能將扮演高效清潔的可再生二次能源、盤活智慧的能源載體、綠色低碳的工業(yè)原料三重角色，大力發(fā)展氫能、強化綠氫與綠電的互補是最終優(yōu)化解決可再生能源轉型替代的關鍵。甲醇（CH3OH）是氫的優(yōu)質載體，以氫制取甲醇實際上是將氫的能量轉移到甲醇中；甲醇與氫氣相比運輸成本更低、更安全，當需要用氫氣時可以通過槽罐車或管道運輸至相應區(qū)域，通過氣化裝置制取氫氣。甲醇同時是基本的化工中間體，可替代汽油及廣泛地應用于化學工業(yè)，可以解決我國液體燃料短缺和清潔替代問題。

 

在未來建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)背景下，鋼鐵行業(yè)能源系統(tǒng)應以電能替代和氫能替代為主線，綠電和綠氫的組合可以通用在鋼鐵生產的各個環(huán)節(jié)。因此，構建以“綠電+綠氫”為核心的能源系統(tǒng)，以甲醇作為優(yōu)質載體，加上氫冶金技術的創(chuàng)新與應用，使鋼鐵擺脫對化石能源的依賴，從源頭上解決碳排放問題，是實現低碳甚至“零碳”排放的最佳途徑。同時依靠“互聯網+”加快能源數字化、智能化升級，提高能源系統(tǒng)靈活感知及高效運行能力，最終實現能源系統(tǒng)聯通共享。鋼鐵以“綠氫+綠電”為核心的能源系統(tǒng)示意圖見圖4。

 

 

結論與建議

 

碳達峰碳中和“1+N”政策體系和《“十四五”現代能源體系規(guī)劃》對未來能源發(fā)展和轉型路徑作了系統(tǒng)性部署，鋼鐵作為重要基礎產業(yè)，責無旁貸地走上能源轉型變革之路。

 

鋼鐵行業(yè)走過了一次能源“使用”階段，正在由二次能源“利用”階段走向新舊能源“混用”階段，在這個關鍵的轉型期，需要統(tǒng)籌化石能源與非化石能源協調互補，在立足以煤為主的基本國情基礎上，以儲能系統(tǒng)為支撐逐步加強新能源的應用和消納，構建多能互補與儲能相結合的能源體系。

 

在未來建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)背景下，鋼鐵行業(yè)能源系統(tǒng)應以電能替代和氫能替代為主線，綠電和綠氫的組合可以通用在鋼鐵生產的各個環(huán)節(jié)。因此，構建以“綠電+綠氫”為核心的能源系統(tǒng)，以甲醇作為優(yōu)質載體，加上氫冶金技術的創(chuàng)新與應用，使鋼鐵擺脫對化石能源的依賴，從源頭上解決碳排放問題，是實現低碳甚至“零碳”排放的最佳途徑。同時依靠“互聯網+”加快能源數字化、智能化升級，提高能源系統(tǒng)靈活感知及高效運行能力，最終實現能源系統(tǒng)聯通共享。

 

對于鋼鐵企業(yè)而言，每家企業(yè)的生產方式、裝備水平、流程結構、地域能源供應條件均有所差異，發(fā)展階段也不盡相同。因此，建議鋼鐵企業(yè)要正確認識和把握“雙碳”進程中能源轉型的重要性，開展能源專項咨詢，客觀評估能效水平并制定措施以達到國家政策要求，提升余熱余能自發(fā)電率降低用能成本，構建多能互補與儲能相結合的用能體系促進新能源消納，為企業(yè)爭取更大的發(fā)展空間以應對能耗雙控的不利影響，提前布局氫能等未來能源系統(tǒng)實現能源轉型高質量發(fā)展。