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鋼鐵構(gòu)筑起了現(xiàn)代世界，但其背后也隱藏著巨大代價(jià)。如今，每生產(chǎn)1噸新鋼便會(huì)排放約1.8噸二氧化碳，讓鋼鐵行業(yè)成為重工業(yè)中碳排放強(qiáng)度最高的領(lǐng)域之一。從全球來看，鋼鐵行業(yè)的二氧化碳排放量占全球總排放量的8%至9%，年均達(dá)37億噸。這種曾推動(dòng)工業(yè)革命的材料，如今正處于清潔能源轉(zhuǎn)型的核心。一場(chǎng)旨在重塑這個(gè)時(shí)代標(biāo)志性行業(yè)的綠色革命已然開啟。

鋼鐵制造商正從以煤炭為燃料的高爐，轉(zhuǎn)向更清潔的電弧爐（EAF），整個(gè)行業(yè)正經(jīng)歷著技術(shù)與理念的雙重變革。盡管綠氫等革命性技術(shù)有望大幅減排，但電力集成與流程控制等漸進(jìn)策略，也為提升效率、靈活性和可持續(xù)性提供了清晰的改進(jìn)路徑。施耐德電氣正與全球鋼鐵企業(yè)合作，探索這兩條技術(shù)路線，提供綠色鋼鐵生產(chǎn)所需的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、專業(yè)咨詢服務(wù)與智能自動(dòng)化支持，無論是同步推進(jìn)還是分階段實(shí)施。

從高爐到電弧爐：重構(gòu)鋼鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)

隨著汽車、建筑等行業(yè)的發(fā)展周期與創(chuàng)新速度不斷加快，加之消費(fèi)者對(duì)清潔綠色產(chǎn)品的需求與日俱增，全球鋼鐵行業(yè)及其下游客戶正積極擁抱變革。

要理解這一轉(zhuǎn)型，需從當(dāng)前的鋼鐵生產(chǎn)格局談起。全球71%的鋼鐵生產(chǎn)依賴高爐 - 氧氣轉(zhuǎn)爐（BF-BOF）工藝。但預(yù)計(jì)到2030年，這一比例將降至60%，而電弧爐生產(chǎn)占比將從29%提升至40%。若搭配可再生電力，電弧爐工藝可將碳排放量減少達(dá)95%。

與持續(xù)燃燒煤炭的傳統(tǒng)高爐不同，電弧爐采用間歇式工藝，通過電力熔化廢鋼或預(yù)處理鐵。其優(yōu)勢(shì)包括：

?         更強(qiáng)的控制能力

?         更高的鋼材質(zhì)量潛力

?         更大的生產(chǎn)靈活性

?         快速啟停的特性

?         依托廢鋼回收的循環(huán)經(jīng)濟(jì)路徑

然而，擴(kuò)大電弧爐生產(chǎn)規(guī)模也面臨新挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)電氣化需與產(chǎn)能擴(kuò)張、嚴(yán)苛的脫碳目標(biāo)同步實(shí)現(xiàn)時(shí)。

氫基煉鋼：綠色鋼鐵的希望與挑戰(zhàn)

利用綠氫生產(chǎn)直接還原鐵（DRI）是實(shí)現(xiàn)綠色鋼鐵生產(chǎn)最具雄心的路徑之一。其原理是利用太陽(yáng)能或風(fēng)能制氫，再通過氫氣將鐵礦石還原為海綿鐵，隨后送入電弧爐進(jìn)行后續(xù)處理。但無論是改造現(xiàn)有工廠還是新建項(xiàng)目，融資與流程設(shè)計(jì)都面臨復(fù)雜難題。

氫氣本身具有易揮發(fā)、儲(chǔ)存困難、生產(chǎn)能耗極高的特點(diǎn)。目前，綠氫的平均生產(chǎn)成本約為6美元/公斤，遠(yuǎn)高于大規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)閾值。生產(chǎn)1噸原鋼需消耗約54公斤氫氣，而氫基煉鋼的能耗幾乎是標(biāo)準(zhǔn)電弧爐工藝的三倍。

即便如此，一些領(lǐng)先的鋼鐵企業(yè)仍在加碼氫能技術(shù)投資。例如，施耐德電氣與瑞典H2 Green Steel合作的里程碑項(xiàng)目，正探索大規(guī)模氫基煉鋼的可行性。我們協(xié)助客戶應(yīng)對(duì)前所未有的規(guī)模、復(fù)雜性和電力需求，每個(gè)廠區(qū)的能源需求可能超過1.3吉瓦（相當(dāng)于一座典型核電站的發(fā)電量）。設(shè)計(jì)、供應(yīng)、協(xié)調(diào)并優(yōu)化如此規(guī)模的電力系統(tǒng)，需要強(qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施和值得信賴的合作伙伴，而理解電力與工藝流程的無縫協(xié)同，正是施耐德電氣過去四五年的核心關(guān)注點(diǎn)。

優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)施：漸進(jìn)式轉(zhuǎn)型路徑

并非所有鋼鐵企業(yè)都準(zhǔn)備好全面轉(zhuǎn)向氫基煉鋼，畢竟這一過程不僅能耗極高，還需大量資本投入。許多企業(yè)正采取漸進(jìn)策略：通過優(yōu)化現(xiàn)有電弧爐的操作，提升電力質(zhì)量、能源效率與控制精度。這些逐步改進(jìn)積累起來，正成為最務(wù)實(shí)的行動(dòng)方案。

例如，西馬克的X-pact? AURA和達(dá)涅利的Q-One等技術(shù)，采用多單元爐架構(gòu)，可減少企業(yè)用兩臺(tái)或多臺(tái)電弧爐替代高爐時(shí)可能出現(xiàn)的電力質(zhì)量問題（如電壓閃爍、諧波等）。這些創(chuàng)新技術(shù)能降低峰值用電需求、穩(wěn)定電流負(fù)荷，使電弧爐擴(kuò)產(chǎn)更易實(shí)現(xiàn)，且不影響廠區(qū)及周邊電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

作為鋼鐵企業(yè)的長(zhǎng)期合作伙伴，我們支持這一設(shè)計(jì)理念，通過將電力與流程控制整合到統(tǒng)一架構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐煉鋼復(fù)雜動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)響應(yīng)。憑借深厚的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、開放自動(dòng)化平臺(tái)及全生命周期咨詢服務(wù)，我們幫助制造商在資本支出（CapEx）與長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本（OpEx）之間找到平衡。盡管部分集成技術(shù)仍屬專有，但目標(biāo)始終一致：以切實(shí)的價(jià)值為基礎(chǔ)，推動(dòng)鋼鐵生產(chǎn)向智能化邁進(jìn)。

超越硬件設(shè)備的深度合作

對(duì)我們而言，綠色鋼鐵并非“一刀切”的產(chǎn)品方案，而是作為可信賴的技術(shù)與咨詢伙伴，幫助鋼鐵企業(yè)協(xié)調(diào)能源戰(zhàn)略、工廠設(shè)計(jì)與市場(chǎng)現(xiàn)實(shí)。我們深入廠區(qū)實(shí)地考察，提出不干擾生產(chǎn)的改進(jìn)方案，助力整體效能提升。

對(duì)開啟脫碳旅程的鋼鐵企業(yè)來說，轉(zhuǎn)型路徑通常包括以下步驟：

?         制定能源戰(zhàn)略：明確綠色鋼鐵生產(chǎn)所需的大規(guī)模電力獲取與管理方案，包括潛在的可再生能源來源。

?         設(shè)計(jì)爐系統(tǒng)架構(gòu)：考量產(chǎn)能規(guī)模、工藝靈活性與電力質(zhì)量要求，尤其是整合氫基直接還原鐵與大型電弧爐時(shí)，需協(xié)調(diào)好兩者的產(chǎn)能匹配與電力需求。

?         規(guī)劃效率提升策略：探索電力與流程控制優(yōu)化、生產(chǎn)可視化增強(qiáng)及自動(dòng)化降本等路徑。

?         構(gòu)建市場(chǎng)策略：規(guī)劃如何在可持續(xù)性導(dǎo)向的市場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)低碳鋼鐵的差異化定位與價(jià)值變現(xiàn)。

這種分階段指導(dǎo)尤為重要，尤其當(dāng)工廠面臨電力基礎(chǔ)設(shè)施限制、新型電力質(zhì)量問題，以及展示可持續(xù)發(fā)展成效的壓力時(shí)。若缺乏前兩步的精準(zhǔn)把控，企業(yè)可能在資本投入中產(chǎn)生潛在的“遺憾成本”。

征程已啟：鋼鐵行業(yè)的未來正在重塑

領(lǐng)先的鋼鐵企業(yè)已開始重塑運(yùn)營(yíng)模式，以響應(yīng)汽車制造商、建筑企業(yè)和政策制定者對(duì)低碳材料的需求。與此同時(shí)，更多企業(yè)通過漸進(jìn)式升級(jí)開啟轉(zhuǎn)型——這些升級(jí)提升了生產(chǎn)透明度、減少了停機(jī)時(shí)間，為后續(xù)重大變革奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。鋼鐵行業(yè)的綠色未來，正在這場(chǎng)變革中逐步成形。