钢铁行业碳中和专题研究报告：钢铁行业碳中和现状与减碳路径分析

4. 未来十年钢铁行业需要增加万亿规模级别的低碳工艺技术投资

围绕四大成熟度高实用性技术和高炉富氢工业，以及由此引发的工艺结构变化，钢企投 资范围涵盖：

1）电炉为核心的系统需要新增投资 3000 亿元规模

根据mysteel统计2020年原本新建电炉产能1221万吨，年底合计产能达到18225万吨； 但受疫情影响，部分电炉钢企计划开工的项目暂停或者延期到 2021 年；2020 年实际新增电 炉产能约 500 万吨，截止 2020 年末国内电炉产能约 1.75 亿吨。电炉钢占比攀升驱动力主要为：

减碳驱动：整体来看，无论是全废钢电炉冶炼，还是 DRI+电炉，废钢、DRI 多种原 料混合电炉冶炼，其碳排放强度都均低于目前的高炉-转炉流程。

政策驱动：按照钢铁行业高质量发展意见的征求意见稿，十四五末国内电炉钢产量 占粗钢总产量比例提升至 15%以上，力争达到 20%；废钢比达到 30%。

废钢资源释放、成本驱动：按照 2025 年电炉产能利用率 75%，转炉废钢比 15%， 国内粗钢产量维持在 10 亿吨平台区，电炉钢占比要达到 15%，则需要 25000 万吨 产能，社会废钢供给量完全能满足要求。2030 年国内粗钢产量小幅下滑至 9.5 亿吨， 社会废钢供给 35000 亿吨，电炉钢产能 3 亿吨，基本满足废钢-粗钢平衡。随着废钢 供给的逐步释放，废钢价格相比铁水成本优势逐步形成，从 2020 年下半年以来，废钢价格整体低于铁水成本。

氢冶金-直接还原铁供给增加、工艺驱动：随着双碳行动推进，氢冶金-DRI 工艺模式 低碳优势逐步体现，电炉原料供给丰富，进一步驱动电炉产能增长。

整体来看，从 2020 年-2030年国内电炉产能预计增加 1.25 亿吨左右。参照目前国内部分钢企短流程电炉-轧制投资成本 100 万吨在 40 亿元左右，考虑到部分钢厂只需要投资电炉 炼钢环节，投资成本将大幅缩减至 10 亿元左右。综合假设一半的钢厂需投资电炉-轧制为核心的新一代电炉短程集成技术，另一半的项目仅需投资电炉。我们认为未来十年短流程电炉 以及高效轧制投资带来的新增投资约 3000 亿元。

电炉为核心的系统需要新增投资 3000 亿元规模。新一代电炉短流程集成技术：形成全废钢电炉-精炼炉-连铸机-热轧机等四位一体、一一对应的高效、层流运行的流程结构，发展 全废钢电炉流程相关理论，形成针对绿色化与智能化全废钢电炉流程建设及运营的整体解决 方案。

2）以球团替代烧结，同时对目前老工艺改造需要新增投资 1800 亿元规模

中国球团矿总产能约 2.6 亿吨，生产工艺主要有三种：链箅机-回转窑、带式焙烧机和竖 炉，产能占比分别为 55%、7%和 38%。2000 年以后，球团生产逐渐由竖炉工艺向链箅机回转窑工艺转变，如武钢鄂州、湛江龙腾有 500 万吨/年链箅机-回转窑生产线。近年，新建球 团生产线大多倾向于带式焙烧机工艺，如包钢年产 500 万吨的 624m2 带式焙烧机，首钢京唐 公司三条年产 400 万吨的 504m2带式焙烧机。

带式焙烧机在环保、能耗、效率上具备一定优势。从竖炉、带式焙烧机、链箅机-回转窑 的工艺运行参数指标来看，带式焙烧机在环保、能耗、效率上具备优势。

以球团替代烧结，同时对目前老工艺改造需要新增投资 1800 亿元规模。假设未来 2020-2030 年，国内烧结矿占比逐步下降，球团占比逐步上升到 70-80%。需要新增 5.1 亿吨 球团产能。在企业升级改造过程中应坚持大型化，采用先进的工艺和高效的装备， 实现低能耗和低排放。未来有近 1.04 亿吨球团产能需要改造。预计未来十年球团新增及改造 产能合计增加 6.1 亿吨。参照目前球团单体投资 500 万吨，约 15 亿元，球团投资约 1800 亿元。

3）以直接还原铁部分取代高炉实现减碳，需要新增投资 700-1000 亿元规模

直接还原铁具备较大减排优势。无论是电炉，还是氢冶金，直接还原铁工艺（DRI）相比 高炉具有较大的减排优势。国内受制于成本，整体对直接还原铁的消耗较少；但在北美、中 东天然气价格相对便宜的地区，直接还原铁发展迅猛；欧洲尽管天然气价格昂贵，但部分钢 企在海外都建有直接还原铁厂，以安米为例，其直接还原铁占铁素原料的比重在 7%。 其中以煤基回转窑工艺为主。但由于该工艺单机设备能力小、设备数量庞大、环境污染 严重等问题，其未来的发展受阻。

随着碳中和战略的推进，目前部分钢企已经探索用焦炉煤气在直接还原竖炉上生产 DRI。 2020 年以来先后有山西中晋、河钢、宝钢股份、日钢等公布投资建设直接还原铁炉的项目， 尽管目前从规模来看，仍然处于探索阶段。后续如钢企碳排放约束的加大，碳价上升，基于 焦炉煤气等气基法 DRI 工艺将有进一步提升。长远来看，随着制氢成本的下降，氢基 DRI 也 将会逐步。 参考 MIDEX 发布的最近一项投资，十万吨 DRI 需要 1 亿元。中性状态下如到 2030 年国 内 DRI 占铁素原料比接近安米目前的水平（7%），则需要近 700 亿元。如达到 10%的水平， 则需要 1000 亿元。

4）以富氢提升高炉能效，降低碳排放需要新增投资达到 2000 亿元规模

浦项 4000m3级别高炉富氢单座投资约 24 亿元。从韩国浦项公布高炉富氢项目投资情况 来看：在 2 座高炉上实际投入生产，需要投入 8000 亿韩元（约合 48.78 亿元人民币）的资金， 在 12 座高炉实际投入生产，预计需要投入 4 万 8 千亿韩元（约合 292.68 亿元人民币）资金， 可减少 8.7%的二氧化碳排放。由于浦项高炉均属于 4000m3以上的高炉，整体富氢投资也相对较高。

八钢小高炉富氢投资约 3.9 亿元。八一钢铁在 4 月 13 日公布的年度重点投资计划中提到： 公司以 480m3 氧气高炉富氢还原低碳炼铁项目总投资额 39,000 万元。项目主要建设内容是 喷吹焦炉煤气（富氢冶炼）、顶煤气自循环与喷吹（脱碳+加热+炉型改造）、煤粉喷吹系统升级。

高炉富氢预计需要投资达 2000 亿元。目前国内由近 700 座高炉，根据 mysteel 的统计 3000m3以上高炉占比 5.8%，2000-3000m3高炉占比 8.7%，1000-2000m3高炉占比 38%， 低于 1000m3 高炉占比 48.5%。假设到 2030 年国内 1000m3以上的高炉有一半富氢，3000m3 以上大高炉投资接近浦项在 20 亿元左右水平，2000-3000m3 投资规模在 15 亿元水平， 1000-2000m3 高炉投资需 10 亿元水平，未来 10 年国内高炉富氢投资总额将达到 2000 亿规 模。

5） 提高余热余能利用效率，提高自发电比例新增投资超 2000 亿规模级别

2018 年钢铁行业外购电力 6142 亿千万时，占能源总消耗比重 12.12%。目前钢铁行业 自发电比例在 53%，目前行业内像华菱钢铁已达到 70%。我们认为部分长流程钢厂通过提高 余热余能利用效率，自发电比例还有进一步提升空间。考虑到目前国内长流程钢厂占比高， 我们认为全行业未来实现自发电比例提升 10%的可能性较大。意味着可以减少外购电力 1000 亿千万时左右，折合标煤约 1300 万吨。

根据包钢股份在 2021 年碳中和债募集说明书中披露的数据，余压余气节能减排项目投资 23.6 亿元。测算钢铁行业余热余能利用效率提升，全行业需增加自发电比例需要新增投资约 2100 亿元规模。

整体来看，从技术成熟度和减碳幅度来看，高效电炉炼钢、球团制造、直接还原铁竖炉、 富氢冶炼、钢厂能效提升是未来十年实现深度减碳的重要举措，带来的投资规模将达到近万 亿元级别。

截止 2020 年末重点钢企资产负债率 62.35%，相比 2015 年下行 7.7 个 PCT。2020年重点钢企利润总计 2164 亿元，计提折旧 1553 亿元；两项合计达 3717 亿元。整体来看，在经 历 2016 年以来供给侧改革后，钢企盈利有大幅改善、债务负担降低，完全具备低碳转型的财务基础。

截止2020 年末重点钢企资产负债率62.35%，相比2015 年下行7.7 个PCT。2020 年重点钢企利润总计2164 亿元，计提折旧1553 亿元；两项合计达3717 亿元。整体来看，在经历2016 年以来供给侧改革后，钢企盈利有大幅改善、债务负担降低，完全具备低碳转型的财务基础。

国内钢铁行业碳排放主要来自于化石燃料燃烧，在未来的低碳转型道路，目前的高效电炉轧制、球团制造、DRI、富氢冶炼以及钢厂工艺能效提升的技术能够支撑钢企在2030-2035年实现减碳目标。经测算未来十年围绕以上工艺技术的投资规模或将达到近万亿元的规模。