鋼鐵行業氫冶金技術的替代潛力與經濟性分析——以廣東為例*

鄭勵行，董耿林，汪 鵬，趙黛青,?

鋼鐵行業氫冶金技術的替代潛力與經濟性分析——以廣東為例*

鄭勵行1,2，董耿林1,3，汪 鵬1，趙黛青1,2,?

（1. 中國科學院廣州能源研究所，廣州 510640；2. 中國科學院大學，北京 100049；3. 中國科學技術大學 能源科學與技術學院，廣州 510640）

氫冶金是鋼鐵行業降低碳排放的變革性技術，對工業部門深度脫碳具有重要意義。廣東省的鋼鐵產能占全國的4%，是中國鋼鐵產能布局較多的地區，鋼鐵行業能耗在全省終端能耗中的占比為4.6%，碳排放在全省碳排放總量中的占比達到17%，因此鋼鐵行業深度脫碳將直接影響廣東省碳達峰碳中和目標的實現。另一方面，廣東省是全國最早推動氫能產業化發展的省份，多種制氫路線的研發和示范已有許多實際案例。分析廣東省2020—2035年的粗鋼產量變化，對廣東省未來可實現的制氫技術路線和產氫能力進行研判，在此基礎上，對采用氫作為還原劑替代焦炭的氫冶金工藝產生的能耗、碳排放和成本進行了不同情景分析。結果表明，氫冶金技術能夠促使廣東省鋼鐵行業二氧化碳排放大幅減少，2035年在替代情景（氫冶金技術替代率為21.2%）下，與基準情景相比，廣東鋼鐵行業的能耗可以降低2.3%，二氧化碳排放減少10.9%。

煉鋼；氫冶金；制氫；情景分析

0 引 言

全球范圍內的升溫已經威脅到人類生命安全及可持續發展，減排溫室氣體以減緩氣候變化已成為全球共識。鋼鐵行業作為工業碳排放的主要來源之一，是節能減排措施實施的重點領域，以氫替代焦炭作為還原劑的煉鋼方式是鋼鐵生產低碳化的重要技術途徑[1]。歐盟鋼鐵行業在2004年就啟動了研發氫冶金技術的超低CO2排放煉鋼工藝項目，目標是到2050年噸鋼二氧化碳排放比當前噸鋼排放最高水平（1.85 t[2]）下降50%。瑞典的突破性氫煉鐵技術項目通過在塊礦和球團礦的挖掘和制造過程以及制氫和電弧爐工藝中使用可再生電力，預期在2035年前實現鋼鐵生產的零化石能源消耗，進一步實現零碳排放煉鋼[3]，目前，HYBRIT項目已進入中試階段。廣東省寶鋼湛江鋼鐵有限公司采用氫基豎爐系統對高爐煉鋼法進行產能置換，預計于2023年底完成氫基豎爐系統建設，直接還原鐵（direct reduced iron, DRI）產能為100萬噸/年[4]。

國內外學者對氫能在鋼鐵行業中的應用及其可能產生的減排效益做了許多研究。采用水電?電解水的方式制取的氫氣用于煉鋼[5]，可使噸鋼碳排放下降84%，即噸鋼二氧化碳排放為0.3 t[6]。在推廣氫冶金應用時，需平衡焦炭與氫作為還原劑的競爭關系、熱平衡和化學平衡之間的關系，并需考慮氫冶金的能源利用效率以及生產成本，需要對兩種煉鋼方案的噸鋼能耗和生產成本進行評估[7]。KUSHNIR等[8]對瑞典氫冶金技術的評估報告指出，瑞典政府為實現所承諾的2045年零碳愿景需要大規模推動氫冶金工藝的應用。然而，目前氫冶金技術對傳統煉鋼技術的替代比例仍然較低，姚同路等[9]提出中國鋼鐵行業實現“雙碳”目標的技術路線圖，但當前氫冶金技術在國內尚處于“實驗室階段”；張真等[10]對鋼鐵行業參與碳交易情況下氫冶金的減碳能力及成本進行了評估；車彥民等[11]對國內幾種大規模制氫方式及氫冶金技術的應用進行了評估，提出要由焦爐煤氣逐漸過渡為低碳氫作為還原劑的煉鋼工藝。綜上，目前研究明確了氫冶金技術可有效減少鋼鐵行業的碳排放，但在綜合了區域鋼鐵產業發展實際和不同制氫路線的產能潛力的前提下，對氫能替代的生產成本、能源消耗、碳排放的研究并不充分。

廣東省的鋼鐵產能占全國的4%，是中國鋼鐵產能集中地區。廣東省鋼鐵行業的能耗占全省終端能耗的4.6%，碳排放占全省總排放的17%，是影響全省實現碳達峰碳中和目標的關鍵行業之一。本文以廣東省鋼鐵行業為研究對象，運用情景分析方法，對廣東省2020—2035年推廣氫冶金技術替代所產生的噸鋼能耗、噸鋼碳排放等影響進行量化評估，在不同時間節點的分析考慮了氫能技術和氫冶金技術的進步；對廣東省2020—2035年的粗鋼產量需求進行預測，對氫冶金技術的成熟度、替代成本做量化分析，并考慮了工業副產物制氫、網電制氫、風電制氫、光伏制氫四條制氫路線，對廣東可能選擇的制氫路線組合以及形成的產氫能力、氫冶金技術替代率進行情景預測。本研究可為研究人員及政策決策者把握氫冶金技術和制氫技術的進步、制定最優的鋼鐵行業碳減排戰略提供依據。

1 研究方法

1.1 氫能替代工藝

高爐法煉鋼工藝過程如圖1所示，原煤通過洗煤、燒焦工藝成為焦炭，焦炭在高爐中與燒結礦或者球團礦（主要成分為Fe3O4和Fe2O3）發生還原反應，得到的鐵水注入轉爐去除鐵水中的雜質元素（S、P、Si、Mn等），再經過連鑄工藝得到粗鋼[12]。使用焦炭作為還原劑的高爐還原工藝是煉鋼過程大量排放CO2的直接源頭。

圖1 高爐法煉鋼工藝路線圖

氫冶金法工藝過程如圖2所示，H2在氫基豎爐中與氧化球團（主要成分為Fe2O3）發生還原反應，DRI在電弧爐近4 000?℃高溫環境下被熔化成為鋼水，再經過連鑄工藝得到粗鋼[13-14]。氫冶金工藝在直接還原豎爐中無碳排放，只有使用網電包含的間接碳排放和制氫過程中的碳排放，煉鋼過程碳排放大幅降低。優化電力結構、減低電網碳排放因子、提高用氫的綠氫比例，都是氫冶金向全生命周期（life cycle assessment, LCA）凈零碳排放的關鍵途徑[15]。

圖2 氫冶金法工藝路線圖

1.2 廣東省制氫結構及能力分析

廣東省工業副產物制氫包括煉油制氫、丙烷脫氫、燒堿制氫、次氯酸鈉制氫以及煉焦制氫五種類型，其中以煉油制氫和丙烷脫氫為最主要的制氫方式，工業副產氫為在滿足生產之余供給其他部門的氫。

本課題組的前期研究顯示，目前廣東省利用可再生電力的堿性電解水制氫的全生命周期制氫成本為27 ～ 33 元/kg[16]，與可再生電力匹配度更強的質子交換膜電解水技術尚未成熟，因此，2020—2025年，本文不考慮可再生電力制氫這一技術路線的產業化應用。目前廣東省電解水制氫的耗電來自電網“谷電”[17]，2020年網電制氫量為74萬噸，“谷電”價格為0.3 元/(kW?h)，制氫成本為16.5 元/kg，與其他制氫方式相比具有成本競爭力。

在廣東省制氫結構及能力研究中，做以下考慮：第一，工業副產物制氫以煉油廠制氫和丙烷脫氫為主要制氫方式；第二，網電制氫采用堿性電解水技術，廣東省網電的邊際排放因子為0.808 t/(MW?h)[18]，隨著水電、風電、光伏電力并網率的提升，預計廣東省碳排放因子以每年2%的速度下降[19]；第三，隨著質子交換膜電解水技術的成熟以及廣東海上風電裝機規模的擴大，主要基于風電的可再生電力制氫于2025年開始快速發展，并于2030年實現大規模應用。

圖3所示為多元制氫技術路線支持的氫冶金應用路線，圖4是面向2035年廣東省制氫總量以及不同技術路線制氫貢獻的預測[20]。2020年廣東省制氫量約為91萬噸，其中工業副產物制氫占比19%，網電制氫占比81%，風電制氫以及光伏制氫占比小于0.01%（圖5）。2025年以后的綠氫生產能力快速增加，2035年廣東省制氫能力可達到約230萬噸，可再生電力制氫的占比將達到55%。

圖3 產品能流圖框架?制氫路線概覽

圖4 廣東省氫能供應情況預測（2020—2035年）[20]

圖5 廣東省2020年（a）和2035年（b）制氫結構

1.3 廣東省制氫成本分析

根據廣東省可再生能源資源稟賦及制氫產業部署情況，對在廣東實施工業副產物制氫、網電制氫、風電制氫、光伏制氫這四條制氫路線進行了成本分析，圖6為制氫成本預測模型。

圖6 制氫產量?成本預測模型

工業副產物制氫以丙烷脫氫代表進行成本分析，制氫成本估值式為：

電解水制氫的成本估值式為：

考慮到不同制氫技術的成熟度和成本可接受度，廣東省在未來一段時間內的制氫路線為四種技術并舉，因此，第年份的綜合制氫成本為：

設置兩種情景來討論廣東省2020—2035年的制氫成本變化趨勢。政策情景中谷電電價為0.3 元/(kW?h)；2025年廣東省海上風電價格將降至0.4 元/(kW?h)[21]。光伏發電電價到2022年下降至0.453 元/(kW?h)[22]，到2030年，廣東省風電制氫與光伏制氫成本下降至2美元/kg[23]。廣東省的制氫結構變化如圖4所示。

在可再生電力快速平價上網情景中，廣東省LPG與谷電上網電價與政策情景保持一致，可再生電力制氫于2025年與電網谷電電價相同，制氫結構與政策情景相同。

圖7 廣東省綜合制氫成本預測（2020—2035年）

如圖7所示，可再生能源發電實現平價上網的時間對廣東省制氫成本影響很大。在政策情景中，由于2025—2030年廣東省“綠電”價格還高于“谷電”電價，因此隨著可再生電力制氫量占比的提高，綜合制氫成本出現上升的趨勢，到2030年，“綠電”價格與“谷電”電價平價之后，由于可再生電力制氫的成本小于網電制氫成本，因而制氫成本隨著可再生電力制氫的大規模發展而下降。在可再生電力快速平價上網情景中，“綠電”價格于2025年就與谷電電價平價，因此，隨著可再生電力制氫的快速發展，自2025年起制氫成本就呈現下降趨勢。

1.4 廣東省粗鋼產量預測

采用《廣東省統計年鑒》中的粗鋼產量及GDP數據，分析了廣東省1998—2020年的單位GDP粗鋼產量的變化趨勢，結果如圖8所示，發現1998—2004年人均GDP進入3 000美元階段后[24]，單位GDP粗鋼產量的增加趨勢放緩。2020年以后，人均GDP進入1.5萬美元階段，單位GDP粗鋼產量開始快速下降，這一變化趨勢與廣東省GDP增速放緩、基礎設施建設需求下降以及廢鋼利用率提高等因素相關，假設到2035年，廣東省單位GDP粗鋼產量將保持這種下降趨勢。

圖8 廣東省單位GDP粗鋼產量變化趨勢（數據引自文獻?[25]）

2020年后，廣東省GDP水平保持持續增長態勢，根據《廣東省國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》目標，2025年廣東省GDP將達到14萬億元，2020—2025年的年平均增長率為5.5%，根據廣東省未來經濟高質量發展的戰略部署，預計2025—2030年，年平均增長率為5%，2030—2035年的平均增長率為4.5%。據此，到2035年廣東省GDP總量將達到23萬億元左右，粗鋼產量在2025年以后增長速度趨緩，到2035年粗鋼產量約為4 700萬噸，粗鋼產量約為350 kg/人，比2020年高25%。圖9所示為廣東省粗鋼產量與GDP變化趨勢。

圖9 廣東省粗鋼產量與GDP變化趨勢（數據引自文獻?[25]）

1.5 廣東省高爐煉鋼氫冶金技術替代分析的情景參數設置

1.5.1 兩種技術方案的噸鋼能耗

當前高爐法及氫冶金法的噸鋼能耗情況見表1。

表1 兩種煉鋼方法噸鋼能源消耗現狀

1.5.2 冶金技術進步引起的噸鋼能耗變化

由于高爐法煉鋼工藝技術成熟度較高，因此隨著時間變化，采用高爐煉鋼技術的噸鋼能耗維持不變，根據表1數據計算，高爐法煉鋼噸鋼標煤能耗為519 kg。

氫冶金工藝的關鍵技術包括氫冶金工藝以及氫基豎爐中多場耦合的工況優化調控兩部分。在氫冶金的工藝層面，Energiron-ZR-H2工藝能夠使用煤制氣、焦爐煤氣、天然氣等多種氣源進行制氫，并可融合電解水制氫等方式，能夠最大限度地利用制氫資源，本研究選擇這一氫冶金直接還原工藝，Energiron-ZR-H2工藝包含豎爐、CO2脫除裝置、氣體加熱器等關鍵設備，還原溫度在930?℃以上，金屬轉化率約為94%[28]。

在氫基豎爐內多場耦合優化，還原氣流場組織、氫碳比、溫度等因素調控會直接影響還原鐵產出質量，隨著Energiron-ZR-H2工藝及氫基豎爐的工況優化調控，氫冶金法的噸鋼氫耗能夠進一步降低。因此，假設氫冶金法煉鋼的噸鋼耗氫量以每年0.45%的幅度下降（如圖10所示），到2035年噸鋼耗氫量由當前的91.7 kg下降到85.45 kg，噸鋼標煤能耗為430.8 kg。

圖10 考慮技術進步時氫冶金法噸鋼耗氫量

1.5.3 制氫過程的碳排放

根據制氫技術LCA碳排放評估[16]可知，廣東省網電制氫在2020年的碳排放量（均指二氧化碳排放量）為44.44 kg/kg，考慮到電力結構中可再生能源發電的占比會不斷提高，假設南方電網的碳排放因子以每年2%的速度減小，預計網電制氫碳排放量會在2035年降至32.83 kg/kg；工業副產物制氫技術已經成熟，可認為制氫碳排放量不變，即1.1 kg/kg；光伏制氫與風電制氫的碳排放量為0。

圖 11 2020—2035年廣東省制氫的碳排放量

根據以上假設和圖5所示的制氫結構測算2020—2035年廣東省制氫的碳排放（圖11），由于制氫結構中綠氫占比不斷提高，制氫的碳排放量將不斷下降，到2035年，廣東省制氫的碳排放量為8.7 kg/kg，比2020年下降70%。

1.5.4 不同情景下的氫冶金工藝替代率

設置三種氫冶金工藝替代情景，即基準情景、替代情景和深度替代情景。如圖12所示，氫冶金工藝在粗鋼煉制中的替代率逐年增加。

圖12 氫冶金工藝在廣東省煉鋼中的替代率

基準情景下，不進行氫冶金工藝的替代。替代情景下，廣東省將在2025年部署兩期100萬噸/年的項目，預計2023年完成一期建設，2025年完成二期建設，新建的氫還原劑DRI工藝設施達到國際先進水平。2025年后，廣東省將不斷推進氫冶金工藝替代高爐法煉鋼，預計2035年氫冶金法粗鋼產量達到1 000萬噸，氫冶金工藝替代率為21.2%。深度替代情景下，到2035年廣東省氫冶金法的粗鋼產量為2 000萬噸，替代率達到42.4%。

2 結果與討論

2.1 粗鋼生產能源消費和噸鋼能耗分析

不同情景下廣東省粗鋼生產能源消費變化如圖13所示，隨著氫冶金工藝替代率的提高及氫冶金工藝噸鋼氫耗量的降低，與基準情景相比，替代情景、深度替代情景下的能源消費呈現明顯的下降趨勢，在替代情景下，粗鋼生產能源消費在2034年達到峰值，在深度替代情景下可提前兩年達到峰值。圖14所示為噸鋼能耗變化趨勢，到2035年，替代情景、深度替代情景下的噸鋼能耗分別比基準情景下降2.3%、7.2%。

圖13 不同情景下廣東省粗鋼生產能源消費變化趨勢

圖14 不同情景下廣東省噸鋼能耗變化趨勢

2.2 粗鋼生產碳排放和噸鋼碳排放分析

相對于基準情景，替代情景和深度替代情景都呈現出明顯的粗鋼生產碳排放總量下降趨勢。圖15中，替代情景下碳排放總量在2029年達到峰值，碳排放量為7 624萬噸；深度替代情景下，碳排放總量提前一年達峰，峰值為7 496萬噸CO2?？蔀閺V東省鋼鐵行業碳排放總量在2030年前達峰發揮重要作用。

圖15 不同情景下廣東省煉鋼碳排放變化趨勢

圖16反映了不同情景下廣東省噸鋼碳排放變化趨勢。到2035年，替代情景、深度替代情景的噸鋼碳排放量相對于基準情景分別下降10.9%、23.1%。

圖16 不同情景下廣東省噸鋼碳排放變化趨勢

2.3 氫冶金技術替代傳統粗鋼生產工藝的噸鋼經濟性分析

高爐?轉爐法煉鋼的主要設備包括磨粉系統、燒結機、焦化爐、高爐、轉爐、連鑄機，根據文獻[26]的分析，噸鋼設備成本共計1 600 元。粗鋼生產的物耗和能耗成本清單見表2，原料及能源價格基數取廣東省2021年1月公開數據，得到噸鋼物料成本總計為2 317 元。2020年，廣東省高爐?轉爐法煉鋼的噸鋼總成本為3 917 元，物料成本占據60%，煤氣作為煉鋼工藝的還原劑，占據總成本的17%。

表2 高爐?轉爐法煉鋼噸鋼物料成本[26]

氫冶金法煉鋼的噸鋼設備成本共計1 740 元[27]，其噸鋼能耗和物耗成本清單見表3，氫氣價格按16元/kg核算，得到噸鋼物料消耗成本合計2 760 元，2020年廣東省氫冶金法煉鋼的噸鋼總成本4 500 元，物料成本占據60%，氫氣作為煉鋼工藝的還原劑，約占據總成本的三分之一。對比兩種煉鋼技術成本可知氫冶金法比高爐?轉爐法的噸鋼成本增加了約15%，其中氫冶金法設備成本比高爐法高8.8%，物料成本比高爐?轉爐法高19%?？梢?，降低用氫成本是提高氫冶金法利用率的重要方法。根據文獻[20]，預計到2035年，制氫成本可望下降到13.5 元/kg，即氫冶金法成本可降至4 200 元/t（圖17）。如考慮焦炭價格變化的因素，根據鄒紹輝等[29]采用幾何布朗模型對中國煤炭價格的預測，2035年煤炭價格約比2020年提高20%，高爐法煉鋼的成本將達到4 050 元，屆時氫冶金法成本將接近傳統高爐法，開始具備市場競爭力。

表3 氫冶金煉鋼噸鋼物料成本[27]

圖17 高爐法與氫冶金法煉鋼噸鋼成本趨勢比較

圖18 不同情景下廣東省噸鋼成本變化趨勢

不同情景下廣東省噸鋼成本變化趨勢如圖18所示，與基準情景相比，2025年以后替代情景、深度替代情景粗鋼生產噸鋼成本增加，到2035年，替代情景、深度替代情景下的噸鋼成本分別比基準情景高1.6%、3.2%。

2.4 廣東省鋼鐵行業煉鋼能量流動分析

圖19為基準情景下2035年廣東省鋼鐵行業煉鋼能量流動情況，該情景下煉鋼采用100%的高爐法工藝，使用煤通過煉焦工藝制取焦炭用于高爐還原，這一過程消耗2 761萬噸的煤炭，煤制焦的能量轉化效率為78%[30]，產生2 236萬噸的焦炭，損失能量為525萬噸標煤。同時需要使用66萬噸標煤的天然氣作為還原劑，并需要投入144萬噸標煤的電網電力。

圖19 基準情景下，2035年廣東省鋼鐵行業粗鋼煉制產品能流圖（將作為“原料”使用的焦炭、天然氣也記作“能源”消耗，同樣也適用于氫）

圖20為深度替代情景下2035年廣東省鋼鐵行業煉鋼能量流動情況?？紤]到廣東省的氫氣生產能力，該情景下氫冶金工藝的替代率為42.4%，仍有50%以上的粗鋼采用傳統方法煉制。這一過程消耗1 625萬噸的煤炭制備焦炭，消耗38萬噸標煤的天然氣作為還原劑；156萬噸標煤的石油消費用于丙烷脫氫制取氫氣，電解水制氫的電力消費分別來自電網谷電、太陽能發電和風能發電，共計電力消費1 105萬噸標煤，制備所需要的715萬噸標煤的氫（170萬噸氫），電力流向包括煉鋼直接用電、制氫用電以及損失三個部分，分別占比9%、67%、24%。根據情景預測，廣東省2035年能夠供應230 ～ 270萬噸的氫[20]，利用本省內部的制氫資源，能夠滿足深度替代情景下鋼鐵行業的氫氣需求。

圖20 深度替代情景下，2035年廣東省鋼鐵行業粗鋼煉制產品能流圖

綜合來看，氫冶金工藝的推廣能夠顯著推動廣東省煉鋼工業的節能減排進程。在2035年，廣東省制氫結構中仍有一半來自化石能源制氫，其中工業副產物制氫占比19%、網電制氫的占比32%，這部分制氫過程中的碳排放有待于可再生能源制氫技術的進步和成本減低，也需要推進廣東省可再生能源發電裝機規模不斷擴大，以及大幅提高外購電中的綠電比例來降低電網的碳排放因子。通過進一步優化廣東省電力結構，提高可再生電力制氫的比例，氫冶金工藝在脫碳方面的潛力將得到進一步發揮。

3 結 論

預測了廣東省2020—2035年的粗鋼產量，對未來可實現的制氫技術路線和產氫能力進行了研判，在此基礎上，研究了廣東省鋼鐵行業2020—2035年的氫冶金技術不同替代情景，對比不同情景下的能耗、碳排放和經濟性，主要結論如下：

（1）隨著氫冶金工藝替代率的提高及氫冶金工藝噸鋼氫耗量的降低，替代情景下，長流程煉鋼的總能耗可于2034年前后達到峰值，到2035年，替代情景、深度替代情景下的噸鋼能耗與基準情景相比分別下降2.3%、7.2%。

（2）相對于基準情景，替代情景、深度替代情景下鋼鐵行業碳排放總量顯著降低，可在2030年前達到峰值。隨著氫冶金工藝的推廣率提高、氫冶金工藝噸鋼氫耗降低及制氫結構中綠氫占比提高，噸鋼碳排放將不斷下降，到2035年，替代情景、深度替代情景下的噸鋼碳排放量相對于基準情景分別下降10.9%、23.1%。

（3）當前廣東省的制氫成本為16元/kg，氫冶金法煉鋼的成本約4 500元/t，其中氫氣成本占三分之一，降低用氫成本是提高氫冶金法經濟性的關鍵。到2035年，隨著制氫結構中的綠氫占比提高以及風電成本不斷降低且已實現平價上網，制氫成本可望下降到13元/kg左右。屆時氫冶金法的煉鋼成本可降低450元/t。

（4）與基準情景相比，由于氫冶金技術對傳統煉鋼工藝的逐步替代，替代情景、深度替代情景下的噸鋼成本在2025年后開始增加，在2030年前后，噸鋼成本增加最大，之后由于制氫和氫冶金技術成本不斷降低，兩種情景下的噸鋼成本開始下降，到2035年，比基準情景成本增加的比例降到1.6%、3.2%?？紤]到今后的技術進步、焦炭價格及碳價格上漲的因素，廣東省氫冶金技術替代傳統高爐法煉鋼的經濟性會逐漸為市場所接受。

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Substitution Potential and Economic Analysis of Hydrogen Metallurgy Technology in Iron and Steel Industry–A Case Study of Guangdong Province

ZHENG Lixing1,2, DONG Genglin1,3, WANG Peng1, ZHAO Daiqing1,2,?

(1. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;3. School of Energy Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Guangzhou 510640, China)

Hydrogen metallurgy is a transformative technology for reducing carbon emissions in the steel industry, and is important for deep decarbonization of the industrial sector. The steel production capacity of Guangdong Province accounts for 4% of the country’s steel production capacity and is the region with the most steel production capacity layout in China. The energy consumption of the steel industry accounts for 4.6% of the province’s final energy consumption, and the carbon emissions account for 17% of the province’s total carbon emissions, so the deep decarbonization of the steel industry will directly affect the goal of achieving carbon peak and carbon neutrality in Guangdong Province. Moreover, Guangdong Province is the earliest province in China to promote the industrialization of hydrogen energy, and there are many practical cases of research and development as well as demonstration of various hydrogen production routes. This paper analyzes the changes of crude steel production in Guangdong Province up to 2035. It makes a study of the achievable future technical routes of hydrogen production and hydrogen production capacity in Guangdong Province, based on which different scenarios of energy consumption, carbon emission and cost generated by the hydrogen metallurgy process using hydrogen as a reducing agent instead of coke are analyzed. The results show that hydrogen metallurgy technology can lead to a significant reduction of CO2emissions in the steel industry in Guangdong Province, with a 2.3% reduction in energy consumption and a 10.9% reduction in CO2emissions in 2035 under the alternative scenario (21.2% replacement rate of hydrogen metallurgy technology) compared to the baseline scenario.

steelmaking; hydrogen metallurgy; hydrogen production; scenario analysis

2095-560X（2023）06-0583-10

TK91

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.014

2023-04-12

2023-06-09

中國工程院院地合作項目（2020-GD-8）；廣東省發展與改革委員會項目（GZYL21FG041405）

趙黛青，E-mail：zhaodq@ms.giec.ac.cn

鄭勵行, 董耿林, 汪鵬, 等.鋼鐵行業氫冶金技術的替代潛力與經濟性分析——以廣東為例[J]. 新能源進展, 2023, 11(6): 583-592.

：ZHENG Lixing, DONG Genglin, WANG Peng, et al. Substitution potential and economic analysis of hydrogen metallurgy technology in iron and steel industry–a case study of Guangdong Province[J]. Advances in new and renewable energy, 2023, 11(6): 583-592.

鄭勵行（1994-），男，博士研究生，主要從事新能源技術評估和政策研究。

趙黛青（1958-），女，博士，研究員，主要從事能源戰略與應對氣候變化政策與規劃研究。