2020年，我国钢铁行业年碳排放量达到18亿吨，占我国各行业碳排放总量的15%，在各行业碳排放量中排名第二，仅次于火力发电行业。根据我国双碳目标要求，确保2030年二氧化碳排放量达到历史峰值，2060年实现碳中和，为保护生态环境提供有力保障。近五年来，我国钢铁企业碳排放持续增长，不符合双碳目标要求的碳排放缓慢增长或不增长。因此，我国钢铁企业碳排放面临巨大挑战。本文主要分析了钢铁企业在双碳目标下发展面临的挑战，从制定钢铁企业碳峰行动计划、优化产业结构、科技降碳三个方面提出了改进对策，提高钢铁企业的降碳水平。

 

1钢铁企业现状及存在问题

 

根据国家统计局初步核算数据，2011年～2020年，煤炭消费比例逐年下降，从69.2%下降到56.8%，平均每年下降1.24个百分点。“十三五”期间，煤炭消费持续增长，六大高能耗行业占煤炭消费总量的85%以上。据中国煤炭工业协会计算，钢铁工业、电力工业、建材工业、化工工业等主要煤炭消费行业的煤炭消费量同比增长3.3%、0.8%、0.2%、1.3%，其他行业煤炭消耗量同比下降4.6%。根据2020年辽宁省统计年鉴，2019年辽宁省钢铁企业煤炭消耗总量为4038.88万t，占6个高能耗行业煤炭消耗总量的24.38%。2020年辽宁省国民经济社会发展统计公报：全年规模以上工业综合能源消耗量1.6亿tce，其中6个高能耗行业综合能源消耗量占91.0%。可见，钢铁企业的节能技术转型迫在眉睫。

 

技术可行性分析及解决方案

 

在钢铁企业能源消费方面，一是加强能耗双重控制，坚持节能优先，将能耗强度和节能指标纳入生态文明、绿色发展等绩效评价体系，合理控制能耗不增长，降低单位产品能耗强度；二是稳步提高电机和变压器的高效升级；三是重点加强光伏发电储能项目的推广应用，全面促进电气化节能效率，降低火力发电煤炭消耗。据统计，中国陆地面积每年接收的太阳辐射总量为33×103M～84×103MJ/m2相当于24×104亿tce储量初步分析，全国太阳能技术可开发装机容量达到156亿kW。其中，新疆自治区最大，约42亿kW，其次是青海和内蒙古自治区，分别为34亿kW和26.15亿kW。此外，甘肃、西藏、宁夏、山东等地的太阳能技术可开发装机容量也相当可观。中国太阳能资源区域分类见表1。

 

 

中国太阳能资源的分布与纬度、海拔、地理条件和气候条件有很大关系。中国是世界上太阳能资源丰富的国家之一。从表1可以看出，一、二、三类地区日照时数超过2200h，是我国太阳能资源丰富或丰富的地区，占全国总面积的三分之二以上，具有利用太阳能发电的良好条件。虽然四类地区太阳能资源条件相对较差，但仍具有可观的利用价值。

 

“十四五”期间，全国太阳能规划开发总规模为357436MW。其中，东北地区28328MW、42650MW华东地区42650MW、华中地区3166MW、6955MW，西北地区、43476MW西南地区、11125、华南地区30520MW。“三北地区”占59%。结合“十四五”期间各省市光伏发电的发展规模，倡导和推广光伏发电和储能技术在钢铁企业中的应用和考虑原则：①光伏规模和储能系统根据当地的光照资源情况进行合理配置。②利用电力储能装置，合理平衡电力供需矛盾，提高能源利用效率，同时为电网提供更稳定的电能，解决不同时期、不同季节发电用电不平衡问题。③坚持先进、适用、经济的技术和设备原则，确保产品质量，从而达到企业的高效率。

 

33技术应用后的运行情况

 

3.1光伏方阵布置

 

企业工厂屋面、停车场、地面光伏组件采用固定安装。考虑到承载能力、风力、雪等负荷对运行安全的影响，便于今后的运行和维护，倾角36°铺设方式。根据现场安装技术要求，预留500～1000mm维修通道。PVsyst7.2计算软件通过国家通用光伏发电系统计算，3600m°组件上的年辐射量为1528kWh/m2。

 

3.2土建设计与施工

 

屋顶、停车场、地面承受新光伏发电系统部件的荷载，经合格设计单位或其他专业公司现场检查核实后确定。结合光伏发电施工现场的材料结构，合理选择安装方法。如果是水泥表面，则采用配重桩安装；如果钢表面选择焊接安装，倾角选择为36°。

 

3.3发电量计算

 

根据《GB50797-2012光伏发电站设计规范》，光伏发电站上网电量可按以下类型计算：

 

 

 

HA-水平面太阳能总辐射量（kWh/m2，峰值小时数)；

 

Ep——上网发电量（kWh）；

 

Es——标准条件下的辐照度(常数=1kWh/m2)；

 

PAZ——组件安装容量（kWp）；8.56MWp；

 

K——综合效率系数。

 

K=K1×K2×K3×K4×K5×K6×K7×K8×K9

 

K1-光伏组件类型修正系数，一般取0.94；

 

K2-光伏方阵倾角、方位角修正系数，一般取1.03；

 

K3-光伏发电系统的可用性，一般取0.99；

 

K4-光照利用率，一般取0.96；

 

K5-逆变器效率，一般取0.987；

 

K6-集电线路损耗，一般取0.96；

 

K7-升压变压器损耗，一般取0.98；

 

K8-光伏组件表面污染修正系数，一般取0.97；

 

K9-光伏组件转换效率修正系数，一般取0.83。

 

K=0.94×1.03×0.99×0.96×0.987×0.96×0.98×0.97×10万m2光伏工程发电量计算为0.83=0.688：

 

Ep=1528×8.56×1000×0.688/10000=900万kWh。光伏电站在运行期间按25a考虑，年平均发电量约为900万kWh，年平均有效发电时数为1165h。

 

3.4光伏发电储能

 

电化学储能是光伏发电储能市场不断发展的新生力。随着电化学储能技术的不断优化和技术进步，电化学储能系统的制造和维护成本不断下降，储能设备的容量和使用寿命不断提高和延长，逐渐成为我国各地储能行业的新发展趋势。电化学储能主要包括铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠硫蓄电池等。目前，铅蓄电池、锂离子电池和全钒液流电池主要用于大规模储能。

 

结语：

 

随着光伏发电和储能技术的不断改进，组件和配套设施的成本呈下降趋势。各地区峰值电价上涨，大型工业电价上涨，对促进光伏发电和储能技术的推广应用发挥了一定的作用。建设光伏发电和储能装置，钢铁企业可以完成部分能源置换。就项目本身而言，从根本上实现零碳排放。光伏发电和储能装置的普及和应用是钢铁企业坚持绿色低碳循环发展的最佳途径之一。该方案技术成熟，安装维护方便，投资风险小，推广应用大，具有广泛投资建设的潜力。