浅谈低碳经济背景下钢铁企业的发展思路

□ 李艳艳

一、研究背景

1.低碳经济概念

低碳经济指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。其特征是以减少温室气体排放为目标，构筑低能耗、低污染为基础的经济发展体系，包括低碳能源系统、低碳技术和低碳产业体系。

2.气候变化问题引起全球重视

气候变化是人类可持续发展面临的最大威胁，20世纪80年代以来，人类逐渐认识并日益重视气候变化问题。为应对气候变化，全球已建立起以《联合国气候变化框架公约》（1992年5月9日通过）、《巴黎协定》（2015年12月12日通过）等正式法律文件为重要支撑的较为完整的政策体系。其中《巴黎协定》明确提出到21世纪末，将全球平均温升保持在相对于工业化前水平2℃以内，并为全球平均温升控制在1.5℃以内付出努力，以降低气候变化带来的风险与影响。但是目前“自主贡献”的力度仍旧不足以实现控温目标，需要各国加大行动力度。2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话提出，中国将提高国家自主贡献力度，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。这体现了我国将携手世界积极应对气候变化这一巨大挑战的坚定决心，也彰显了我国在构建人类命运共同体上的大国责任与担当。

3.钢铁工业低碳发展的必要性

根据《中国气候变化第三次国家信息通报及第二次两年更新报告》显示，2010—2014年我国温室气体排放总量中，能源活动是最大的排放来源，2014年约占我国全部二氧化碳排放的85.4%，而在能源活动中化石能源又占重要地位。钢铁工业属于典型的资源、能源密集型行业，所需燃料主要来源于化石能源，是能源消耗和二氧化碳排放大户，因此是实现“双碳目标”的关键性领域。钢铁行业的能源消耗和二氧化碳排放仅次于电力行业和水泥行业。因此，研究低碳经济背景下钢铁企业的发展思路，对于实现减碳目标有着重要意义。

二、钢铁工业现状

1.长流程生产结构占据主导地位

钢铁生产流程主要有2种，一是以矿石为主要原料的高炉-转炉长流程生产结构，二是以废钢为主要原料的废钢-电炉短流程生产结构。我国钢铁生产以长流程生产结构为主。据统计，2020年中国粗钢产量约10.65亿吨，其中采用长流程生产结构生产的粗钢占比约91%，采用短流程生产结构生产的粗钢占比约9%。究其原因主要有2个方面：一方面，目前我国为发展中国家，社会废钢资源比较紧缺，2018年我国粗钢产量约9亿吨，废钢供给量约2亿吨，预计到2030年废钢供给量将达到3亿吨，不足以支撑我国作为钢铁大国对于废钢量的需求；另一方面，长、短流程生产结构的成本差异较大，一是铁前系统原燃料成本有差异，二是钢后系统由于转炉炼钢和电炉炼钢的生产工艺不同造成了成本差异（比如，电炉生产的电耗、电极成本均比较高，而转炉炼钢是负能炼钢）。

2.能源消费结构以煤为主

按照《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南》中的相关规定，企业二氧化碳排放总量的计算方法为：企业边界内所有的化石燃料燃烧排放量、工业生产过程排放量及企业净购入电力和净购入热力隐含产生的二氧化碳排放量之和，再扣除企业固碳产品隐含的排放量。据统计，其中化石燃料燃烧排放量占比最大，为80%～90%；其次是工业生产过程产生的排放量，为5%～7%；净购入电力、热力带入的碳排放量约为5%；固碳产品碳排放量最少，为1%～2%。因为钢铁企业原燃料消耗中对于煤和焦炭的需求量占比最大，所以煤和焦炭的碳排放量占比最大。

目前，钢铁企业供电量基本由两部分构成：一是利用企业的余热、余压及富裕煤气等余能自发的电量，二是从国家电网外购的电量，并且以外购电作为主供电方式。虽然目前国家不断出台相关政策，引导有需求的用户购买、使用绿色电力，但是由于绿电能源技术未成熟、电力供应不稳定且成本较高等原因，仅有极少部分企业尝试使用了少量绿电能源。因当前国家电网基本采用火电，全国火电二氧化碳排放强度约为838 g/kWh，华东区域约为691 g/kWh，所以企业从国家电网外购的电力中将带入大量二氧化碳排放指标。

3.能源利用效率有待提升

4.低碳技术的应用处于摸索阶段

低碳技术是钢铁工业实现碳减排的重要抓手，近年来我国钢铁工业对低碳技术的研发和普及也比较重视。目前，已有企业尝试在个别项目中应用相对成熟的低碳技术，如宝武集团的八钢氧气高炉工业试验项目、首钢京唐高比例球团冶炼项目、江苏南京钢铁公司的光伏电站项目等。另外，中冶赛迪公司作为冶金建设国家队的领跑者，可为钢铁行业提供超级电炉技术、氢冶金技术、气基竖炉直接还原等新技术，同时碳捕集利用储存（CCUS）技术也在摸索推进中。

三、钢铁企业低碳发展思路

1.领导重视，全员参与

首先，面对当前严峻的生态环境形势和未来钢铁低碳发展的艰巨任务，企业领导必须更加重视低碳发展的顶层布局，加快推动企业转型升级步伐，包括全面推进技术升级、产品升级、管理升级和效率升级，加快成立企业的低碳管理部门、开展企业低碳发展规划。

其次，是加强宣传引导，让干部和员工清楚企业的发展战略、发展目标、发展路径和相应举措，让低碳发展理念深入每位员工的内心，激励员工将低碳发展的行动落实到日常工作和生活中，主动担起低碳发展的责任，自觉做低碳发展建设的参与者和实践者。

2.总体规划，统筹推进

按照国家、行业及地区的相关政策要求，制定合适的减碳、降耗目标，全面梳理钢铁行业应对气候变化的技术清单。以减碳、降耗目标为中心，在摸清自身能耗家底和二氧化碳排放家底的前提下，结合企业的发展阶段、发展特点及外部环境，规划其减碳、降耗路径，并采用分阶段、分步骤的方式实施，努力完成企业减碳、降耗目标。

此外，企业需要与时俱进，通过加强对外交流合作达到拓展视野的效果，包括重视与政府部门的良好互动、与国内外先进的低碳研究院交流合作、与国内优秀的大型钢铁咨询公司和国内外优秀钢铁企业进行技术交流、与上下游产业链相互沟通，通过全方位、多视角的方式推进企业低碳发展目标的实现。

3.挖潜能效，全面提升

提升能源利用效率是在企业现有生产装备设施条件下，开展减碳、降耗最直接的方法手段，主要包括3个方面的工作：一是系统梳理各工序的能耗现状，包括能耗总量、工序能耗、采用的节能减排技术，以及效果、目前存在的短板和可以提升的点位；二是根据企业的能耗现状，对标政策要求、行业标准、相关规定及先进企业的相关指标，明确企业所处的位置，是先进、平均还是较落后的水平，据此发现企业节能空间并挖掘节能潜力；三是结合企业发展目标、自身特点、节能减排技术，以节约能源为基本出发点，规划相应的节能、减排方案，从而实现减排目标。

4.调整结构，极致减碳

因钢铁企业排放的二氧化碳主要产生于消耗的焦炭、焦粉及各种煤等化石燃料燃烧，所以钢铁企业要发展低碳，调整生产流程结构、调整能源结构、降低化石能源消耗应该是企业持续努力的方向。

一是调整生产流程结构。短流程生产结构相比长流程减少了焦化、烧结、球团及炼铁等生产工序，所以其综合能耗指标、碳排放强度指标都要低于长流程生产结构。据统计，我国长流程生产结构的钢铁企业吨钢二氧化碳排放量约2.2 t，使用废钢的短流程生产结构的企业吨钢二氧化碳排放量约0.8 t，减碳效果近64%。若还原气全部采用氢气后，DRI短流程吨钢碳排放量可降低至0.43 t。钢铁企业可结合自身情况适当发展废钢-电炉短流程炼钢工艺，同时寻求生产所需的废钢资源或废钢替代品和低价电力资源。

二是调整能源结构。当前紧缺的能源、碳排放指标和环境硬约束条件，倒逼钢铁企业加快调整能源消费结构，包括淘汰落后产能，应用包括球团带式焙烧工艺、高炉大球团比、高炉大富氧率、转炉大废钢比等先进生产工艺，发展氢冶金技术，等等。另外，钢铁企业还需开发利用新能源和可再生能源。如南方某钢铁企业，一方面利用厂区闲置厂房屋面、厂区空地尝试建设分布式光伏电站，有效减少了企业外购电力； 另一方面，又试图选取厂外周边具有大量风电场的陆地或沿海滩涂等地，通过投资、参股建设集中式风电或采用市场化交易的方式外购绿电电源，进一步减少通过外购电力带入的二氧化碳排放量，最终实现企业的全绿电供应。我国部分钢铁企业也在太阳能、风能等利用方面进行了有益的尝试，包括有条件的企业应用太阳能发电路灯作为厂区照明设施等。

5.以低碳技术为减碳抓手

（1）低碳高炉技术

炼铁工序是钢铁工业的主要碳排放工序（占钢铁全流程的85%），在未来较长一段时间内，我国乃至全球钢铁生产仍将以高炉-转炉的长流程生产工艺为基础，因此低碳高炉技术对于支撑我国钢铁工业低碳发展具有重要意义。目前，国内宝武集团、中冶赛迪、北京科技大学、东北大学等企业、高校纷纷开展低碳技术研究，其中低碳高炉技术主要包括高炉富氢喷吹（天然气、焦炉煤气、氢气）、炉顶煤气循环氧气高炉、高炉大球团比冶炼等。已经实施的项目有Thyssenkrupp高炉喷氢项目、韩国POSCO氢还原炼铁工艺、德国迪林根-萨尔钢铁高炉喷吹焦炉煤气项目、日本COURSE50项目、欧盟ULCOS项目、宝武集团八钢氧气高炉工业试验项目、首钢京唐高比例球团冶炼项目等。

（2）气基竖炉直接还原技术

气基竖炉直接还原炼铁工艺是钢铁生产短流程的基础，气基竖炉直接还原代表当今世界非高炉炼铁的主流工艺，年总产量占世界直接还原铁产量的近80%。实现大规模工业化生产的气基竖炉技术有MIDREX和HYL等，其中MIDREX竖炉生产的海绵铁产量占总生产量的60%以上，其显著特点是单套设备产量大、不消耗焦煤、低能耗、低二氧化碳排放，关键是对环境比较友好。

（3）超级电炉技术

该技术是中冶赛迪研究开发的超级电弧炉技术，主要解决传统电炉钢水成本处于盈亏点附近、生产效率比转炉冶炼低、生产过程对厂用电力网络环境不友好、有效作业时间低等关键问题。该电炉为新一代的绿色、节能、环保型超级电弧炉，在提高生产效率、降低电耗和电极消耗、提升金属收得率、控制粉尘含量等方面相比于常规电弧炉均有较大的优势，目前已在四川某钢厂投入使用。

（4）CCUS技术

与低碳冶金技术不同，碳捕集、利用与封存（Carbon Capture，Utilization and Storage，简称CCUS） 技术是将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现二氧化碳永久减排的过程，属于新兴的、具有大规模二氧化碳减排潜力的技术。目前，我国的CCUS示范项目整体规模小且成本高，未来随着捕集分离技术的成熟、成本的降低，二氧化碳驱油驱气有望成为钢铁工业大幅度降碳的重要手段。

6.智能化与信息化为低碳发展保驾护航

目前，各钢铁企业按照传统体系架构建立的基础自动化与信息化系统，虽然能较好地满足全公司的生产管控要求，但是依旧存在产线操作集中度和协同度不够，全厂各类信息系统繁多并存在系统不兼容、信息共享困难的情况，很难有效发挥数据价值，导致生产智能分析和智能决策难以实现。目前，随着工业互联网、物联网、云计算、大数据等新技术的涌现，钢铁企业应面向产品全生命周期，以降本增效、高效协同为中心，通过在企业内部建立工业互联网平台和集控中心，以及应用智能装备和机器人等，将新技术与全供应链进行深度融合，联动多工序系统，打通各信息数据系统的孤岛，提高生产节奏，降低能源消耗，助力企业实现碳排放目标。

四、结束语

如今，人类已意识到温室气体排放引起气候变化是全球性问题，积极应对气候变化、践行低碳发展已成为全球关注的焦点和世界各国的共识。低碳经济将会成为全球未来经济长期发展的倡导模式。钢铁工业作为能源资源密集型产业，也是二氧化碳排放的大户。据统计，全球钢铁碳排放量占全球能源系统排放量的7%左右，其中我国钢铁碳排放量超过全球钢铁碳排放量的60%。因此，我国钢铁工业低碳发展将对全球二氧化碳减排具有重大影响力。发展钢铁行业低碳技术是贯彻落实《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》 《2030年前碳达峰行动方案》 《“十四五”原材料工业发展规划》 《三部门关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》等系列政策文件和重要讲话精神，以及我国深度参与全球气候变化治理、打造人类命运共同体的必然要求。为了建设生态文明和美丽地球，低碳发展将是钢铁工业持续努力的方向！