2024年“双碳”目标下加快工业领域终端电气化专题报告——钢铁行业.pdf

专题报告“双碳”目标下加快工业领域终端电气化 钢铁行业电力圆桌项目课题组2024年11月电力圆桌项目电力圆桌（全称电力可持续发展高级圆桌会议）项目于2015年9月启动，旨在紧扣应对气候变化、调整能源结构的国家战略，邀请业内专家和各利益方参与，共同探讨中国电力部门低碳转型的路径和策略。通过建立一个广泛听取各方意见的平台机制，电力圆桌将各方关心的、有争议的、目前决策困难的关键问题提交到平台讨论，选出核心问题委托智库开展高质量研究，并将研究成果和政策建议提交到平台征求意见，从而支持相关政策的制定和落地，推动中国电力行业的改革和可持续发展，提高电力行业节能减排、应对气候变化的能力。项目课题组中能世通（北京）投资咨询服务中心中能世通（北京）投资咨询服务中心（简称“中心”）成立于2008年，是一家非盈利性研究机构。中心以国家能源战略思想和战略方针为主线，积极开展政策咨询、课题研究、行业分析、项目评估、技术推广、案例开发、项目对接等综合性服务，为新能源与节能减排行业的投资发展搭建一流的综合性服务平台。主要研究方向包括应对全球气候变化、减少温室气体排放、提高能源使用效率、推广节能减碳领域的技术与商业模式、提高财政资金使用效率、推动绿色投资与绿色金融等领域。Cover Image Freepik所使用的方正字体由方正电子免费公益授权“双碳”目标下加快工业领域终端电气化 钢铁行业Promote Terminal Electrification in Industrial Sector under Dual Carbon Goals:Steel Industry2024年11月|i|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化目 录执行摘要.11.“双碳”目标下工业领域终端电气化发展分析.41.1 工业领域能源需求与减碳效益分析.41.2 不同行业电气化发展潜力分析.61.3 推动工业电气化发展的措施.82.钢铁行业电气化发展现状及路径分析.102.1 钢铁行业现状：生产消费、能源消耗与低碳发展分析.102.2 国内外钢铁行业低碳发展技术路径分析.152.3 我国钢铁行业电气化发展技术路径分析.173.钢铁行业电气化潜力分析.203.1 钢铁行业电气化发展测算方法.203.2 钢铁行业电气化发展关键参数设定及不确定性分析.233.3 钢铁行业电气化发展综合效益.293.4 钢铁行业电气化发展战略目标及实施策略.364.钢铁行业电气化发展建议.39参考文献.42作者与鸣谢.43“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|1|执行摘要实现“双碳”目标是一场从能源革命到产业革命的深刻变革。“双碳”目标下加快建设新型能源体系，能源结构将发生根本性变化，电力将逐渐成为主要的能源消费品种。作为工业发展的基础，能源结构的变革势必深刻影响工业生产体系。我国工业领域经过数十年的发展，已经形成了以化石能源为主、相对固定的生产工艺体系，而未来要更好地适应新型能源体系，工业终端必须转向以绿电为核心的新型工艺体系。“十四五”时期，我国生态文明建设进入了以降碳为重点战略方向的关键时期，提出从“能耗双控”逐步转向“碳排放双控”，打破了“能耗双控”对可再生能源利用的约束，也倒逼企业加快电气化发展。工业领域贯彻“节能优先”战略，加快终端电气化发展，既可以充分挖掘需求侧灵活性资源，促进新能源的消纳，也有利于实现“能-碳-电”协同优化，推动工业领域高质量发展。钢铁行业作为传统行业的典型代表，在我国的现代化进程中承担着重要使命，但目前电气化率较工业平均水平低10个百分点以上。以长流程生产工艺为主导的生产体系也使钢铁行业成为我国碳排放量最高的制造业行业，正面临着“能-碳-电”协同优化变革的挑战。钢铁行业涉及面广、产业关联度高、消费拉动大，生产过程具有多工序、众参数等特性，先行先试促进钢铁行业电气化发展，不仅有利于钢铁行业实现可持续的高质量发展，也有利于探索构建“钢-化-建-能”一体化新型智慧生产体系，推动钢铁行业与电力、建材、石化化工、有色金属等传统行业的耦合发展，是工业电气化发展的重中之重。|2|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化为此，本研究以国家战略为引领，在剖析工业领域电气化发展现状和趋势的基础上，聚焦钢铁行业，基于钢铁生产全流程的主要用能形式和工艺，系统分析钢铁行业电气化发展可行技术，测算钢铁行业电气化发展潜力，提出不同目标、不同阶段下钢铁行业电气化发展战略和技术路径。课题组预计，通过能源替代、原料替代和综合技术应用，电炉钢、氢冶金和基于二氧化碳资源化利用的炼钢技术（简称“CO2炼钢”）等先进工艺推广，废钢资源和铁矿石高效利用，数字化管理水平提升，电力供应清洁低碳化等措施，钢铁行业有望实现以下目标：2030年，电气化率提升至14%，碳排放量较2022年将减少15%；2050年，电气化率提升至46%，碳排放量较2022年将减少85%；2060年，电气化率提升至57%，碳排放量较2022年将减少95%。年年年年总体发展产量电气化发展产品废钢资源量铁矿石进口能源消费量碳排放量（基于年）电力消费量电气化率关键技术电炉炼钢氢冶金炼钢智能制造及智能化解决方案电力供应余热发电可再生能源亿吨亿吨亿吨亿吨电网接入亿吨亿吨亿吨亿吨对外依存度约对外依存度铁矿石基本实现自给铁矿石对外依存度亿吨亿吨亿吨亿吨亿吨降低降低降低以初级产品为主高端产品供给能力增强品种和质量提档升级以高端产品为主高端产品供给能力持续提升亿亿亿亿关键工序数控化率生产设备数字化率智能制造系统解决方案得到推广应用关键工序数控化率生产设备数字化率达到岗位机器换人率达到关键工序数控化率达到生产设备数字化率达到岗位机器换人率达到需求侧响应能力图 1“双碳”目标下钢铁行业电气化发展战略及技术路线图钢铁行业电气化发展是一项复杂的系统工程，需要解决可再生能源利用不足、电能替代和能源替代技术推广力度不够、废钢管理体系不完善等问题。为打破政策引领、技术工艺、资源保障、能源保障、市场机制等方面的约束，需要政府、企业、科研机构、金融机构等多方面的协同合作。为此，课题组提出以下建议：“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|3|（1）完善钢铁行业电气化发展顶层设计及配套政策。将电气化发展纳入钢铁行业碳达峰碳中和整体规划，明确以降碳为导向的钢铁行业电气化发展短期和中长期目标及路径，制定钢铁行业电气化发展的“两图一表”，科学设定时间表、路线图、施工图，指导企业开展电气化发展行动。同时，结合不同阶段钢铁行业电气化发展重点，完善配套政策，强化对钢铁行业电气化发展的支持。（2）加快钢铁行业电气化发展核心技术的创新研发和推广应用。对成熟的电气化技术，将其纳入转型金融支持目录，鼓励以企业为主体加快开展试点示范、产业化应用和迭代升级，创新中长期甚至超长期的金融工具支持项目落地实施。对处于研发和示范阶段的电气化技术，鼓励企业与高校、科研院所共建研发机构，加大研发投入，提高金融支持力度，加强成果转化。在具备条件的企业和园区开展试点示范，探索“钢-化-建-能”一体化新型智慧生产体系集成示范，形成可复制经验以点带面促进全行业电气化发展。（3）推动钢铁行业优化能源和资源结构强化保障。完善废钢回收利用体系，加强废钢资源的规范化管理，降低废钢成本，提升电炉炼钢经济性。鼓励企业将新能源开发利用及绿电应用纳入企业低碳发展总体规划并合理推进实施。鼓励企业建立以“绿电+储能”为核心的智慧能源管控系统，实现智慧能源管控及源网荷储多向互动，挖掘源侧增量潜力及荷侧可调节响应能力，提升电力供应的安全性、稳定性、可靠性。为使用绿电的钢铁企业提供更多政策支持和经济激励，引导钢铁企业主动参与电力市场交易购买绿电。|4|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化1“双碳”目标下工业领域终端电气化发展分析为应对全球气候变化，各国相继提出碳中和行动，碳定价机制逐渐完善，绿色低碳发展正成为大国博弈的新赛道，将加快科技创新，推动产业发展，重塑全球产业链。工业是我国推进现代化进程的重要基础和关键动力，也是能源资源消费和碳排放的重点领域，节能降碳潜力巨大，是实现“双碳”目标的主战场。“双碳”目标下加快构建新型能源体系，电力将成为主要的能源消费品种。遵循“节约优先”原则，统筹发展与安全，以终端电气化为抓手，加快推进新型工业化，从传统以化石能源为核心的工业体系向以“绿电”为核心的新型工业体系转型，不仅能解决当前工业发展面临的“能-碳-电”协同优化问题，即降低能源消费、减少碳排放以及新型能源体系下促进电力消纳，同时也有利于推动工业领域各个行业实现高质量发展，夯实中国式现代化的物质基础和产业基础。1.1 工业领域能源需求与减碳效益分析我国积极探索既符合国情又适应国际潮流的绿色低碳转型发展道路，在大力发展可再生能源的同时，贯彻“节能优先”战略，以绿色化、智能化、高端化为方向，加快推动终端用能的绿色低碳替代和电气化发展，促进“能-碳-电”协同优化，形成新质生产力构“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|5|建现代化产业体系，既有利于推动我国“由大转强”，深度融入全球供应链，积极应对碳贸易壁垒，也为实现社会经济高质量发展、全面推进美丽中国建设贡献积极力量。在“双碳”目标引领下，我国积极发展非化石能源，已经建成了全球规模最大的电力供应系统和清洁发电体系，2023年可再生能源装机容量和发电量占全国的52%和32%1，并提出“非化石能源消费比重到2030年达到25%左右、到2060年达到80%以上”的发展目标，终端能源消费将由化石能源转向以“电”为核心的低碳能源，推动工业生产体系从热碳驱动向电力驱动转变。新型电力系统以高比例可再生能源接入及高比例电力电子设备应用为特征，系统复杂性增强，调节和支撑能力减弱，将带来供给侧和需求侧“双波动”，需要构建新的供需平衡，需求侧灵活性将成为高价值调节资源，也对工业电气化提出新的挑战。我国工业领域能源消费量大、碳排放高，2022年工业领域终端能源消费量达到27.4亿吨标准煤，占终端能源消费总量的68%。其中，电力消费量达到5.7万亿千瓦时，占全社会用电量（8.8万亿千瓦时）的65%，电气化率达到26%2。工业过程碳排放量约为42亿吨，仅次于能源领域的51亿吨，占全国碳排放总量（约109.5亿吨）的38%3。工业用电设备多、负荷基数大、调节能力强，钢铁、建材、石化化工、有色金属、纺织等部分行业蕴藏着20%，甚至30%以上的负荷调节能力4，加之单体用电量大、沟通成本低、应用潜力大、电价敏感性高，是新能源电力消纳的重点领域，也是需求侧资源开发的重要来源和优先选择，是终端电气化发展的重中之重。加快工业领域电气化发展，提升工业电气化水平，主要包括两个方向，一是“减小分母”，即减少终端能源消费，以节能和能效提升为前提，减轻工业领域对化石能源的依赖，降低碳排放；二是“增大分母”，即增加终端电力消费。应当指出的是，要促进行业“能-碳-电”协同优化，电气化发展需建立在清洁低碳电力的基础上，与新型电力系统的演进相适应，不能盲目推进，否则反而会导致更多的能源消费和碳排放。我国经济发展仍处于中高速增长阶段，在发展过程中需要处理好经济发展、能源消费需求增长与低碳排放的关系。目前，我国传统耗能行业的能源消费逐渐趋于饱和，新兴产业用能持续增长，工业领域能源消费需求增长逐渐放缓，预计工业终端能源需求将在2030年前后达峰，到2060年降至约1015亿吨标准煤。加快工业领域电气化发展，电|6|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化力在工业终端能源消费中的比重将从2022年的26%提升至2060年60%左右，氢能的消费比重将从2022年的6%提升至2060年的20%以上。工业生产过程的碳排放将大幅下降，预计到2060年将减少60%以上5（如图1-1所示）。终端能源消费量（亿吨标准煤）煤炭石油天然气电力热力氢能其他图1-1 工业领域终端能源需求展望资料来源：根据中国能源统计年鉴、中国宏观经济研究院、DNV、IEA等相关资料整理。1.2 不同行业电气化发展潜力分析电力的广泛应用促进工业生产效率和社会生产力不断提高，工业发展又推动电力在终端能源消费中的占比提升。电力在工业终端能源消费中的比重（也称“电气化率”）是衡量工业现代化程度的重要标志。纵观全球工业电气化水平，我国工业电气化发展仍处于中等水平，近年来电气化率基本保持在26%左右，比世界平均水平低2个百分点6，这是由发展阶段、资源禀赋、产业结构、工艺路线等多重因素决定的。工业领域不同行业电气化水平差异较大，汽车制造业、计算机、通信和其他电子设备制造业等新兴产业的电气化率超过70%，而传统高耗能行业的电气化率则相对较低。2022年，黑色金属、建材、石化化工、有色金属四大高耗能行业的电气化率分别为11.6%、15.8%、15.2%和68.1%7。除有色金属行业以外，黑色金属、建材、石化化工的电气化率均低于工业电气化平均水平10个百分点以上，加快这些行业电气化发展是提升“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|7|工业电气化水平的关键。借鉴国际国内经验，以先进用电生产工艺有序替代传统生产工艺，加快能源替代、原料替代及综合技术应用，促进技术、工艺、装备全面变革，优化生产单元配置和分工，工业领域电气化发展整体水平还有较大提升空间（如图1-2所示）。韩国墨西哥南非日本英国法国加拿大德国世界中国美国巴西印度年主要国家工业电气化率比较黑色金属建材石化化工有色金属汽车制造计算机、通信和其他电子设备制造低于工业电气化平均水平个百分点以上年典型工业行业电气化率比较图1-2 我国工业领域电气化发展现状资料来源：根据中国能源统计年鉴、IEA、中国电力企业联合会、国网能源研究院等相关资料整理。钢铁、建材、石化化工、有色金属等传统行业，增长值占工业的70%以上，体量庞大、吸纳就业众多，是现代化产业体系建设和制造强国建设的重要基石；这些行业在长期的实践过程中，追求数量和规模的增长，形成了对化石能源高度依赖的发展模式，能源消费量占工业的69%，碳排放占工业的58%，电力消费占工业的38%，流程复杂、集成度高、工艺相对固化，是工业电气化发展的重点和难点；具有20%以上的负荷调节能力，展现出巨大的需求侧灵活性潜力，在加快工业电气化发展的进程中应予以重点关注。各个行业的生产流程不同，资源依赖、发展阶段、发展水平等方面均存在差异，未来的发展需求、转型升级方向也大相径庭，必须结合行业特色，找准转型切入点和发展路径，有计划分步骤开展电气化行动。其中，有色金属行业电气化水平较高，提升空间有限，电气化发展以电能质量提升、再生资源利用以及冶炼技术突破为主，钢铁、建材、石化化工等行业的电气化发展则需要技术、工艺、装备的系统性变革（如图1-3所示）。|8|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化钢铁建材石化化工有色金属发展现状电气化技术电气化潜力能源消费亿亿亿亿碳排放亿吨亿亿亿碳排放主要环节高炉炼铁焦化工序熟料煅烧燃烧和发电原料合成化学反应燃料排放电力生产金属冶炼原料替代氢冶金 低碳水泥 炼化一体化 绿电绿氢工艺 惰性阳极 离子液体 再生金属工艺能源替代电炉炼钢传统工序电能替代 电加热 氢能燃料 电加热 电驱动 氢能燃料 电炉冶炼工艺其他技术 智能制造 余热发电 可再生能源 智能制造 余热发电 可再生能源 智能制造 余热发电 可再生能源 智能制造 余热发电 可再生能源年年年电力消费亿亿亿亿图1-3 工业领域重点行业电气化发展现状、技术路径及发展潜力资料来源：根据中国能源统计年鉴、中国电力统计年鉴、行业研究报告等相关资料整理。1.3 推动工业电气化发展的措施加快工业电气化发展是一项复杂的系统工程，涉及电力、电子、电器全方位的变革。工业电气化发展应与电力系统的低碳转型相辅相成，电气化发展只有基于绿色低碳的清洁发电，才能推动行业低碳转型，这是一个长期调整的过程，不可能一蹴而就。从政策引领、技术支撑、能源保障、市场机制等方面，多措并举推动工业电气化发展，统筹传统产业升级、新兴产业壮大、未来产业培育，不断促进工业电气化水平提升。碳达峰碳中和“1+N”政策体系着力推动工业领域电气化发展。2021年10月发布的2030年前碳达峰行动方案 即将“提升工业电气化水平”作为实现工业碳达峰的重点任务。立足生态文明建设进入以降碳为重点战略方向的关键时期，我国提出从“能耗双控”向“碳排放双控”转型，打破能耗双控对可再生能源利用的约束，为经济增长释放用能空间，以“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|9|更加鲜明、精准的低碳政策导向，引导企业加快形成减污降碳的激励约束机制，为工业电气化发展创造良好的政策环境。科技创新成为工业领域电气化发展的重要引擎。新一代绿色低碳技术、信息技术、新能源、新材料等新兴技术的集中涌现和广泛应用，为工业电气化发展提供了必要的技术支撑。新时期更要发挥新型举国体制优势，加大研发攻关力度，解决行业绿色低碳及电气化发展的共性难题。以钢铁行业为例，对电炉炼钢等成熟电气化技术，鼓励以企业为主体加快产业化应用和迭代升级；对绿氢应用、中低温热能回收利用等处于研发和示范阶段的电气化技术，依托科研院所、高校和行业协会，联合重点企业，构建覆盖全产业链的创新生态，开展基础研究和前沿技术研究，强化技术创新对行业绿色发展的引领作用。安全稳定的电力供应是工业领域电气化发展的关键保障。在供给侧加强调峰储能和智能化调度能力建设，在需求侧加快工业领域电气化发展，实现电气化、数字化、智能化“三化一体”，让电气化手段成为数字化、智能化发展的有效载体，充分挖掘灵活性资源，更好低应对新型电力系统的不确定性，推动电力系统从发输配用“单向传输”转向“源网荷储”四要素协同发展的“多元传输”模式，夯实工业电气化发展能源支撑。坚持电力市场化方向和体制机制改革是工业电气化发展的助推剂。工业领域，尤其是钢铁、建材、石化化工、有色金属等碳密集型传统行业属于重资产行业，负债率高，不确定性强，绿色低碳转型和电气化发展存在融资难的问题，应建立健全相应体制机制，提升创新体系整体效能。在可再生能源、储能建设等方面对传统行业给予政策倾斜，降低企业用电成本，鼓励企业更多使用清洁电力，在发展过程中实现与新型电力系统的协调匹配和良性互动。随着重点领域电气化技术的进步发展和推广应用，以及电力基础设施、政策激励、电力服务市场机制等各个方面的逐渐完善，工业电气化水平将逐渐提升，预计到 2030 年，我国工业电气化水平将达到 30%左右，到 2050 年将达到 50%左右，到 2060 年将达到60%左右。|10|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化2钢铁行业电气化发展现状及路径分析钢铁行业作为社会经济发展的支柱性产业，是衡量一个国家综合国力和工业化程度的重要标志。我国钢铁行业发展正在由数量时期迈向高质量时期，面对产能调控和节能降碳的双重压力，以及欧盟碳边境调整机制（CBAM）和即将到来的全国碳市场扩容对产品生产成本的影响，钢铁行业更要积极“转方式、调结构、提质量、增效益”，实现绿色化、智能化、高端化发展，提高核心竞争力，把握发展的主动权。钢铁行业涉及面广、产业关联度高、消费拉动大，与电力、热力、建材、石化化工、有色金属等行业高度关联，钢铁产品也是基础设施建设、汽车制造、装备制造等领域的主要原材料，对相关领域的绿色低碳转型具有重要的带动作用。先行先试促进行业电气化发展，不仅有利于钢铁行业解决“能-碳-电”问题，实现可持续、高质量发展，同时探索构建“钢-化-建-能”一体化新型智慧生产体系，促进钢铁行业与电力、建材、石化化工等传统行业的耦合发展，产业带动效应显著，是工业电气化发展的重中之重。2.1 钢铁行业现状：生产消费、能源消耗与低碳发展分析2022年我国粗钢产量和成品钢表观消费量分别约10.18亿吨、9.43亿吨，占全球总量的54%、52%。其中，建筑行业钢铁消费量占消费总量的52%，机械制造占16%，“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|11|能源行业占7%，汽车制造占6%，家电、造船及其他行业分别占2%、2%、15%8（如图2-1所示）。建筑机械能源汽车家电造船其他钢铁消费亿吨中国印度日本美国俄罗斯韩国德国土耳其巴西伊朗其他年全球粗钢生产年我国钢材消费图2-1 2022年我国钢铁生产及消费情况资料来源：根据世界钢铁统计数据2024 钢铁市场2022年回顾与2023年展望等资料整理。我国钢铁生产以长流程生产工艺（即“转炉炼钢”）为主，2022年产量占比高达90.5%。基于废钢的短流程生产工艺（即“电炉炼钢”）仅占9.5%，远低于美国69%、欧盟44%的发展水平，也低于世界平均水平（约28%）9。长流程生产工艺对化石能源高度依赖，铁和碳深度耦合为钢铁生产工序提供还原剂、能源和工艺的支撑，流程脱碳面临“牵一发而动全身”的挑战。2022年，我国钢铁行业能源消费量达5.60亿吨标准煤，约占全国能源消费总量的10%。其中，转炉炼钢的能源消费量为5.49亿吨标准煤，占钢铁行业能源消费量的98%；电炉炼钢的能源消费量为0.11亿吨标准煤。煤炭和焦炭占钢铁行业购入能源的90%以上，油气能源约占1.7%，电力仅占6.3%。其中，60%以上的煤炭和焦炭转化为焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气等各种煤气使用。电力是钢铁生产过程中必不可少的能源支撑。按照吨钢电耗466千瓦时计算，2022年钢铁行业电力消费量约4749亿千瓦时，占钢铁行业能源消费量的10.4%10。其中，转炉炼钢的电力消费量为4242亿千瓦时，占钢铁行业电力消费量的89%；电炉炼钢的电力消费量为507亿千瓦时。56%的电力由钢铁余热余能自发电完成，可再生能源发电不到1%。钢铁行业不同工序对电力的依赖程度不同，其中，电炉工序的能源消费以电力为主，占比接近70%；轧制工序的电力消费主要用于为冷热轧机提供能源动力，电力消费占28.3%；|12|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化而在烧结、球团、焦化、高炉、转炉等工序中，电力消费相对较低，比重不足20%，是未来电气化发展的重点（如图2-2所示）。能源消费电电力力烧结 球团焦化长流程（亿）短流程（亿）高炉转炉轧制电炉电电力力电电力力电电力力电电力力电电力力电电力力余热发电单位：亿吨标准煤电电力力铁矿石石灰石煤废钢电力消费其他能源消费图2-2 2022年钢铁行业能源（电力）消费构成资料来源：根据中国钢铁工业协会、国家统计局等资料整理。由于大量使用化石能源，钢铁行业的碳排放不可避免。2022年，钢铁行业碳排放量达18.2亿吨，约占我国碳排放总量的17%，是仅次于发电行业的高碳排放行业，占全球钢铁碳排放总量的60%以上。其中，70%以上的碳排放来自于烧结、焦化、高炉等铁前工序10。在国际新型贸易壁垒和国内“双碳”目标下，钢铁行业面临着碳减排的巨大压力，电气化发展将成为推动行业技术变革和优化升级的重要动力，创新应对“能-碳-电”挑战，推动钢铁行业高质量发展。近年来我国先后发布多项钢铁行业政策规划，以电气化发展作为低碳发展的重要抓手，部署产能结构调整、加强超低排放改造、加快用能设备更新、推动全流程余热利用、提升短流程电炉炼钢比重、加快低碳冶炼技术推广应用、提升数字化管理水平等重点任务，多管齐下促进钢铁行业向绿色化、智能化、高端化发展（见表2-1）。在当前从“能耗双控”转向“碳排放双控”的关键时期，电气化发展的战略意义更加凸显，从国家层面统筹部署“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|13|强化引领，细化行业电气化措施，加强政策扶持力度，更好地引导钢铁行业乃至工业领域的电气化发展。表2-1 钢铁行业电气化及低碳发展相关政策时间发布单位文件名称主要内容2022.01.20工信部、发改委、生态环境部关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见力争到2025年，钢铁工业基本形成布局结构合理、资源供应稳定、技术装备先进、质量品牌突出、智能化水平高、全球竞争力强、绿色低碳可持续的高质量发展格局。工艺结构明显优化，电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至15%以上。2022.01.27工信部等八部门关于印发加快推动工业资源综合利用实施方案的通知到2025年，钢铁、有色、化工等重点行业工业固废产生强度下降，大宗工业固废的综合利用水平显著提升，再生资源行业持续健康发展，工业资源综合利用效率明显提升。力争大宗工业固废综合利用率达到57%，其中，冶炼渣达到73%。主要再生资源品种利用量超过4.8亿，其中废钢铁3.2亿吨。2022.02.12发改委钢铁行业节能降碳改造升级实施指南到2025年，钢铁行业炼铁、炼钢工序能效标杆水平以上产能比例达到30%，能效基准水平以下产能基本清零，行业节能降碳效果显著，绿色低碳发展能力大幅提高。2022.06.23工信部等六部门关于印发工业能效提升行动计划的通知到2025年，重点工业行业能效全面提升，钢铁、石化化工、有色金属、建材等行业重点产品能效达到国际先进水平，规模以上工业单位增加值能耗比2020年下降13.5%。通过产能置换有序发展短流程电炉炼钢，提高废钢使用量，加快烧结烟气内循环、高炉炉顶均压煤气回收、铁水一罐到底、薄带铸轧、铸坯热装热送、副产煤气高参数机组发电、余热余压梯级综合利用、智能化能源管控等技术推广。2022.07.07工信部、发改委、生态环境部工业领域碳达峰实施方案聚焦重点行业，实施钢铁、建材、石化化工、有色金属等行业碳达峰行动。到2025年，废钢铁加工准入企业年加工能力超过1.8亿吨，短流程炼钢占比达15%以上。到2030年，富氢碳循环高炉冶炼、氢基竖炉直接还原铁、碳捕集利用封存等技术取得突破应用，短流程炼钢占比达20%以上。2023.08.21工信部等七部门钢铁行业稳增长工作方案2023-2024年，钢铁行业稳增长的主要目标是：2023年，钢铁行业供需保持动态平衡，全行业固定资产投资保持稳定增长，经济效益显著提升，行业研发投入力争达到1.5%，工业增加值增长3.5%左右；2024年，行业发展环境、产业结构进一步优化，高端化、智能化、绿色化水平不断提升，工业增加值增长4%以上。|14|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化时间发布单位文件名称主要内容2023.09.27工信部钢铁行业智能制造标准体系建设指南到2025年，建立较为完善的钢铁行业智能制造标准体系，累计研制45项以上钢铁行业智能制造领域标准，基本覆盖基础共性和装备层、车间层、工厂层、企业层、产业链协同层各层级标准，优先制定基础共性标准以及绿色低碳、产品质量、生产安全等关键应用场景标准，突出标准在先进制造技术与新一代信息技术相互融合和迭代提升过程中的引导作用。2024.01.16工信部等九部门钢铁行业数字化转型实施指南到2026年，钢铁行业数字化整体水平显著提升，新一代信息技术与钢铁工业深度融合，行业数字生态体系持续完善，基本实现由单点、局部向系统性、全局性的数字化发展转变。数字基础不断夯实，关键工序数控化率达到80%，生产设备数字化率达到55%，3D岗位机器换人率达到40%，突破一批工业软件和装备等关键技术，制定一批钢铁数字化转型相关标准。2024.05.27发改委等五部门钢铁行业节能降碳专项行动计划到2025年底，钢铁行业高炉、转炉工序单位产品能耗分别比2023年降低1%以上，电弧炉冶炼单位产品能耗比2023年降低2%以上，吨钢综合能耗比2023年降低2%以上，余热余压余能自发电率比2023年提高3个百分点以上。资源安全是行业可持续发展的重要评价指标，也是我国从钢铁大国转向钢铁强国的必要保障。以长流程为主导的生产工艺，导致我国铁矿石的对外依存度高达75%左右，是全球最大的铁矿石进口国。铁矿石资源供应不足、高度依赖进口，是影响我国钢铁行业产业链供应链安全的核心问题。2023年我国铁矿石进口量达11.8亿吨，占全球铁矿石贸易量的70%，进口总额超1339亿美元，占当年进口总金额的5%11。80%以上的进口铁矿石来自于澳大利亚和巴西，进口来源相对集中，战略安全问题凸显。目前我国已将铁矿石列为国家战略矿产资源，全面启动新一轮战略性矿产国内找矿行动，正式启动“基石计划”，提升资源保障能力，同时鼓励废钢替代产品应用，从源头上减少铁矿石需求。充分利用现有的2.63亿吨废钢资源，大力推广电炉炼钢短流程工艺，促进钢铁行业电气化水平提升，是缓解钢铁行业对外资源依赖的有效手段。贯彻“节约优先”理念，提高能源资源使用效率，从源头上降低钢铁行业能源和资源消耗。2022年，钢铁行业“能效标杆三年行动方案”正式启动，极致能效工程进入实质“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|15|性实施阶段，成为继产能置换、超低排放改造之后的第三大改造工程，以“双碳最佳实践能效标杆示范厂”培育为抓手，将力争实现2024年1.5亿吨至2.0亿吨、2025年2.0亿吨至3.0亿吨钢铁产能达到能效标杆的水平。在钢铁行业极致能效技术清单中，与电气化发展相关的技术有二十余项，占比接近50%，将对行业电气化发展起到一定的助推作用。2.2 国内外钢铁行业低碳发展技术路径分析全球钢铁行业正在积极探索绿色发展的颠覆性、变革性技术，绿色钢铁正在从理念转化为行动、从愿景转变为现实。尽管目前尚无任何国家发布钢铁行业电气化发展的专项政策，但主要钢铁国家和地区都在积极开展钢铁电气化发展技术的探索与实践，作为促进钢铁行业节能减排和绿色低碳转型的重要抓手。(1)国际钢铁行业低碳发展技术路径分析在全球碳中和发展趋势下，国内外先进钢铁企业纷纷发布低碳路线图，绿电、绿氢的使用成为钢铁企业低碳转型的共同选择，绿色钢厂、绿色钢材逐步涌现，全球零碳钢铁发展大赛已起步，日本、美国、韩国、欧盟等主要钢铁生产国家和地区积极出台绿色钢铁相关政策，主要钢铁企业也在创新绿色钢铁低碳技术，在电气化发展方面进行了积极探索和布局。尽管具体工艺路线不完全相同，但总体而言，主要是通过工艺革新增加绿色能源使用从而实现降碳（见表2-2）。|16|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化表2-2 主要钢铁生产国家和地区钢铁行业碳中和目标及路径国家/地区碳中和目标实施路径美国2050年实现碳中和为了实现“3550”碳中和目标,美国拜登政府计划投资2万亿美元用于国内基础设施、清洁能源等领域的建设。加大对储能、绿氢、核能、CCS等前沿技术的研发力度,降低低碳成本欧盟2050年实现碳中和（欧洲钢铁工业承诺2030年比2018年减少30%;到2050年相较于1990年减少80%95%）欧盟成员国如德国钢铁企业已经将政府资金投入到绿色低碳的钢铁产品中试项目中，安塞乐米塔尔集团致力于在德国汉堡钢厂利用可再生能源生产的氢气生产绿色钢铁产品，瑞典公司的HYBRIT项目已经向客户交付了低碳钢材日本2050年实现碳中和（日本铁钢联盟提出到2050年实现炼铁工序温室气体零排放,碳排放量减少30%，到2100年前实现零碳钢生产）日本计划通过电炉生产更多的钢来实施积极的转型,并承诺将其能源经济转变为依赖带有碳捕获与封存（CCS）的通过化石燃料生产的氢气和基于可再生能源的氢气。韩国2050年实现碳中和韩国提出了氢冶金路线图，以努力遏制温室气体排放。以浦项为首的韩国钢铁工业已经宣布了建设氢冶金设备的计划。印度2070年实现碳中和印度碳中和目标的实现依赖于大型钢铁企业使用氢能源，提出并开始推进氢能路线图。资料来源：张琦等.中国钢铁行业碳达峰碳中和时间表与路线图.(2)国内钢铁行业低碳发展技术路径分析2022年8月，中国钢铁工业协会发布钢铁行业碳中和愿景和低碳技术路线图，通过“系统能效提升、资源循环利用、流程优化创新、冶炼工艺突破、产品迭代升级、捕集封存利用”六大路径，分四个阶段逐步实现钢铁行业碳中和。预计到2060年减少钢铁行业95%碳排放（如图2-3所示）。“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|17|系统能效提升冶炼工艺突破资源循环利用流程优化创新产品迭代升级捕集封存利用六大路径四个阶段积极推进稳步实现碳达峰创新驱动实现深度脱碳重大突破冲刺极限降碳融合发展助力碳中和图2-3 铁行业碳中和愿景和低碳技术路线图资料来源：中国钢铁工业协会。2022年，中国钢铁工业协会提出了“世界前沿低碳共性技术开发支持计划”，列出了需要重点发展和支持的前沿低碳共性技术清单，包括富氢或全氢气基直接还原技术、富氢碳循环高炉技术、氢基熔融还原技术、近零碳排电炉流程技术、钢铁近终型制造技术、高废钢比高效转炉技术、冶金渣显热回收及高效化资源化利用技术，以及CO2捕集及资源化利用技术。可以看到，这些技术普遍需要电力支撑，与钢铁行业电气化发展息息相关。在此背景下，宝武集团、河钢集团、首钢股份、宝钢股份等主要钢铁企业也提出了相应的低碳发展路线图，将技术突破作为低碳转型的重要方向，坚持前沿技术创新，在极致能源效率提升、高炉热态熔渣余热回收技术开发、富氢碳循环氧气高炉研发示范、“钢铁+氢能”结构创新、智能制造等方面进行布局，有效推动电气化技术的应用与实践，争做碳达峰、碳中和先行者，低碳转型已成为推动钢铁行业高质量发展的重要引擎。2.3 我国钢铁行业电气化发展技术路径分析钢铁生产过程中，化石能源既是能源，又是原料。钢铁行业绿色低碳转型的终极目标是实现行业“能-碳-电”协同优化，使得能源消费最低、碳排放最低、电气化水平不断提升。主要途径则是通过生产工艺的“碳、氢、电”耦合，有效减少钢铁生产过程对煤炭、焦炭、铁矿石的依赖，促进能源低碳化、资源绿色化。以“碳”为根本，从能源燃料向产品原材|18|“双碳”目标下加快工业领域终端电气化料转型以及碳的循环利用是低碳钢铁的根本命题；以“氢”为核心，将氢作为最重要的能量载体和脱碳原材料；以“电”为驱动，构建以清洁电力为主体的能源体系，实现能源高效互补、低碳利用。综合国际国内钢铁企业低碳发展现状及成功经验，结合行业特点，从供给侧和需求侧共同发力，钢铁行业电气化技术路径可分为三类，即原料替代、能源替代以及综合技术。其中，原料替代主要指从关键能耗工序和工段等能源消费与碳排放源头上，通过工艺、技术、材料及必要的装备等方面的创新，在钢铁生产中可考虑采用氢气或者捕集的二氧化碳（CO2）替代焦碳等原料，尽可能减少化石能源的使用，降低碳排放，挖掘电气化发展潜力，主要支撑技术为氢冶金，以及CCUS和基于CO2资源化利用的炼钢技术（简称“CO2炼钢”）。能源替代主要是指在钢铁生产的加热、动力及燃料等用能环节，通过电力替代减少化石能源使用，提高能源使用效率，实现生产过程电气化水平的提升，支撑技术主要包括电炉炼钢及传统工序电气化。综合技术指在促进钢铁行业绿色化、智能化、高端化发展的其他支撑技术，包括智能制造及智能化解决方案、节能技术、余热发电、可再生能源开发利用等（如图2-4所示）。原料替代替代焦炭替代焦炭等能源替代转炉工序电能替代其他工序电能替代关键技术支撑综合技术生产工艺和装备，电力调度等系统节能，电力供应等电气化发展技术路径氢冶金及炼钢电炉炼钢传统工序电气化智能制造及智能化解决方案节能技术、余热发电、可再生能源开发利用着力点图2-4 钢铁行业电气化发展技术路径及关键技术基于当前钢铁行业工艺结构和技术水平，不同技术对钢铁行业电气化发展水平影响不同。以电炉炼钢为例，其能耗和碳排放仅为长流程生产工艺的1/3。电力消费占生产过程能源消费的60%以上。以1%的电炉炼钢替代1%的长流程转炉炼钢，预计可以提高终端“双碳”目标下加快工业领域终端电气化|19|电气化率约0.1个百分点。又比如氢冶金技术，根据氢气来源可分为氢冶金-灰氢和氢冶金-绿氢两种。现阶段我国氢冶金技术仍以灰氢为主，绿氢的应用尚面临技术经济性有待突破、连续稳定的氢能供应难以保证、资源供应与消费存在时空不匹配等问题。以1%的氢冶金技术替代1%的长流程转炉炼钢，通过降低终端能源消费提升钢铁行业电气化水平，预计可以提高终端电气化率约0.1个百分点，如果考虑以绿电制备绿氢，间接电气化率可提升0.2个百分点。此外，推广应用CO2炼钢、传统工序电气化、智能制造及智能化解决方案、节能技术等技术，可提升钢铁行业电气化率约0.010.3个百分点不等。而从电力供给侧发力，充分利用工业生产过程中产生的废热开展余热发电，可以实现能源利用效率的最大化，减少环境污染，应视作绿色电力来源，在工业低碳转型过程中需予以优先考虑与高度重视。基于当前技术水平，在钢铁行业推广应用1%的余热发电，可提升行业自发电率0.1%。而在钢铁行业开发利用可再生能源，实现能源的清洁替代，每增加1%的可再生