我国是世界上煤炭消费和二氧化碳排放最多的国家, 2020年煤炭消费和碳排放分别占世界总量54%和30%^{[1, 2]}.在积极应对气候变化成为全球共识的背景下, 我国明确提出CO₂排放力争于2030年前达到峰值, 努力争取2060年前实现碳中和.由于以煤为主的能源结构, 煤炭控制将显著影响中国的碳达峰进程^[3].钢铁行业是仅次于火电的煤耗和碳排放主要部门, 2019年钢铁行业煤炭消费量占能源消费总量的17%以上, 二氧化碳排放占能源活动相关排放总量的15%以上^[4].在“双碳”目标背景下, 钢铁行业的低碳绿色转型和率先煤耗和碳排放达峰, 将对我国实现整体达峰目标和经济高质量发展作出重要贡献^{[5, 6]}.

目前关于钢铁行业控煤降碳路径研究, 整体可分为两类：一类是从宏观层面的“自上而下”模式, 聚焦钢铁行业能源消费和碳排放的影响因素, 基于生产函数以集约化形式体现不同措施和政策情景下钢铁行业的煤耗和碳排放趋势, 如Shen等^[7]采用LMDI方法识别出粗钢产量、突破性技术进步和生产工艺结构是影响钢铁行业能耗和碳排放的关键驱动因素, 并基于此预测了BAU、NDC、2℃和1.5℃情景下钢铁行业碳排放; 吴凡等^[8]基于CGE和多目标优化模型求解了满足累积成本最小条件的钢铁生产技术路径, 得到未来钢铁行业的技术路线、能源消费和碳排放情景.另一类是以“自下而上”模式, 通过设定富含技术细节的活动水平、技术组合、煤耗和碳排放形式来预测钢铁行业未来的发展路径, 与“自上而下”模式相比可以展现更多的路径细节, 为决策提供更为详细的参考信息.典型研究如上官方钦等^[9]从控制产量, 资源、能源和生产流程脱碳化, 发展节能低碳技术等角度定性提出钢铁行业“碳达峰”、“碳中和”的实施路径; Tan等^[10]评估了主流节煤节电技术在不同情景下的减排潜力, 并提出钢铁行业不同阶段优先推广的技术清单; Ren等^[11]综述了钢铁行业节煤降碳技术目前的成本、效益、减排潜力和应用现状, 基于生命周期方法将不同工序和同类型的技术加以整合, 并提出未来钢铁行业发展氢冶金和碳捕获技术的经济可行性.

有研究表明, 我国钢铁行业已接近碳排放达峰^{[4, 9, 12, 13]}, 但不同研究对未来粗钢产量和碳排放峰值的预测结果有较大差异, 对达峰路径及面向碳中和的展望尚未形成系统性结论, 且研究主要集中于钢铁行业的碳排放领域, 对煤炭消耗及其对碳排放影响的宏观性研究相对较少.此外, 由于钢铁行业是支撑国民经济发展的重要原材料行业, 新发展格局下的产业和经济发展态势也将在很大程度上影响钢铁行业规模, 既有研究在此方面多偏保守^[14].

基于以上研究进展和局限, 本文基于环境规划院研发的碳排放-能源集成模型(integrated carbon and energy model, ICEM), 对我国钢铁行业“双碳”目标下控煤路径开展情景研究, 分别以2020年和2035年为基准年和目标年, 全面考虑社会经济发展阶段、新发展格局下游产业需求、不同节能降碳措施和技术潜力以及资源禀赋等, 提出钢铁行业控煤降碳路线图.

碳排放-能源集成模型(ICEM)涵盖了能源生产、工业(包括各行业)、建筑(包括生活和第三产业)、交通等全社会用能和碳排放部门, 其机制由人口、GDP、国民经济部门等社会经济驱动因子决定各类能源(煤、石油、天然气、电力等)和原材料(粗钢、水泥等)需求, 在不同情景下确定未来技术扩散率和技术组合, 基于终端用能部门(或工序)的用能(耗煤、耗电等)强度和碳排放强度, 得到终端能源消费量和碳排放量.

钢铁行业模块的基本框架如图 1所示.在需求端, 根据不同预测需求可选择基于人口、GDP、工业化水平、城镇化水平预测未来产品产量和产业规模, 或基于下游的建筑、机械、能源生产和汽车制造等部门发展趋势预测未来需求.在供给端根据钢铁生产工艺分为高炉-转炉长流程和电炉短流程, 长流程又分为烧结(球团)、炼焦、炼铁和炼钢等工序, 综合考虑高炉球团矿配比、炼钢废钢率等钢铁生产参数的影响, 并将各工序的节能降碳技术纳入模型.由于钢铁行业氢能冶金和碳捕获与封存(carbon capture and storage, CCS)技术成熟度较低^{[15, 16]}, 没有大规模商业化推广, 因此本文未将其纳入主要控煤降碳措施, 而是作为钢铁行业面向碳中和的革命性技术加以讨论.

图 1

Fig. 1

图 1 ICEM模型钢铁模块结构 Fig. 1 Structure of the steel module of ICEM model

钢铁行业煤耗核算边界包括烧结、炼焦、炼铁等工序过程中的煤炭和焦炭消耗; 碳排放核算边界包括燃料燃烧、生产过程等直接排放, 以及净购入时候用的电力等间接排放.钢铁行业煤耗和碳排放可表达为：

式中, CC_steel和EM_steel分别为钢铁行业的煤炭消费和碳排放, 其中煤炭消费包括煤和焦炭; i为钢铁生产工艺, 包括高炉-转炉长流程和电炉短流程; Y_i为长流程或短流程的粗钢产量; j为钢铁生产工序, 其中长流程包括烧结、球团、炼焦、高炉炼铁、转炉炼钢和钢铁加工, 短流程为电炉炼钢; CI_{i, j}为长流程或短流程工序j的单位产品耗煤系数; k为钢铁生产过程中的能源消费种类; EI_{i, j, k}为单位产品碳排放系数; ef_k为能源k的碳排放系数.

本文社会经济方面的数据包括现状年GDP、人口、城镇化率、工业增加值、生铁和粗钢产量等, 主要来自文献[17, 18], 未来宏观经济和钢铁产业预测参考文献[19, 20], 结合世界发达国家的钢铁产业发展规律, 城镇化率参考文献[21]和发达国家现有水平.各工序的单位产品能耗、煤耗、碳排放等数据主要参考冶金工业规划研究院和冶金科技发展中心的研究成果^{[22, 23]}, 节能降碳技术参数主要参考Tan等^[10]和Ren等^[11]的研究成果, 并综合考虑炼钢废钢比和高炉炉料球团矿配比等对钢铁生产煤耗和碳排放的影响.

粗钢产量和控煤降碳措施的实施力度是影响钢铁行业煤耗和碳排放的主要因素.本文设定基准情景(business as usual, BAU)、政策情景和强化情景这3个钢铁行业发展情景, 各情景控煤降碳措施包括推进全废钢电炉短流程、加大废钢利用、高炉炉料结构优化和节能技术改造, 不同情景的控煤降碳路径通过设定各措施在不同阶段的发展水平来表征：基准情景是按照现有发展趋势的延续; 政策情景考虑碳达峰目标下对现有技术和经济可行的措施采取更高应用比例; 强化情景考虑碳中和目标约束, 减小达峰到中和的难度, 对现有措施采取最高潜力的应用比例.

本文基于粗钢消费系数和下游部门需求方法, 并结合我国处于工业化中后期的发展阶段和2021年开始实施的压减粗钢产量政策, 预测未来的粗钢需求.其中消费系数参照历史单位GDP粗钢消费系数变化情况^[14], 预计“十四五”、“十五五”和“十六五”期间单位GDP粗钢强度年均分别下降4.5%、6%和7%, 得到未来单位GDP粗钢消费强度和粗钢产量; 下游部门需求法分析房屋建筑、机械、汽车和能源生产等部门的需求情况, 并考虑装配式建筑、风电光伏等新能源推广可能带来的粗钢需求增量, 得到未来的粗钢需求.根据两种方法预测的未来钢铁行业产品产量及相应的活动水平, 在基准情景下采用基于消费系数法的粗钢产量预测结果, 在政策情景下采用下游部门需求法的粗钢产量预测结果.由于强化情景更多考虑碳中和目标约束, 本文采用Ren等^[4]基于Carbon Neutrality Scenario下的预测结果作为强化情景的粗钢产量.各情景的粗钢产量预测如图 2所示.

图 2

Fig. 2

图 2 各情景粗钢产量预测 Fig. 2 Crude steel yield forecast for each scenario

基准、政策和强化情景下各措施的实施力度如表 1所示.

表 1 (Table 1)

表 1 各情景措施实施力度 Table 1 Intensity of implementation of measures in each scenario 措施 参数 情景 2020年 2025年 2030年 2035年 推进全废钢电炉短流程 电炉钢占比/% 基准情景 10 12 15 20 政策情景 10 15 20 25 强化情景 10 18.2 26.3 34.4 加大废钢利用 社会废钢收得率/% 基准情景 1.4 1.8 2.2 2.6 政策情景 1.4 1.9 2.5 3 强化情景 1.4 2 2.6 3.2 废钢资源量/亿t 基准情景 2.6 3.4 3.9 4.4 政策情景 2.6 3.4 4.2 4.9 强化情景 2.6 3.4 4.3 5.1 高炉炉料结构优化 高炉球团矿配比/% 基准情景 13 15.3 17.7 20 政策情景 13 18.7 24.3 30 强化情景 13 22 31 40

表 1 各情景措施实施力度 Table 1 Intensity of implementation of measures in each scenario

(1) 推进全废钢电炉短流程  全废钢电炉短流程的单位产品煤耗、碳排放显著低于长流程, 因此该措施将是近期钢铁行业控煤降碳的重要措施. 2020年, 中国钢铁行业电炉钢占比10%左右, 远低于世界其他主要产钢国^[24].文献[25]提出“到2025年电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至15%以上, 力争达到20%”的目标.不同情景下电炉钢占比如表 1所示.

(2) 加大废钢利用  目前, 虽然我国废钢消耗量居世界首位, 但相对于粗钢产量而言, 废钢资源仍严重不足^[26].废钢资源充足与否, 直接关系到炼钢的炉料结构和钢铁工业的流程结构.随着社会废钢资源产生量的不断增加和再生废铁原料进口的逐步放开, 废钢供应状况将逐步得到改善, 钢铁工业可供废钢量将大量增加.文献[27]提出到2025年废钢利用量达到3.2亿t.推进废钢资源利用措施在情景设定中主要为设定未来废钢资源量和炼钢废钢比.随着生产和加工工艺进步, 自产废钢和加工废钢的回收率有所下降, 同时随着社会废钢收得率的提升, 回收废钢将持续增长.不同情景下社会废钢收得率、废钢资源量和炼钢废钢比如表 1所示.

(3) 高炉炉料结构优化  高炉炉料结构优化措施主要是提高高炉中球团矿的配比.目前我国长流程高炉炉料中球团矿整体配比约为13%, 远低于欧盟等先进产钢国水平^[28].球团矿的单位产品能耗、碳排放和污染物排放均远低于烧结矿, 但由于球团矿对铁矿石品位要求相对较高, 因此制约国内炉料结构中球团矿比例大幅提升的主要因素在于可供资源的稀缺^[29].考虑到资源禀赋、国内铁矿市场因素以及环保限产对钢厂提高球团矿配比产生的推动作用, 设定球团矿配比在基准、政策和强化情景分别以低速、中速和高速发展, 不同情景下球团矿配比如表 1所示.

(4) 节能技术改造  钢铁行业的节能技术改造主要为在各工序进行余热、余能和余压的回收循环利用.本文主要考虑钢铁生产过程中各工序的节能降碳技术, 参考Tan等^[10]对各项技术的推广度和减排潜力的研究结果, 在基准、政策和强化情景中, 分别对各技术进行低速、中速和高速推广.具体设定参数如表 2所示.

表 2 (Table 2)

表 2 不同情景节能技术推广度 Table 2 Application rate of energy-saving technologies in each scenario 工序 节能技术 2020年推广度/% 基准情景推广度/% 政策情景推广度/% 强化情景推广度/% 2025年 2030年 2035年 2025年 2030年 2035年 2025年 2030年 2035年 焦化 干熄焦 85 90 95 95 95 99 99 95 99 99 煤调湿 9 20 30 40 30 40 50 40 50 60 烧结 烧结余热回收利用技术 20 30 40 50 30 40 50 40 50 60 厚料层烧结技术 80 90 95 95 95 99 99 95 99 99 降低烧结漏风率技术 70 80 85 90 80 90 99 80 90 99 低温烧结工艺技术 60 70 75 80 70 80 90 70 80 90 高炉炼铁 高炉高效喷煤技术 40 50 55 60 50 60 70 55 70 80 高炉炉顶煤气干式余压发电 83 90 95 95 95 99 99 95 99 99 热风炉烟气双预热技术 5 20 30 40 30 40 50 40 50 60 高炉煤气回收技术 94 95 99 99 95 99 99 95 99 99 高炉渣综合利用技术 1 20 30 40 30 40 50 40 50 60 转炉炼钢 转炉煤气显热回收技术 40 50 55 60 50 60 70 55 70 80 转炉烟气高效利用技术 15 20 30 40 30 40 50 40 50 60 转炉渣显热回收技术 5 20 30 40 30 40 50 40 50 60 电炉炼钢 废钢预热技术 10 20 30 40 30 40 50 40 50 60 电炉优化供电技术 15 20 30 40 30 40 50 40 50 60 电炉烟气余热回收技术 10 20 30 40 30 40 50 40 50 60 泡沫渣利用技术 30 40 45 50 40 50 60 40 50 60

表 2 不同情景节能技术推广度 Table 2 Application rate of energy-saving technologies in each scenario

不同情景下钢铁行业煤炭消费量和CO₂排放预测结果如图 3所示: ①基准情景下, 钢铁行业煤炭消费和碳排放在“十四五”前期有一定的增长趋势, 煤耗和碳排放均在2023年达峰, 煤耗峰值(含焦炭)为4.7亿t(以标煤计, 下同), 碳排放(含间接排放)峰值16.7亿t, 达峰后经历3~4 a平台期, “十五五”期间开始下降, 到2030年(全国达峰年)煤耗和碳排放分别降至4.1亿t和14.1亿t. ②政策情景下, 钢铁行业煤炭消费和碳排放呈下降趋势, 到2025年煤耗和碳排放分别降至3.8亿t和14.1亿t, 到2030年分别降至3.0亿t和11.4亿t. ③强化情景下, 钢铁行业煤炭消费和碳排放比政策情景下降更快, 到2025年煤耗和碳排放分别降至3.3亿t和12.9亿t, 到2030年分别降至2.4亿t和10.2亿t.

图 3

Fig. 3

图 3 钢铁行业煤炭消费和碳排放预测 Fig. 3 Prediction results of coal consumption and carbon emissions in the steel industry

在我国城镇化水平逐步达到发达国家水平, 以及国家严控钢铁行业产能和产量的背景下, 钢铁行业远早于国家整体的2030年碳达峰目标, 有效保证了工业和全社会的按时达峰.“十六五”期间, 钢铁行业煤炭消费和碳排放继续下降, 到2035年煤炭消费和碳排放分别降至峰值的67.5%以下和72.4%以下.

与大多数对钢铁行业未来碳排放预测的研究判断一致^[30~32], 我国钢铁行业很有可能在“十四五”前期达到碳排放峰值, 作为主要消费能源的煤炭也将一起达峰.随着粗钢产量的逐年下降以及控煤降碳措施、节能降碳技术的推广, 钢铁行业煤炭消费和碳排放将持续保持下降趋势.在最激进的强化情景下, 钢铁行业2035年煤炭消费和碳排放将降至2020年的38%和49%.

以基准情景的煤炭消费和碳排放为基准核算政策和强化情景产量差异和各措施的减煤降碳贡献, 如图 4和图 5所示.从需求端来看, 情景间的产量差异带来了约一半的减煤降碳贡献, 在很大程度上主导了钢铁行业的碳达峰进程, 粗钢产量的峰值也影响到碳排放峰值.总体而言, 钢铁需求在不考虑“双碳”目标约束的情况下, 也会随工业化、城镇化水平逐渐达到发达国家水平而达到峰值并开始下降^[33].新建建筑的减少、存量建筑寿命的延长将降低建筑行业对钢铁消费的支撑作用; 风电、光伏等新能源生产行业和汽车制造行业将带来一定的需求增量, 但不足以抵消整体钢铁需求下降趋势.

图 4

Fig. 4

图 4 钢铁行业产量差异和不同措施的减煤贡献 Fig. 4 Contribution of yield differences and measures to coal consumption reduction in the steel industry

图 5

Fig. 5

图 5 钢铁行业产量差异和不同措施的累计降碳贡献 Fig. 5 Contribution of yield differences and measures to cumulative carbon emission reduction in the steel industry

供给端贡献了钢铁行业另一半的减煤和降碳量: ①得益于单位产品能耗和碳排放显著低于高炉-转炉长流程工艺, 推进基于废钢的电炉短流程成为钢铁行业碳达峰进程中供给端重点实施的措施, 随着新式电弧炉技术的推广和废钢资源供给的日益充足, 电炉钢占比将逐年提高^[34], 政策情景下, 推进全废钢电炉短流程措施年均减少1 833万t标煤(含焦炭, 下同), 贡献了48.5%的供给端减煤量, 年均减碳量0.56亿t; 强化情景下年均减煤量4 236万t标煤, 年均减碳量1.33亿t.②扣除掉用于供给电炉钢的部分, 废钢应用于长流程工艺时也会产生较大的减煤和碳减排效益^[26], 从而逐渐成为与铁矿石并重的铁素原料.政策情景下, 长流程加大利用废钢将带来年均1 349万t标煤的减煤和0.49亿t的减碳效益, 增强废钢铁回收加工产能也成为保障钢铁行业控煤降碳的重要措施.③相较而言, 节能技术改造和高炉炉料结构优化的减煤降碳贡献相对较小.现有高炉-转炉长流程生产设备推广节能技术是最有效的短期碳减排选择, 因为其不涉及引入昂贵的新生产流程^[35], 但未来随着技术推广度逐步达到饱和和长流程炼钢产能的降低, 节能技术改造的减煤降碳贡献将有所下降.在“双碳”目标和钢铁行业环保压力之下, 长流程高炉的球团矿配比将进一步提升, 虽然未来转炉钢占比将有所下降, 但球团矿是氢能炼铁的重要原料之一, 因此在面向碳中和过程中将逐步取代烧结矿.

根据以上对“双碳”背景下钢铁行业在控煤降碳措施下的煤炭消费和碳排放预测结果, 得到我国钢铁行业控煤降碳路线图, 从需求侧路径、技术路径和产能结构路径这3个方面描述未来钢铁行业供需的规模、结构以及各措施潜在施行的力度.

目前钢材消费主要来自建筑行业, 包括民用、商用住宅以及各类城市基础设施建设, 其他主要用钢部门包括机械制造、汽车制造和能源生产, 家电制造、造船和行业^[36].对于建筑行业, 文献[37]提出到2025年“装配式建筑占新建建筑面积比例达到25%”的目标, 因此在“十四五”期间建筑业钢材需求增量集中在新型城镇化建设和老旧小区改造方面.长期来看, 我国工业化已达到中后期水平^[38], 城镇化在2030~2035年将达到发达国家水平^[39], 因此未来建筑行业对钢材消费需求将逐步减弱.对于机械制造业, 工程机械和化工专用装备等传统高耗钢产业增速正在放缓, 新型智能机械和高性能机械对钢材需求将有所提高.对于汽车行业, 在当前从传统燃油汽车转向新能源汽车的窗口期, 钢材需要将持续提高, 但未来随着汽车轻量化和共享化水平的提高, 在远期汽车行业钢材需求将出现下降趋势.对于能源生产行业, “双碳”背景下新能源和智能电网的相关基础设施建设将带来一定的需求增长, 但体量相对较小, 年均需求量约1 200万t^[33].

我国以高炉-转炉为主的钢铁冶炼设备普遍投产时间相对较短, 距离退役年限还有一定时间, 推广长流程节能降碳技术应用是短期内性价比较高的措施.根据目前各项技术的推广程度, 干熄焦、厚料层烧结技术、高炉炉顶煤气干式余压发电、高炉煤气回收等技术已应用较为广泛, 未来应重点推进煤调湿、烧结余热回收利用、高炉高效喷煤、热风炉烟气双预热、转炉烟气高效利用等技术的应用.此外, 推进高炉大比例球团技术的研究和推广利用, 到2035年高炉球团矿平均配比达到30%以上.

除排放源头控制外, 碳捕集封存(CCS)技术也可应用于钢铁行业, 但目前钢铁行业CCS技术发展水平较低, 尚处于试点示范阶段.CCS可分为燃烧前捕集(材料和燃料的脱碳)和燃烧后捕集(排气处理)^[40].当前, 钢铁行业中主流的CCS技术是将焦化和高炉炼铁尾气燃烧后捕集CO₂, 燃烧后捕集技术包括化学吸收、物理吸收和膜分离等.根据试点数据, 目前国内钢铁生产CCS成本(以CO₂计, 下同)为65美元·t^-1, 包括设备投资以及捕获和运输的成本^[41], 到2030年有望降至20美元·t^{-1 [42]}, 届时其推广潜力将大幅提高.

推进全废钢电炉短流程是钢铁行业在碳达峰阶段的主要措施, 到“十四五”末期, 电炉钢占比将提高至15%~20%, 电炉钢产量增至1.5~1.7亿t.随着社会废钢蓄积量的逐年升高, 新建电炉短流程炼钢产能将重点分布在产生废钢资源的城市周边, 现有钢铁产能分布将有所改变^[43].到“十五五”和“十六五”阶段, 随着废钢供给的进一步充足, 电炉钢占比将提升至25%~35%.

针对“碳中和”的零碳排放目标, 氢冶金是钢铁行业唯一具有超低碳排放潜力的工艺选择^[44].氢冶金原理是在炼铁过程中使用氢代替焦炭作为还原剂, 被认为是可以从根本上去除钢铁生产过程中的碳排放^{[45, 46]}.多个国家和地区已对氢冶金开展研究, 其中一些已进行较大规模的实证应用, 我国河钢、宣钢已建成全球首例60万t(一期)氢冶金示范工程.根据目前工艺能力, 生产1 t直接还原铁需要12GJ氢^[47], 在未来随着可再生能源或余热余能生产的绿氢供应量提高, 氢冶金的碳减排潜力将有明显提升^[48], 将逐渐取代高炉-转炉长流程, 成为与基于废钢的电炉短流程并重的钢铁生产工艺^[49].目前已有对我国在远期氢冶金规模的讨论^{[4, 9]}, 但整体上不确定性较大.

(1) 坚持供给侧改革, 严控钢铁行业产能产量

深入推进钢铁行业供给侧结构性改革, 严禁以任何名义、任何方式备案新增钢铁产能的项目.对于确有必要建设的钢铁冶炼项目需严格执行产能置换办法, 加大长流程减量置换的比例, 完善相关置换政策细节要求.对于列入鼓励率先实现碳达峰区域产能置换项目, 宜采用全废钢电炉短流程工艺, 并完善相关配套政策.

(2) 推进全废钢电炉短流程, 鼓励短流程置换长流程

有序引导电炉短流程炼钢.鼓励有环境容量、有市场需求、有废钢保障、钢铁产能相对不足的地区积极承接转移产能, 鼓励在城市和内陆地区布局中小型短流程电炉钢厂.长流程工艺集中且环境敏感地区, 鼓励高炉-转炉长流程企业转型为全废钢电炉短流程企业.完善税收、电价补贴、碳交易配额等方面配套优惠政策.推广应用新型节能电炉冶炼和废钢预热等先进工艺技术, 进一步降低原材料和能源消耗, 提高节能、环保和降碳效率.

(3) 加大废钢资源回收利用, 推进废钢资源回收体系建设

支持钢铁企业等牵头成立大型废钢回收加工配送企业, 推进废钢回收、拆解、加工、分类、配送一体化发展, 提升优质废钢资源保障能力.有序放开废钢资源进口, 充分发挥进口废钢的市场调节作用, 降低铁矿石的对外依存度.推动废钢现货、期货平台建设, 促进形成公开透明有序的废钢定价机制.在废钢铁回收行业范围内统一所得税核定方法, 推行简易征税办法试点, 适当降低行业增值税税赋, 减轻废钢铁回收加工企业的税收负担.

(4) 优化原燃料结构, 提高绿电使用比例

提高炼铁炉料球团矿配比, 加大对“大比例使用球团矿”企业的政策支持, 减少球团矿生产设备的限产比例, 给予国内球团用铁精粉生产企业金融和税收等方面优惠政策.充分挖掘钢铁企业新能源及可再生能源利用潜力, 鼓励企业因地制宜, 充分利用风力、生物质能等可再生能源.鼓励钢铁企业以及以钢铁为核心的工业园区建设绿色微电网, 优先利用可再生能源.

(5) 完善法律法规标准体系, 建立健全钢铁行业碳金融体系

建立以钢铁行业应对气候变化为发展目标的低碳标准体系, 分批和有序开展钢铁行业低碳领域标准化工作.发布钢铁行业碳排放分级绩效评价标准, 推动钢铁行业全面开展低碳绩效评价工作, 并将低碳绩效评价结果与差别水价、电价和停限产等地方政策挂钩.充分发挥市场机制对控制温室气体的作用, 加快推进建立钢铁行业全国统一碳市场.加强碳减排的政策引导和激励, 通过财政、税收、价格和金融等一系列调控政策, 引导企业低碳转型.

(1) 我国钢铁行业很大可能在“十四五”前期实现煤炭消费和碳排放达峰, 煤炭消费峰值在4.6亿t标煤左右(含焦炭), “十五五”期间开始持续下降.粗钢产量很大程度主导了钢铁行业煤炭消费和碳排放达峰进程, 推进全废钢电炉短流程和加大废钢利用对控煤降碳的贡献也相对较大.

(2) 新型城镇化建设和老旧小区改造所需的建筑钢材和新能源汽车制造所需的汽车用钢在近期内支撑钢铁消费增量, 远期随着我国城镇化和工业化增速放缓将逐渐下降; 新能源和智能电网的相关基础设施建设在我国实现碳中和期间将带来持续的钢材需求增长, 但体量相对有限.整体而言钢铁需求在近期将开始呈现下降趋势.

(3) 推广长流程节能降碳技术应用是短期内性价比较高的措施, 应重点推进煤调湿、烧结余热回收利用、高炉高效喷煤、热风炉烟气双预热、转炉烟气高效利用等技术的应用, 同时增大高炉球团矿平均配比, 优化高炉炉料结构.远期随着技术成熟度提高, 碳捕集封存技术的投资和运行成本将显著降低, 有望成为可大规模推广的碳减排技术.

(4) 推进全废钢电炉短流程是钢铁行业在碳达峰阶段的主要措施, 随着废钢供给的日益充足, 电炉钢原料成本将逐渐降低, 减少与转炉钢相比的价格劣势.到“十四五”末期, 电炉钢占比预计将提高至15%~20%, “十五五”和“十六五”阶段进一步提升至25%~35%.面向碳中和目标, 氢冶金是钢铁行业唯一具有超低碳排放潜力的生产工艺, 在未来随着可再生能源或余热、余能生产的绿氢供应量提高, 氢冶金将逐渐取代高炉-转炉长流程, 成为与基于废钢的电炉短流程并重的钢铁生产工艺.