9月19日,第七届中阿能源合作大会在海南省海口市召开,大会汇集中阿能源领域的政府代表、国际组织和行业精英,共同为推进多方能源领域的合作献计发声,其中氢储分论坛引起了很多人的关注。而日前由中国产业发展促进会氢能分会编写的《国际氢能技术与产业发展研究报告2023》更是将2022年称为全球氢能产业规模化发展的“元年”
氢相比电来说,是有形的、不受时效限制的更优质能源形态;同时,氢作为一种原材料,在石化和冶金领域都有广泛用途。因此,以光伏发电或风力发电制取绿氢,优化可再生能源利用途径,在奔向碳中和社会进程中,一直被寄予厚望。但储运难度大、成本高的两大瓶颈严重制约了绿氢产业的快速发展。
氢还原铁指炼铁环节以氢作为还原剂把铁矿石里的氧元素还原出来后得到的产品。如果以绿氢作为还原剂将铁矿石在制氢地点冶炼成直接还原铁,通过储、运、消纳一体的思路实现绿氢的大规模工业应用,可以将传统的氢能的运输转变为铁矿石和还原铁的运输。
技术可行性分析
据了解,目前国外气基直接还原铁技术已得到成熟应用,目前全球利用天然气生产直接还原铁的运营产能已超过1亿吨。由氢气替换裂解天然气作为还原剂没有任何技术障碍,只是为了生产零碳还原铁,工艺用热得改为电。
欧美的气基直接还原铁装备以HYL和Midrex两家公司生产的装备为主,其技术路线是集中式、大型化,单套年产能在50万吨-250万吨之间,工艺成熟,但建设周期长需2到3年,配套要求高。
目前有国内新创公司提出分布式生产氢还原铁概念,以年产10万吨氢还原铁为标准单元,装备模块化,可将炼铁厂的建设周期缩短至2个月,由于简化了流程,因此可降低建设安装及运营成本。相关技术设备已完成了中试,进入量产试制阶段。这种标准化的氢冶金装备,就如同在集中式逆变器基础上升级的组串式逆变器,将适用更多的可再生能源分布场景。因此,无论采用集中式还是分布式氢还原铁方案,技术上均可实现。
经济性分析与市场前景
据业内人士测算,理想情况下就地消纳绿氢来制取直接还原铁,以绿氢1.5元/立方米的成本计算,一吨铁耗用650立方米,另外需要500度电作为工艺用热,其总的能耗成本与传统的碳冶金高炉炼铁耗用400公斤焦炭作为还原剂的成本基本相当,铁元素在还原过程中没有损失。
为了增加可实施性,可利用现有钢铁厂的基础设施,氢还原铁厂与炼钢厂分开,将铁矿石从已有的钢铁厂通过公路运输至氢还原铁装置所在地,生产出的还原铁再运回炼钢厂,但这会增加公路运输成本。
根据以上初步计算,即使在绿氢和绿电成本没有下降的情况下,以氢还原铁作为绿氢储、运、消纳一体的商业模式具备相当的经济可行性。