范鐵軍:“雙碳”目標下我國鋼鐵能源轉型變革之路

文章來源:中國冶金報碳交易網(wǎng)2022-05-26 08:52

未來能源“通用”階段——聯(lián)通共享

 
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(xiàn)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(chǎn)高品位熱能的碳排放無法通過電能替代實現(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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(xiàn)低碳甚至“零碳”排放的最佳途徑。同時依靠“互聯(lián)網(wǎng)+”加快能源數(shù)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(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。
 
 
結論與建議
 
碳達峰碳中和“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(chǎn)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(xié)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(chǎn)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(xiàn)低碳甚至“零碳”排放的最佳途徑。同時依靠“互聯(lián)網(wǎng)+”加快能源數(shù)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(xiàn)能源系統(tǒng)聯(lián)通共享。
 
對于鋼鐵企業(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(xiàn)能源轉型高質量發(fā)展。
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