范鐵軍：“雙碳”目標(biāo)下我國鋼鐵能源轉(zhuǎn)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(lián)合印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)電能替代的指導(dǎo)意見》，明確提出進(jìn)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(fèi)比重，大力推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)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(dāng)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(jìn)電氣化，大幅提高電能的應(yīng)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(shí)現(xiàn)減碳，尤其是采用綠電冶煉時(shí)，幾乎可做到零碳排放。金屬化微波燒結(jié)、燒結(jié)SHRT、高爐BPRT、精煉機(jī)械真空泵、軋鋼電加熱、煤氣管道電伴熱、電能重卡、電動(dòng)皮帶廊等均是非常好的電能替代場景。

 

盡管電能替代會(huì)在鋼鐵脫碳進(jìn)程中發(fā)揮重要作用，但是80%左右來源于原料與生產(chǎn)高品位熱能的碳排放無法通過電能替代實(shí)現(xiàn)脫碳，氫能是解決這一問題的有效途徑。氫能在鋼鐵的應(yīng)用場景包括氫冶金、氫能重卡、熱處理爐保護(hù)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(nèi)外已經(jīng)開展了大量的技術(shù)探索，國內(nèi)中國寶武、河鋼、酒鋼、晉南鋼鐵等企業(yè)都已經(jīng)在氫冶金研發(fā)應(yīng)用方面取得一定進(jìn)展，氫能的利用是鋼鐵工業(yè)脫碳過程中的關(guān)鍵。

 

氫能屬于二次可再生能源，既可以作為儲(chǔ)能側(cè)的“穩(wěn)定器”，也可以作為用電側(cè)的“燃料源”，可充當(dāng)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(qiáng)化綠氫與綠電的互補(bǔ)是最終優(yōu)化解決可再生能源轉(zhuǎn)型替代的關(guān)鍵。甲醇（CH3OH）是氫的優(yōu)質(zhì)載體，以氫制取甲醇實(shí)際上是將氫的能量轉(zhuǎn)移到甲醇中；甲醇與氫氣相比運(yùn)輸成本更低、更安全，當(dāng)需要用氫氣時(shí)可以通過槽罐車或管道運(yùn)輸至相應(yīng)區(qū)域，通過氣化裝置制取氫氣。甲醇同時(shí)是基本的化工中間體，可替代汽油及廣泛地應(yīng)用于化學(xué)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(shè)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(yīng)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(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，構(gòu)建以“綠電+綠氫”為核心的能源系統(tǒng)，以甲醇作為優(yōu)質(zhì)載體，加上氫冶金技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，使鋼鐵擺脫對(duì)化石能源的依賴，從源頭上解決碳排放問題，是實(shí)現(xiàn)低碳甚至“零碳”排放的最佳途徑。同時(shí)依靠“互聯(lián)網(wǎng)+”加快能源數(shù)字化、智能化升級(jí)，提高能源系統(tǒng)靈活感知及高效運(yùn)行能力，最終實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)聯(lián)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(jié)論與建議

 

碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系和《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》對(duì)未來能源發(fā)展和轉(zhuǎn)型路徑作了系統(tǒng)性部署，鋼鐵作為重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，責(zé)無旁貸地走上能源轉(zhuǎn)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(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)型期，需要統(tǒng)籌化石能源與非化石能源協(xié)調(diào)互補(bǔ)，在立足以煤為主的基本國情基礎(chǔ)上，以儲(chǔ)能系統(tǒng)為支撐逐步加強(qiáng)新能源的應(yīng)用和消納，構(gòu)建多能互補(bǔ)與儲(chǔ)能相結(jié)合的能源體系。

 

在未來建設(shè)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(yīng)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(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，構(gòu)建以“綠電+綠氫”為核心的能源系統(tǒng)，以甲醇作為優(yōu)質(zhì)載體，加上氫冶金技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，使鋼鐵擺脫對(duì)化石能源的依賴，從源頭上解決碳排放問題，是實(shí)現(xiàn)低碳甚至“零碳”排放的最佳途徑。同時(shí)依靠“互聯(lián)網(wǎng)+”加快能源數(shù)字化、智能化升級(jí)，提高能源系統(tǒng)靈活感知及高效運(yùn)行能力，最終實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)聯(lián)通共享。

 

對(duì)于鋼鐵企業(yè)而言，每家企業(yè)的生產(chǎn)方式、裝備水平、流程結(jié)構(gòu)、地域能源供應(yīng)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(rèn)識(shí)和把握“雙碳”進(jìn)程中能源轉(zhuǎn)型的重要性，開展能源專項(xiàng)咨詢，客觀評(píng)估能效水平并制定措施以達(dá)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(gòu)建多能互補(bǔ)與儲(chǔ)能相結(jié)合的用能體系促進(jìn)新能源消納，為企業(yè)爭取更大的發(fā)展空間以應(yīng)對(duì)能耗雙控的不利影響，提前布局氫能等未來能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型高質(zhì)量發(fā)展。