敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 1/31 table_page 产业研究专题报告 分析师：杨宇 执业证书编号： S0890515060001 电话： 021-20321299 邮箱： 研究助理：张锦 电话： 021-20321304 邮箱： 研究助理：缪海超 电话： 021-20321391 邮箱： 销售服务电话： 021-20515355 table_product table_main 华宝 财经评论 类模板 投资要点： 钢铁行业十四五期间面临提前达峰的压力，目前部分特大型央企陆续发布 碳达峰、碳中和推进计划， 2025 年之前实现碳达峰， 2030 年左右降碳 30% 成为重要的时间节点。 在目前工艺技术中，电炉炼钢、球团制造、 DRI、能效提升等成熟度高、 实用性强的低碳冶金技术具备降碳潜力 。 十四五粗钢产量进入平台区，同时伴随部分成熟度高、实用性强的低碳冶 金技术运用，将更好地促进行业从总量上实现碳达峰。在达峰的基础上， 行业进一步推广电炉炼钢、增加球团比、 DRI 等 成熟度高的实用性 低碳冶金 技术，带动钢铁制造流程工艺的优化，同时各工序能效提升，减少化石燃 料消耗，降低碳排放强度，能够较好低实现减碳 30%的目标。最终实现深 度减碳、实现碳中和还需要全氢冶金、 CCUS/CCS 等技术实现突破 。 从技术成熟度和减碳幅度来看，高效电炉炼钢、球团制造、直接还原铁竖 炉、富氢冶炼、钢厂能效提升是未来十年实现深度减碳的 重要举措，带来 的投资规模将达到近万亿元级别。 投资建议： 关注 钢铁行业低碳技术提供者 -具备服务钢厂低碳技术投资建 设的相关企业。 详细名单请见报告。 风险 提示 ： 国内钢铁需求下降幅度大于预期，钢企盈利下滑，行业碳排 放在供给下降的带动下，自然减少；钢企对实用性低碳技术投资大幅缩减 。 相关研究报告 table_subject 撰写日期： 2021 年 06 月 15 日 证券研究报告 -产业研究专题报告 未来十年投资上万亿，关注低碳技术提供者 钢铁行业 碳中和深度研究报告 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 2/31 table_page 产业研究专题报告 内容目录 1. 钢铁工业碳排放现状 . 4 2. 化石燃料燃烧是钢铁行业的主要碳排放来源 . 5 3. 推进碳达峰、碳中和，钢铁行业减碳路径分析 . 9 3.1. 十四五粗钢 产量进入平台区，将更好地促进行业从总量上实现碳达峰 . 10 3.2. 成熟度高、实用性技术的进一步推广有助于从吨钢碳排放强度上实现减碳 30%目标 . 11 3.3. 行业深度减碳、实现碳中和还需要氢冶金、 CCUS/CCS 等技术实现突破 . 18 3.4. 结论：成熟度高、实用性强的低碳冶金技术将在未来十年迎来大规模推广 . 23 4. 未来十年钢铁行业需要增加万亿规模级别的低碳工艺技术投资 . 24 5. 投资建议 . 30 6. 风险提示 . 30 图表目录 图 1：粗钢产量及同比 . 4 图 2：铁水产量及同比 . 4 图 3：能源消费总量：黑色金属冶炼及压延加工业 . 5 图 4：能源消耗、粗钢产量、铁水同比 . 5 图 5：黑色金属冶炼压延加工业碳排放量及占比 . 5 图 6：粗钢产量、碳排放量同比 . 5 图 7：钢铁生产企业温室气体排放及核算边界 . 6 图 8：钢铁行业碳排放分类占比 . 7 图 9：煤炭消费量：黑色金属冶炼及压延加工业 . 7 图 10：焦炭消费量：黑色金属冶炼及压延加工业 . 7 图 11：原油、汽油消费量：黑色金属冶炼及压延加工业 . 7 图 12：天然气消费量及占比：黑色金属冶炼及压延加工业 . 8 图 13：钢铁行业燃料燃烧产生的碳排放占比 . 8 图 14：高炉生铁与粗钢比值 . 8 图 15：黑色金属冶炼及压延加工业电力消费量及占比 . 8 图 16：重点钢企吨钢耗电量 . 8 图 17：重点钢铁企业耗电占总能耗比重 . 8 图 18：国内发电结构 . 9 图 19：粗钢表观消费量及同比 . 10 图 20：粗钢产量及同比 . 10 图 21：亿元 GDP 耗钢量 . 11 图 22：粗钢产量、碳排放总量同比 . 11 图 23：电炉钢占比 . 12 图 24：长 /短流程能耗、电耗对比 . 12 图 25：安赛乐米塔尔高炉流程和电炉流程吨钢碳排放 . 12 图 26：不同钢铁流程吨钢碳排放 . 12 图 27：钢铁积蓄量 . 13 图 28：废钢产生量 . 13 图 29：高炉入炉品味与焦比 . 14 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 3/31 table_page 产业研究专题报告 图 30：烧结和球团工序能耗 . 14 图 31：全球直接还原铁产量及粗钢料耗比重 . 15 图 32：全球不同工艺模式直接还原铁产量占比 . 15 图 33：中国和美国工业天然气价格对比 . 16 图 34： 2020 年重点钢企炼铁供需能耗 . 17 图 35： 2020 年重点钢企焦化供需能耗 . 17 图 36：电力装机容量占比 . 18 图 37：总发电量占比 . 18 图 38：全氢冶炼 DRI-电炉钢厂 . 20 图 39：日本制铁 CCUS 工艺 . 21 图 40：钢铁行业减碳工艺和技术可行性分布图 . 23 图 41：废钢价格和铁水成本对比 . 25 图 42：安米集团铁素原料结构 . 27 图 43：重点钢企资产负债率 . 30 图 44：重点钢企利润 +折旧情况 . 30 表 1：碳排放源识别表 . 6 表 2：不同化石燃料二氧化碳碳排放系数 . 9 表 3：部分特大型钢企碳达峰、 碳中和时间节点 . 10 表 4：国内涉及粗钢产能压减政策 . 11 表 5：欧美部分钢厂球团应用情况 . 14 表 6：烧结和球团工艺污染物、温室气体排放对比 . 14 表 7：不同直接还原铁炉能耗情况 . 15 表 8：气基直接还原铁竖炉 CO2 排放情 况 . 16 表 9： NUCOR 公司高炉和 DRI 生产成本对比 . 16 表 10：全球部分钢企氢冶金项目情况 . 20 表 11：海外钢企 CCUS/CCS 项目情况 . 21 表 12：不同工艺优化对吨钢碳排放减少幅度测算 . 23 表 13：成熟度高、实用性技术投资涵盖范围 . 24 表 14：中国电炉产能 . 25 表 15：电炉钢、转炉钢和废钢消耗平衡表 . 25 表 16：部分电炉炼钢项目投资情况 . 25 表 17：竖炉、链箅机 回转窑球团、带式焙烧机对比 . 26 表 18：高炉填加不同球团比例下的碳排放、成本对比 . 26 表 19： 2025 年、 2030 年球团需求推算表 . 27 表 20：部分带式焙烧项目投资情况 . 27 表 21：海外气基直接还原铁竖炉投资情况 . 28 表 22：中国氢冶炼项目直接还原铁竖炉情况 . 28 表 23： 2030 年 DRI 需求和投资规模测算 . 28 表 24：包钢股份 CCPP 项目投资情况 . 29 表 25：成熟度高、实用性技术投资规模测算 . 29 表 26：服务钢厂低碳技术投资建设的相关企业 . 30 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 4/31 table_page 产业研究专题报告 钢铁行业十四五期间面临提前达峰的压力，目前部分特大型央企陆续发布碳达峰、碳中 和推进计划， 2025 年之前实现碳达峰， 2030 年左右降碳 30%成为重要的时间节点。 在目前工艺技术中，电炉炼钢、球团制造、 DRI、能效提升等成熟度高、实用性强的低碳 冶金技术具备降碳潜力 。 十四五 期间 粗钢产量进入平台区，同时伴随部分成熟度高、实用性强的低碳冶金技术运 用，将更好地促进行业从总量上实现碳达峰。在达峰的基础上，行业进一步推广电炉炼钢、 增加球团比、 DRI 等成熟度高的实用性低碳冶金技术，带动钢铁制造流程工艺的优化，同时 各工序能效提升，减少化石燃料消耗，降低碳排放强度，能够较好 地 实现减碳 30%的目标。 最终实现深度减碳、碳中和还需要全氢冶金、 CCUS/CCS 等技术 的 突破。 从技术成熟度和减碳幅度来看，高效电炉炼钢、球团制造、直接还原铁竖炉、富氢冶炼、 钢厂能效提升是未来十年实现深度减碳的重要举措，带来的投资规模将达到近万亿元级别。 投资建议：关注具备服务钢厂低碳技术投资建设的相关企业。详细名单请见报告。 1. 钢铁工业碳排放现状 国内钢铁产量增速在 2015 年见底后持续 回升。 2020 年国内粗钢产量 10.65 亿吨，同比 7%； 2021 年 1-4 月，粗钢产量 3.75 亿吨，同比 15.8%。 2020 年国内铁水产量 8.88 亿吨， 同比 4.3%； 2021 年 1-4 月，铁水产量 3.07 亿吨，同比 8.7%。 整体来看国内钢铁产量增速 在 2015 年见底后，持续回升。 2015 年以后钢铁行业能源消耗强度有下降趋势。 2018 年，黑色金属冶炼及压延加工业 能源消耗总量 62279 万吨标煤，占国内总量的比重为 13.2%。 2015-2018 年黑色金属冶炼及 压延加工业能源消耗总量增速分别是 -7.77%、 -2.89%、 -1.88%、 2.21%； 从粗钢产量增速、 铁水增速、能源消耗总量增速来看， 2015 年 以后 钢铁行业能耗增速低于粗钢和铁水增速 ，意 味着钢铁行业能源消耗强度有下降趋势。 2015 年以后钢铁行业 碳排放强度 有下降趋势。 2017 年， 黑色金属 冶炼及压延加工业 碳 排放量达到 167702 万吨，占国民经济总体排放量的比重 17.96%， 2020 年预计碳排放量占 比约 15%。行业 碳排放量在 2014 年达到高点后持续下行； 2015 年 -2017 年，行业碳排放量 同比分别是 -6.24%、 -0.38%、 -0.41%。 从 粗钢产量 和碳排放量同比增速对比来看， 碳排放量 增速整体 低于粗钢产量 增速 ，意味着钢铁行业碳排放强度有下降趋势。 图 1： 粗钢产量及同比 图 2： 铁水产量及同比 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 5/31 table_page 产业研究专题报告 图 3： 能源消费总量：黑色金属冶炼及压延加工业 图 4： 能源消耗、粗钢产量、铁水同比 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 图 5： 黑色金属冶炼压延加工业碳排放量及占比 图 6： 粗钢产量 、 碳排放量同比 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 2. 化石燃料燃烧是钢铁行业的主要碳排放来源 根据 中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南 ，钢铁生产过程中的碳排放 主要有四大类来源： 化石 燃料燃烧排放、工业生产过程排放、净购入使用的电力、固碳产品 隐含的碳排放。 根据 文旭林等在钢铁企业碳排放核算及减排研究对长流程钢厂碳排放研究 ： 燃料燃 烧碳排放约占 94%；净购入电力碳排放占约 6%。 在烧结、炼钢工序中，需消耗石灰石、白 云石、电极、生铁、铁合金等含碳原料，以及生产熔剂过程的分解和氧化产生的 CO2 排放， 约占总排放量的 6%。生产过程中部分碳固化在企业生产外销的粗钢、粗苯和焦油中，相应部 分的二氧化碳排放应予扣除，约占总排放量的 4%。 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 6/31 table_page 产业研究专题报告 图 7：钢铁生产企业温室气体排放及核算边界 资料来源： 中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南 （试行） ， 华宝证券研究创新部 表 1： 碳排放源识别表 碳排放分类 排放源 /设施 排放设施位置 相应物料或能源种类 化石燃料燃烧排放 焦炉 焦化厂 洗精煤、高炉煤气、焦炉煤气 烧结机、带式焙烧机、竖炉 烧结厂、球团厂 无烟煤、焦炭、焦炉煤气 高炉、热风炉 炼铁厂 无烟煤、焦炭、烟煤、高炉煤气 热电锅炉 电厂 自产焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤 气 火车 运输部 汽油 工业生产过程排放 石灰窑 炼钢厂 白云石、石灰石 转炉 炼钢厂 合金 精炼炉 炼钢厂 电极 电炉 炼钢厂 电极、合金 净购入电力产生的 排放 所有用电设备、设施 公司内 电力 固碳产品隐含的排 放 焦炉 焦化厂 粗苯、焦油、焦炉煤气 转炉 炼钢厂 粗钢 资料来源： 钢铁企业碳排放核算及减排研究， 华宝证券研究创新部 化石 燃料燃烧排放 中，焦炭占据较大比重 。 钢铁生产过程中净消耗的化石燃烧产生的 CO2 排放，包括焦炉、烧结机、高炉等炉窑燃烧的洗精煤、无烟煤、烟煤、焦炭的排放，以及厂 内用于生产 运输 的火车 、汽车 用 汽柴油 产生的排放。由于钢铁生产过程的实质是将铁从矿石 中还原的过程，同时需要大量能源。 我国钢铁行业燃料燃烧排放具有以下特点： 焦炭是 钢铁行业直接消耗的第一大化石 燃料。 从统计局发布的数据来看， 2018 年国 内消费焦炭量 37152 万吨，消耗煤炭 29308 万吨，消耗原油 0 万吨，消耗汽油 3 万 吨，消耗天然气 110 亿立方米。 焦炭消费 比高与 国内 高炉工艺占比高有密切关系。 焦炭作为高炉炼铁的主原料，既 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 7/31 table_page 产业研究专题报告 是燃料、又是还原剂，同时在高炉中还起到骨架、稳定炉料透气性。 2020 年国内高 炉生铁产量 88752 万吨，高炉生铁与粗钢比为 0.833， 2019 年比 值 为 0.812， 远高 于同期的全球 0.684 的水平。较高的生铁占比导致国内钢铁行业对焦炭的消费依赖 重。 化石燃料燃烧碳排放约 64.7%来自于焦炭、 33.9%来自煤炭 。 根据易碳家给出的不 同燃料燃烧释放的 CO2 强度进行测算； 2018 年国内黑色金属冶炼及加工行业，燃料 燃烧的碳排放有 64.7%来自于焦炭燃烧，有 33.9%来自于煤炭， 1.4%来自于天然气。 外购电力 碳排放受电力供给结构决定 ；电力系统深 度 脱碳直接降低钢铁行业外购电力碳 排量。 钢企外购电力占比低 。 从统计 局 发布的数据 来看， 2018 年黑色金属冶炼加工业电力 消费 6142 亿千瓦时，占行业总能耗比重 12.12%。从趋势来看， 1995 年以来行业 电力消费比重持续上升，由 6%上升到 12.12%。从重点钢企的数据来看， 2020 年 吨钢耗电量 456.9 千瓦 /吨，相当于吨钢总能耗的 8.4%。 重点钢企的电力占总能耗 的比重也在提升，由 7.5%上升到 8.4%。根据冶金规划院在 中国钢铁工业节能低 碳发展报告 (2020) 发布数据，国内钢企 2019 年自发电量比例为 53%。测算钢企 外购电力占总能耗的比重约 5%-6%。 碳排放来自电力供应端 。 2020 年国内发电结构中，以煤炭、油气为主的火电发电 占 比 71%，核电占比 5%，水电占比 16%，风、光伏、生物质发电占比 8%。整体来 看，上游电力供应端中化石能源占比超 70%，这是外购电力碳排放的主要来源。 电力系统 深 度 脱碳直接降低钢铁行业外购电力碳排量。 未来随着风电、光伏等新能 源装机容量的进一步提升， 2030 年国内实现一次能源中非化石占比 25%，电力系统 对化石能源消耗将进一步降低， 电力系统的深 度 脱碳将 直接带动钢铁行业外购电力 碳排放量。 图 8： 钢铁行业碳排放分类占比 图 9： 煤炭消费量：黑色金属冶炼及压延加工业 资料来源： 钢铁企业碳排放核算及减排研究 ， 华宝证券研 究创新部 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 图 10： 焦炭消费量：黑色金属冶炼及压延加工业 图 11： 原油、汽油消费量： 黑色金属冶炼及压延加工业 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 8/31 table_page 产业研究专题报告 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 图 12： 天然气消费量及占比：黑色金属冶炼及压延加工 业 图 13： 钢铁行业燃料燃烧产生的碳排放占比 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 图 14： 高炉生铁与粗钢比值 图 15： 黑色金属冶炼及压延加工业电力消费量及占比 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 图 16： 重点钢企吨钢耗电量 图 17： 重点钢铁企业耗电占总能耗比重 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 9/31 table_page 产业研究专题报告 资料来源： 中钢协，钢联终端 ， 华宝证券研究创新部 资料来源： 中钢协，钢联终端 ， 华宝证券研究创新部 图 18： 国内发电结构 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 表 2： 不同化石燃料二氧化碳碳排放系数 单位热值含碳量 （吨碳 /TJ） 碳氧化率 二氧化碳排放系数（ kgCO2/kg） 原煤 26.37 0.94 1.9003 焦炭 29.5 0.93 2.8604 原油 20.1 0.98 3.0202 汽油 18.9 0.98 2.9251 油田天然气 15.3 0.99 2.1622（ kg/m3） 资料来源： 易碳家， 华宝证券研究创新部 3. 推进碳达峰、碳中和， 钢铁 行业 减碳 路径分析 2020 年年末工信部发布关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见征求意见稿， 明确 提出到十四五末力争全行业实现碳达峰，能源消耗总量和强度均降低 5%以上 。 钢铁行业面临 十四五提前达峰的要求。 2021 年以来， 中国宝武、河钢、鞍钢、包钢等 特 大型钢企陆续发布碳达峰、碳中和 目标 ， 其中碳达峰时间点基本控制在 2025 年之前，到 2030 年左右实现减碳 30%， 2050 年实现碳 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 10/31 table_page 产业研究专题报告 中和。 表 3： 部分特大型钢企碳达峰、碳中和时间节点 国内部分钢企碳达峰、碳中和 时间节点 中国宝武 2023 年力争实现碳达峰， 2025 年具备减碳 30%工艺技术能力， 2035 年力争减碳 30%， 2050 年力争实现碳中和 河钢集团 2022 年实现碳达， 2025 年碳排放量较峰值降 10%以上， 2030 年碳排放量较峰值降 30以上， 2050 年实现碳中和。 鞍钢集团 2025 年前实现碳排放总量达峰； 2030 年实现深度降碳工艺大规模推广应用，力争 2035 年碳排放总量较峰值降低 30%。 包钢集团 力争 2023 年实现碳达峰， 2030 年具备减碳 30%的工艺技术能力，力争 2042年碳排放量较峰值降低 50%，力争 2050 年实现碳中和。 数据来源： 新闻整理收集，华宝证券 3.1. 十四五 粗钢产量进入平台区 ，将 更好地 促进 行业 从总量上实现 碳 达峰 十四五期间粗钢产量进入平台区。 2016 年以来粗钢表观消费量稳步增长， 2020 年粗钢 表观消费量 102230 万吨，同比 9.55%；在强劲内需的拉动下，国内粗钢产量持续创新高， 2020 年粗钢产量 107500 万吨，同比 7%。 测算 2020 年 GDP 耗钢系数达到 1150 吨 /亿元。 十四五中国经济进入内 循环为主的发展格局， 国内钢铁内需增长放缓，同时叠加政策驱动钢 材出口回流， 政策压实国内粗钢产能规模。整体来看， 国内粗钢产量将进一步平台区。 十四五钢铁内需 增长放缓 。 国民经济体系投资链条上的建筑、机械设备制造等产业 对金属产品消耗系数明显高于消费链条相关的产业。 2016-2019 年，国内投资增速 低于 GDP 和消费增速， GDP 实际耗钢系数进入平台区。 2020 年投资反弹，带动耗 钢系数回升。 十四五中国经 济进入内循环为主的发展格局，消费驱动力加码，耗钢 系数将再次回调， 中国钢铁表观消费 需求增长将放缓 。 政策驱动钢材出口回流。 自 2021 年 5 月 1 日起， 国内 取消 大 部分钢铁产品出口退 税。 共涉及 146 个商品代码产品，除部分高附加值产品维持 13%的出口退税率，大 部分常 规性产品出口税率下调到 0%。 受此政策的影响，大部分产品的出口优势将大 幅降低，进一步驱动钢材出口回流。 政策压实了国内粗钢产能 规模 。 2021 年 5 月国家 发改委 和工信部先后发布 关于钢 铁冶炼项目备案管理的意见 、钢铁行业产能置换实施办法 ，明确 了严格实施减量置换、 冶炼项目规范化备案的要求， 从政策上进一步压实了国内粗钢产能规模，使得 未来 粗钢 产量缺乏大幅增长的基础。 粗钢产量进入平台区，将更好推动行业从碳排放总量上实现达峰。 2015-2018 年，钢铁 行业碳排放总量同比整体低于行业粗钢产量增速 ，整体反映了吨钢碳排放强度有下降趋势。 十四五粗钢产量进入平台区、 增长趋弱， 同时伴随部分成熟度高、实用性强的低碳冶金技术 运用， 将更好地推动行业从碳排放总量上实现达峰。 图 19： 粗钢表观消费量及同比 图 20： 粗钢产量及同比 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 11/31 table_page 产业研究专题报告 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 图 21： 亿元 GDP 耗钢量 图 22： 粗钢产量、碳排放总量同比 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 表 4：国内涉及粗钢产能压减政策 日期 相关政策 5 月 8 日 工业和信息化部发布钢铁行业产能置换实施办法。修订后的实施办法明确大气 污染防治重点区域严禁增加钢铁产能总量，明确”动设备、须置换“。未完成钢铁产能 总量控制目标的省（区、市），不得接受其他地区出让的钢铁产能。长江经济带地区禁 止在合规园区外新建、扩建钢铁冶炼项目。大气污染防治重点区域置换比例不低于 1.5:1， 其他地区置换比例不低于 1.25:1。 5 月 6 日 国家发展改革委发布了关于钢铁冶炼项目备案管理的意见（发改产业 2021 594 号，并于今年 6 月 1 日正式执行。意见聚焦问题导向，突出实效性、可操作性，阐 明了严格备案管理和规范建设冶炼项目的明确要求。 资料来源： 新闻收集整理， 华宝证券研究创新部 3.2. 成熟度高、 实用性技术 的进一步 推广 有助于 从吨钢碳排放强度上 实现减碳 30%目标 在碳达峰的基础上，我们认为 电炉 炼钢、增加 球团比 、 DRI 等成熟 度高、 实用性技术的 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 12/31 table_page 产业研究专题报告 进一步推广，带动钢铁制造流程工艺的优化， 同时 各工序能效提升，减少化石燃料消耗， 降 低 吨钢 碳排放强度，能够较好低实现减碳 30%的目标。 1） 相比传统长流程， 纯废钢的电炉 短流程和 DRI 电炉 流程均有大幅降碳空间 相比高 炉 -转炉的长流程，电炉为主的 工艺流程 在能耗、碳排放上具有较大优势。 随着国内经济进入 内循环周期，废钢资源加速释放为发展 电炉钢提供了成本支撑。假设 2030 年前后国内粗钢产 量相比 2025 年小幅下滑，维系在 10 亿吨左右。除去转炉消纳部分废钢外， 电炉钢也将会有 较大提升。低碳排放强度的工艺占比提升，将有效降低钢铁行业整体碳排放量；同时伴随着 电力能源的清洁化，通过供给端导入新能源，能够进一步降低碳排放。 目前国内电炉钢厂产量占比偏低 。 2019 年国内电炉钢产量占比 10.4%，长流程转炉 钢占比 89.6%。 欧盟 28 国电炉钢占比 41.3%，美国占比 69.7%，日本占比 24.5%， 世界平均水平 27.9%。整体来看，国内电炉钢厂产量占比偏低。 电炉短流程工艺能耗强度低。 根据世界钢铁协会的研究，电炉短流程总能耗为 2104Kwh/吨钢，高炉长流程总能耗为 5122Kwh/吨钢； 电炉短流程 电耗 为 1561Kwh/ 吨钢，高炉长流程 电耗 为 972Kwh/吨钢 ；整体来看电炉短流程工艺在能 耗 强度 低 。 气基 DRI-电炉工艺和纯废钢短流程工艺，碳排放强度均大幅低于长流程工艺。 从世 界钢协发布的研究数据来看， 长流工艺吨钢碳排放 2.2 吨， 气基 DRI-电炉流程的碳 排放为 1.4 吨，纯废钢电炉短流程工艺碳排放在 0.3 吨左右。从安米集团发布的数据 来看，该公司 电炉 流程的吨钢排放为 0.6 吨 CO2/吨钢，只有 同期高炉长流程的 26%； 尽管 该 公司 有 部分电炉与 DRI 工艺衔接，但碳排放仍大幅低于长流程工艺 。 整体来 看，无论气基 DRI-电炉流程，还是纯废钢短流程电炉工艺，碳排放强度均大幅低于 长流程工艺 ， 电炉工艺 降碳幅度在 36%-84%之间 。 国内经济进入内循环周期，废钢资源 持续释放为发展短流程电炉钢提供了成本支撑。 根据废钢协会测算， 2020 年国内废钢产量 2.6 亿吨。 近二十年中国经济 快速发展在 城市建设和耐用品消费上积蓄了大量钢铁资源 ，在进入内循环为主的周期下，汽车、 家电等耐用消费加块更新换代，废钢资源加速释放。 根据 测算 2030 年 我国钢铁积蓄 量 将达到 135 亿吨， 采用钢铁积蓄量折算 法 ， 测算 2030 年社会 废钢产生量 将达到 3.5 亿吨， 废钢资源持续释放为发展短流程电炉钢提供了成本支撑 。 图 23： 电炉钢占比 图 24： 长 /短流程能耗、电耗对比 资料来源： 世界钢协， Wind， 华宝证券研究创新部 资料来源： 世界钢协 ， 华宝证券研究创新部 图 25： 安赛乐米塔尔高炉流程和电炉流程吨钢碳排放 图 26： 不同钢铁流程吨钢碳排放 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 13/31 table_page 产业研究专题报告 资料来源： 安米集团年度报告， 华宝证券研究创新部 资料来源： 世界钢协， 华宝证券研究创新部 图 27： 钢铁积蓄量 图 28： 废钢产生量 资料来源： 中国工程院， 华宝证券研究创新部 资料来源： 中国工程院， 华宝证券研究创新部 2） 相比传统烧结，球团制造工序碳排放低、同时能间接带动高炉降碳 相比目前的国内 主流矿物加工工艺 -烧结 ， 球团 在 制造环节 上具有工序能耗低、污染物排放少、 节能减排效果 好 等优势 ， 同时在高炉冶炼上增加球团比能够实现渣比低、煤气利用率高、燃料比低、综合 经济效益好 等优点 ，推动高炉冶炼绿色指标 改善。 球团工艺各项污染物都处于较低水平，明 显优于烧结工艺，当造块工艺开始考虑整个钢铁生产链时 ，清楚的说明采用球团矿代替烧结 矿作为高炉主要原料能带来巨大的碳减排 效应。 我国 球团比整体大幅低于欧美国家水平，存在较大提升空间。 根据世界金属导报统 计， 2020 年国内球团矿总产能约 2.6 亿吨，按照 2020 年铁水 8.875 亿吨，测算球 团占入炉炉料的比重为 18%。从欧美国家安米、塔塔、 SSAB 等钢厂的入炉球团比 数据来 看，我国球团比整体大幅低于欧美国家水平，存在较大提升空间。 相比烧结，球团自身工序能耗低，温室气体和污染物排放少，节能减排效果好。 从 2020 年重点钢企的工序能耗结构来看，烧结： 48.08 千克标煤 /吨，球团： 24.35 千 克标煤 /吨。根据北京京诚杨晓东等在球团替代烧结 铁 前节能低碳污染减排的 重要途径报告中的研究，球团工序 CO2 排放 75kg/吨，烧结工序 CO2 排放 142kg/ 吨，球团工序能耗和碳排放为烧结矿的 50%左右。同时球团在粉尘、 NOX、 SO2 环 境污染物排放上也具有较大优势。 整体来看，球团替代烧结减碳约 67kg/吨，给长流 程带来的 降碳幅度达到 3.2%。 提升球团比， 优化 钢铁 制造的原料 结构，能够进一步降低高炉能耗，减少碳排放。 从高炉冶炼实践来看，入炉矿物综合品味每增加 1 个 PCT，焦比降低 1-2 个 PCT。 从重点钢企的高炉入炉品味和焦比数据来看，两者呈现负相关； 球团矿含铁品位 65% 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 14/31 table_page 产业研究专题报告 左右，比烧结矿高约 8%， 在高炉炉料中增加球团比重 有利于提高炼铁综合入炉品位， 改善高炉冶炼的各项技术经济指标 ；从欧美国家高炉工艺指标来看，提升球团比后， 产量 提高效益明显，同时 球团矿含 FeO 低，还原性好，对铁 矿石在高炉内的间接还 原十分有利， 球团品味高，能够减少高炉冶炼扎比，降低能源消耗 ， 最终实现减少 碳排。 表 5： 欧美部分钢厂球团应用情况 公司 炉容级别（ %） 烧结矿比 例 球团矿比例（ %） 渣比（ kg/T） 燃料比（ kg/T） 美国 安米集团印第安纳厂 7 号高炉 5000m3 15-20 80 200 瑞典 SSAB 公司 1000m3 0 100 146 457 加拿大 安米集团阿尔戈马 7 号高炉 2000m3 0 100 194 468 德国 安米集团不莱梅 3000m3 51.1 48.9 194 475 荷兰 塔塔集团艾莫依登厂 7 号高炉 4470m3 46.9 52.3 463 资料来源： 世界金属导报 高炉大比例球团冶炼浅析 、 华宝证券研究创新部 图 29： 高炉入炉品味与焦比 图 30： 烧结和球团工序能耗 资料来源： 中钢协，钢联终端， 华宝证券研究创新部 资料来源： 中钢协，钢联终端， 华宝证券研究创新部 表 6： 烧结和球团工艺污染物、温室气体排放对比 烧结 球团 粉尘 (kg/t) 0.018 0.013 SO2(kg/t) 0.063 0.045 NOX(kg/t) 0.09 0.065 能耗 (kg/t) 48 24 CO2(kg/t) 142 75 资料来源： 球团替代烧结 铁前节能低碳污染减排的重要途径 ， 华宝证券研究创新部 3） 相比传统 高炉 ， 直接还原铁不消耗焦炭、能耗低，是开展氢冶金的工艺载体 直接还原炼铁法是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石、氧化球团或含碳 球团呈固态即软化温度以下进行还原而获得金属铁的方法。这种方法得到的金属产品，由于 还原过程温度较低，脉石难以除去，含碳量低，称为直接还原铁 ( DRI) 。相比高炉工艺，直 接还原铁不需要焦炭。 目前全球还原铁工艺模式包括气基 MIDREX、气基 HYL、煤基还原、 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 15/31 table_page 产业研究专题报告 以及其他气基模式。 2019 年气基模式产量占比达 75.2%（其中 MIDREX 法占比 60.9%， HYL 法占比 13.2%，其他气基占比 2.1%），煤基产量占比 23.8%。 我国直接还原铁产量占比低。 2020 年全球直接还原铁产量 10600 万吨，占粗钢料 耗比重 5.32%。从世界钢协发布的数据来看，中国 产量低 未上榜，预计直接还原铁 产量 10 万吨 左右 。 气基直接还原铁相比高炉冶炼模式，能耗较低。 从高炉、 MIDREX、 HYL、煤基等 工艺的能耗对比来看，气基法整体能耗低于高炉。气基还原铁能耗在 375-425kg 标 煤 /吨， 高炉冶炼能耗在 480-590kg 标煤 /吨。 气基直接还原铁 本身碳排放低于高炉，未来 开展 氢冶金的功能，具备大幅减碳的能 力。 目前采取全天然 气 模式的气基直接还原铁 CO2 排放强度只有 500kg/吨，当富氢 比重达到 70%时， CO2 排放强度将下降到 150kg/吨，全氢冶炼模式下， CO2 排放强 度接近 0。 目前气基模式下，直接还原铁竖炉碳排放低于高炉，未来一旦采取全氢 冶炼，将大幅减少碳排放。 国内天然气成本较高，导致国内直接铁生产并无成本优势。 从 2017 年美国 nucor 发布的直接还原铁的生产成本来看，其相比美国高炉生铁便宜 20%。但考虑到美国 天然气价格 只有国内的 30%（以沿江地区价格对比 ）， 测算 国内直接还原铁成本要比 高炉生铁高 6-8%。 根据我国直接还原技术发展与展望报告统计： 我国现有直接还原铁生产能力约 60 万 t，生产直接还原铁的企业的产量都不大，多数企业的生产能力在 5 万 t 左右。由于我国天然 气匮乏，传统的以天然气为燃料生产直接还原铁在我国的发展受到了较大的制约，导致我国 直接还原铁生产企业规模小、产地分散、生产组织不稳定，技术更新缓慢，产能与世界相比 有很大差距。 随着碳达峰、碳中和的推进，钢铁行业面临碳排放配额限制，具备低碳优势的直接还原 铁工艺将在高碳价下， 其成本劣势或将逐步缩小、甚至逆转与高炉生铁 。同时直接还原铁是 氢冶金的重要工艺步骤， 未来其发展面临大机遇空间。 图 31： 全球直接还原铁产量及粗钢料耗比重 图 32： 全球不同工艺模式直接还原铁产量占比 资料来源： 钢联终端， 华宝证券研究创新部 资料来源： MIDREX 公司报告， 华宝证券研究创新部 表 7： 不同直接还原铁炉能耗情况 工艺方法 能源实物消耗 折合能耗， kgce/t 高炉 300-420kg 冶金焦 +200-135kg 煤粉 /吨 481-588.5 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 16/31 table_page 产业研究专题报告 天然气竖炉（ HYL） 300-350Nm3 天然气 /吨， 10.4-11.5GJ/吨 355.3-392.9 天然气竖炉 （ MIDREX） 350-400Nm3 天然气 /吨， 11-12.5GJ/吨 375.8-427.1 煤制气竖炉 600-750kg 动力煤 /吨， 11-12.5GJ/吨 375.8-427.1 回转窑（煤基） 850-950kg 褐煤 /吨， 17.8-21.3GJ/吨 650-750 隧道窑（煤基） 250-400kg 燃烧煤 +460-600kg 还原煤 /吨 700-800 资料来源： 世界金属导报， 华宝证券研究创新部 表 8： 气基直接还原铁竖炉 CO2 排放情况 输入气 全天然气 富氢 全氢 20% 50% 70% 还原气 H2 55% 62% 72% 77% 100% CO 35% 28% 18% 13% 0% 其他成分 剩余 10%（ CO2,H2O,CH4,N2） H2/CO 1.6 2.2 4.0 5.9 0.0 CO2 排放量（ kg/吨 DRI） 500 400 250 150 取决于加热气 体 资料来源： MIDREX 公司研究报告， 华宝证券研究创新部 图 33： 中国和美国工业天然气价格对比 资料来源： Wind， 华宝证券研究创新部 表 9： NUCOR 公司高炉和 DRI 生产成本对比 美元 /吨 高炉 DRI 铁矿（ 62%FE,FOB Brazil） 100 100 球团溢价 30 30 品味溢价（ BF=65% & DRI=68% Fe） 9 18 运费 25 15 铁矿消费（ BF=1.6 ton & DRI=1.5 ton） 262 245 现金转换成本 70 35 高炉还原（ 100% coke） 144 敬请参阅报告结尾处免责 声 明 华宝证券 17/31 table_page 产业研究专题报告 DRI 还原（ 11mmbtus $4） 44 炼铁单元成本 476 324 自建烧结成本优势 -30 自建焦化成本优势 -26 高炉高开工率带来的成本 优势 -15 调整后高炉综合成本 405 资料来源： nucor 公司报告， 华宝证券研究创新部 4） 通过提升工序 能效 水平 ，降低化石能源消耗 ，带动碳排放减少 目前国内重点钢企炼铁工序平均能耗为 385kg 标煤 /吨，最低能耗 352kg 标煤 /吨，最高 434kg 标煤 /吨 ，最低企业能耗水平比平均水平低 8.6%。 目前国内重点钢企