绿色创新发展研究院iGDP
2025 年 4 月 28 日,“2035气候行动山西实验室” 组织召开会议,邀请相关专家与行业代表,围绕山西省“十五五”时期工业领域电能替代的关键议题展开深入研讨,旨在探索电能替代的有效路径,挖掘其潜在应用空间,为推动山西工业绿色低碳转型、助力实现“双碳”目标提供研究和决策参考。本专题简报的内容基于会议上的专家与行业代表讨论,从电能替代进展、重点行业替代实践及路径、面临挑战和未来政策重点等方面进行整理。
电能替代是指在终端用能环节以电能替代直接使用的化石能源(如煤炭、石油、天然气等),通过提高能源终端电气化水平,实现减少污染物排放和降低碳排放的目的。为支持“双碳”目标的实现,我国需要加快推进工业用能电气化,提高电能在终端能源消费中的比重,减少终端用能碳排放。根据国家统计局公布的数据,2023年我国终端用能电气化率约为28%。电能有望在“十四五”末超过煤炭,成为终端第一能源消费品种[1]。
国家自2013年拉开电能替代工作的序幕至今,电能替代发展经历了政策目标深化、实施领域拓展和技术路径升级的阶段演变。政策目标方面,从侧重于替代电量和削减散煤等核心指标到进一步强调提高电力在终端能源消费中的比重等综合指标。实施领域方面,电能替代由主要针对重点散煤使用领域,拓展到交通运输、商业、高耗能工业(如冶金、建材等行业)以及可再生能源制氢等。技术路径方面,从最初的单一设备改造到目前探索“电气化设备+绿色微电网”的全流程系统优化和多种能源形式综合利用的技术路径。
山西是煤炭资源大省和碳排放大省,电能替代是本地环境质量改善、能源结构调整、减少碳排放和推进经济转型领域的重要抓手之一。据调研,截至2024年年底,山西省电能替代工作集中于煤炭开采、冶金铸造、玻璃制造、陶瓷烧制、建材、化工等重点行业,主要采用蓄热式电锅、电窑炉、冶金电炉等替代燃煤设施,减排降碳效益明显。
山西早期推进的电能替代多集中在散煤锅炉、小型工业炉窑等相对容易实现且经济性较好的领域。经过“低垂果实”的初步收获后,工业领域电能替代的工作进入了温度要求高、技术难度大或经济性不佳的“深水区”,需要深入研究可行技术、设备工艺、商业模式和政策创新等,寻找工业领域电气化提升路径。
钢铁行业
山西省钢铁生产工艺以占比超95%的高炉-转炉长流程为主,能源消费超90%依赖焦炭、喷吹煤及煤气。电能替代核心在于工艺结构调整,包括短流程炼钢技术与氢基还原技术。此外,长流程工艺中轧钢加热工序可改用感应加热炉或电阻炉等实现局部电气化。
铸造行业
铸造行业是山西工业电能替代的亮点领域之一。全省约95%铸造产能的铸造熔炼环节已完成燃煤熔炉改电炉。改造后煤炭消费与污染物排放大减,产品质量、生产效率和附加值均提升,带动全省铸造行业电气化水平明显提高。
建材行业
建材行业包含众多子行业,各环节工艺及用能温度差异导致电能替代推进难易程度不一。 “十五五”期间,可扩大日用玻璃器皿、玻纤、耐火材料等领域电炉设备应用,推广“电助熔”、富氧燃烧等技术。
轻工行业
轻工领域品种繁多,共同特点是需要中低温热源(蒸汽或热水)用于生产。山西传统工艺电气化改造空间大,如食品酿造行业可考虑分布式电锅炉替代燃气锅炉提供蒸汽和热水,提高能源利用效率。热泵技术也是其热源电气化的路径之一。
有色金属行业
山西氧化铝生产工艺以拜耳法为主,依赖自备燃煤电厂蒸汽以及天然气煅烧炉。有研究表明,氧化铝煅烧环节可用电加热电焙烧炉替代燃气煅烧炉,满足高温需求且电炉余热可产生蒸汽供应蒸发工序,技术上可行,但需要进一步的研究和试点示范。
技术瓶颈及工艺限制
目前多数高温、大热量需求的工业过程缺乏成熟的电热替代技术。例如,钢铁高炉炼铁、水泥熟料煅烧和陶瓷烧成等这些工序需要上千度高温并且大规模连续生产,面临着工艺、装备、材料、效率等挑战,缺乏商业化的电加热工艺和设备可以替代。
经济成本压力
经济性是企业考虑电能替代的首要因素。目前电力在许多场景下运营成本高于直接使用化石燃料,在现行电价下企业缺乏动力采用电热设备生产。除运营成本压力外,实施电能替代改造通常需要高额的前期投入,涉及到购置电锅炉、电窑炉等加热设备以及配套供电设施等。
输配电网承载能力不足
工业领域大规模“以电代煤”将显著增加用电负荷,对电网供电能力提出更高要求。一些地区的电网基础设施尚未做好准备,存在供电容量不足的问题。电网基础建设往往需要较长的审批和投资周期,若电网扩容不及时,即使企业有意愿进行电气化改造,也会面临无电或者供电不稳的问题。电气化改造与电网建设必须协调同步,否则电网瓶颈将成为电能替代的掣肘。
可再生电力供应保障
电能替代应以清洁电力为基础,但某些时段和区域清洁电力可能不足,或者出现“弃风弃光”又无法有效利用的情况。此外,随着新能源发电并网比例提高,电网调峰调频压力增大,如果工业用户缺乏灵活用电机制,电网对大规模工业电气化的支持能力也可能受限。
专业人才和运维能力缺乏
电气化改造还涉及工艺流程的调整和升级。这要求企业具备相应的电气和自动化专业人才来操作维护新设备。但传统行业企业往往缺少这方面的人才储备,导致企业即便购置了电气化设备,在调试运行和日常维护上也可能遇到困难,影响改造效果和生产连续性。
企业意愿和认知不足
目前不少企业对电能替代持观望态度。一方面,在生态环境治理推动下,许多工业企业已进行过一轮“煤改气”“煤改电”改造,已满足环境治理要求,“煤改气”企业缺乏进一步改电的紧迫性。其次,企业对电能替代的隐性价值认知不足,比如产品绿色认证、产品碳足迹碳标签、品牌形象提升等长远收益。
政策和市场机制不足
能源市场机制和政策环境暂不完全适应大规模工业电能替代推进要求。一方面,企业电气化改造支持政策不完善,且各地执行力度不一。另一方面,电价机制存在不利因素,部分地区工商业电价结构不能充分激励企业利用低谷或富余可再生电力降低成本,削峰填谷、需求响应等机制刚起步,电力现货、辅助服务市场激励待完善。此外,能源管理体制也可能限制灵活工业供用电模式。
聚焦重点领域,制定明确目标与规划
地方政府应综合考虑理论、技术和经济潜力来制定区域或行业的电能替代目标,将工业电能替代纳入“十五五”、“十六五”规划,并突出不同时期聚焦的重点行业和实施环节。“十五五”时期,山西可聚焦在玻璃器皿、轻工等相对容易电气化、见效快的热源实施电能替代。
推进技术研发与示范应用
遴选钢铁、水泥和陶瓷等高温工业行业的电能替代技术路径开展研发与示范应用。积极探索间接电能替代的新路径,拓宽工业减碳的技术选择。支持利用富余可再生电力制取绿氢、绿氨等新能源载体,再应用于传统难电气化的工业环节。此外,推广电力与其他能源的耦合利用模式(电-热-氢联供),提高能源系统整体效率,使工业领域的低碳转型路径更加多元、灵活。
加大财税和金融支持力度,降低企业负担
政府应加大对工业电能替代项目的支持力度,提供财政支持和税收优惠。通过完善财政激励政策,引导更多企业主动参与电气化改造和关键技术研发。其次,还要利用金融和市场手段支持企业改造,例如推广合同能源管理(EMC)、政府和社会资本合作模式(PPP)等模式,吸引社会资本参与电能替代项目投资。此外,政府可联合金融机构开发绿色信贷、绿色债券产品,专项支持企业电气化转型。
优化电价机制,降低用能成本
电价高企是电能替代经济性差的主因之一,建议通过深化电力市场改革和电价机制创新,降低用户侧电价、提高用电灵活性。建议推进需求响应和辅助服务市场建设,鼓励工业用户配置储能或调节负荷参与电网调峰,获得相应补偿收益。同时,完善电力现货市场建设,随风光等可再生能源发电的波动灵活调整电价,实时反映电力供需关系,支持企业优先消纳低价绿电,降低用能成本。
统筹电网规划
电网企业与政府部门应加强协同,在区域产业规划中提前布局电网建设,在电能替代研究和项目落地阶段,电网企业应提前介入,制定配套电网升级方案。对于拟实施大规模“煤改电”的园区或企业集群,电网需提前开展供电能力评估和扩容改造设计,简化报批流程,确保在企业新电气设备投运时电力供应能力到位。同时,鼓励在工业园区建设园区微电网或分布式能源系统,通过当地消纳可再生能源、配置储能等方式,提高对新增电力负荷的支撑能力,降低对大电网的冲击。
加强人才培养和技术服务
解决人才短缺问题需要政产学研合作培养。建议省内相关院校增设工业电气化相关专业,为企业输送电气工程、自动化、热能工程等方面的人才。建议政府组建由行业专家、电气化设备厂商工程师、电力公司技术人员等组成的服务团队,分行业对企业进行电能替代技术咨询、诊断和人员培训,同时举办更多交流研讨活动和供需对接会等。
引导产业结构调整与布局优化
在产业结构上,加快淘汰落后产能和高耗能低效环节,为电气化、高附加值产能腾出空间。在产业布局上,尽量将电能替代企业布局在新能源富集地区,或者在现有产业集群附近发展配套的新能源电源。反之,对于负荷中心但新能源不足的地区,可以通过电网输送清洁电力或在当地发展光伏、风电直供工业用户,从而优化能源供需匹配。
利用市场机制推动电能替代绿色属性经济化
政府和行业组织可以推动绿色制造认证、低碳产品标识等制度,对使用清洁电能生产的产品予以标识认证,在市场上提高其认可度和附加值。鼓励大型用能企业签订绿色电力采购协议(PPA),直接购买可再生能源电力,以降低碳足迹。在国际国内市场日益重视碳排放强度的背景下,让终端产品的“绿色属性”产生溢价,从而倒逼生产企业更多采用电能和可再生能源,进一步提高电能替代的驱动力。
随着国际国内市场对产品碳足迹要求提高(如欧盟碳边境调节机制需要出口产品提供碳排放证明),应顺势而为,引导外贸型企业通过电能替代降低产品碳强度,获取绿色认证。地方政府可以对接此类外贸型产业,提供电能替代相关的技术和政策支持。
山西省作为国家能源革命综合试点和传统工业基地,有条件也有必要在工业电气化转型上走在前列。
未来随着电力市场全国联通、电价机制更加灵活、储能和新能源进一步发展,工业用电成本有望下降,电能替代的经济性将逐步凸显。同时,碳达峰碳中和目标的倒逼会使更多企业认识到电气化转型的必然性。在政府引导和企业实践的良性互动下,山西可形成一批可复制可推广的典型案例,为全国工业领域电能替代提供经验。
工业电能替代涉及面广、各行业情况差异大,应综合考虑地区潜力空间、节能环保效益、财政支持能力、电力体制改革和电力市场交易等因素,不可能“一刀切”推进,未来需要按行业细化政策和技术方案,组织行业专家深入研讨凝聚智慧分步推进。正如专家所言,新型电力系统建设和工业转型是动态演进的过程,一个地区的成功经验可能需要因地制宜调整后才能在全国推广。未来各方将继续携手,探索工业电能替代更广阔的前景,为全国低碳转型贡献“山西方案”。
参考文献:
[1] 国家统计局. 能源供给保障有力节能降碳成效显著——新中国75年经济社会发展成就系列报告之十三[EB/OL]. (2024-09-19)[2025-05-04]