“雙碳”目標(biāo)下加快工業(yè)領(lǐng)域終端電氣化-鋼鐵行業(yè)

2024年11月電力圓桌（全稱電力可持續(xù)發(fā)展高級(jí)圓桌會(huì)議）項(xiàng)目于2015年9月啟動(dòng)，旨在緊扣應(yīng)對(duì)氣候變化、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的國(guó)家戰(zhàn)略，邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)專家和各利益方參與，共同探討中國(guó)電力部門(mén)低碳轉(zhuǎn)型的路徑和策略。通過(guò)建立一個(gè)廣泛聽(tīng)取各方意見(jiàn)的平臺(tái)機(jī)制，電力圓桌將各方關(guān)心的、有爭(zhēng)議的、目前決策困難的關(guān)鍵問(wèn)題提交到平臺(tái)討論，選出核心問(wèn)題委托智庫(kù)開(kāi)展高質(zhì)量研究，并將研究成果和政策建議提交到平臺(tái)征求意見(jiàn)，從而支持相關(guān)政策的制定和落地，推動(dòng)中國(guó)電力行業(yè)的改革和可持續(xù)發(fā)展，提高電力行業(yè)節(jié)能減排、應(yīng)對(duì)氣候變化的中能世通（北京）投資咨詢服務(wù)中心中能世通（北京）投資咨詢服務(wù)中心（簡(jiǎn)稱“中心”）成立于2008年，是一家非盈利性研究機(jī)構(gòu)。中心以國(guó)家能源戰(zhàn)略思想和戰(zhàn)略方針為主線，積極開(kāi)展政策咨詢、課題研究、行業(yè)分析、項(xiàng)目評(píng)估、技術(shù)推廣、案例開(kāi)發(fā)、項(xiàng)目對(duì)接等綜合性服務(wù)，為新能源與節(jié)能減排行業(yè)的投資發(fā)展搭建一流的綜合性服務(wù)平臺(tái)。主要研究方向包括應(yīng)對(duì)全球氣候變化、減少溫室氣體排放、提高能源使用效率、推廣節(jié)能減碳領(lǐng)域的技術(shù)與商業(yè)模式、CoverImage@FreepikPromoteTerminalElectrificationinIndustrialSectorunderDualCarbonGoals:SteelIndustry 1 4 41.2不同行業(yè)電氣化發(fā)展?jié)摿Ψ治?61.3推動(dòng)工業(yè)電氣化發(fā)展的措施 82.鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展現(xiàn)狀及路徑分析 102.1鋼鐵行業(yè)現(xiàn)狀：生產(chǎn)消費(fèi)、能源消耗與低碳發(fā)展分析 102.2國(guó)內(nèi)外鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展技術(shù)路徑分析 2.3我國(guó)鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展技術(shù)路徑分析 3.鋼鐵行業(yè)電氣化潛力分析 203.1鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展測(cè)算方法 203.2鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定及不確定性分析 233.3鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展綜合效益 293.4鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)及實(shí)施策略 364.鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展建議 39 42 43實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一場(chǎng)從能源革命到產(chǎn)業(yè)革命的深刻變革?！半p碳”目標(biāo)下加快建設(shè)新型能源體系，能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生根本性變化，電力將逐漸成為主要的能源消費(fèi)品種。作為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，能源結(jié)構(gòu)的變革勢(shì)必深刻影響工業(yè)生產(chǎn)體系。我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了以化石能源為主、相對(duì)固定的生產(chǎn)工藝體系，而未來(lái)要更好地適應(yīng)也倒逼企業(yè)加快電氣化發(fā)展。工業(yè)領(lǐng)域貫徹“節(jié)能優(yōu)先”戰(zhàn)略，加快終端電氣化發(fā)展，既鋼鐵行業(yè)作為傳統(tǒng)行業(yè)的典型代表，在我國(guó)的現(xiàn)代化進(jìn)程中承擔(dān)著重要使命，但目前電氣化率較工業(yè)平均水平低10個(gè)百分點(diǎn)以上。以長(zhǎng)流程生產(chǎn)工藝為主導(dǎo)的生產(chǎn)體系也使鋼鐵行業(yè)成為我國(guó)碳排放量最高的制造業(yè)行業(yè)，正面臨著“能-碳-電”協(xié)同優(yōu)化變革的挑戰(zhàn)。鋼鐵行業(yè)涉及面廣、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、消費(fèi)拉動(dòng)大，生產(chǎn)過(guò)程具有多工序、眾參數(shù)等也有利于探索構(gòu)建“鋼-化-建-能”一體化新型智慧生產(chǎn)體系，推動(dòng)鋼鐵行業(yè)與電力、建材、石化化工、有色金屬等傳統(tǒng)行業(yè)的耦為此，本研究以國(guó)家戰(zhàn)略為引領(lǐng)，在剖析工業(yè)領(lǐng)域電氣化發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，聚焦鋼鐵行業(yè)，基于鋼鐵生產(chǎn)全流程的主要用能形式和工藝，系統(tǒng)分析鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展可行技術(shù)，測(cè)算鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展?jié)摿?，提出不同目?biāo)、不同階段下鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)路徑。課題組預(yù)計(jì)，通過(guò)能源替代、原料替代和綜合技術(shù)應(yīng)用，電爐鋼、氫冶金和基于二氧化碳資源化利用的煉鋼技術(shù)（簡(jiǎn)稱“CO2煉鋼”）等先進(jìn)工藝推廣，廢鋼資源和鐵礦石高效利用，數(shù)字化管理水平提升，電力供應(yīng)清潔低碳化等措施，鋼鐵行業(yè)有望實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：2030年，電氣化率提升至14%，碳排放量較2022年將減少15%；2050年，電氣化率提升至46%，碳排放量較2022年將減少85%；2060年，電氣化率2022年2030年2050年2060年總體發(fā)展產(chǎn)量產(chǎn)品廢鋼資源量鐵礦石進(jìn)口能源消費(fèi)量碳排放量以初級(jí)產(chǎn)品為主對(duì)外依存度約75%5.6億噸9.5億噸高端產(chǎn)品供給能力增強(qiáng)品種和質(zhì)量提檔升級(jí)對(duì)外依存度69%4.4億噸6.5億噸高端產(chǎn)品供給能力持續(xù)提升5.5億噸鐵礦石對(duì)外依存度2%6億噸以高端產(chǎn)品為主5億噸鐵礦石基本實(shí)現(xiàn)自給發(fā)展電力消費(fèi)量電氣化率需求側(cè)響應(yīng)能力億億億電爐煉鋼9.5%50%60%氫冶金20%關(guān)鍵技術(shù)CCUS20%智能制造及智能化解決方案關(guān)鍵工序數(shù)控化率72.5%生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率53.8%關(guān)鍵工序數(shù)控化率達(dá)到85%生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率達(dá)到60%3D崗位機(jī)器換人率達(dá)到45%關(guān)鍵工序數(shù)控化率100%生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率達(dá)到80%3D崗位機(jī)器換人率達(dá)到75%智能制造系統(tǒng)解決方案得到推廣應(yīng)用供應(yīng)余熱發(fā)電可再生能源電網(wǎng)接入56%44%56%5%39%38%15%47%31%20%49%鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要解決可再生能源利用不足、電能替代和能源替代技術(shù)推廣力度不夠、廢鋼管理體系不完善等問(wèn)題。為打破政策引領(lǐng)、技術(shù)工藝、資源保障、能源保障、市場(chǎng)機(jī)制等方面的約束，需要政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、金融機(jī)（1）完善鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展頂層設(shè)計(jì)及配套政策。將電氣化發(fā)展納入鋼鐵行業(yè)碳制定鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展的“兩圖一表”，科學(xué)設(shè)定時(shí)間表、路線圖、施工圖，指導(dǎo)企業(yè)開(kāi)展電氣化發(fā)展行動(dòng)。同時(shí)，結(jié)合不同階段鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展重點(diǎn)，完善配套政策，強(qiáng)（2）加快鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展核心技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)和推廣應(yīng)用。對(duì)成熟的電氣化技術(shù)，將其納入轉(zhuǎn)型金融支持目錄，鼓勵(lì)以企業(yè)為主體加快開(kāi)展試點(diǎn)示范、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和迭代升級(jí)，創(chuàng)新中長(zhǎng)期甚至超長(zhǎng)期的金融工具支持項(xiàng)目落地實(shí)施。對(duì)處于研發(fā)和示范階段的電氣化技術(shù)，鼓勵(lì)企業(yè)與高校、科研院所共建研發(fā)機(jī)構(gòu)，加大研發(fā)投入，提高金融支持力度，加強(qiáng)成果轉(zhuǎn)化。在具備條件的企業(yè)和園區(qū)開(kāi)展試點(diǎn)示范，探索“鋼-化-建-能”一（3）推動(dòng)鋼鐵行業(yè)優(yōu)化能源和資源結(jié)構(gòu)強(qiáng)化保障。完善廢鋼回收利用體系，加強(qiáng)廢鋼資源的規(guī)范化管理，降低廢鋼成本，提升電爐煉鋼經(jīng)濟(jì)性。鼓勵(lì)企業(yè)將新能源開(kāi)發(fā)利用及綠電應(yīng)用納入企業(yè)低碳發(fā)展總體規(guī)劃并合理推進(jìn)實(shí)施。鼓勵(lì)企業(yè)建立以“綠電+儲(chǔ)能”為核心的智慧能源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智慧能源管控及源網(wǎng)荷儲(chǔ)多向互動(dòng)，挖掘源側(cè)增量潛力及荷側(cè)可調(diào)節(jié)響應(yīng)能力，提升電力供應(yīng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。為使用綠電的鋼鐵企終端電氣化發(fā)展分析為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，各國(guó)相繼提出碳中和行動(dòng)，碳定價(jià)機(jī)制逐漸完善，綠色低碳發(fā)展正成為大國(guó)博弈的新賽道，將加快科技創(chuàng)新，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，重塑全球產(chǎn)業(yè)鏈。工業(yè)是我國(guó)推進(jìn)現(xiàn)代化進(jìn)程的重要基礎(chǔ)和關(guān)鍵動(dòng)力，也是能源資源消費(fèi)和碳排放的重點(diǎn)領(lǐng)域，節(jié)“雙碳”目標(biāo)下加快構(gòu)建新型能源體系，電力將成為主要的能源消費(fèi)約優(yōu)先”原則，統(tǒng)籌發(fā)展與安全，以終端電氣化為抓手，加快推進(jìn)新型工業(yè)化，從傳統(tǒng)以化石能源為核心的工業(yè)體系向以“綠電”為核心的新型工業(yè)體系轉(zhuǎn)型，不僅能解決當(dāng)前工業(yè)發(fā)展面臨的“能-碳-電”協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題，即降低能源消費(fèi)、減少碳排放以及新型能源體系下促進(jìn)電力消納，同時(shí)也有利于推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域各個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，夯實(shí)中國(guó)式我國(guó)積極探索既符合國(guó)情又適應(yīng)國(guó)際潮流的綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展道路，在大力發(fā)展可再生能源的同時(shí)，貫徹“節(jié)能優(yōu)先”戰(zhàn)略，以綠色化、智能化、高端化為方向，加快推動(dòng)終端用能的綠色低碳替代和電氣化發(fā)展，促進(jìn)“能-碳-電”協(xié)同優(yōu)化，形成新質(zhì)生產(chǎn)力構(gòu)建現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系，既有利于推動(dòng)我國(guó)“由大轉(zhuǎn)強(qiáng)”，深度融入全球供應(yīng)鏈，積極應(yīng)對(duì)碳在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，我國(guó)積極發(fā)展非化石能源，已經(jīng)建成了全球規(guī)模最大的 電力供應(yīng)系統(tǒng)和清潔發(fā)電體系，2023年可再生能源裝機(jī)容量和發(fā)電量占全國(guó)的52%和 的發(fā)展目標(biāo)，終端能源消費(fèi)將由化石能源轉(zhuǎn)向以“電”為核心的低碳能源，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn) 體系從熱碳驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變。新型電力系統(tǒng)以高比例可再生能源接入及高比例電力電子設(shè)備應(yīng)用為特征，系統(tǒng)復(fù)雜性增強(qiáng)，調(diào)節(jié)和支撐能力減弱，將帶來(lái)供給側(cè)和需求側(cè)“雙波動(dòng)”，需要構(gòu)建新的供需平衡，需求側(cè)靈活性將成為高價(jià)值調(diào)節(jié)資源，也對(duì)工業(yè)電氣化 我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域能源消費(fèi)量大、碳排放高，2022年工業(yè)領(lǐng)域終端能源消費(fèi)量達(dá)到27.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占終端能源消費(fèi)總量的68%。其中，電力消費(fèi)量達(dá)到5.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，占42億噸，僅次于能源領(lǐng)域的51億噸，占全國(guó)碳排放總量（約109.5業(yè)用電設(shè)備多、負(fù)荷基數(shù)大、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，鋼鐵、建材、石化化工、有色金屬、紡織等部應(yīng)用潛力大、電價(jià)敏感性高，是新能源電力消納的重點(diǎn)領(lǐng)域，也是需求側(cè)資源開(kāi)發(fā)的重要加快工業(yè)領(lǐng)域電氣化發(fā)展，提升工業(yè)電氣化水平，主要包括電”協(xié)同優(yōu)化，電氣化發(fā)展需建立在清潔低碳電力的基礎(chǔ)上，與新型電力系統(tǒng)的演進(jìn)相適我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍處于中高速增長(zhǎng)階段，在發(fā)展過(guò)程中需要處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消費(fèi)需求增長(zhǎng)與低碳排放的關(guān)系。目前，我國(guó)傳統(tǒng)耗能行業(yè)的能源消費(fèi)逐漸趨于飽和，新興產(chǎn)業(yè)用能持續(xù)增長(zhǎng)，工業(yè)領(lǐng)域能源消費(fèi)需求增長(zhǎng)逐漸放緩，預(yù)計(jì)工業(yè)終端能源需求將在2030年前后達(dá)峰，到2060年降至約10~15億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。加快工業(yè)領(lǐng)域電氣化發(fā)展，電力在工業(yè)終端能源消費(fèi)中的比重將從2022年的26%提升至2060年60%左右，氫能的消費(fèi)比重將從2022年的6%提升至2060年的20%以上。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的碳排放將大終端能源消費(fèi)量（億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）終端能源消費(fèi)量（億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）2550202220252030203520402045205020552060電力的廣泛應(yīng)用促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效率和社會(huì)生產(chǎn)力不斷提高，工業(yè)發(fā)展又推動(dòng)電力在終端能源消費(fèi)中的占比提升。電力在工業(yè)終端能源消費(fèi)中的比重（也稱“電氣化率”）是衡量工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。縱觀全球工業(yè)電氣化水平，我國(guó)工業(yè)電氣化發(fā)展仍處于中等水平，近年來(lái)電氣化率基本保持在26%左右，比世界平均水平低2個(gè)百分點(diǎn)[6]，這是工業(yè)領(lǐng)域不同行業(yè)電氣化水平差異較大，汽車(chē)制造業(yè)、計(jì)算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造業(yè)等新興產(chǎn)業(yè)的電氣化率超過(guò)70%，而傳統(tǒng)高耗能行業(yè)的電氣化率則相對(duì)較低。2022年，黑色金屬、建材、石化化工、有色金屬四大高耗能行業(yè)的電氣化率分別為[7]。除有色金屬行業(yè)以外，黑色金屬、建材、石化化工的電氣化率均低于工業(yè)電氣化平均水平10個(gè)百分點(diǎn)以上，加快這些行業(yè)電氣化發(fā)展是提升加快能源替代、原料替代及綜合技術(shù)應(yīng)用，促進(jìn)技術(shù)、工藝、裝備全面變革，優(yōu)化生產(chǎn)單60%50%40%30%20%10%49,5%39.7%i37.4%35.9%35.2%33.5%36.4%35.3%33.5%28,4%26.2%23.1%22.0%19.0%韓國(guó)墨西哥南非英國(guó)韓國(guó)墨西哥南非英國(guó)法國(guó)加拿大德國(guó)世界美國(guó)2020年主要國(guó)家工業(yè)電氣化率比較黑色金屬低于工業(yè)電氣化平均水平1o低于工業(yè)電氣化平均水平1o個(gè)百分點(diǎn)以上石化化工有色金屬汽車(chē)制造計(jì)算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造0%50%100%2020202120222020~2022年典型工業(yè)行業(yè)電氣化率比較資料來(lái)源：根據(jù)中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒、IEA、中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)、國(guó)網(wǎng)能源研究院等相吸納就業(yè)眾多，是現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)和制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要基石；這些行業(yè)在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中，追求數(shù)量和規(guī)模的增長(zhǎng)，形成了對(duì)化石能源高度依賴的發(fā)展模式，能源消費(fèi)量工藝相對(duì)固化，是工業(yè)電氣化發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)；具有20%以上的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，展現(xiàn)各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)流程不同，資源依賴、發(fā)展階段、發(fā)展水平等方面均存在差異，未來(lái)有計(jì)劃分步驟開(kāi)展電氣化行動(dòng)。其中，有色金屬行業(yè)電氣化水平較高，提升空間有限，電氣化發(fā)展以電能質(zhì)量提升、再生資源利用以及冶煉技術(shù)突破為主，鋼鐵、建材、石化化工發(fā)展現(xiàn)狀碳排放碳排放電發(fā)展現(xiàn)狀碳排放碳排放電氣化技術(shù)電氣化潛力 鋼鐵建材石化化工鋼鐵建材石化化工有色金屬有色金屬5.6億tce4749億kxwh18.2億噸5.6億tce4749億kxwh18.2億噸l高爐煉鐵l焦化工序3.8億tce40l7億kxwhl3.7億tcel熟料煅燒l燃燒和發(fā)電能源消費(fèi)12.1億tce546l億kxwh l4.5億tce7452億kxwh6.7億tcel電力生產(chǎn)l金屬冶煉l原料合成l化學(xué)反應(yīng)l燃料排放原料替代能源替代其他技術(shù)ll煉化一體化l綠電綠氫工藝lCCUS氫冶金CCUSl低碳水泥l(xiāng)CCUSl離子液體l再生金屬工藝lCCUSl電爐煉鋼l傳統(tǒng)工序電能替代l電加熱l氫能燃料l電加熱l電驅(qū)動(dòng)l氫能燃料l電爐冶煉工藝智能制造余熱發(fā)電可再生能源智能制造余熱發(fā)電可再生能源智能制造余熱發(fā)電可再生能源10~15%20~25%20~30%70~72%40~50%45~55%75~77%30~35%10~15%20~25%20~30%70~72%40~50%45~55%75~77%30~35%2030年2050年2060年55~60%35~40%60~65%77~80%資料來(lái)源：根據(jù)中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)電力統(tǒng)計(jì)年鑒、加快工業(yè)電氣化發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及電力、電子、電器全方位的變革。工業(yè)電氣化發(fā)展應(yīng)與電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型相輔相成，電氣化發(fā)展只有基于綠色低碳的清潔技術(shù)支撐、能源保障、市場(chǎng)機(jī)制等方面，多措并舉推動(dòng)工業(yè)電氣化發(fā)展，統(tǒng)籌傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系著力推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域電排放雙控”轉(zhuǎn)型，打破能耗雙控對(duì)可再生能源利用的約束，為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)釋放用能空間，以更加鮮明、精準(zhǔn)的低碳政策導(dǎo)向，引導(dǎo)企業(yè)加快形成減污降碳的激勵(lì)約束機(jī)制，為工業(yè)電科技創(chuàng)新成為工業(yè)領(lǐng)域電氣化發(fā)展的重要引擎。新一代綠色低碳技術(shù)、信息技術(shù)、新能源、新材料等新興技術(shù)的集中涌現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，為工業(yè)電氣化發(fā)展提供了必要的技術(shù)支撐。新時(shí)期更要發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，加大研發(fā)攻關(guān)力度，解決行業(yè)綠色低碳及電氣化發(fā)展的共性難題。以鋼鐵行業(yè)為例，對(duì)電爐煉鋼等成熟電氣化技術(shù)，鼓勵(lì)以企業(yè)為主體加快產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和迭代升級(jí)；對(duì)綠氫應(yīng)用、中低溫?zé)崮芑厥绽玫忍幱谘邪l(fā)和示范階段的電氣化技術(shù)，依托科研院所、高校和行業(yè)協(xié)會(huì)，聯(lián)合重點(diǎn)企業(yè)，構(gòu)建覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新生安全穩(wěn)定的電力供應(yīng)是工業(yè)領(lǐng)域電氣化發(fā)展的關(guān)鍵保障。在供給側(cè)加強(qiáng)調(diào)峰儲(chǔ)能和智化一體”，讓電氣化手段成為數(shù)字化、智能化發(fā)展的有效載體，充分挖掘靈活性資源，更好低應(yīng)對(duì)新型電力系統(tǒng)的不確定性，推動(dòng)電力系統(tǒng)從發(fā)輸配用“單向傳輸”轉(zhuǎn)向“源網(wǎng)荷堅(jiān)持電力市場(chǎng)化方向和體制機(jī)制改革是工業(yè)電氣化發(fā)展的助推劑。工業(yè)領(lǐng)域，尤其是鋼鐵、建材、石化化工、有色金屬等碳密集型傳統(tǒng)行業(yè)屬于重資產(chǎn)行業(yè)，負(fù)債率高，不確定性強(qiáng)，綠色低碳轉(zhuǎn)型和電氣化發(fā)展存在融資難的問(wèn)題，應(yīng)建立健全相應(yīng)體制機(jī)制，提升創(chuàng)新體系整體效能。在可再生能源、儲(chǔ)能建設(shè)等方面對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)給予政策傾斜，降低企業(yè)用電成本，鼓勵(lì)企業(yè)更多使用清潔電力，在發(fā)展過(guò)程中實(shí)現(xiàn)與新型電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)匹配和隨著重點(diǎn)領(lǐng)域電氣化技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展和推廣應(yīng)用，以及電力基礎(chǔ)設(shè)施、政策力服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制等各個(gè)方面的逐漸完善，工業(yè)電氣化水平將逐漸提升，預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)工業(yè)電氣化水平將達(dá)到30%左右，到2050年將達(dá)到50%左右，到2060年將達(dá)到鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展現(xiàn)狀及路徑分析鋼鐵行業(yè)作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和工業(yè)化程度的重要標(biāo)志。我國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展正在由數(shù)量時(shí)期邁向高質(zhì)量時(shí)期，面對(duì)產(chǎn)能調(diào)控和節(jié)能降碳的雙重壓力，以及歐盟碳邊境調(diào)整機(jī)制（CBAM）和即將到來(lái)的全國(guó)碳市場(chǎng)擴(kuò)容對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)成本的影響，鋼鐵行業(yè)更要積極“轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)、提質(zhì)量、增效益”，實(shí)現(xiàn)有色金屬等行業(yè)高度關(guān)聯(lián)，鋼鐵產(chǎn)品也是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、汽車(chē)制造、裝備制造等領(lǐng)域的主要原材料，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的綠色低碳轉(zhuǎn)型具有重要的帶動(dòng)作用。先行先試促進(jìn)行業(yè)電氣化發(fā)展，不僅有利于鋼鐵行業(yè)解決“能-碳-電”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展，同時(shí)探索構(gòu)建“鋼-化-建-能”一體化新型智慧生產(chǎn)體系，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)與電力、建材、石2022年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量和成品鋼表觀消費(fèi)量分別約10.18億噸、9.43億噸，占全球2022年全球粗鋼生產(chǎn)2022年我國(guó)鋼材消費(fèi)鋼鐵消費(fèi)9.43億噸a機(jī)械16%a汽車(chē)6%.其他15%圖2-12022年我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)及消費(fèi)情況資料來(lái)源：根據(jù)《世界鋼鐵統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)2024》《鋼鐵市場(chǎng)2022年回顧與2023年展望》等資料整理。我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)以長(zhǎng)流程生產(chǎn)工藝（即“轉(zhuǎn)爐煉鋼”）為主，2022年產(chǎn)量占比高達(dá)歐盟44%的發(fā)展水平，也低于世界平均水平（約28%）[9]。長(zhǎng)流程生產(chǎn)工藝對(duì)化石能源高度依賴，鐵和碳深度耦合為鋼鐵生產(chǎn)工序提供還原劑、能源和工藝的支撐，流程脫碳面臨“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的挑戰(zhàn)。2022年，我國(guó)鋼鐵行業(yè)能源消費(fèi)量達(dá)5.60億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占全國(guó)能源消費(fèi)總量的10%。其中，轉(zhuǎn)爐煉鋼的能源消費(fèi)量為5.49億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占鋼鐵行業(yè)能源消費(fèi)量的98%；電爐煉鋼的能源消費(fèi)量為0.11億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。煤炭和焦炭占鋼電力是鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的能源支撐。按照噸鋼電耗466千瓦時(shí)計(jì)算，2022年鋼鐵行業(yè)電力消費(fèi)量約4749億千瓦時(shí)，占鋼鐵行業(yè)能源消費(fèi)量的10.4%[10]。其中，轉(zhuǎn)爐煉鋼的電力消費(fèi)量為4242億千瓦時(shí)，占鋼鐵行鋼鐵行業(yè)不同工序?qū)﹄娏Φ囊蕾嚦潭炔煌?，其中，電爐工序的能源消費(fèi)以電力為主，占比而在燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐、轉(zhuǎn)爐等工序中，電力消費(fèi)相對(duì)較低，比重不足20%，是0.66-0.163.56-0.163.56鐵礦石鐵礦石0.98石灰石i0.46煤i0.46煤能源消費(fèi)0.51能源消費(fèi)0.51短流程短流程0.06單位：億噸標(biāo)準(zhǔn)煤廢鋼圖2-22022年鋼鐵行業(yè)能源（電力）消費(fèi)構(gòu)成由于大量使用化石能源，鋼鐵行業(yè)的碳排放不可避免。2022年，鋼鐵行業(yè)碳排放量達(dá)18.2億噸，約占我國(guó)碳排放總量的17%，是僅次于發(fā)電行業(yè)的高碳排放行業(yè)，占全球鋼鐵碳排放總量的60%以上。其中，70%以上的碳排放來(lái)自于燒結(jié)、焦化、高爐等鐵前部署產(chǎn)能結(jié)構(gòu)調(diào)整、加強(qiáng)超低排放改造、加快用能設(shè)備更新、推動(dòng)全流程余熱利用、提升 短流程電爐煉鋼比重、加快低碳冶煉技術(shù)推廣應(yīng)用、提升數(shù)字化管理水平等重點(diǎn)任務(wù)，多 管齊下促進(jìn)鋼鐵行業(yè)向綠色化、智能化、高端化發(fā)展（見(jiàn)表2-1）。在當(dāng)前從“能耗雙控”轉(zhuǎn)向“碳排放雙控”的關(guān)鍵時(shí)期，電氣化發(fā)展的戰(zhàn)略意義更加凸顯，從國(guó)家層面統(tǒng)籌部署強(qiáng)化引領(lǐng)，細(xì)化行業(yè)電氣化措施，加強(qiáng)政策扶持力度，更好地引導(dǎo)鋼鐵行業(yè)乃至工業(yè)領(lǐng)域位2022.01.20力爭(zhēng)到2025年，鋼鐵工業(yè)基本形成布局結(jié)構(gòu)合理、資源供應(yīng)穩(wěn)定、技術(shù)裝備先進(jìn)、質(zhì)量品牌突出、智能化水平高、全球競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)、綠色低碳可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展格局。工藝結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)化，電爐鋼產(chǎn)量占粗鋼總2022.01.27到2025年，鋼鐵、有色、化工等重點(diǎn)行業(yè)工業(yè)固廢產(chǎn)生強(qiáng)度下降，大宗工業(yè)固廢的綜合利用水平顯著提升，再生資源行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，工業(yè)資源綜合利用效率明顯提升。力爭(zhēng)大宗工業(yè)固廢綜合利用率達(dá)到用量超過(guò)4.8億，其中廢鋼鐵3.2億噸。2022.02.12到2025年，鋼鐵行業(yè)煉鐵、煉鋼工序能效標(biāo)桿水平以上產(chǎn)能比例達(dá)到30%，能效基準(zhǔn)水平以下產(chǎn)能基本清零，行業(yè)節(jié)能降碳效果顯著，綠色低碳2022.06.23到2025年，重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)能效全面提升，鋼鐵、石化化工、有色金屬、建材等行業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品能效達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗比2020鋼，提高廢鋼使用量，加快燒結(jié)煙氣內(nèi)循環(huán)、高爐爐頂均壓煤氣回收、鐵水一罐到底、薄帶鑄軋、鑄坯熱裝熱送、副產(chǎn)煤氣高參數(shù)機(jī)組發(fā)電、余熱余壓梯級(jí)綜2022.07.07聚焦重點(diǎn)行業(yè)，實(shí)施鋼鐵、建材、石化化工、有色金屬等行業(yè)碳達(dá)峰行動(dòng)。到2025年，廢鋼鐵加工準(zhǔn)入企業(yè)年加工能力超過(guò)1.8億噸，短流程煉鋼占比達(dá)15%以上。到2030年，富氫碳循環(huán)高爐冶煉、氫基豎爐直接還原鐵、碳捕集利用封存等技術(shù)取得突破應(yīng)2023.08.212023-2024年，鋼鐵行業(yè)穩(wěn)增長(zhǎng)的主要目標(biāo)是：2023年，鋼鐵行業(yè)供需保持動(dòng)態(tài)平衡，全行業(yè)固定資產(chǎn)投資保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益顯著提升，行業(yè)研2024年，行業(yè)發(fā)展環(huán)境、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，高端化、智能化、綠色化水平不斷提升，工業(yè)增加值增位2023.09.27到2025年，建立較為完善的鋼鐵行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，累計(jì)研制45項(xiàng)以上鋼鐵行業(yè)智能制造領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)，基本覆蓋基礎(chǔ)共性和裝備層、車(chē)間層、工企業(yè)層、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同層各層級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先制定基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)以及綠色低碳、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)安全等關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景標(biāo)準(zhǔn)，突出標(biāo)準(zhǔn)在先進(jìn)制造技術(shù)與新一代信息2024.01.16到2026年，鋼鐵行業(yè)數(shù)字化整體水平顯著提升，新一代信息技術(shù)與鋼鐵工業(yè)深度融合，行業(yè)數(shù)字生態(tài)體系持續(xù)完善，基本實(shí)現(xiàn)由單點(diǎn)、局部向系統(tǒng)性、全局性的數(shù)字化發(fā)展轉(zhuǎn)變。數(shù)字基礎(chǔ)不斷夯實(shí)，關(guān)鍵工序數(shù)控化率達(dá)到80%，生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率達(dá)到55%，3D崗位機(jī)器換人率達(dá)到40%，突破一批工業(yè)軟件和2024.05.27到2025年底，鋼鐵行業(yè)高爐、轉(zhuǎn)爐工序單位產(chǎn)品能耗分別比2023年降低1%以上，電弧爐冶煉單位產(chǎn)品能耗比2023年降低2%以上，噸鋼綜合能耗比2023年降低2%以上，余熱余壓余能自發(fā)電率比2023年提高3個(gè)百分點(diǎn)以上。資源安全是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是我國(guó)從鋼鐵大國(guó)轉(zhuǎn)向鋼鐵強(qiáng)國(guó)的必要保障。以長(zhǎng)流程為主導(dǎo)的生產(chǎn)工藝，導(dǎo)致我國(guó)鐵礦石的對(duì)外依存度高達(dá)75%左右，是全球最大的鐵礦石進(jìn)口國(guó)。鐵礦石資源供應(yīng)不足、高度依賴進(jìn)口，是影響我國(guó)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全的核心問(wèn)題。2023年我國(guó)鐵礦石進(jìn)口量達(dá)11.8億噸，占全球鐵礦石貿(mào)易石來(lái)自于澳大利亞和巴西，進(jìn)口來(lái)源相對(duì)集中，戰(zhàn)略安全問(wèn)題凸顯。目前我國(guó)已將鐵礦石提升資源保障能力，同時(shí)鼓勵(lì)廢鋼替代產(chǎn)品應(yīng)用，從源頭上減少鐵礦石需求。充分利用現(xiàn)有的2.63億噸廢鋼資源，大力推廣電爐煉鋼短流程工藝，促進(jìn)鋼鐵行貫徹“節(jié)約優(yōu)先”理念，提高能源資源使用效率，從源頭上降低鋼鐵行業(yè)能源和資源消耗。2022年，鋼鐵行業(yè)“能效標(biāo)桿三年行動(dòng)方案”正式啟動(dòng)，極致能效工程進(jìn)入實(shí)質(zhì)性實(shí)施階段，成為繼產(chǎn)能置換、超低排放改造之后的第三大改造工程，以“雙碳最佳實(shí)踐能效標(biāo)桿示范廠”培育為抓手，將力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)2024年1.5億噸至2.0億噸、2025年2.0億噸至3.0億噸鋼鐵產(chǎn)能達(dá)到能效標(biāo)桿的水平。在鋼鐵行業(yè)極致能效技術(shù)清單中，與電氣2.2國(guó)內(nèi)外鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展技術(shù)路徑分析全球鋼鐵行業(yè)正在積極探索綠色發(fā)展的顛覆性、變革性技術(shù)，綠色鋼鐵正在從理念轉(zhuǎn)化為行動(dòng)、從愿景轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。盡管目前尚無(wú)任何國(guó)家發(fā)布鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展的專項(xiàng)政策，但主要鋼鐵國(guó)家和地區(qū)都在積極開(kāi)展鋼鐵電氣化發(fā)展技術(shù)的探索與實(shí)踐，作為促進(jìn)鋼在全球碳中和發(fā)展趨勢(shì)下，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)鋼鐵企業(yè)紛紛發(fā)布低碳路線圖，綠電、綠氫的使用成為鋼鐵企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的共同選擇，綠色鋼廠、綠色鋼材逐步涌現(xiàn)，全球零碳鋼鐵發(fā)展大賽已起步，日本、美國(guó)、韓國(guó)、歐盟等主要鋼鐵生產(chǎn)國(guó)家和地區(qū)積極出臺(tái)綠色鋼鐵相關(guān)政策，主要鋼鐵企業(yè)也在創(chuàng)新綠色鋼鐵低碳技術(shù)，在電氣化發(fā)展方面進(jìn)行了積極探索和布局。盡管具體工藝路線不完全相同，但總體而言，主要是通過(guò)工藝革新增加綠色能源使表2-2主要鋼鐵生產(chǎn)國(guó)家和地區(qū)鋼鐵行業(yè)碳中和目標(biāo)及路徑國(guó)家/地區(qū)2050年實(shí)現(xiàn)碳中和為了實(shí)現(xiàn)“3550”碳中和目標(biāo),美國(guó)拜登政府計(jì)劃投資2萬(wàn)億美元用于國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施、清潔能源等領(lǐng)域的建設(shè)。加大對(duì)儲(chǔ)能、綠氫、核能、CCS等前沿技術(shù)的研發(fā)力度,降低2050年實(shí)現(xiàn)碳中和（歐洲鋼鐵工業(yè)承諾2030年2050年相較于1990年減歐盟成員國(guó)如德國(guó)鋼鐵企業(yè)已經(jīng)將政府資金投入到綠色低碳的鋼鐵產(chǎn)品中試項(xiàng)目中，安塞樂(lè)米塔爾集團(tuán)致力于在德瑞典公司的HYBRIT項(xiàng)目已經(jīng)向客戶交付了低碳鋼材2050年實(shí)現(xiàn)碳中和（日本鐵鋼聯(lián)盟提出到2050體零排放,碳排放量減少30%，到2100年前實(shí)現(xiàn)零碳鋼生產(chǎn)）日本計(jì)劃通過(guò)電爐生產(chǎn)更多的鋼來(lái)實(shí)施積極的轉(zhuǎn)型,并承諾將其能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕾噹в刑疾东@與封存（CCS）的通2050年實(shí)現(xiàn)碳中和韓國(guó)提出了氫冶金路線圖，以努力遏制溫室氣體排放。以浦項(xiàng)為首的韓國(guó)鋼鐵工業(yè)已經(jīng)宣布了建設(shè)氫冶金設(shè)備的2070年實(shí)現(xiàn)碳中和印度碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)依賴于大型鋼鐵企業(yè)使用氫能源，(2)國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展技術(shù)路徑分析2022年8月，中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布《鋼鐵行業(yè)碳中和愿景和低碳技術(shù)路線圖》，通過(guò)“系統(tǒng)能效提升、資源循環(huán)利用、流程優(yōu)化創(chuàng)新、冶煉工藝突破、產(chǎn)品迭代升級(jí)、捕集封存利用”六大路徑，分四個(gè)階段逐步實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)碳中和。預(yù)計(jì)到2060年減少鋼鐵行業(yè)95%碳排放（如圖2-3所示）。系統(tǒng)能效提升資源循環(huán)利用流程優(yōu)化創(chuàng)新冶煉工藝突破產(chǎn)品迭代升級(jí)捕集封存利用六大路徑四個(gè)階段系統(tǒng)能效提升資源循環(huán)利用流程優(yōu)化創(chuàng)新冶煉工藝突破產(chǎn)品迭代升級(jí)捕集封存利用積極推進(jìn)穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)深度脫碳-40%重大突破沖刺極限融合發(fā)展助力碳中和2022年，中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)提出了“世界前沿低碳共性技術(shù)開(kāi)發(fā)支持計(jì)劃”，列出了需要重點(diǎn)發(fā)展和支持的前沿低碳共性技術(shù)清單，包括富氫或全氫氣基直接還原技術(shù)、富氫碳循環(huán)高爐技術(shù)、氫基熔融還原技術(shù)、近零碳排電爐流程技術(shù)、鋼鐵近終型制造技術(shù)、高廢鋼比高效轉(zhuǎn)爐技術(shù)、冶金渣顯熱回收及高效化資源化利用技術(shù)，以及CO2捕集及資在此背景下，寶武集團(tuán)、河鋼集團(tuán)、首鋼股份、寶鋼股份等主要鋼鐵企業(yè)也提出應(yīng)的低碳發(fā)展路線圖，將技術(shù)突破作為低碳轉(zhuǎn)型的重要方向，堅(jiān)持前沿技術(shù)創(chuàng)新，在極致能源效率提升、高爐熱態(tài)熔渣余熱回收技術(shù)開(kāi)發(fā)、富氫碳循環(huán)氧氣高爐研發(fā)示范、“鋼鐵+氫能”結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、智能制造等方面進(jìn)行布局，有效推動(dòng)電氣化技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐，爭(zhēng)做2.3我國(guó)鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展技術(shù)路徑分析鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，化石能源既是能源，又是原料。鋼鐵行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的終極目標(biāo)鐵礦石的依賴，促進(jìn)能源低碳化、資源綠色化。以“碳”為根本，從能源燃料向產(chǎn)品原材料轉(zhuǎn)型以及碳的循環(huán)利用是低碳鋼鐵的根本命題；以“氫”為核心，將氫作為最重要的能量載體和脫碳原材料；以“電”為驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建以清潔電力為主體的能源體系，實(shí)現(xiàn)能源高綜合國(guó)際國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)低碳發(fā)展現(xiàn)狀及成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)，從供給側(cè)和需求側(cè)共同發(fā)力，鋼鐵行業(yè)電氣化技術(shù)路徑可分為三類，即原料替代、能源替代以及綜合技術(shù)。其中，原料替代主要指從關(guān)鍵能耗工序和工段等能源消費(fèi)與碳排放源頭上，通過(guò)工藝、技術(shù)、材料及必要的裝備等方面的創(chuàng)新，在鋼鐵生產(chǎn)中可考慮采用氫氣或者捕集的二氧化碳2）替代焦碳等原料，盡可能減少化石能源的使用，降低碳排放，挖掘電氣化發(fā)展?jié)摕掍摗保?。能源替代主要是指在鋼鐵生產(chǎn)的加熱、動(dòng)力及燃料等用能環(huán)節(jié)，通過(guò)電力替代減少化石能源使用，提高能源使用效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程電氣化水平的提升，支撐技術(shù)主要包括電爐煉鋼及傳統(tǒng)工序電氣化。綜合技術(shù)指在促進(jìn)鋼鐵行業(yè)綠色化、智能化、高端化發(fā)展的其他支撐技術(shù)，包括智能制造及智能化解決方案、節(jié)能技術(shù)、余熱發(fā)電、可再生能源開(kāi)發(fā)利用等（如圖2-4所示）。電氣化發(fā)展技術(shù)路徑著力點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)支撐H2H2替代焦炭原料替代原料替代轉(zhuǎn)爐工序電能替代其他工序電能替代轉(zhuǎn)爐工序電能替代其他工序電能替代能源替代能源替代系統(tǒng)節(jié)能，電力供應(yīng)等系統(tǒng)節(jié)能，電力供應(yīng)等綜合技術(shù)智能制造及智能化解決方案綜合技術(shù)節(jié)能技術(shù)、余熱發(fā)電、可再生能源開(kāi)發(fā)利用圖2-4鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展技術(shù)路徑及關(guān)鍵技術(shù)基于當(dāng)前鋼鐵行業(yè)工藝結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平，不同技術(shù)對(duì)鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展水平影響不同。以電爐煉鋼為例，其能耗和碳排放僅為長(zhǎng)流程生產(chǎn)工藝的1/3。電力消費(fèi)占生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定的氫能供應(yīng)難以保證、資源供應(yīng)與消費(fèi)存在時(shí)空不匹配等問(wèn)題。以1%的氫冶金技術(shù)替代1%的長(zhǎng)流程轉(zhuǎn)爐煉鋼，通過(guò)降低終端能源消費(fèi)提升鋼鐵行業(yè)電氣化水平，預(yù)計(jì)可以提高終端電氣化率約0.1個(gè)百分點(diǎn)，如果考慮以綠電制備綠氫，間接電氣化率可提升節(jié)能技術(shù)等技術(shù)，可提升鋼鐵行業(yè)電氣化率約0.而從電力供給側(cè)發(fā)力，充分利用工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱開(kāi)展余熱發(fā)電，可以實(shí)現(xiàn)能源利用效率的最大化，減少環(huán)境污染，應(yīng)視作綠色電力來(lái)源，在工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型過(guò)程中需予以優(yōu)先考慮與高度重視?；诋?dāng)前技術(shù)水平，在鋼鐵行業(yè)推廣應(yīng)用1%的余熱發(fā)電，可提升行業(yè)自發(fā)電率0.1%。而在鋼鐵行業(yè)開(kāi)發(fā)利用可再生能源，實(shí)現(xiàn)能源的清潔替代，每技術(shù)成熟度研發(fā)階段經(jīng)濟(jì)性較差能-碳電“三維”影響終端能源消費(fèi)減少碳排放減少終端電力消費(fèi)受氫氣來(lái)源影響對(duì)終端電氣化水平影響+0.1%（直接）+0.2%（間接-綠氫）研發(fā)階段較差終端能源消費(fèi)增加碳排放減少終端電力消費(fèi)增加+0.3%產(chǎn)業(yè)階段較差終端能源消費(fèi)減少碳排放減少終端電力消費(fèi)增加+0.1%l傳統(tǒng)工序電氣化產(chǎn)業(yè)化階段好終端能源消費(fèi)減少碳排放減少終端電力消費(fèi)增加+0.0l%~0.02%l智能制造及智能化解決方案產(chǎn)業(yè)化初期好終端能源消費(fèi)減少碳排放減少終端電力消費(fèi)增加+0.06%產(chǎn)業(yè)化階段好終端能源消費(fèi)減少碳排放減少終端電力消費(fèi)存在不確定性+0.01%~0.02%產(chǎn)業(yè)化階段好供給側(cè)發(fā)力，提供電力支撐碳排放減少能源自給率+0.1%l可再生能源產(chǎn)業(yè)化階段好供給側(cè)發(fā)力，提供電力支撐碳排放減少可再生能源消費(fèi)占比+0.1%圖2-5鋼鐵行業(yè)電氣化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及注：各技術(shù)路徑對(duì)終端電氣化率的影響主要基于鋼鐵行業(yè)2022年發(fā)展情況測(cè)算，僅供參考，實(shí)際變化受需求量、工藝結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平等多鋼鐵行業(yè)電氣化鋼鐵行業(yè)在工業(yè)領(lǐng)域的作用舉足輕重，但行業(yè)電氣化發(fā)展路徑選擇多樣，存在較大的不確定性。結(jié)合鋼鐵行業(yè)的主要生產(chǎn)工藝及過(guò)程、主要用能環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)電氣化發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)路徑進(jìn)行研究，課題組對(duì)行業(yè)電氣化發(fā)展前景進(jìn)行預(yù)判，對(duì)相應(yīng)的綜合效益以及不確定因素進(jìn)行分析，提出“雙碳”目標(biāo)下鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展戰(zhàn)略和路徑，助力依據(jù)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域及鋼鐵行業(yè)相關(guān)政策要求，結(jié)合當(dāng)前鋼鐵行業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展、原料供應(yīng)、工藝裝備、技術(shù)水平、能源結(jié)構(gòu)等多方面的因素，采用國(guó)內(nèi)外研究報(bào)告中常見(jiàn)的綜合評(píng)價(jià)模型定量分析方法，綜合分析未來(lái)鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展前景，考慮到數(shù)據(jù)可得性和可比性①,以2022年為基準(zhǔn)年，聚焦2030年、2050年、2060年三個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，推演鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展趨勢(shì)，研判鋼鐵行業(yè)未來(lái)的能耗、碳排放、①由于工業(yè)及鋼鐵細(xì)分領(lǐng)域的能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)尚未完全公開(kāi)，因此，選擇2022年數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（、人口）下游用鋼行業(yè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（、人口）下游用鋼行業(yè)（建筑、汽車(chē)、能源、機(jī)械、其他）鋼鐵需求量鋼鐵需求量原料供應(yīng)鐵礦石資源廢鋼資源技術(shù)水平轉(zhuǎn)爐煉鋼 能源結(jié)構(gòu)（電力）原料供應(yīng)鐵礦石資源廢鋼資源技術(shù)水平轉(zhuǎn)爐煉鋼 能源結(jié)構(gòu)（電力）綜合效益氫冶金灰氫氫冶金綠氫 技術(shù)推廣能效水平 余熱發(fā)電 可再生能源開(kāi)發(fā)利用(2)測(cè)算邊界根據(jù)《鋼鐵企業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50632-2019）》，聚焦鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程主要工如果基于綠氫，則包括電解水制氫、電爐、軋制工序。鐵礦石、廢鋼、鐵合金、熔劑等原包括配料、原料運(yùn)輸、造球、焙燒、篩分等到成品球化驗(yàn)、計(jì)量、水循環(huán)系統(tǒng)、環(huán)保（水處理及除塵供熱鍋爐等設(shè)施包括溶劑、燃料破碎、配料、原料運(yùn)輸、工藝過(guò)程混礦破碎、篩分等到成品燒結(jié)礦皮帶機(jī)離開(kāi)燒結(jié)工序?yàn)橹拱ǜ郀t本體、熱風(fēng)爐、噴煤、供上料及裝料、出鐵密閉循環(huán)、凈循環(huán)子工序、煤氣凈化、鼓風(fēng)機(jī)站、礦除塵、TRT/BPRT等設(shè)施包括爐料制備、電爐冶煉、清潔去雜、精煉調(diào)溫、鑄造包括鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐本體、連鑄（或澆鑄）、渣處包括均熱爐、加熱爐、塑性成形設(shè)備（含軋制、鍛造包括CO2捕集和CO2利用兩大主要環(huán)節(jié)包括電解槽、汽水分離器、洗滌器、冷卻器、供水、鋼鐵行業(yè)直接電氣化率η直接可采用如下公式計(jì)算得到：其中，P終表示終端用電量；E終表示終端能源消費(fèi)總量；α表示電熱當(dāng)量，標(biāo)準(zhǔn)值為860千卡/千瓦時(shí)。終端用電量P終可通過(guò)轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼、氫冶金-灰氫、氫冶金-綠氫、CO2煉終端能源消費(fèi)總量E終可通過(guò)轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼、氫冶金-灰氫、氫冶金-綠氫、鋼鐵行業(yè)間接電氣化η間接可采用如下公式計(jì)算得到：其中，PX表示轉(zhuǎn)化為熱、冷、氣（氫）等終端能源形式消耗的電能；EX表示終端消3.2鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定及不確定性分析依據(jù)《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》《鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施指南》《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》等政策，以“技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境友好、安全可靠”為原則，結(jié)合《面向碳中和的氫冶金發(fā)展戰(zhàn)略研究》《中國(guó)鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰碳中和時(shí)間表與路線圖》《電爐短流程區(qū)域布局與發(fā)展要素適配性分析》等行業(yè)研究報(bào)告，參數(shù)設(shè)定充分考慮政策、技術(shù)、市場(chǎng)等因素影響，課題組提出相對(duì)合理可行的鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展情景，同時(shí)對(duì)存在的不確定因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析。經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速對(duì)鋼鐵消費(fèi)具有很強(qiáng)的拉動(dòng)作用，過(guò)去20年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量快速增長(zhǎng)的根本原因在于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展導(dǎo)致用鋼需求大幅增加，而在當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)下行的大趨勢(shì)下，鋼材消費(fèi)量即將進(jìn)入穩(wěn)步下行的平臺(tái)期，行業(yè)發(fā)我國(guó)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)量自2020年后已經(jīng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，綜合考慮未來(lái)建筑、機(jī)械、能源、汽車(chē)等重點(diǎn)用鋼行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)以及鋼鐵需求量變化，預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)鋼鐵行業(yè)的需求量將降至9.2~9.8億噸；到2050年，鋼鐵行業(yè)的需求量將降至6~7.2億噸左右；到2060年，鋼鐵行業(yè)的需求量將降至5~7億噸。綜合考慮“雙碳”目標(biāo)對(duì)鋼鐵行業(yè)發(fā)展的剛性約束，以及鋼鐵行業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性和持續(xù)性要求，2030年、2050年、2060年鋼?新基建、老舊小區(qū)改造，以及鋼結(jié)構(gòu)建筑等新型建筑需求增加鋼鐵需求量（億噸）鋼鐵需求量（億噸）?老舊設(shè)備節(jié)能改造需求增加?智能化、高性能設(shè)備需求增加?新型能源體系相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施增加?特高壓等電力傳輸設(shè)施需求增加?新能源汽車(chē)需求增加?共享化、智能化、輕量化導(dǎo)致需求減弱202220252030203520402045205020552060建筑u機(jī)械u能源u汽車(chē)a其他不確定性資料來(lái)源：根據(jù)BNEF、東北大學(xué)、落基山研究院、(2)廢鋼資源變量分析資源保障是鋼鐵行業(yè)電氣化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵因素。我國(guó)鐵礦石的對(duì)外依存度高達(dá)75%，由于“內(nèi)鋼外礦”地位不對(duì)等，定價(jià)權(quán)嚴(yán)重缺失，鐵礦石價(jià)格波動(dòng)對(duì)鋼鐵行業(yè)影響顯著，將直接影響轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的平穩(wěn)運(yùn)行，難以滿足鋼鐵業(yè)快速發(fā)展的需求。廢鋼作為唯一可以大量代替鐵礦石的再生原料和鐵素資源的重要供應(yīng)來(lái)源，在碳中和背景下戰(zhàn)略意義不近年來(lái)，隨著鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)粗鋼積蓄量大幅提升，廢鋼資源總量躍居世產(chǎn)生的廢鋼，通常只在鋼鐵廠內(nèi)部循環(huán)利用，不會(huì)流入市場(chǎng)；加工廢鋼和折舊廢鋼又稱為億噸左右則直接應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)鑄鍛（“廢鋼資源量”為測(cè)算值，通常會(huì)高于廢鋼生產(chǎn)量和消費(fèi)量）。其中，鋼鐵行業(yè)70%的廢鋼我國(guó)鋼鐵多數(shù)應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，尚未達(dá)到折舊年限，社會(huì)蓄積鋼鐵轉(zhuǎn)化為廢鋼資源產(chǎn)出仍需要一定周期。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)鋼鐵蓄積量將達(dá)到132億噸，廢鋼資源量將達(dá)考慮到廢鋼從理論積蓄量向?qū)嶋H資源量、有效供應(yīng)量的轉(zhuǎn)化存在不確定性，按照保守情況廢鋼資源量（萬(wàn)噸）3220102011201220l320l4201520l6201720182019202020212022u折舊廢鋼u加工廢鋼a自產(chǎn)廢鋼u進(jìn)口廢鋼廢鋼資源量（萬(wàn)噸）廢鋼資源量（萬(wàn)噸）20222025203020352040205020552060圖3-32010~2022年國(guó)內(nèi)廢鋼資源量變化以及到2060年廢鋼資源變量預(yù)測(cè)結(jié)果資料來(lái)源：根據(jù)《2022年中國(guó)廢鋼鐵市場(chǎng)供需平衡分析》《現(xiàn)階段我國(guó)廢鋼資源產(chǎn)出情況分析》《我國(guó)電爐短流程作為重資產(chǎn)行業(yè)，工藝裝備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性是影響鋼鐵行業(yè)發(fā)展路徑的核心要素。近年來(lái)我國(guó)在清潔能源的開(kāi)發(fā)利用方面已經(jīng)走在世界前列，但總體來(lái)看電氣化發(fā)展仍處于摸索階段，鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展在技術(shù)推廣應(yīng)用、能源保障、產(chǎn)品低碳價(jià)值轉(zhuǎn)化等方面仍存在制約。短期內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼依然是鋼鐵行業(yè)的主導(dǎo)工藝，中遠(yuǎn)期鋼鐵行業(yè)降碳的關(guān)鍵在于冶煉未來(lái)我國(guó)廢鋼成本隨著資源釋放不斷降低，綠電綠氫成本伴隨著可再生能源的發(fā)展也不斷減少，將顯著提高電爐煉鋼、氫冶金、CO2煉鋼等低碳生產(chǎn)工藝的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，預(yù)計(jì)同時(shí)，儲(chǔ)能、虛擬電廠、智能制造及智能化解決方案等技術(shù)推動(dòng)鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展與新型電力系統(tǒng)的協(xié)同機(jī)制逐步完善，提升低碳煉鋼生產(chǎn)過(guò)程的安全性和可靠性，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)加快結(jié)構(gòu)調(diào)整，電爐煉鋼、氫冶金、CO2煉鋼等低碳煉鋼工藝將逐步替代傳統(tǒng)的產(chǎn)流程轉(zhuǎn)爐煉鋼，加快促進(jìn)鋼鐵行業(yè)電氣化水平提升。預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)爐煉鋼的市場(chǎng)占比將從2022年的90%降至2030年的80%以下，到2060年將進(jìn)一步降低至20~30%。5000400030002000100002020203020502060uco?煉鋼氫冶金（7元/kgH?)a氫冶金（15元/kgH?)氫冶金（20元/kgH?)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)下滑的時(shí)期，企業(yè)把生存和發(fā)展放在首位，未來(lái)是選擇增加投資選擇電爐煉鋼、CO2煉鋼等技術(shù)，又或者是考慮采用能源或者原材料外采，開(kāi)展分工合作創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展新模式，是鋼鐵行業(yè)階段性電氣化水平的不確定因素之一。綜合考慮鋼鐵行業(yè)相關(guān)政策要求，以及鐵礦石、廢鋼資源的有效利用，預(yù)計(jì)到2030年，轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼、氫冶100%80%60%40%20%2022203020502060轉(zhuǎn)爐煉鋼電爐煉鋼氫冶金-灰氫氫冶金-綠氫co2煉鋼圖3-52022~2060年不同技術(shù)工藝生產(chǎn)的鋼鐵產(chǎn)品市場(chǎng)占比(4)能效水平變量分析鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)流程復(fù)雜，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)偏煤，而79%的能源被轉(zhuǎn)化成蒸汽、熱水等形式，用于各個(gè)工序的熱量消耗，而得到有效利用的可能不足40%[15]。采用電加熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)熱能需求的電力替代，是鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展的重要舉措。受工藝影響，不同工序電氣化提升潛力不同。預(yù)計(jì)到2060年，轉(zhuǎn)爐工序和電爐工序通過(guò)節(jié)能技術(shù)、智能制造及智能化解決方案等技術(shù)應(yīng)用，電氣化水平將小幅增長(zhǎng)，分別達(dá)到25%以上和75%以上；燒結(jié)、球團(tuán)工序通過(guò)帶式焙燒以及未來(lái)的等離子燒結(jié)等先進(jìn)電電氣化率將達(dá)到45%以上；在焦化工序采用CO等離子熱風(fēng)爐等技術(shù)，電氣化率可提升至35%以上；高爐工序隨著CO2噴吹、富氧噴吹、生物質(zhì)炭噴吹等技術(shù)的推廣應(yīng)用，以及未來(lái)氫等離子體熔融還原等以電力為主要支撐的先進(jìn)技術(shù)突破和成熟，電氣化率將超過(guò)30%；軋制工序目前正在積極探索電弧加熱、感應(yīng)加熱等主要工序電氣化水平燒結(jié)/球團(tuán)焦化高爐轉(zhuǎn)爐電爐軋制202213.9%7.7%2.0%20.0%69.7%28.3%2060>45%>35%>30%>25%>75%~100%帶式焙燒、等離子燒結(jié)、節(jié)能技術(shù)、智能制造及智能化解決方案等co等離子熱風(fēng)爐、節(jié)能技術(shù)、智能制造及智能化解決方案等co2:噴吹、富氧噴吹、生物質(zhì)炭噴吹、氫等離子體熔融還原等節(jié)能技術(shù)、智能制造及智能化解決方案等大容量高效電爐、節(jié)能技術(shù)、智能制造及智能化解決方案等電弧加熱、感應(yīng)加熱、近終形軋制、雙輥薄帶鑄軋等圖3-6到2060年鋼鐵生產(chǎn)各工序電氣化水平預(yù)測(cè)資料來(lái)源：根據(jù)《2022年我國(guó)鋼鐵行業(yè)能源消耗評(píng)述》《實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的等離子熱風(fēng)爐全電加熱解決方案》《通過(guò)氫等近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)改造，積極推動(dòng)行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能降耗未來(lái)隨著傳統(tǒng)工序電氣化技術(shù)推廣應(yīng)用、極致能效工程的開(kāi)展、智能制造及智能化解決方案等技術(shù)的應(yīng)用，以及先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和高效節(jié)能裝備推廣，鋼鐵行業(yè)的能效水平將持續(xù)提電力消費(fèi)比重單位產(chǎn)品能耗()100%70060050040030020080%60%40%20%2022203020502060升，單位產(chǎn)品能耗呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)。預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼、氫冶金-灰氫、氫冶金-綠氫、CO2煉鋼等不同工藝的單位產(chǎn)品能耗每年將降低0.5~1%不等，到2060年不電力消費(fèi)比重單位產(chǎn)品能耗()100%70060050040030020080%60%40%20%20222030205020602022203020502060u轉(zhuǎn)爐煉鋼u電爐煉鋼2022203020502060u轉(zhuǎn)爐煉鋼u電爐煉鋼u氫冶金-灰氫u氫冶金-綠氫uco2煉鋼氫冶金綠氫—co2煉鋼資料來(lái)源：根據(jù)《工業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平（2023年版）》，以及中國(guó)目前鋼鐵行業(yè)的能源消費(fèi)以煤炭和焦炭為主，電力消費(fèi)僅占10.4%，鋼鐵行業(yè)余熱過(guò)余熱發(fā)電技術(shù)將長(zhǎng)流程煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的余熱余能轉(zhuǎn)化成電力，綜合自發(fā)電率將超過(guò)60%。其中，有焦化工序的鋼鐵企業(yè)自發(fā)電率可達(dá)到100%以上，無(wú)焦化工序的鋼鐵企業(yè)積極開(kāi)發(fā)可再生能源，配套完善儲(chǔ)能等基礎(chǔ)設(shè)施，為行業(yè)電氣化發(fā)展提供必要的能源保障新型電力系統(tǒng)加速轉(zhuǎn)型新型電力系統(tǒng)總體成形新型電力系統(tǒng)新型電力系統(tǒng)加速轉(zhuǎn)型新型電力系統(tǒng)總體成形44%39%44%47%202249%2060205047%202249%2060205020%15%5%20%15%u余熱發(fā)電可再生能源u電網(wǎng)接入3.3鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展綜合效益基于上述測(cè)算方法，以及關(guān)鍵參數(shù)和不確定性分析，對(duì)2030、2050、2060年鋼鐵行業(yè)的能源消費(fèi)量、電氣化水平進(jìn)行測(cè)算。隨著電氣化、綠色化、智能化等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，到2050年將降至1.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，到2060年將降至1.1億噸標(biāo)2030年之前，鋼鐵行業(yè)主要發(fā)展電爐煉鋼、傳統(tǒng)工序電氣化等原料替代技術(shù)，以及智能制造及智能化解決方案、節(jié)能技術(shù)等綜合技術(shù)，對(duì)氫冶金、CO2煉鋼等原料替代技術(shù)進(jìn)行初期探索，擴(kuò)大終端電氣化消費(fèi)，并加強(qiáng)余熱發(fā)電和可再生能源開(kāi)發(fā)利用，為電氣化發(fā)展提供能源支撐；到2050年，鋼鐵行業(yè)將以電爐煉鋼、氫冶金等先進(jìn)生產(chǎn)工藝為電氣化發(fā)展的技術(shù)重點(diǎn)，提高短流程產(chǎn)能占比，同時(shí)加快提升核心裝備和關(guān)鍵工序數(shù)字化水平，有條件的企業(yè)配合CCUS及CO2煉鋼技術(shù)降低碳排放，余熱發(fā)電和可再生能源開(kāi)發(fā)利用水平持續(xù)提升，促進(jìn)行業(yè)加快實(shí)現(xiàn)電氣化發(fā)展；到2060年，隨著綠氫實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，基于綠電綠氫的電爐煉鋼、氫冶金等技術(shù)快速發(fā)展，CCUS及CO2煉鋼等技術(shù)應(yīng)用電氣化水平進(jìn)一步提升。預(yù)計(jì)鋼鐵行業(yè)電氣化率將從2022年的10.4%提升至2030年的14%、2050年的46%、2060年的57%。如果進(jìn)一步考慮電解水制綠氫，則鋼鐵行業(yè)的間接電氣化率將從2022年的10.4%提升至2030年的14%、2050年的51%、2060年6.0能源能源電力消費(fèi)量（億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）5.04.03.02.01.00.070%60%70%直接直接間接電氣化率50%40%30%20%10%2022203020502060能源消費(fèi)量電力消費(fèi)量直接電氣化率間接電氣化率(2)節(jié)能降碳協(xié)同效益突出鋼鐵行業(yè)因地制宜、因時(shí)制宜加快電氣化發(fā)展，采用電爐煉鋼、氫冶金、CCUS和CO2煉鋼、傳統(tǒng)工藝電氣化、智能制造及智能化解決方案、節(jié)能技術(shù)等綠色低碳技術(shù)大終端電力消費(fèi)，并以余熱發(fā)電、可再生能源等技術(shù)為行業(yè)電氣化發(fā)展提供更加清潔低碳到2030年，鋼鐵行業(yè)噸鋼綜合能耗將降至464.37千克標(biāo)準(zhǔn)年）下降了16%。2022年到2030年相應(yīng)地形成節(jié)能能力0.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于鋼鐵行業(yè)持續(xù)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，預(yù)計(jì)到2030年10%的能源由余熱回收、可再生能源等清億噸/年。到2050年，鋼鐵行業(yè)噸鋼綜合能耗將降至243.04千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，較2022年下降了56%。從2030年到2050年相應(yīng)地形成節(jié)能能力1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相應(yīng)的可減少二氧化碳排放量4.6億噸/年。其中，原料替代、能源替代、綜合技術(shù)路徑對(duì)節(jié)能能力的40%的能源由余熱回收、可再生能源等清潔能源提供，相應(yīng)的可減少二氧化碳排放量3.0億噸/年。合計(jì)可減少二氧化碳排放量7.6億噸/年。到2060年，鋼鐵行業(yè)噸鋼綜合能耗將降至176.98千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，較2022年下降了68%。從2050年到2060年相應(yīng)地形成節(jié)能能力0.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相應(yīng)的可減少二氧化碳排放量0.8億噸/年。其中，原料替代、能源替代、綜合技術(shù)路徑對(duì)節(jié)能能力的52%的能源由余熱回收、可再生能源等清潔能源提供，相應(yīng)的可減少二氧化碳排放量0.2億噸/年。合計(jì)可減少二氧化碳排放量1.0億噸/年（如圖3-10所示）。600500噸鋼綜合能耗噸鋼綜合能耗()400300200100形成節(jié)能能力（億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）形成節(jié)能能力（億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）0.200.20202220302050206020%15%65%20%15%65%5%26%69%25%19%不同技術(shù)路徑25%19%原料替代節(jié)能貢獻(xiàn)度能源替代節(jié)能貢獻(xiàn)度綜合技術(shù)節(jié)能貢獻(xiàn)度圖3-102022~2060年鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展所形成節(jié)能能力分析綜合考慮中遠(yuǎn)期我國(guó)鋼鐵需求量變化趨勢(shì)和鋼鐵行業(yè)發(fā)展愿景，預(yù)計(jì)到2030年、2050年、2060年，鋼鐵行業(yè)碳排放量將達(dá)到15.3億噸、2.7億噸、0.9億噸。鋼鐵行不同階段下，鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展三大路徑原料替代、能源替代、綜合技術(shù)對(duì)行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)不同。到2030年，原料替代由于技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，對(duì)該階段行業(yè)碳排放減少量的貢獻(xiàn)度相對(duì)較小，僅有5%，主要碳排放減少量來(lái)自于能源替代及貢獻(xiàn)度分別為39%和49%；2050年至2060年，原料替代、能源替代、綜合技術(shù)對(duì)鋼25碳排放量（億噸）碳排放量（億噸）5%29%12%66%鋼鐵行業(yè)碳排放總量66%電氣化發(fā)展減少的碳排放 39%原料替代降碳貢獻(xiàn)度能源替代降碳貢獻(xiàn)度20%綜合技術(shù)降碳貢獻(xiàn)度20%35%2022電氣化其他2030電氣化其他2050電氣化其他2060圖3-112022~2060年鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展對(duì)減少碳排放的貢獻(xiàn)(4)需求響應(yīng)潛力持續(xù)增加根據(jù)需求側(cè)響應(yīng)策略，鋼鐵行業(yè)的主要負(fù)荷可分為可調(diào)節(jié)負(fù)荷和不可調(diào)節(jié)負(fù)荷。鋼鐵行業(yè)連續(xù)性生產(chǎn)設(shè)備較多，燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐、轉(zhuǎn)爐等工序除檢修時(shí)間外通常滿負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)荷率長(zhǎng)期維持高位，對(duì)供電的可靠性要求高，屬于不可調(diào)節(jié)負(fù)荷。鋼鐵行業(yè)的可調(diào)節(jié)負(fù)荷主要來(lái)自電爐工序和軋制工序的沖擊型負(fù)荷。其中，電爐工序由于電極與爐料之間的電位差擊穿空氣形成電弧導(dǎo)致短時(shí)間的負(fù)荷增長(zhǎng)，具有“帶狀”功率的特性，可通加快鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，充分挖掘需求側(cè)響應(yīng)潛力，提高需求側(cè)靈活性。隨著電氣化水平提升，鋼鐵行業(yè)需求側(cè)響應(yīng)主體范圍不斷拓寬，需求側(cè)響應(yīng)資源池持續(xù)擴(kuò)大，預(yù)計(jì)需求側(cè)響應(yīng)能力到2030年將提升至8%，到2050年將提升至21%18%8%18%8%負(fù)荷屬性調(diào)控方式調(diào)控時(shí)間單體可調(diào)節(jié)負(fù)荷占比準(zhǔn)備恢復(fù)投運(yùn)時(shí)間燒結(jié)不可調(diào)節(jié)負(fù)荷球團(tuán)不可調(diào)節(jié)負(fù)荷不可調(diào)節(jié)負(fù)荷不可調(diào)節(jié)負(fù)荷轉(zhuǎn)爐不可調(diào)節(jié)負(fù)荷可調(diào)節(jié)負(fù)荷軋制可調(diào)節(jié)負(fù)荷秒級(jí)秒級(jí)2~10%圖3-122022~2060年鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展需求側(cè)響應(yīng)潛力預(yù)測(cè)資料來(lái)源：根據(jù)落基山研究所、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司、中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)、東北大學(xué)、中國(guó)宏到2030年，鋼鐵行業(yè)以碳達(dá)峰為目標(biāo)，以行業(yè)節(jié)能增效為優(yōu)先任務(wù)，電氣化發(fā)展作為低碳發(fā)展的輔助路徑進(jìn)行初步探索，更關(guān)注技術(shù)成熟、投資小、見(jiàn)效快的電氣化技術(shù)，比如傳統(tǒng)工藝電氣化、節(jié)能技術(shù)、余熱發(fā)電、可再生能源開(kāi)發(fā)利用等，部分資源稟賦、配智能制造及智能化解決方案等方面也積極探索。參考當(dāng)前各類技術(shù)工程項(xiàng)目?jī)r(jià)格水平，預(yù)計(jì)投資規(guī)模將達(dá)到7800億元。其中，原料替代、能源替代、綜合技術(shù)路徑的投資比重分2030到2050年，鋼鐵行業(yè)深度脫碳，將以核心工藝變革加速推進(jìn)電氣化發(fā)展，電余熱發(fā)電、可再生能源開(kāi)發(fā)利用得到規(guī)?；瘧?yīng)用，對(duì)應(yīng)的投資規(guī)模將快速增長(zhǎng)。參考當(dāng)前2050到2060年，面向碳中和目標(biāo)，鋼鐵行業(yè)繼續(xù)壓減產(chǎn)能，電爐煉鋼、氫冶金、CO2煉鋼等工藝變革方面的新增投資相對(duì)減少，綠電、綠氫制備方面的投資增加，CCUS也將發(fā)揮兜底保障作用，相應(yīng)投資有所增加。參考當(dāng)前各類技術(shù)工程項(xiàng)目?jī)r(jià)格水平，投資規(guī)模將達(dá)到3.2萬(wàn)億元。其中，原料替代、能源替代、綜合技術(shù)路徑的投資比重分別為3500030000投資需求（億元）投資需求（億元）2500020000l5000100005000(6)促進(jìn)行業(yè)降本增收鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益主要包括節(jié)能效益、需求側(cè)管理效益、低碳效益三個(gè)方面，即電氣化發(fā)展形成節(jié)能能力減少的能源成本、企業(yè)挖掘需求側(cè)響應(yīng)潛力開(kāi)展“避峰就谷”用電模式帶來(lái)的需求側(cè)管理效益，以及未來(lái)鋼鐵行業(yè)納入碳市場(chǎng)后潛在的預(yù)期2022年到2030年，鋼鐵行業(yè)電氣化率將達(dá)到14%，形成節(jié)能按照我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格平均水平取800元/噸進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)算，產(chǎn)生的節(jié)能效益將達(dá)到661億元；2030年鋼鐵行業(yè)電力消費(fèi)量將達(dá)到4903億千瓦時(shí)，參照我國(guó)各省市分時(shí)電價(jià)機(jī)制按照峰谷電價(jià)差0.2元/千瓦時(shí)進(jìn)行保守測(cè)算，鋼鐵行業(yè)充分挖掘8%的需求側(cè)響應(yīng)潛力開(kāi)展“避峰就谷”用電模式，需求側(cè)管理效益將達(dá)到79億元；2030年鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展將減少碳排放2.8億噸，參照2024年全國(guó)碳市場(chǎng)高峰時(shí)期成交價(jià)格按照100元/噸計(jì)算，產(chǎn)生的低碳效益將達(dá)到278億元。2022年到2030年鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展的投按照同樣方法測(cè)算，2030年到2050年，鋼鐵行業(yè)電氣化率將達(dá)到46%，將形成節(jié)能能力1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，產(chǎn)生的節(jié)能效益將達(dá)到1169億元；2050年鋼鐵行業(yè)電力消費(fèi)量模式，需求側(cè)管理效益將達(dá)到211億元；將減少碳排放7.6762億元。2030年到2050年鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展的投資規(guī)模為1.8萬(wàn)億元，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)為2142億元，投資回收期約為8.6年。節(jié)能效益將達(dá)到317億元；2060年鋼鐵行業(yè)電力消費(fèi)量將達(dá)到4936億千瓦時(shí)，鋼鐵行業(yè)鋼鐵行業(yè)充分挖掘21%的需求側(cè)響應(yīng)潛力開(kāi)展“避峰就谷”用電模式，需求側(cè)管理效益將達(dá)到203億元；將減少碳排放1.0億噸，產(chǎn)生的低碳效益將達(dá)到104億元。2050年到2060年鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展的投資規(guī)模為5600億元，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)為625億2022~2030年2030~2050年2050~2060年57%0.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤0.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤2.8億噸7800億元5600億元2142億元625億元8.6年9.0年3.4鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)及實(shí)施策略基于測(cè)算和分析，對(duì)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展方向和主要趨勢(shì)進(jìn)行推演，課題組提出鋼鐵行業(yè)鋼鐵行業(yè)大力發(fā)展電爐鋼、氫冶金、CO2煉鋼等先進(jìn)生產(chǎn)工藝，加快發(fā)展低碳冶煉新模式。到2030年，電爐煉鋼、氫冶金、CO2煉鋼產(chǎn)量占粗鋼總產(chǎn)量比例力爭(zhēng)提升至20%、4%、1%；到2050年，電爐煉鋼、氫冶金、CO2煉鋼產(chǎn)量占粗鋼總產(chǎn)量比例提升至50%、17%、3%；到2060年，電爐煉鋼、氫冶金、CO2煉鋼產(chǎn)量占粗鋼總產(chǎn)量比例支持廢鋼資源高質(zhì)高效利用，以及鐵礦石高效開(kāi)采和利用，保障鋼鐵行業(yè)原料安全。到2030年，廢鋼資源量達(dá)到約3.3億噸，鐵礦石對(duì)外依存度降低至69%左右；到2050年，廢鋼資源量達(dá)到約5.5億噸，鐵礦石對(duì)外依存度大幅降低至3%左右；到2060年，廢鋼資源量達(dá)到約5億噸，鐵礦石基本實(shí)現(xiàn)自給自足。鋼鐵行業(yè)提升數(shù)字化管理水平，加快大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與鋼鐵制造加工工序深度融合，實(shí)現(xiàn)用能設(shè)備和生產(chǎn)工藝智能化控制。到2030年，鋼鐵行業(yè)關(guān)鍵工序數(shù)控化率達(dá)到85%；到2050年，鋼鐵行業(yè)基本實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工序數(shù)控化全覆蓋；到2060年，鋼鐵行業(yè)智能制造系統(tǒng)解決方案大幅推廣應(yīng)用。我國(guó)鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展應(yīng)優(yōu)先考慮電爐煉鋼技術(shù)、傳統(tǒng)工序電氣化等能源替代技術(shù)，以及智能制造及智能化解決方案、節(jié)能技術(shù)等綜合技術(shù)，并強(qiáng)化對(duì)氫冶金、CO2煉鋼等原料替代技術(shù)的研究攻關(guān)和初期探索，擴(kuò)大終端電氣化消費(fèi)，同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)余熱發(fā)電和可再生能源開(kāi)發(fā)利用，為電氣化發(fā)展提供能源支撐，到2030年鋼鐵行業(yè)電氣化率提升至數(shù)字化智能化技術(shù)加速賦能，電氣化發(fā)展水平持續(xù)提升，鋼鐵行業(yè)電氣化率到2050年提升至46%，到2060年提升至57%。鋼鐵行業(yè)電氣化發(fā)展的電力來(lái)源將更加清潔低碳。到2030年，鋼鐵行業(yè)余熱發(fā)電水平達(dá)到56%左右，可再生能源發(fā)電利用達(dá)到5%；到2050年，到38%左右，可再生能源發(fā)電利用達(dá)到15%；到2060年，鋼鐵行業(yè)余熱發(fā)電水平達(dá)到2022年2030年2050年2060年總體發(fā)展產(chǎn)量產(chǎn)品廢鋼資源量鐵礦石進(jìn)口能源消費(fèi)量碳排放量以初級(jí)產(chǎn)品為主對(duì)外依存度約75%5.6億噸9.5億噸高端產(chǎn)品供給能力增強(qiáng)品種和質(zhì)量提檔升級(jí)對(duì)外依存度69%降低15%6.5億噸高端產(chǎn)品供給能力持續(xù)提升鐵礦石對(duì)外依存度2%降低85%6億噸以高端產(chǎn)品為主5億噸鐵礦石基本實(shí)現(xiàn)自給發(fā)展電力消費(fèi)量電氣化率需求側(cè)響應(yīng)能力億億億電爐煉鋼9.5%20%50%60%氫冶金20%關(guān)鍵3%5%技術(shù)CCUS15%20%智能制造及智能化解決方案關(guān)鍵工序數(shù)控化率72.5%生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率53.8%關(guān)鍵工序數(shù)控化率達(dá)