2022年钢铁行业研究报告：钢铁行业碳中和现状与减碳路径分析.docx

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1、2021年钢铁行业研究报告：钢铁行业碳中和现状与减碳路径分析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、DRL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

2、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。

3、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%o2015-2018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%o行业碳排放量在

4、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%o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%o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

5、氧化产生的C02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C02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

6、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C02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

7、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%o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%O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

8、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。3 .推进碳达峰、碳中和，钢铁行业减碳路径分析2020年年末工信部发布关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见征求意见稿，明确提出到十四五末力争全行业实现碳达峰，能源消耗总量和强度均降低5%以上。钢铁行业面临十四五提前达峰的要求。2021年以来，中国宝武、河钢、鞍钢、包钢等特大型钢企陆续发布碳达峰、

9、碳中和目标，其中碳达峰时间点基本控制在2025年之前，到2030年左右实现减碳30%,2050年实现碳中和。3.1.十四五粗钢产量进入平台区，将更好地促进行业从总量上实现碳达峰十四五期间粗钢产量进入平台区。2016年以来粗钢表观消费量稳步增长，2020年粗钢表观消费量102230万吨，同比9.55%;在强劲内需的拉动下，国内粗钢产量持续创新高，2020年粗钢产量107500万吨，同比7%。测算2020年GDP耗钢系数达到1150吨/亿元。十四五中国经济进入内循环为主的发展格局，国内钢铁内需增长放缓，同时叠加政策驱动钢材出口回流，政策压实国内粗钢产能规模。整体来看，国内粗钢产量将进一步平台区。十

10、四五钢铁内需增长放缓。国民经济体系投资链条上的建筑、机械设备制造等产业对金属产品消耗系数明显高于消费链条相关的产业。20162019年，国内投资增速低于GDP和消费增速，GDP实际耗钢系数进入平台区。2020年投资反弹，带动耗钢系数回升。十四五中国经济进入内循环为主的发展格局，消费驱动力加码，耗钢系数将再次回调，中国钢铁表观消费需求增长将放缓。政策驱动钢材出口回流。自2021年5月1日起，国内取消大部分钢铁产品出口退税。共涉及146个商品代码产品，除部分高附加值产品维持13%的出口退税率，大部分常规性产品出口税率下调到0%。受此政策的影响，大部分产品的出口优势将大幅降低，进一步驱动钢材出口回流

11、。政策压实了国内粗钢产能规模。2021年5月国家发改委和工信部先后发布关于钢铁冶炼项目备案管理的意见、钢铁行业产能置换实施办法，明确了严格实施减量置换、冶炼项目规范化备案的要求，从政策上进一步压实了国内粗钢产能规模,使得未来粗钢产量缺乏大幅增长的基础。粗钢产量进入平台区，将更好推动行业从碳排放总量上实现达峰。20152018年，钢铁行业碳排放总量同比整体低于行业粗钢产量增速，整体反映了吨钢碳排放强度有下降趋势。十四五粗钢产量进入平台区、增长趋弱，同时伴随部分成熟度高、实用性强的低碳冶金技术运用，将更好地推动行业从碳排放总量上实现达峰。3.2.成熟度高、实用性技术的进一步推广有助于从吨钢碳排放强

12、度上实现减碳30%目标在碳达峰的基础上，我们认为电炉炼钢、增加球团比、DRI等成熟度高、实用性技术的进一步推广，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，降低吨钢碳排放强度，能够较好低实现减碳30%的目标。1）相比传统长流程，纯废钢的电炉短流程和DRI电炉流程均有大幅降碳空间相比高炉-转炉的长流程，电炉为主的工艺流程在能耗、碳排放上具有较大优势。随着国内经济进入内循环周期，废钢资源加速释放为发展电炉钢提供了成本支撑。假设2030年前后国内粗钢产量相比2025年小幅下滑，维系在10亿吨左右。除去转炉消纳部分废钢外，电炉钢也将会有较大提升。低碳排放强度的工艺占比提升，将有效

13、降低钢铁行业整体碳排放量；同时伴随着电力能源的清洁化，通过供给端导入新能源，能够进一步降低碳排放。目前国内电炉钢厂产量占比偏低。2019年国内电炉钢产量占比10.4%,长流程转炉钢占比89.6%。欧盟28国电炉钢占比41.3%,美国占比69.7%,日本占比24.5%,世界平均水平27.9%。整体来看，国内电炉钢厂产量占比偏低。电炉短流程工艺能耗强度低。根据世界钢铁协会的研究，电炉短流程总能耗为2104Kwh/吨钢，高炉长流程总能耗为5122Kwh/吨钢；电炉短流程电耗为1561Kwh/吨钢，高炉长流程电耗为972Kwh/吨钢；整体来看电炉短流程工艺在能耗强度低。气基DRI-电炉工艺和纯废钢短流

14、程工艺，碳排放强度均大幅低于长流程工艺。从世界钢协发布的研究数据来看，长流工艺吨钢碳排放2.2吨，气基DRI-电炉流程的碳排放为1.4吨,纯废钢电炉短流程工艺碳排放在0.3吨左右。从安米集团发布的数据来看，该公司电炉流程的吨钢排放为0.6吨C02/吨钢，只有同期高炉长流程的26%;尽管该公司有部分电炉与DRI工艺衔接，但碳排放仍大幅低于长流程工艺。整体来看，无论气基DRI-电炉流程，还是纯废钢短流程电炉工艺，碳排放强度均大幅低于长流程工艺，电炉工艺降碳幅度在36%-84%之间。国内经济进入内循环周期，废钢资源持续释放为发展短流程电炉钢提供了成本支撑。根据废钢协会测算，2020年国内废钢产量2.

15、6亿吨。近二十年中国经济快速发展在城市建设和耐用品消费上积蓄了大量钢铁资源，在进入内循环为主的周期下,汽车、家电等耐用消费加块更新换代，废钢资源加速释放。根据测算2030年我国钢铁积蓄量将达到135亿吨，采用钢铁积蓄量折算法，测算2030年社会废钢产生量将达到3.5亿吨，废钢资源持续释放为发展短流程电炉钢提供了成本支撑。2）相比传统烧结，球团制造工序碳排放低、同时能间接带动高炉降碳相比目前的国内主流矿物加工工艺一烧结，球团在制造环节上具有工序能耗低、污染物排放少、节能减排效果好等优势，同时在高炉冶炼上增加球团比能够实现渣比低、煤气利用率高、燃料比低、综合经济效益好等优点，推动高炉冶炼绿色指标改善。球团工艺各项污染物都处于较低水平，明显优于烧结工艺，当造块工艺开始考虑整个钢铁生产链时，清楚的说明采用球团矿代替烧结矿作为高炉主要原料能带来巨大的碳减排效应。我国球团比整体大幅低于欧美国家水平，存在较大提升空间。根据世界金属导报统计，2020年国内球团矿总产能约2.