在希腊的神话中有一个英雄人物名叫普罗米修斯,他从太阳神阿波罗那里盗走火种送给人类,给人类带来了光明,从而让世人敬仰。
走进山西晋南钢铁集团(以下简称晋南钢铁),无论是万亩太子湖水面,还是曾经的盐碱地上,抑或是厂房的屋顶和外立面,一片片光伏板如同亮蓝色的鱼鳞,在太阳下熠熠生辉,形成一道道靓丽的风景线。
“这些光伏板正将太阳的光能源源不断地转化成清洁的电能,并通过电网输送到千家万户,助力人们实现美好生活。后续,晋南钢铁将通过光伏制氢、制氧,用于钢铁生产,为打造全流程绿色钢铁提供有力保障。”日前,晋南钢铁总裁张天福在接受《中国冶金报》记者采访时表示。
向光而行的晋南钢铁,如同钢铁行业里的普罗米修斯,正将阿波罗的火种引入钢铁,以绿色低碳造福人类。
布局光伏,抢占未来发展制高点
众所周知,“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”目标的提出,是党和国家基于中华民族永续发展和推动构建人类命运共同体的责任担当而作出的重大战略决策。
“‘双碳’目标是一项必须完成而且一定能够完成的重大历史任务。作为每年碳排放量占国内总碳排放量15%左右的钢铁行业,在完成这一历史任务的过程中必然责无旁贷。光伏,作为能够实现低碳发展的一个重要能源渠道,也是国家重点支持的战略性新兴产业,晋南钢铁从2013年就已经开始布局了。”张天福表示。
从政策上,国家也给予了光伏产业巨大支持。例如,《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》(国发〔2013〕24号)提道:对利用戈壁荒滩等未利用土地建设光伏发电项目的,在土地规划、计划安排时予以适度倾斜;《关于支持新产业新业态发展促进大众创业万众创新用地的意见》(国土资规〔2015〕5号)写明:光伏、风力发电等项目使用戈壁、荒漠、荒草地等未利用土地的,对不占压土地、不改变地表形态的用地部分,可按原地类认定;《国土资源部办公厅关于光伏发电用地有关事项的函》(国土资厅函〔2016〕1638号)指出,支持使用未利用地发展光伏发电。
晋南钢铁所在的曲沃县太子滩区域,因长期返碱严重,致使1万余亩耕地农民无法耕种,既浪费了宝贵的土地资源,又造成了环境严重污染,变成了人们口中的“盐碱滩”“荒草滩”和“垃圾滩”。
不过,如今记者走进太子滩,看到的是农光互补、渔光互补,看到的是鸟飞鱼跃的生态湿地,看到的是风景优美的晋文化旅游区。
现在的晋南钢铁厂区,不仅仅太子湖大面积的水面和太子滩的陆地都已被光伏板覆盖,而且连厂房的阳面也挂满了光伏板。
“我们通过流转农民的盐碱地,变成了农光互补和渔光互补和旅游景区,既解决了土地的高效利用,又解决了农民就业和增收,还带来了绿色低碳发展模式。”张天福介绍。
“各位领导,请看右边!我们在太子湖湖面上安装了大片的光伏板,这是我们6.5MW水面光伏发电项目。水面光伏与传统的地面光伏相比,不仅不占用土地资源,还在发电效率方面有一定的优势。为什么呢?这是因为水体对光伏组件有冷却效果,可以抑制组件表面温度上升,整体发电量比屋顶或地面光伏高出5%-15%左右。此外,水面安装的光伏板可以大面积遮蔽水面,减少水体蒸发,抑制藻类生长,有利于水污染防治,还不影响鱼类生长,实现了‘渔光一体’立体化发展。”顺着解说员的手望去,只见湖面上蓝光粼粼,如同起伏的波浪。
此外,在厂房墙面上,晋南钢铁已经利用厂区办公楼的屋顶空闲区域建设了21MW的屋顶分布式光伏项目,利用向阳面的厂房闲置墙面建成了726千瓦是厂房墙面光伏项目,不仅可以获得清洁电能,还具有阻燃、隔热、降噪、减少光污染等功能。
在农光互补产业区,晋南钢铁农光互补光伏菌菇大棚项目总投资2亿元,占地650余亩,总装光伏发电机容量20MW,包括太阳能光伏发电系统及相应的上网设施,并配套建设400栋优质食用菌生产基地。
“该项目符合国家新能源产业的发展要求,既节约土地,不改变土地属性,又可以将空间一体利用,扩大供电可再生能源比例,带来双向效益。”解说员向记者介绍。
此外,晋南钢铁还利用太子湖河道旁7.1万平米的空闲土坡及空地,建设了8.4MW分布式光伏发电项目。
在停车场,晋南钢铁充分利用立恒厂区、焦化厂区、晋南厂区、恒瑞昆厂区等地的停车场地,建设了5MW停车场光伏车棚项目。用光伏板也代替传统车棚的钢结构棚顶,不仅增加了发电收益,还能为员工车辆遮阳挡雨,实现了经济效益和绿色生态的“双赢”,受到了广大员工的好评。
“今年以来,我们集团充分利用厂区停车场、厂房屋顶和墙面、农业园区土坡、盐碱荒地、太子湖水面等闲置空地,建设了100MW分布式光伏发电项目。该项目采用分块发电、就地并网、自发自用模式,采用了国内一线光伏品牌设备,具有总装机容量大、发电转化率高、可就地消化、维护简单、使用寿命长等优势。”张天福介绍。
2022年3月,晋南钢铁与中国华能签署战略合作协议,建设1300兆瓦光伏“新能源+储能”项目,预计总投资45亿元,年发电量16.5亿度,占地两万多亩。
“这是2021年山西省政府批准的规模最大的单体光伏发电项目,一期300兆瓦光伏项目已于2023年1月并网发电。”张天福说。
不过,有成本竞争力才有生命力。现在光伏发电一度电多少钱?
“现在光伏发电一度电的成本不超过三毛钱,已经远低于电网购电,而且成本还在进一步降低。”一位工作人员介绍。
显然,阿波罗之火已经被引到了晋南钢铁,并且烧得越来越旺。
光伏制氢, 向“吨钢吨碳”进军
在钢铁冶炼的过程中,碳是一种不可或缺的元素,钢中碳的含量与钢的强度等指标有关。因此,钢铁冶炼肯定是不能完全摒弃碳的存在的。
“实现‘双碳’目标是生态文明建设的重要内容,将推动经济社会发展全面绿色转型,是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。对于钢铁生产来说,也要从碳冶金向氢冶金、氢能物流转变,实现生产工艺的革命。”张天福认为。
走进晋南钢铁集团炼铁厂3号1860立方米高炉主控室,可以在监控画面上看到实时显示氢气压力和流量情况。“要时刻关注氢气压力变化,确保压力值在0.5兆帕以上,防止氢气回流。”值班的主控工介绍。此外,他说还要经常透过窥视孔观察喷氢装置运行情况,并根据喷枪磨损情况,及时调整喷枪角度和位置,保证氢能冶炼正常进行。
晋南钢铁集团高炉、转炉、焦炉煤气通过相互置换,首先,将高炉煤气送至顶装焦炉,置换出优质的焦炉煤气,再把优质的焦炉煤气全部送至化工厂;其次,将炼钢过程中产生的优质转炉煤气送至化工厂,经过一系列的物理、化学反应及净化处理后,合成乙二醇、LNG及氢气产品;最后,将化工厂氢气送至高炉和烧结,实现了氢能冶炼和富氢烧结。同时,化工厂提纯后的氢气,变压吸附后变成99.999%纯净氢气供氢能汽车使用。
显然,在应用场景方面,从冶金到物流,氢气已经在晋南钢铁得到成熟成功应用。
不过,目前晋南钢铁的自产氢气大部分属于“蓝氢”,即从焦炉副产煤气提取而来,成本较低;但要实现真正的零碳排放,需要“绿氢”,即利用可再生能源(例如太阳能或风能)通过电解工序产生的氢。
“作为氢能产业链的链主,仅靠焦炉自产的‘蓝氢’显然是不够的,‘绿氢’的大量生产成为必须。”张天福认为。
那么,“绿氢”如何产生?生产绿氢的主要途径是电解水制氢,其中电费的成本占近80%左右 。但向前溯源,电如何而来?
“众所周知,我国火力发电占比达到70%左右。火力发电依靠的还是煤,这样产生的氢真的算是‘绿氢’吗?值得商榷。”张天福认为。
因此,“绿氢”不仅要考虑氢的制备,还要考虑制备氢所用的电从什么途径产生,是否零碳。只有做到了“绿电”产生“绿氢”,才能真正做到低碳甚至净碳。
据介绍,晋南钢铁将用光伏“绿电”通过电解水制氢+制氧+液氢,为氢能重卡和氢能冶炼提供原料;同时将白天产生的部分绿电进行储存,利用“光电+储能+低峰电力”相互联锁切换,形成正常供电制氢的生产工艺,同时利用制氧厂-190℃氮气深冷能源制造液氢,最终实现用“绿氢”“绿氧”“液氢”替代化石能源电力、焦炭,开创一条技术先进、经济可行的“碳中和”路径,带动钢铁实现长流程低碳变革。
“在这方面,晋南钢铁走在前列,提前布局‘绿电’——光伏发电。同时,着力推动制氢、储氢、运氢、加氢、制造液氢及氢能重卡、氢能交通等多个领域拓展应用,实现绿色氢能全产业链一体化发展。”张天福介绍。
从利用天然焦炉煤气优势到氢气提纯、氢能化工,从氢能冶炼到氢能卡车;从光伏绿氢到氢能冶炼再到氢能重卡,以氢气为源头的产业链,晋南钢铁稳稳地占据了先发优势。
据测算,晋南钢铁集团吨钢碳排放2021年从行业平均水平1.8吨降低至1.48吨,2022年降低至1.4吨左右,计划2025年降低至1.36吨,力争“吨钢吨碳”。
在工艺理论、行动实践、技术创新和发展模式上,晋南钢铁已经在全面引领全球钢铁绿色低碳发展。