何耿生 朱浩骏 陈晖

南方电网能源发展研究院有限责任公司

01

建设新型电力系统将促进钢铁行业碳减排

“双碳”目标下新型电力系统建设将助力用能侧碳减排。面对全球气候变化带来的严峻挑战，中国向国际社会庄严承诺了力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标。随着新能源占比的逐步提升，电力领域减排潜力巨大。构建新型电力系统是充分挖掘电力用户碳减排潜力的重要抓手，一是以电力直接消费替代一次能源消费从而减少碳排放，二是逐步下降的度电碳含量将进一步降低电力消费的碳排放。

钢铁行业是工业领域第一大碳排放行业，碳减排潜力巨大。统计数据显示，2019年中国钢铁行业碳排放量约为15.4亿吨，在工业行业碳排放量中位列第一，占全国工业碳排放量的47%，占全国碳排放总量18%左右。当前，钢铁行业也在推进碳减排技术的发展。钢铁行业已有成熟的低碳发展技术路线—短流程炼钢技术（即电炉短流程炼钢技术），生产每吨电炉钢产生碳排放约0.39吨，远低于长流程炼钢技术的吨钢碳排放（约1.68吨）。中国2019年电炉钢产量约占总产量的10%，而欧、美等地区电炉钢占比约为60%，国内电炉钢比例存在较大的提升空间，碳减排潜力巨大。

随着新型电力系统建设进程的推进，电气化水平将逐步提升、全社会度电碳含量将逐步降低，低碳电力将加速替代钢铁行业的化石能源消费，并有效降低钢铁行业电力消费的间接碳排放量，因此，新型电力系统建设将成为促进我国钢铁行业碳减排的关键因素。当前，亟需在电力视角下，对钢铁行业碳减排潜力进行研究分析，为推动钢铁行业碳达峰碳中和提供科学支撑。本文将以广东省钢铁行业作为测算研究对象，基于钢铁产能预测数据、发用电预测数据、钢铁行业工艺数据等，结合广东电力清洁转型进程，采用系统动力学模型，量化模拟钢铁行业各工序的能耗及碳排放，深入分析电力助力钢铁行业碳减排的潜力。

02

钢铁行业发展趋势研判

（1）预计广东钢铁产量“十五五”时期达峰，峰值约3680万吨

2022年1月，工业和信息化部、国家发展改革委、生态环境部联合印发《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》，提出确保钢铁行业2030年前碳达峰。当前我国粗钢需求尚处高位。结合国家钢铁行业碳排放达峰整体部署，参考国家钢铁中长期需求并结合广东经济发展趋势，预计广东粗钢产量在“十五五”期间达到峰值，约3680万吨，2035年将下降至3300万吨左右。

（2）广东短流程炼钢占比远高于全国平均水平，预计2035年占比增至46%左右

2022年7月，工业和信息化部、国家发展改革委、生态环境部联合印发《工业领域碳达峰实施方案》，明确提出2025年、2030年全国短流程炼钢占比分别达到15%、20%。2020年，全国钢铁行业短流程炼钢占比仅9.2%左右，广东钢铁行业短流程炼钢占比高达31.3%，是全国钢铁行业平均水平的3倍以上。预计2035年，广东短流程炼钢产量将达到1533万吨，占总粗钢产量比重46%左右，较2020年提高约15个百分点。

（a）长流程

（b）短流程

图1  2020—2035年广东长/短流程炼钢粗钢产量测算

（3）预计广东钢铁行业能耗总量在“十四五”进入峰值平台期，能耗峰值约1570万吨标准煤，2030年、2035年能耗水平较峰值分别下降约8%和20%

据测算，广东钢铁行业能耗在“十四五”期间仍将维持较高水平，峰值约1570万吨标准煤，到2030年、2035年将分别降至1438万吨标准煤、1253万吨标准煤。预计，2035年，长流程炼钢能耗将从2020年的1465万吨标准煤降至1122万吨标准煤，其电力消费将由2020年的173万吨标准煤降至132万吨标准煤；短流程炼钢能耗将从2020年的91万吨标准煤增至131万吨标准煤，其电力消费将由2020年的73万吨标准煤增至106万吨标准煤。

图2  2020—2035年广东钢铁行业能耗测算

（4）至“十五五”前期，广东钢铁行业碳排放将处于峰值平台期，年均排放量4100万吨左右

“十四五”至“十五五”前期，预计广东钢铁行业碳排放将维持峰值平台期水平，年均碳排放在4100万吨左右。“十五五”后期开始，广东钢铁行业碳排放将快速下降，到2030年、2035年分别降至3688万吨和3083万吨。

03

电力视角下钢铁行业碳减排潜力评估

钢铁行业电力碳减排潜力评估主要是量化测算各生产环节电能消耗情况，结合新型电力系统建设进程中度电碳含量变化趋势，对钢铁生产流程电力相关碳排放进行细化拆分建模测算。以2020至2035年的广东省钢铁行业为评估对象，基于系统动力学模拟仿真结果，量化测算电力视角下广东钢铁行业的碳减排潜力。

（1）电力在钢铁行业节能减碳过程中的作用愈发明显，2035年广东钢铁行业电耗在总能耗的占比将达到19%左右，较2020年增加约3.2个百分点

通过对长、短流程炼钢工艺进行工序电耗分析，发现长流程炼钢吨钢工序电耗占总能耗不到10%，短流程炼钢吨钢工序电耗占总能耗80%左右。短流程炼钢产量在总粗钢产量的占比增长将显著提升炼钢电耗占总能耗的比重，电力在钢铁行业节能减碳过程中的作用愈发明显。根据测算，2020年，广东长流程炼钢能耗1465万吨标准煤，电耗173万吨标准煤；短流程炼钢能耗91万吨标准煤，电耗73万吨标准煤，钢铁行业电耗占比约为15.8%。预计2035年广东钢铁行业短流程炼钢占比将提升至约46%，钢铁行业电耗占比将达到19%左右，较2020年提升约3.2个百分点。

（2）广东钢铁行业电能替代空间较大，2020至2035年实施电能替代可实现替代化石能源2280万吨标准煤

短流程炼钢工艺通过提升吨钢电耗占比，可实现对钢铁行业化石燃料的清洁替代。通过开展短流程炼钢占比对钢铁行业能耗总量的影响分析，预计2020年至2035年广东钢铁行业累计电能替代可实现替代化石能源2280万吨标准煤。

 

图3  2020—2035年广东钢铁行业电能替代空间测算

（3）广东省电力清洁化水平持续提升，预计2035年度电碳含量较2020年下降约38%

参考广东省中长期电力规划，广东省非化石能源发电量占比将逐步提升，预计2035年广东火电发电量占总发电量40%左右，度电碳含量较2020年下降约38%。

（4）自2020年至2035年，广东钢铁行业电力碳减排潜力累计约7000万吨，为广东钢铁行业累计碳排放总量的11.5%

综合考虑电能替代与度电碳含量下降，预计2020年至2035年，广东钢铁行业电力碳减排潜力累计约7000万吨，为广东钢铁行业累计碳排放总量的11%左右。其中，通过电能替代减少的化石能源消费，相当于减少直接碳排放约1600万吨；通过电力清洁低碳转型，可减少间接碳排放约5400万吨。

图4  2020—2035年广东钢铁行业不同场景碳排放测算

04

电力助推钢铁行业碳减排发展建议

一是研究探索电碳监测技术在钢铁行业的应用场景。充分发挥电力企业的技术与数据优势，开展钢铁行业度电碳含量数据的动态测算，研究构建基于电碳监测结果的需求响应技术，为激励钢铁企业动态调整生产计划、促进生产过程碳减排提供支持。

二是深度推进钢铁行业电气化进程。在重点推进短流程炼钢技术的基础上，强化绿氢冶金等先进技术的研发储备，拓宽钢铁行业电气化实施路径，深度推进钢铁行业电气化进程，充分发挥电力在推进钢铁行业碳减排进程中的关键作用。

三是提升全社会电力清洁化水平。逐步优化电源结构，积极引入外部清洁电力，持续提升电力清洁化水平，从源头上降低电力领域的碳排放及全社会度电碳含量，充分释放钢铁行业用电碳减排潜力。

四是健全绿电交易、环境产品互认机制，激励钢铁行业碳减排。从市场机制设计层面，完善绿色电力交易机制，探索环境产品互认机制，鼓励钢铁企业通过购买绿色电力抵扣自身电力间接碳排放，通过市场化手段激励钢铁行业碳减排。

编辑 黄燕华 潘秋杏

审核 冯洁