电力需求侧灵活性系列：钢铁行业灵活性潜力概述

2023.12电力需求侧灵活性系列：钢铁行业灵活性潜力概述电力需求侧灵活性系列：钢铁行业灵活性潜力概述/电力需求侧灵活性系列：钢铁行业灵活性潜力概述/ 3落基山研究所：刘雨菁，刘子屹，谢俊中国电力科学研究院有限公司：李德智刘子屹，谢俊，刘雨菁，李德智等. 电力需求侧灵活性系列：钢铁行业灵活性潜力概述，落基山研究所，2023,http://rmi.org.cn/insights/dsf-steel/ 版权与引用刘雨菁， yujingliu@rmi.org本报告作者特别感谢以下来自企业和研究机构的专家对报告撰写提供的洞见与建议。孙文强 东北大学曾永生 上海佰能工程技术有限公司林 科 鞍钢股份有限公司王顺江 国网辽宁省电力有限公司童流川 腾讯SSV碳中和实验室孙 冲 国网河北省电力有限公司营销服务中心孙 钢 国网浙江省电力有限公司营销服务中心张海静 国网山东省电力公司营销服务中心（计量中心） 特别感谢Climate Imperative Foundation对本报告的支持。 本报告所述内容不代表以上专家和所在机构，以及项目支持方的观点。落基山研究所：陈梓浩，高硕，李婷，张沥月，周勤中国电力科学研究院有限公司：陈宋宋，宫飞翔感谢落基山研究所的李抒苡和薛雨军在报告撰写过程中给与的宝贵建议电力需求侧灵活性系列：钢铁行业灵活性潜力概述/ 41.1 低碳政策促进钢铁行业绿色转型升级1.2 钢铁柔性负荷助力新型电力系统灵活性提升2.1 钢铁生产工艺流程2.2 钢铁生产负荷特征 2.2.1 负荷分类特征 2.2.2 负荷曲线特征2.3 钢铁需求侧灵活性来源 2.3.1 可中断负荷调节 2.3.2 可削减负荷调节 2.3.3 可转移负荷调节 2.3.4 自备电厂或副产气发电2.4 钢铁企业各生产环节灵活性来源及潜力3.1 荷兰塔塔长流程钢铁厂需求响应实践3.2 德国短流程钢厂灵活性潜力评估与仿真3.3 浙江万泰特钢公司参与电网供需互动3.4 华东某短流程钢铁企业负荷管理时间4.1 技术层面 4.1.1 生产过程的负荷建模、调节能力预测及协同优化 4.1.2 钢铁生产过程解耦以发挥负荷调节潜力4.2 市场层面一、钢铁行业是工业需求侧灵活性的重要来源1.1 低碳政策促进钢铁行业绿色转型升级电力需求侧灵活性系列：钢铁行业灵活性潜力概述/5 钢铁行业是我国主要碳排放部门之一，其绿色转型升级是实现碳达峰碳中和的重要抓手。作为国民经济的重要基础产业，中国钢铁行业 GDP 占总 GDP 的 5% 左右。中国是世界最大的钢铁生产国和消费国，2022 年，中国生产粗钢 10.2亿吨，消费成品钢消费 9.2 亿吨，分别占全球产量的 54.0% 和 51.7%。同时作为能源密集型行业，2022 年，钢铁行业的能源消费总量占全国比重在 10% 以上，碳排放总量约为 18 亿吨，占全国总排放的约 15%，是碳排放占比最高的制造业类别。因此，钢铁行业的零碳转型于全经济领域实现碳中和目标至关重要，其作为国民经济发展的重要支撑也决定了下游产业是否能够实现全生命周期脱碳。在此背景下，提升钢铁生产能效、实现绿色低碳转型已成为政府和钢铁企业共同关注的焦点。从能效上看，过去十年钢铁行业的能效有明显提升。我国大中型钢铁企业的吨钢综合能耗从 0.669 tce/t 下降到 0.551 tce/t，下降率 16.64%，且各生产工序能耗均有不同程度的下降 。钢铁行业能效总体实现了 7.5% 的提升，预计未来 30 年能效提升可达 10%～ 15%。然而，为进一步实现行业深度脱碳，钢铁行业将在产品结构、能耗结构和生产工艺等方面出现巨大变化，短流程电炉炼钢将取代长流程炼钢成为中国钢铁产能的主力 。相比长流程炼钢，短流程炼钢的能耗更低。长流程炼钢的能耗以煤炭为主，吨钢综合能耗约为 550 千克标准煤，而短流程炼钢以电力为主要能源来源，吨钢电耗约为 500 千瓦时，吨钢碳排放约为 0.6 吨二氧化碳，为长流程的 1/3 以下。2020 年，我国长流程粗钢产量占比仍高达约 90%，远高于同期欧盟的 57.6%、美国的 29.4% 的水平。 相比之下，美国、印度、欧洲的短流程电炉钢占比分别达到了 70%、56% 和41% 左右。国家陆续颁布一系列政策目标，在产能治理、能源环保和提高废钢使用方面提出了严格的要求（图表 1）。2021 年 12月，工信部、科学技术部和自然资源部共同发布了《“十四五”原材料工业发展规划》，明确到 2025 年，钢铁、有色金属、建材等重点行业能源消耗总量、碳排放总量控制取得阶段性成果，钢铁行业吨钢综合能耗降低 2%。2022 年，钢铁行业低碳工作推进委员会发布了《钢铁行业碳中和愿景和低碳技术路线图》，明确了中国钢铁工业“双碳”六大技术路线，即系统能效提升、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。2022 年 6 月，生态环境部等七部门发布《减污降碳协同增效实施方案》，提出逐步减少独立烧结、热轧企业数量，大力支持电炉短流程工艺发展。2025 年和 2030 年，全国短流程炼钢占比分别提升至 15%、20% 以上。从政策内容上看，除了降低各生产环节的能效之外，政策也在逐步引导未来钢铁生产从长流程向短流程转移，部分省份也专门发布了促进钢铁短流程生产技术的相关政策目标（图表 2）。12图表1 近年钢铁行业低碳相关政策电力需求侧灵活性系列：钢铁行业灵活性潜力概述/6 资料来源：各部委官网，落基山研究所整理发布单位政策名称 时间发改委等十部门2021.10钢铁相关内容响应时长《“十四五”全国清洁生产推行方案》钢铁行业完成5.3亿吨钢铁产能超低排放改造、4.6亿吨焦化产能清洁生产改造国务院2021.10《2030年前碳达峰行动方案》深化钢铁行业供给侧结构性改革，严格执行产能置换，严禁新增产能，推进存量优化，淘汰落后产能。促进钢铁行业结构优化和清洁能源替代，大力推进非高炉炼铁技术示范，提升废钢资源回收利用水平，推行全废钢电炉工艺工信部2021.11《“十四五”工业绿色发展规划》到 2025 年，钢铁等重点行业碳排放总量控制取得阶段性成果。制定工业领域和钢铁等重点行业碳达峰实施方案，明确主要碳排放生产工序或子行业，提出降碳和碳达峰实施路径工信部、科学技术部、自然资源部2021.12《“十四五”原材料工业发展规划》明确到 2025 年，钢铁、有色金属、建材等重点行业能源消耗总量、碳排放总量控制取得阶段性成果。钢铁行业吨钢综合能耗降低 2%国务院2022.01《“十四五”节能减排综合工作方案》以钢铁、有色金属等行业为重点，推进节能改造和污染物深度治理。到2025年，通过实施节能降碳行动，钢铁等重点行业产能和数据中心达到能效标杆水平的比例超过30%工信部、发改委、生态环境部2022.01《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。80%以上钢铁产能完成超低