范铁军：“双碳”目标下我国钢铁能源转型变革之路

 

人类的终极能源将是绿电、绿氢为核心的能源系统，钢铁行业亦是如此。

 

近日，国家发展改革委、国家能源局等十部门联合印发了《关于进一步推进电能替代的指导意见》，明确提出进一步拓展电能替代的广度和深度，提高电能占终端能源消费比重，大力推进工业领域电气化。电力长期以来一直是钢铁工业占比次高的重要能源（按当量值口径占比约6%），伴随着电力的逐步“绿化”，未来钢铁行业更要持续推进电气化，大幅提高电能的应用比例，加快推广以电代煤、以电代油、以电代气。采用电炉直接冶炼废钢，可最大程度用电能替代煤类能源实现减碳，尤其是采用绿电冶炼时，几乎可做到零碳排放。金属化微波烧结、烧结SHRT、高炉BPRT、精炼机械真空泵、轧钢电加热、煤气管道电伴热、电能重卡、电动皮带廊等均是非常好的电能替代场景。

 

尽管电能替代会在钢铁脱碳进程中发挥重要作用，但是80%左右来源于原料与生产高品位热能的碳排放无法通过电能替代实现脱碳，氢能是解决这一问题的有效途径。氢能在钢铁的应用场景包括氢冶金、氢能重卡、热处理炉保护气等，其中氢冶金包括高炉富氢冶炼、氢基竖炉直接还原、氢基熔融还原等，国内外已经开展了大量的技术探索，国内中国宝武、河钢、酒钢、晋南钢铁等企业都已经在氢冶金研发应用方面取得一定进展，氢能的利用是钢铁工业脱碳过程中的关键。

 

氢能属于二次可再生能源，既可以作为储能侧的“稳定器”，也可以作为用电侧的“燃料源”，可充当能源缓冲载体提高能源系统柔性。未来，氢能将扮演高效清洁的可再生二次能源、盘活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料三重角色，大力发展氢能、强化绿氢与绿电的互补是最终优化解决可再生能源转型替代的关键。甲醇（CH3OH）是氢的优质载体，以氢制取甲醇实际上是将氢的能量转移到甲醇中；甲醇与氢气相比运输成本更低、更安全，当需要用氢气时可以通过槽罐车或管道运输至相应区域，通过气化装置制取氢气。甲醇同时是基本的化工中间体，可替代汽油及广泛地应用于化学工业，可以解决我国液体燃料短缺和清洁替代问题。

 

在未来建设以新能源为主体的新型电力系统背景下，钢铁行业能源系统应以电能替代和氢能替代为主线，绿电和绿氢的组合可以通用在钢铁生产的各个环节。因此，构建以“绿电+绿氢”为核心的能源系统，以甲醇作为优质载体，加上氢冶金技术的创新与应用，使钢铁摆脱对化石能源的依赖，从源头上解决碳排放问题，是实现低碳甚至“零碳”排放的最佳途径。同时依靠“互联网+”加快能源数字化、智能化升级，提高能源系统灵活感知及高效运行能力，最终实现能源系统联通共享。钢铁以“绿氢+绿电”为核心的能源系统示意图见图4。

 

 

结论与建议

 

碳达峰碳中和“1+N”政策体系和《“十四五”现代能源体系规划》对未来能源发展和转型路径作了系统性部署，钢铁作为重要基础产业，责无旁贷地走上能源转型变革之路。

 

钢铁行业走过了一次能源“使用”阶段，正在由二次能源“利用”阶段走向新旧能源“混用”阶段，在这个关键的转型期，需要统筹化石能源与非化石能源协调互补，在立足以煤为主的基本国情基础上，以储能系统为支撑逐步加强新能源的应用和消纳，构建多能互补与储能相结合的能源体系。

 

在未来建设以新能源为主体的新型电力系统背景下，钢铁行业能源系统应以电能替代和氢能替代为主线，绿电和绿氢的组合可以通用在钢铁生产的各个环节。因此，构建以“绿电+绿氢”为核心的能源系统，以甲醇作为优质载体，加上氢冶金技术的创新与应用，使钢铁摆脱对化石能源的依赖，从源头上解决碳排放问题，是实现低碳甚至“零碳”排放的最佳途径。同时依靠“互联网+”加快能源数字化、智能化升级，提高能源系统灵活感知及高效运行能力，最终实现能源系统联通共享。

 

对于钢铁企业而言，每家企业的生产方式、装备水平、流程结构、地域能源供应条件均有所差异，发展阶段也不尽相同。因此，建议钢铁企业要正确认识和把握“双碳”进程中能源转型的重要性，开展能源专项咨询，客观评估能效水平并制定措施以达到国家政策要求，提升余热余能自发电率降低用能成本，构建多能互补与储能相结合的用能体系促进新能源消纳，为企业争取更大的发展空间以应对能耗双控的不利影响，提前布局氢能等未来能源系统实现能源转型高质量发展。