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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

北极星大气网  来源:华宝证券  作者:杨宇  2021/7/29 10:24:00  我要投稿  
  关键词:碳排放 碳中和 碳达峰

北极星大气网讯:钢铁行业十四五期间面临提前达峰的压力,目前部分特大型央企陆续发布碳达峰碳中和推进计划,2025 年之前实现碳达峰,2030 年左右降碳30%成为重要的时间节点。

在目前工艺技术中,电炉炼钢、球团制造、DRI、能效提升等成熟度高、实用性强的低碳冶金技术具备降碳潜力。

十四五期间粗钢产量进入平台区,同时伴随部分成熟度高、实用性强的低碳冶金技术运用,将更好地促进行业从总量上实现碳达峰。在达峰的基础上,行业进一步推广电炉炼钢、增加球团比、DRI 等成熟度高的实用性低碳冶金技术,带动钢铁制造流程工艺的优化,同时各工序能效提升,减少化石燃料消耗,降低碳排放强度,能够较好地实现减碳30%的目标。最终实现深度减碳、碳中和还需要全氢冶金、CCUS/CCS 等技术的突破。

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。

1. 钢铁工业碳排放现状

国内钢铁产量增速在 2015 年见底后持续回升。2020 年国内粗钢产量 10.65 亿吨,同比 7%;2021 年 1-4 月,粗钢产量 3.75 亿吨,同比 15.8%。2020 年国内铁水产量 8.88 亿吨, 同比 4.3%;2021 年 1-4 月,铁水产量 3.07 亿吨,同比 8.7%。整体来看国内钢铁产量增速 在 2015 年见底后,持续回升。

2015 年以后钢铁行业能源消耗强度有下降趋势。2018 年,黑色金属冶炼及压延加工业 能源消耗总量 62279 万吨标煤,占国内总量的比重为 13.2%。2015-2018年黑色金属冶炼及压延加工业能源消耗总量增速分别是-7.77%、-2.89%、-1.88%、2.21%;从粗钢产量增速、 铁水增速、能源消耗总量增速来看,2015 年以后钢铁行业能耗增速低于粗钢和铁水增速,意味着钢铁行业能源消耗强度有下降趋势。

2015 年以后钢铁行业碳排放强度有下降趋势。2017 年, 黑色金属冶炼及压延加工业碳 排放量达到 167702 万吨,占国民经济总体排放量的比重 17.96%,2020 年预计碳排放量占 比约 15%。行业碳排放量在 2014 年达到高点后持续下行;2015 年-2017 年,行业碳排放量 同比分别是-6.24%、-0.38%、-0.41%。从粗钢产量和碳排放量同比增速对比来看,碳排放量 增速整体低于粗钢产量增速,意味着钢铁行业碳排放强度有下降趋势。

2. 化石燃料燃烧是钢铁行业的主要碳排放来源

钢铁生产过程中的碳排放 主要有四大类来源:化石燃料燃烧排放、工业生产过程排放、净购入使用的电力、固碳产品 隐含的碳排放。

根据文旭林等在《钢铁企业碳排放核算及减排研究》对长流程钢厂碳排放研究:燃料燃 烧碳排放约占 94%;净购入电力碳排放占约6%。在烧结、炼钢工序中,需消耗石灰石、白云石、电极、生铁、铁合金等含碳原料,以及生产熔剂过程的分解和氧化产生的 CO2 排放, 约占总排放量的 6%。生产过程中部分碳固化在企业生产外销的粗钢、粗苯和焦油中,相应部分的二氧化碳排放应予扣除,约占总排放量的 4%。

化石燃料燃烧排放中,焦炭占据较大比重。钢铁生产过程中净消耗的化石燃烧产生的 CO2 排放,包括焦炉、烧结机、高炉等炉窑燃烧的洗精煤、无烟煤、烟煤、焦炭的排放,以及厂 内用于生产运输的火车、汽车用汽柴油产生的排放。由于钢铁生产过程的实质是将铁从矿石 中还原的过程,同时需要大量能源。我国钢铁行业燃料燃烧排放具有以下特点:

焦炭是钢铁行业直接消耗的第一大化石燃料。从统计局发布的数据来看,2018 年国 内消费焦炭量 37152 万吨,消耗煤炭 29308 万吨,消耗原油 0 万吨,消耗汽油 3 万 吨,消耗天然气 110 亿立方米。

焦炭消费比高与国内高炉工艺占比高有密切关系。焦炭作为高炉炼铁的主原料,既是燃料、又是还原剂,同时在高炉中还起到骨架、稳定炉料透气性。2020 年国内高 炉生铁产量 88752 万吨,高炉生铁与粗钢比为 0.833,2019 年比值为 0.812,远高 于同期的全球 0.684 的水平。较高的生铁占比导致国内钢铁行业对焦炭的消费依赖 重。

化石燃料燃烧碳排放约 64.7%来自于焦炭、33.9%来自煤炭。根据易碳家给出的不 同燃料燃烧释放的 CO2 强度进行测算;2018 年国内黑色金属冶炼及加工行业,燃料 燃烧的碳排放有64.7%来自于焦炭燃烧,有33.9%来自于煤炭,1.4%来自于天然气。

外购电力碳排放受电力供给结构决定;电力系统深度脱碳直接降低钢铁行业外购电力碳 排量。

钢企外购电力占比低。从统计局发布的数据来看,2018 年黑色金属冶炼加工业电力 消费 6142 亿千瓦时,占行业总能耗比重 12.12%。从趋势来看,1995 年以来行业 电力消费比重持续上升,由 6%上升到 12.12%。从重点钢企的数据来看,2020 年 吨钢耗电量 456.9 千瓦/吨,相当于吨钢总能耗的 8.4%。重点钢企的电力占总能耗 的比重也在提升,由 7.5%上升到 8.4%。

碳排放来自电力供应端。2020 年国内发电结构中,以煤炭、油气为主的火电发电占 比 71%,核电占比 5%,水电占比 16%,风、光伏、生物质发电占比 8%。整体来 看,上游电力供应端中化石能源占比超 70%,这是外购电力碳排放的主要来源。

电力系统深度脱碳直接降低钢铁行业外购电力碳排量。未来随着风电、光伏等新能 源装机容量的进一步提升,2030 年国内实现一次能源中非化石占比 25%,电力系统 对化石能源消耗将进一步降低,电力系统的深度脱碳将直接带动钢铁行业外购电力 碳排放量。

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