产业思考 | 刘怀平:节能减排和数字化将成为我国钢铁行业未来十年发展主题

昆岳互联

日期:2022-08-02

2022年2月,工业和信息化部、 发展和改革委员会、生态环境部三部委联合发布《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》,力争到2025年80%以上钢铁产能完成超低排放改造,吨钢综合能耗降低2%以上,水资源消耗强度降低10%以上,确保2030年前碳达峰,打造30家以上智能工厂,电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至15%以上。为实现这一目标,必须把节能减排和数字化作为我国钢铁工业未来几年的发展主题,绿色低碳是我国钢铁行业实现碳达峰碳中和的有效手段,智能化改造和数字化转型是我国钢铁行业高质量发展的重要支撑。

一、节能减排是构建钢铁企业绿色低碳发展重要抓手

2021年,我国粗钢产量达到10.3亿吨,占全球粗钢产量的54%。钢铁行业是高耗能和高排放的行业之一,钢铁行业能源消费量约占全国能源消费总量的11%,碳排放量约占全国碳排放总量的15%。双碳目标下,碳排放的标准会越来越严格,碳排放的成本也会越来越高,钢铁企业普遍面临绿色低碳转型的压力。

(一)双碳目标倒逼钢铁企业节能减排转型

双碳目标倒逼企业向节能减排转型,主动适应绿色低碳发展要求的钢铁企业,将获得未来市场竞争的“制高点”,谁先实现绿色低碳转型,谁就能在未来的竞争中占据主动地位。

“十四五”期间,钢铁行业的超低排放改造力度将空前,但在降低环保设施运营成本、控制二次污染排放方面,节能减排需要有更大的技术创新,钢铁行业的低碳转型之路任重道远。

要实现节约能源、提高能效和减少碳排放,发展低碳技术是钢铁行业实现大规模减污降碳的 *重要途径。

钢铁行业的绿色低碳路径按照减污降碳原理可分类六类:减少产量、节能技术、短流程技术、新能源替代、末端治理技术和废弃物综合利用。

节能减排要求钢铁工艺结构的调整,不仅仅只是实施末端治理,更多要求企业从生产工艺路线上进行结构调整,从源头上减少碳排放。

当前一些大的企业已采取了应对措施,比如宝钢提出将把减污降碳作为源头治理的“牛鼻子”,优化能源结构、加大节能环保技术投入;将不断提高天然气等清洁能源比例,加大太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用,布局氢能产业,推进能源结构清洁低碳化;将不断提高炉窑热效率、深挖余能回收潜力,提升能源转换和利用效率,大幅降低能源消耗强度,严控能源消耗总量,推动我国钢铁行业加快绿色发展,发挥示范效应。

总体上,我国钢铁行业突破性减污降碳技术支撑能力仍显不足,多数仍停留在设计研发阶段,尚未形成可工业化、规模化应用的创新技术,需进一步加大工作力度,确保技术的支撑来更好地完成钢铁企业节能减排和可持续发展。

(二)节能减排重塑钢铁企业的商业逻辑

在绿色低碳发展背景下,钢铁企业在减排压力与降本动力的双重驱动下,急需打破传统商业模式的束缚,从而实现低碳经济下商业模式的重塑。

钢铁企业要将双碳约束引入到企业的生产和经营过程中,不仅要对产品生成过程中各个构成要素进行碳足迹和碳含量的分析和控制,还要争取因践行减污降碳而产生的环保功能收益,当钢铁企业获得碳减排优势后,充裕的碳排放额度也将为企业带来可观的收益和良好的公众形象。

钢铁企业的节能减排不仅仅关乎企业的市场形象,更关乎其在市场的生存与发展,未来钢铁企业的可持续发展依托于对环境保护的可持续投入,拥有绿色低碳发展模式的钢铁企业兼具环境责任担当和良好的可持续发展前景。

率先构建低碳技术壁垒的钢铁企业,则能更快地实行绿色低碳经营模式,从而比竞争对手更具有竞争力,就可以在同行业、同产品竞争中获得绿色低碳发展的“先占优势”。

凭借“先占优势”,钢铁企业可进一步增加企业价值,并尽可能地获得增量资本,进入一个良性的污染物减排和碳减排循环。

(三)节能减排提升钢铁产业国际竞争力

碳排放权就是发展权。与国外相比,我国钢铁行业的环境保护水平与先进产能的差距在缩小,但是差距依然存在。2021年,我国重点大中型钢铁企业吨钢综合能耗达550千克标准煤/吨,远高于德国251千克标准煤/吨、美国276千克标准煤/吨,较国际先进水平存在较大差距。

目前我国对废气中污染物的治理还主要停留在关键污染物指标的超低排放整改上,而工业发达 先进钢铁企业对烟尘,二氧化硫,氮氧化物的治理基本完成,正致力于第三代污染物二氧化碳,二噁英控制技术的开发与应用。

我国钢铁行业工艺流程结构以长流程为主,电弧炉短流程炼钢工艺生产的粗钢产量仅占总产量10%左右,远低于美国68%、欧盟40%、日本24%的发展水平;废钢比仅为18.7%仍有较大提升空间。以废钢为原料的电弧炉短流程,能耗仅为长流程的1/3。

虽然钢铁行业在各生产工序节能取得了巨大成绩,但与国外在工艺流程上的差距将使得钢铁行业平均能耗指标仍有下降空间。

参与国际竞争比拼的不再是生产要素的粗放投入,而是要依赖科技创新。节能减排有助于强化我国钢铁行业产业升级和环境治理,促进达成“双碳”目标和可持续发展目标,对于提升钢铁产业国际竞争力以及 竞争力具有重要意义。

二、数字化是构建钢铁企业核心竞争力的主要路径

钢铁企业数字化转型主要有两大目标:一是用数字技术重塑钢铁企业组织和流程,提高工作效率、降低能耗物耗、降本增效;二是支持钢铁企业绿色低碳转型,赋能双碳目标实现。落实双碳战略,需要节能减排与数字化深度融合,绿色发展成为企业数字化转型的底色,数字化则是节能减排的主要路径。

钢铁行业的碳排放来源于生产、运输、储存、使用等过程各个阶段,单纯依靠过去人为的管理经验,已经不能适应未来低碳绿色发展趋势,因此必然要实现精细化、专业化、科学化、数字化管理。

钢铁企业应充分利用数字化转型新机遇,加快数字化技术在钢铁行业的全流程、全领域深度应用,以实现能源更有效的利用,为节能减排提供决策依据,实现“绿色制造”。

AI、5G、大数据、物联网等新一代数字技术为节能减排绿色发展提供了许多新的契机。数字化转型可以有效改进生产工艺流程,提高设备运转效率、提升生产过程管理的 性,实现用工和成本的“双下降”,实现生产效率和碳减排的“双提升”。因此,如何充分发挥海量数据和丰富应用场景优势,赋能钢铁行业转型升级,成为催生新产业新业态新模式的关键。

但也要看到,我国钢铁行业数字化水平参差不齐,大部分企业仍然存在数据自动采集率低、信息化孤岛现象严重、数字化模型构建难度大、平台化程度低等问题,在信息系统和物理系统的开发、管理、集成方面,创新能力较弱。

数字化转型是一个长期和持续投入的工程,钢铁企业的数字化转型也并非一蹴而就,它还面临着科技支撑不足、资金投入不够、观念转变不到位、数字化人才短缺等一系列痛点。

数字化在宝钢和南钢得到了很好的应用实践。例如,宝钢通过“热轧1580智能车间”项目,搭建自动化、无人化、智慧化平台对相关产品进行生产管理。在制造端,宝钢在操作岗位领域引入机器人作业,在工厂节点引入无人机以及传感器等方式追踪工人生命体征、设备运行状况、产品质量等数据信息,降低了人工监测成本,降低了6.5%的工序能耗及30%的内置质量损失,同时实现了10%的全自动投入率提升。截至2020年,宝钢通过数字化提高了83%的规划效率、30%的设备使用周期以及16%的劳动效率。

有数据统计,到2030年,各行业受益于数字化转型所减少的碳排放量预计将达到121亿吨,其中能源、制造业等传统行业应用数字技术,可以减少15%的全球碳排放。数字化转型对各行业减排效果和价值显著,对我国2030年实现整体碳达峰具有重要战略意义。

三、工业互联网是钢铁企业数字化转型的关键载体

工业互联网是构建全要素、全产业链、全价值链全面联接的新型生产制造和服务体系,是各领域实现数字化转型的关键载体和方法论。当前以5G、大数据、人工智能、云计算、数字孪生为代表的新兴技术正处于创新高度活跃和密集的时期,技术成果亟需实际场景落地,工业互联网领域所具备的广阔场景需求正使得其与新兴技术的融合应用从技术落地走向效率化应用。

工业互联网根据客户群体、应用场景、功能支持三个维度划分为基础级、专业级、企业级、行业级、双跨级五大类。

基础级是以通用型云平台、大数据平台、AI中台等为代表的提供某项或多项基础性技术功能的平台。

专业级是聚焦于企业研发设计、经营管理、设备运维等某一业务环节的平台。

企业级是以服务特定企业为准则,围绕企业业务痛点和场景需求打造的平台。

行业级是针对工业领域某一细分行业,围绕行业生产特点开展平台服务的平台。

双跨级是目前 *具普适性的平台,具备服务工业体系下跨行业、跨领域的技术能力。

传统工业自动化和信息化本质是把生产操作和管理流程通过软硬件系统的方式予以固化,从而建立了垂直制造体系,这一体系下负责不同业务环节或流程的子系统间彼此孤立,即使不同自动化厂商间的设备在工业现场的部署位置相邻为伴,彼此之间的数据也绝无交集,这也就形成了钢铁企业存在大量烟囱式的系统和碎片化的信息。

工业互联网由平台+云+网+智能硬件+工业软件等要素构成,主要包括边缘层、 IaaS 层、Daas层、PaaS 层、 SaaS 层以及贯穿上述各层级的系统安全体系,充分满足了企业的“省钱、省事、省心”的数字化应用需求。

平台将知识、机理等隐性经验固化成其自身显性核心资源,结合更具广度和深度的数据采集进行数据分析、建模和利用,实现了数据驱动的生产和运营优化闭环,为企业带来“降本、安全、高效、便捷、可靠”五大价值。

工业互联网以数据为驱动,借助人工智能、大数据、云计算、IoT等技术联接钢铁企业中“人、机、网、场”,打通信息孤岛,促进各类数据有序流动,为钢铁行业数字化转型提供智能感知、网络连接、数据分析等能力支撑,利用智能技术与工业知识的有机融合,推进钢铁企业智能化改造和数字化转型。

工业互联网还能促进钢铁行业产业链紧密协同,引导企业延长价值链,催生智能化制造、网络化协同、规模化定制等新模式新业态,培育形成新动能。

以专注工业企业节能减排的昆岳工业互联网(INECO平台)为例,目前已形成智慧环保运维、数字化能耗管控、碳资产管理、环品汇、“智改数转”、产业链供应链保障和“工业互联网+产业园区”等综合解决方案。

在智慧环保运维方面,昆岳工业互联网紧密围绕环境基础设施状态的监控与预测、维修、使用等信息,运用人工智能技术对涉及设备健康的因素进行全面分析和管控。

通过更全面、综合、及时、准确的信息可视化、预测性维护和简化作业流程来提高设备的可靠性和可用性,减少设备停机造成的延误,并通过预测和认知分析加快设备维修进度。帮助客户实现生产少人化无人化,实现生产管理集中化和远程化,提升能源利用效率,实施监测环保指标和碳排放量、及时预警,实现对减污降碳的数字化管理。

双碳目标是机遇也是挑战。双碳目标加速了钢铁行业数字化进程,谁率先全面实现数字化转型,谁就能在未来竞争中占据主动。未来,钢铁企业一定要坚持“节能减排”和“数字化”两条腿走路,走高质量实现碳达峰碳中和道路。

我们坚信只有将“节能减排”和“数字化”深度融合,才能加快钢铁行业转型升级,才能助力钢铁企业提高核心竞争力,绿色低碳发展和数字化转型将成为推动钢铁行业变革创新的新引擎。

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