新闻直通

李新创:我国钢铁行业如何实现碳达峰碳中和?(下)

2021-07-16 11:46:41 sisd 78

生态环境部也在制定一系列的碳交易和低碳发展的政策。工业和信息化部也建立钢铁等重要行业碳达峰路线图,逐步建立以碳排放、污染物排放、能耗总量为依据的约束机制,实施工业的低碳运行方案。科技部也制定了一系列措施。从中央到各部委以及各地方政府都提出了一系列的方案。

在这种大形势下,钢铁行业有哪些机遇?



机遇一是低碳发展将促进构建钢铁行业更高水平的动态平衡,前面我讲到低碳发展会对钢铁行业带来重大影响,国家会鼓励低碳产业、低碳企业、低碳产品更好地发展,当然会限制高碳产业、高碳企业、高碳产品的发展,这是从政策制定包括项目备案、差别化管理、产品发展方向,低碳发展确实对钢铁行业今后发展是重大机遇之一,要在碳约束的前提下,实现钢铁供需更高水平的动态平衡。


机遇二是低碳发展将助推钢铁工艺流程结构不断优化,因为不同的技术路线碳排放存在很大的差异。比如传统的高炉转炉流程是一吨钢排两吨二氧化碳,电炉流程生产工艺是一吨钢排600多公斤二氧化碳,如果电炉+零碳电力流程二氧化碳排放更少。因此,低碳发展将推动低碳生产工艺不断地改进,从近期来看要加大通过生产参数的变革,比如要加大球团矿比例,降低焦比、优化现有高炉原燃料结构,实现二氧化碳排放降低。从近中期看,就是加大电炉钢比例,去年废钢产量达到2.6亿吨左右,2030年预计会达到4亿吨左右,为发展电炉钢带来很好的原料保障。从中远期看,将促进氢基冶炼等革命性技术规模化和工业化。随着工艺流程改变会推动钢铁行业不断地发展。


机遇三低碳发展将推动行业技术一系列的技术革命,包括产品高端化,要鼓励低碳产品,也就是推动高强度、高韧性、耐腐蚀耐磨、耐疲劳和长寿命的钢材产品充分发展与广泛应用,以减少全社会的用钢量。装备高端化,不断通过设备大型化提高效率,来大幅度节约能源和资源。技术高端化,包括生产工艺、围绕着低碳洁净钢冶炼、高效轧制技术、智能化管理技术,通过技术促进整个行业发展。


机遇四是低碳发展将进一步加快钢铁行业数字化、智能化发展,数字化、智能化不仅仅是生产环节,也包括低碳发展的方方面面,这里面至少有几个方面,一是创新能源管理模式,通过数字化的引导,能源有序构建更高效、更清洁、更经济的能源体系,二是通过数字化建立钢铁生产碳排放的数字化平台,助力钢铁行业低碳发展。


机遇五是低碳发展将加快多元产业协同发展,产业间的循环利用发展会推动钢铁与建材、发电、化工等多产业协同,这方面降碳的潜力也非常大。钢铁制造流程具有三大功能,即产品制造功能、能源转换功能、大宗废弃物消纳处理功能,充分发挥钢铁行业这三大功能,促进全社会资源和能源高效循环利用,降低全社会的二氧化碳排放,这方面的潜力十分巨大。


机遇六低碳会推动环保产业和低碳行业协同发展,低碳与环保协同治理,要构建减污降碳协同发展,既要环保还要低碳,需要强化了源头减排、严格过程控制、优化末端治理这种科学方法论,这方面也会带来很多的机遇。


机遇七低碳发展将深化产品全生命周期理念,改变我们对产品全生命周期的认识,这一点尤其重要,因此要进一步开展产品全生命周期碳评价来促进低碳发展的大趋势,这一点无论是国内还是国外都在积极推进,特别是在碳约束下,下游产品全生命周期碳评价的要求,将倒逼钢铁行业加快低碳转型。


机遇八低碳发展将助推钢铁行业低碳标准进一步升级,从国标委发布的2021年工作重点中就提出要研究起草碳达峰的标准化行动,健全支撑碳达峰目标的标准体系,同时,加快制定碳排放管理标准体系等等,包括一批企业温室气体排放核算方法和国家标准。工信部颁布了2021年标准工作,要求做好工业低碳和绿色制造等标准制定,要开展等有关行业低碳与碳排放、节能与能效提升、节水提效等标准研制。低碳发展也会促进一些低碳标准加快实施等等。


上面谈到的钢铁低碳发展几个机遇。但是挑战也是巨大的,我归纳为如下几个挑战。


挑战一,低碳转型时间紧、任务重,必须在较短时间内实现达峰和降碳工作。针对我国钢铁行业特点,一是能源资源禀赋就是高碳的特点;目前以高碳化的煤焦投入接近90%。二是钢铁产量巨大,去年钢产量10.65亿吨,今年又保持较高增长,去年我国钢产量占全球比例高达57%。三是钢铁企业数量多,有500多家企业,而且每家企业生产结构和管理水平参差不齐,增加了降碳难度。四是钢铁行业的碳排放机理相对比较复杂,涉及到能源燃烧排放、生产过程排放、电力和热力消耗所对应的各种排放机理。这些特点决定了钢铁行业在完成碳达峰和降碳的巨大挑战。


但我们认为低碳意义重大,是一场伟大的革命,对钢铁行业产生的意义十分深远,也包括对钢铁生产消费能源的一系列的革命,国家对钢铁等主要碳达峰行业进行一系列的研究,我们冶金规划院也在配合国家机关研究编制钢铁行业碳达峰工作。钢铁行业作为国际关注重点,也是国内碳达峰、碳中和重点,钢铁行业在目前满足国民经济发展各种要素的情况下,钢铁行业相对来说是有条件可以率先达峰的行业,这是我们总体的判断。尽管这样,钢铁行业从达峰到深度脱碳到碳中和,最多也就35年的时间,挑战还是巨大的,因此低碳转型的时间紧任务重。


挑战二,根据目前发展来看,钢铁行业低碳技术、人才等基础能力太薄弱。根据企业发展状况,我们分了四个阶段,基础阶段、初级阶段、中级阶段和高级阶段,再细分为八个水平,从初级培训,配合碳数据核查,自主碳数据核算、摸清家底,初步开展低碳发展实践,有效地实施碳排放管理,制定低碳发展路线图和开展碳资源管理,与企业生产经营系统融合,到最后实现碳排放与经济发展脱钩。因此,从目前钢铁企业整体所处阶段来看,面临的矛盾非常大,大体从四个方面看,碳减排目标和技术创新能力相比严重不足;政策发展的要求和一系列配套政策仍然很不完善;原材料行业高质量低成本发展战略,和我们面临的节能降碳边际成本的日益提高形成一种大的矛盾;特别是国内外对生态文明的建设要求和人才能力建设严重不足,矛盾也是很大的,这是我们的挑战。


挑战三,不同企业发展水平参差不齐,不同企业的减碳成本也有差距。目前对企业绿色发展水平不同,降碳的空间也不同,存在减排成本也不同。低碳发展水平越好的企业,本身降碳空间小,完成降碳目标成本也最高。不同企业都会面临不同挑战,这是企业不同发展水平带来的不同挑战。


挑战四,是工艺流程优化面临很大挑战,前面讲了电炉流程相对来讲碳排放相对较小,长流程碳排放量大,但目前中国电炉电炉钢比例仅占10%,90%是高炉转炉流程,因此我国钢铁流程结构差异面临比较大的挑战,主要是目前电炉钢发展由于废钢资源、电价等各方面因素,电炉钢整体竞争力比较弱造成的。


挑战五,是绿色产品设计不足,这是很大的挑战。低碳发展对钢铁来讲,很重要的是绿色产品作为载体,目前这方面的差距太大了,这是我们的挑战。

钢铁行业低碳发展实践与探索


主要产钢国积极响应


全球主要产钢大国中,中国提出2060年前碳中和,印度目前没有提碳中和目标,日本提出2050年碳中和,俄罗斯也没有提,美国是2050年碳中和,韩国也提出2050年碳中和,巴西提出2060年碳中和。


从全球钢铁来看,2019年国际能源署发布了钢铁低碳技术路线图,短期最关键的还是传统工艺流程改进,特别是提高效率。从中长期来看,还是靠碳捕集CCUS的运用包括技术革命发挥巨大的作用,这是国际能源署对整个钢铁行业的描述。


欧盟对钢铁低碳技术路线图,主要通过废钢+氢能+CCUS。可见强调电炉钢比例很重要,欧盟2050年废钢比要达到60%。


美国钢铁低碳发展也是通过废钢加CCUS,特别是到2050年美国的电炉钢比例从现在的70%提高到90%以上,这是美国的思路。


印度钢铁低碳发展也是提出废钢加CCUS+氢能。


国际一些主要钢铁公司的低碳发展方面,全球产钢第二大的安米在2020年公布了实现碳中和的路线图,实现碳中和目标依赖两种突破性的技术,智能碳路线+直接还原铁的路线图。


瑞典钢铁行业是目前全球第一个实现“无化石燃料钢铁制造”价值链,它提出到2045年完全按照无化石能源路线,主要是直接还原铁、制氢单元、无化石燃料球团、储氢实现低碳发展。


韩国POSCO钢铁提出通过智能化、部分氢还原、废钢利用、CCUS、氢基冶炼实现低碳发展。


日本铁钢联盟COURSE50是通过焦炉煤气氢分离技术还原铁矿石和高炉煤气胺净化技术吸附分离捕集高炉二氧化碳,来实现低碳发展。


印度TATA钢铁提出到未来十年内将碳排放降低到30-40%,也是通过直接利用煤粉和粉矿的熔融还原技术加CCUS技术来实现低碳发展。


介绍国际情况后,我们看看国内钢铁企业低碳发展的情况。


宝武钢提出在2023年实现碳达峰,2035年实现减碳30%,2050年实现碳中和。并提出六种措施。


河钢集团提出2022年实现碳达峰,2025年实现碳排放量较峰值降10%,2030年实现降低30%以上,2050年实现碳中和,也是六个方面的措施。


包钢提出2023年力争实现碳达峰,2030年具备减碳30%的工艺技术能力,2042年力争碳减排较峰值降低50%,到2050年实现碳中和,提出四项措施。


最近鞍钢集团也提出了目标,2025年前实现碳达峰,2035年碳排放较峰值下降30%,成为首批碳中和的大型钢铁企业。


总体来讲,通过国内、国际分析带给我们启示,钢铁行业低碳转型势在必行,碳竞争是未来的核心竞争力,落实双碳目标要打好组合拳,低碳转型要走自己的创新路。从国家角度和企业角度来讲,低碳转型每个企业要做好自己,这是我们获得的启示。


我国钢铁行业实现碳达峰、碳中和路径思考


因为我国钢铁行业低碳转型阶段不同,但钢铁行业碳达峰、碳中和要按照国家统一部署,根据目前的研究分四个阶段,到2025年,从国家要求是深化重点领域的低碳行动,争取钢铁行业到2025年前达峰。国家是2030年前达峰,钢铁行业就要在第二阶段稳步下降,第三个阶段国家提出2035年稳中有降,钢铁行业要有较大幅度下降,国家提出2060年前碳中和,钢铁行业就要在这个阶段深度脱碳,这是国家低碳发展方案的阶段任务和钢铁行业的阶段任务。在这种状态下,结合上面的分析,冶金规划院从去年十一月起就在国家部委委托下开展了《钢铁行业碳达峰及降碳行动方案》,并提出了总体要求、主要措施和保障措施以及重点任务。我们从四个方面八个领域提出了降碳目标,这是在以前研究的基础上提出的钢铁行业低碳发展方案。


到底具体怎么做,大致六个方面。


1. 推动绿色布局,促进钢铁行业绿色发展。钢铁行业绿色布局非常重要,钢铁行业是一个大进大出行业,绿色布局低碳发展尤为重要。通过布局减少不必要的物流运输,从而降低碳排放。因此,优化产业布局对钢铁行业低碳发展非常重要,我们要高水平动态供需平衡,也需要优化布局。同时要加大绿色物流体系和推广产品全生命周期绿色产品。


2. 节能及提升能效,加快钢铁行业的低碳发展,首先要推广先进实用的节能低碳技术,千方百计提高钢铁企业的余能余热自发电率,同时要通过数字化、智能化全面提升节能和能效水平,如果钢铁企业焦化各工序配套齐全,钢铁企业的余热余能发电可以基本满足钢铁企业自身的用电。目前钢铁行业自发率为53%,通过提出的这些方向的努力,可以把钢铁企业的自发电率提高到60%以上,这就会对低碳发展起到非常重要的作用,目前钢铁企业自发电量高于三峡发电量,还有很大的潜力。


3. 优化用能及流程结构。一是能源结构优化,我们鼓励钢铁企业尽可能地利用自身条件,比如工厂屋顶太阳能发电和周边具备的风能发电,提高低碳清洁能源比例。二是原燃料结构优化,前面提出的更多地鼓励高炉利用球团,能够大幅度降低碳排放,同时更要鼓励废钢资源回收利用,三是促进电炉钢工艺发展,大幅度降低碳排放。四是产品结构优化,更多的发展低碳产品,促进全社会降低碳排放。


4. 构建更加高效的循环经济产业链,前面讲的钢铁企业和区域能源整合,钢铁企业和化工建材协同发展,促进相关产业和地区降碳,这个降碳潜力非常大。


5. 突破性低碳技术,氢还原技术、氧气高炉和非高炉冶炼,特别是碳捕集、利用和封存技术CCUS,这是今后降碳最重要的措施。


6. 同时还要强化制度建设和政策体系建设,包括建立减碳目标、通过碳市场促进发展、标准体系建设、绿色金融等等,低碳能力建设,这是整体涉及的钢铁碳达峰的领域和途径。


当然,我们几个方面所涉及的技术有上百项,还有未来开发的新的技术来促进行业低碳。对钢铁行业碳达峰期间,上述靠前面四个方面的技术就能有效地促进碳达峰,包括降碳,当然深度降碳必须要靠革命性的技术,所有这些需要制度建设来支撑。由于时间关系,每个环节的细节这里就不展开了,如何推动绿色布局等等,这与我们制定的产业政策各方面都是相关的。


钢铁布局应该在沿江沿海具有优势的地区,可以使用绿色物流,因为目前我国需要大量进口铁矿石等原材料,我过的钢铁消费也主要在沿海地区在更高水平的动态平衡方面,对今后企业发展的调整布局也都会对低碳产生重大影响,包括对产品全生命周期的评价,大量开发氢还原技术。


在节能和能效提升方面还有大量的先进适用的节能低碳技术还没有广泛应用,特别前面提到了钢铁自发电率,主要随着数字化和智能化能够进一步提升节能和能效水平。


在优化用能和结构方面,潜力仍然很大,如何提高球团矿生产比例,对我们降碳潜力也很大,包括鼓励电炉发展,比如徐州金虹钢铁的电炉钢冶炼时间能够控制在30分钟,这是世界最先进水平。今后,中国电炉钢达到徐州金虹这样的效率水平,就能够促进电炉工艺更好地发展。而且金虹钢铁还大量利用周边的太阳能和风能,努力做到碳中和。当然这是电炉钢企业,对高炉转炉钢企业有一定的困难,但我们在鼓励短流程方面,国家要出台更积极的政策,促进电炉工艺发展。同时要积极发展非化石能源,提高绿电比例等等。在构建绿色循环经济包括区域整合、资源整合方面,我们的钢铁、化工建材也有很多积极实践,未来还有更广阔的降低碳排放的空间。


在突破性技术方面,前面已经举了例子,一个是深度脱碳的氢还原、电解还原、氧气高炉及非高炉冶炼,还有CCS/CCUS。我认为在未来发展阶段,在氢还原、氧气高炉包括非高炉冶炼、CCS/CCUS是重点,这些技术在国内外都有大量的积极探索和实践,一定会推动整个钢铁行业进一步全面深度脱碳,这些就要靠新技术。碳捕集不仅钢铁行业需要,在煤电、化工、建材、有色金属行业都需要运用,因此各行业之间的相互学习,用碳捕集技术,促进相关行业的发展都会进一步促进低碳发展。


在制度建设方面,冶金规划院提出了“C+4E”的理念,C是提高碳生产效率,同时要通过能源节约、提高经济效益、环保和构建形成完整的钢铁产业生态链。今后我们要强化低碳发展理念,比如2020年中国GDP总量是100万亿,我们大约排100亿吨二氧化碳,我们能否在100亿吨碳排放的前提下,达到200万亿、300万亿GDP总量,在降碳情况下不断提高碳生产效率,这是我们要面临的挑战。我们不但不增碳,降碳的情况下,然后推动生产发展。冶金规划院提出了以提高碳生产效率为核心,兼顾节能、经济、环保和产业链,对于如何实现3060目标,必须强化低碳统领发展,要以低碳重塑钢铁工业发展新格局,关注三大趋势,数字智能化趋势、技术革命趋势、绿色低碳协同趋势,当然需要五大支撑,金融支撑、税收支撑、碳市支撑,同时要加强国际合作,强化低碳标准引领发展。这是我们提出的一些理念。以这些理念来促进制度建设,完善政策的保证措施,促进行业和社会进步。


在提出制度建设方面,提出了一个目标和八个支撑体系,即C+4E目标,技术支撑体系、碳交易支撑体系、低碳经济支撑体系、数字化支撑体系、标准支撑体系、竞争力支撑体系、能力建设支撑体系和绿色金融支撑体系。制度设计就要围绕提高碳生产效率为核心,支撑行业、企业、社会共同发展。


最后谈一些实践。钢铁行业总结的这些方面不是简单地描画未来。在绿色布局方面我们做了大量的实践,比如淘汰落后产能,取缔“地条钢”,推动清洁方式运输,开展绿色产品评价。在节能与能效提升方面,钢铁行业长期开展了先进节能低碳技术推广,钢铁行业的节能减排技术进步比较快,包括一系列的先进技术,促进了钢铁行业的能效大幅提升,碳减排的下降,更主要是通过智能管控体系来提高能效,通过实施能源管控不断升级,能源管控配套设备达到80%,下一步不断提高管控水平,进一步优化管控体系,系统的而不是简单靠一个环节、靠技术、管理、工艺,我们要系统的节能和提高能效。


在工艺流程方面,随着废钢政策不断优化,这几年废钢增加比较多,长流程向电炉流程转变,但又要反对一窝蜂现象,应该有序的转,除了大的工艺结构流程转变,生产结构流程,比如我们实现的连续化、紧凑化、减量化,包括智能物流等等一系列的优化,包括大型设备改造都在不断地降低能耗,减碳,已经有很多这样的实践。


在构建循环经济产业链方面,钢铁企业已经做了很多实践,冶金规划院为鞍钢做的循环经济发展规划获得了国家工程咨询一等奖。钢铁行业在循环经济方面已经有了很多的实践,比如首钢京唐开展的以转炉煤气为原料生产燃料乙醇,达钢焦炉煤气制甲醇,山西立恒以转炉煤气为原料生产乙二醇等等。钢铁行业已经在循环经济方面做了大量的实践,需要不断地总结已有实践,促进今后的发展。


在夯实基础能力方面,国家在2013年开展了钢铁企业温室气体排放核算方法与报告指南,2015年温室气体排放核准与报告要求,2016年钢铁纳入全国碳交易市场第一阶段8个重点行业之一,2020年国家要开展统一碳市场,钢铁行业会陆续纳入,到目前为止已经明确了碳排放核算方法学,并在此基础上升为国家标准;摸清家底方面,组织企业开展企业碳排放监测/报告/核查工作,全国约1/7粗钢企业已经纳入碳市场试点交易,为国家统一碳市场奠定基础,为碳交易打下一定的基础。


在数字化支撑体系方面,强化生产控制,提高劳动生产率,智慧能源系统和碳排放智能管控平台已经有了一定的基础,为下一步发展提供支撑体系。


标准化支撑体系方面,国标委发布2021年全国标准化工作重点,研究起草“碳达峰”标准化行动计划,健全支撑碳达峰标准体系,加快修订碳排放管控标准体系,冶金规划院参与了一系列的钢铁低碳标准的制定,促进行业更好的低碳发展打造基础。


整体来讲,碳达峰、碳中和挑战巨大,当然不能因为挑战大放慢脚步,急不得,也慢不得,总之要科学规划,分步实施,促进行业健康发展。


如何做好顶层设计,着力解决发展不平衡、不充分问题,特别是针对不足的问题,应该拓宽存量潜力,加快创新技术工业化实践,同时夯实政策及技术支撑体系,完善标准体系,提高技术创新研发水平,不断降低减排成本,企业要生存,成本过高也不利于企业后续竞争,完善管理体制机制,不断夯实专业化基础能力建设。


冶金规划院促进钢铁行业低碳发展实践


正是基于冶金规划院在促进钢铁行业低碳发展实践,才有了上述的认识。冶金规划院是最早从事冶金行业低碳研究的权威机构,从2000年开始,就持续针对钢铁行业低碳发展“热焦难”问题开展专项研究,全程参与了近年来钢铁行业的一系列重大低碳领域政策、标准制定及前沿技术跟踪工作。特别是从2005年起率先开展针对全国200万吨以上钢铁企业的碳核算工作,率先在钢铁行业碳核算方法学、碳配额分配技术方案、减排路线图、减排成本分析等方面建立了完善的研究体系,为发改委、生态环境部、工信部钢铁行业碳达峰及降碳转向行动计划编制及全国统一碳配额分配方案制定的支撑机构。


在推动标准及规范发展方面,目前全面完成了现有的钢铁焦化生产企业碳核算方法学研究工作,并将研究成果上升为标准,同时,也率先在工业领域编写“钢铁企业碳平衡计算方法”“钢铁企业碳箭牌成本计算方法”等方法学标准。


在推动低碳技术应用方面,开展了《中国钢铁行业节能减排技术筛选》《中国应对气候变化技术需求评估项目》《国际背景下我国钢铁行业减排核查关键技术研究示范》等一系列专项研究工作,梳理形成冶金行业低碳技术清单,率先全面开展了低碳技术减排成本的测算工作。我们不仅要有减排量,而且要有减排成本概念。


包括国家和行业层面做了很多工作,时间关系不展开讲了。在2018年冶金规划院完成的《钢铁企业节能低碳指标体系及应用》获得中国节能协会节能减排科技进步一等奖等等。


在国家行业层面,冶金规划院还承担了两大重要的工作,工业部准备成立原材料行业低碳联盟,联盟秘书处就放在冶金规划院。目前我们正在全方面征集原材料行业二十大低碳技术,工信部函是2021 189号文,推进前沿引领颠覆性创新低碳技术的研发,委托我们开展评审工作。宝武集团建立了全球低碳冶金联盟,秘书处也放在冶金规划院。正是我们有这些基础,才能够为行业和企业做更多的服务,同时冶金规划院和相关单位共同申请建立了“碳排放管理员”体系,促进更好的低碳发展。


在地方层面,冶金规划院为很多地方政府做了大量的碳减排专项规划,包括为唐山、邯郸、武安、日照等开展低碳规划工作。


在企业层面,冶金规划院为钢铁企业完成了上百项“十四五”低碳规划专篇和低碳发展战略专项规划,为中国宝武、首钢股份、鞍钢、沙钢等四十余家企业做了专项碳达峰发展规划专项,而且还开展了一系列的低碳培训,上百家企业的培训工作,目前钢铁行业的碳排放全过程管控评估体系建设,我们已经建立了智能化数字化的管控平台,不仅指导碳排放量总量、排放环节、而且碳减排成本核算等等,更重要是快速行动,目前为六十多家钢铁企业开展了碳达峰行动方案。


最后强调一下,碳达峰、碳中和是非常复杂的系统性工程,不是简单的节能环保问题,它是发展方式的问题,因此需要一系列的专业来做支撑,冶金规划院是我国或者世界少有的冶金行业配套齐全的专业化机构,低碳转型是一项系统工程,没有专业做支撑很难完成行业企业包括国家的碳达峰碳中和行动方案,目前我们已经形成了非常有效的工具,帮助数十家不同规模、不同类型钢铁企业开展碳达峰及低碳发展行动计划,科学谋划低碳发展路径,包括帮助企业落实碳达峰、碳中和工作,正是因为这些工作才能促进钢铁行业今后更好的发展。


由于时间关系,我就给大家汇报这么多,不当之处欢迎大家批评指正。总之一句话,冶金工业规划研究院全力以赴服务好政府、服务好行业、服务好企业,助力钢铁行业更好的发展。谢谢大家!