光伏发电与储能技术在钢铁企业节能降碳中的可行性研究

光伏发电与储能技术在钢铁企业节能降碳中的可行性研究

曹红亮

身份证号码：130481198308281853

摘要：为贯彻落实碳达峰、碳中和目标要求，实现绿色低碳高质量发展，钢铁行业应尽早实施降碳行动。因此，绿色低碳发展是钢铁行业转型升级发展的重中之重。大力推广光伏发电及储能技术在钢铁企业中的应用，不仅可以实现企业能源的低碳稳定高效运行，而且还可以使自动化和信息化水平得到全面提升，同时还具有显著的经济效益和降碳前景。除此之外，光伏发电和储能设施，还具有安装便捷，建设周期短，投资见效快等特点

关键词：光伏发电；储能

2020年我国钢铁行业年碳排放量高达18亿吨，占我国各行业碳排放总量的15%，名列各行业碳排放量第二名，仅次于火力发电行业的碳排放量。而根据我国双碳目标要求，要确保在2030年二氧化碳排放量达到历史峰值，并在2060年实现碳中和，为保护生态环境提供有力保障。我国钢铁企业碳排放量近五年来持续增长，不符合双碳目标要求的碳排放量缓慢增长或不增长规定，因此，我国钢铁企业碳排放面临巨大挑战。本文主要分析了目前双碳目标下钢铁企业发展面临的挑战，并从制定钢铁企业碳达峰行动方案、优化产业结构和科技降碳三方面提出改进对策，以提高钢铁企业降碳水平。

1钢铁企业现状及存在问题

据国家统计局初步核算数据，2011～2020年，煤炭消费比重逐年下降，由69.2%下降至56.8%，平均每年下降1.24个百分点。“十三五”期间，煤炭消费量持续增长，六大高耗能行业占煤炭消费总量的85%以上。根据中国煤炭工业协会测算，钢铁行业、电力行业、建材行业、化工行业等主要耗煤行业耗煤分别同比增长3.3%、0.8%、0.2%、1.3%，其他行业耗煤同比下降4.6%。据2020年辽宁省统计年鉴，辽宁省钢铁企业2019年煤炭消费总量4038.88万t，占六大高耗能行业煤炭消费量的24.38%。2020年辽宁省国民经济和社会发展统计公报：全年规模以上工业综合能源消费量1.6亿tce，其中六大高耗能行业综合能源消费量占91.0%。由此可见钢铁企业进行节能技术改造迫在眉捷。

2技术可行性分析及解决办法

在钢铁企业能源消费侧，一是强化能耗双控，坚持节能优先，把能耗强度节能指标纳入生态文明、绿色发展等绩效评价体系，合理控制一次能源消费量不增长，压降单位产品能耗强度；二是稳步提升电机、变压器高效化升级改造；三是重点加大光伏发电与储能项目推广应用，全面推进电气化节能提效，压减火力发电煤炭消耗。据统计资料分析，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的储量，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，约为42亿kW，其次是青海和内蒙自治区，分别为34亿kW和26.15亿kW，此外甘肃、西藏、宁夏以及山东等地太阳能技术可开发装机容量也比较可观。我国的太阳能资源地区分类见表1。

我国太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有较大关系。在世界上我国属太阳能资源丰富的国家之一。通过表1可以看出：一、二、三类地区年日照时数大于2200h，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积约占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能发电的良好条件。四类地区虽然太阳能资源条件相对较差，但仍有较可观的利用价值。

“十四五”期间，全国太阳能规划开发规模合计357436MW。其中，东北区域28328MW、华东区域42650MW、华中区域31662MW、西北区域69550MW、西南区域43476MW、华北区域111250MW、华南区域30520MW。“三北地区”占比59%。结合各省市地区光伏发电在“十四五”期间的开发规模，提倡并推广光伏发电与储能技术在钢铁企业中应用考虑的原则：①根据所在地的光照资源情况，合理配置光伏规模与储能系统。②围绕解决在不同时段及季节上的发电及用电不均衡问题，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，同时也为电网提供更加稳定的电能。③坚持技术和设备的先进性、适用性、经济性的原则，确保产品的质量，以达到企业的高效益。

3技术应用后的运行情况

3.1光伏方阵布置

企业工厂屋面、停车场及地面光伏组件采用固定式安装，考虑到承重、风力、雪和其他载荷对运行的安全影响，便于日后运维检修方便，以倾角36°方式铺设。根据现场安装技术要求，预留出500～1000mm检修通道。通过国家通用光伏发电系统计算软件PVsyst7.2计算，36°时组件上的年辐射量为1528kWh/m2。

3.2土建设计与施工

屋面、停车场及地面承受新增光伏发电系统组件荷载，需经有资质的设计单位核实计算或其他专业公司现场检查核实后确定。结合光伏发电施工场地材料结构，合理选择安装方法。如果是水泥面，采用配重桩安装；如果是钢制面选择焊接安装，倾角选择为36°。

3.3发电量测算

根据《光伏发电站设计规范GB50797-2012》，光伏发电站上网电量可按下式计算：

式中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——光伏方阵的倾角、方位角修正系数，一般取1.03；

K3——光伏发电系统可用率，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=0.94×1.03×0.99×0.96×0.987×0.96×0.98×0.97×0.83=0.688计算10万m2光伏项目发电量：

Ep=1528×8.56×1000×0.688/10000=900万kWh。光伏电站在运营期按25a考虑，年均发电量约为900万kWh，年平均有效发电小时数为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前进的新生力。随着电化学储能技术的不断优化与技术进步，电化学储能系统的制造成本和维护成本持续呈下降趋势，储能设备容量及寿命不断提高与延长，逐渐成为中国各地区储能产业新的发展趋势。电化学储能主要包括铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。目前用于规模化储能的电池主要以铅蓄、锂离子和全钒液流电池为主。

结语：

随着光伏发电与储能技术的持续改进，组件及配套设施的成本呈现走低趋势。各地区尖峰电价上调，大工业用电价格上升，这对光伏发电与储能技术的推广应用起到一定促进作用。建设光伏发电与储能装置，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。光伏发电与储能装置普及应用是钢铁企业坚持走绿色低碳循环发展的最佳途径之一。该方案技术成熟、安装维修方便、投资风险小、可推广应用性大，具备大范围投资建设的潜力。

参考文献：

[1]强瑞，廖倩.企业节能减排的系统动力学研究[J].武汉理工大学学报，2010（4）：126-132.

[2]刘丽娟，王灵梅，杨春.火电企业节能减排的系统动力学仿真模型的建立[J].华东电力，2010，38（10）：1499.