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鋼鐵構筑起了現代世界，但其背后也隱藏著巨大代價。如今，每生產1噸新鋼便會排放約1.8噸二氧化碳，讓鋼鐵行業(yè)成為重工業(yè)中碳排放強度最高的領域之一。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37億噸。這種曾推動工業(yè)革命的材料，如今正處于清潔能源轉型的核心。一場旨在重塑這個時代標志性行業(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，轉向更清潔的電弧爐（EAF），整個行業(yè)正經歷著技術與理念的雙重變革。盡管綠氫等革命性技術有望大幅減排，但電力集成與流程控制等漸進策略，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，探索這兩條技術路線，提供綠色鋼鐵生產所需的數字基礎設施、專業(yè)咨詢服務與智能自動化支持，無論是同步推進還是分階段實施。

從高爐到電弧爐：重構鋼鐵生產的基礎

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，加之消費者對清潔綠色產品的需求與日俱增，全球鋼鐵行業(yè)及其下游客戶正積極擁抱變革。

要理解這一轉型，需從當前的鋼鐵生產格局談起。全球71%的鋼鐵生產依賴高爐 - 氧氣轉爐（BF-BOF）工藝。但預計到2030年，這一比例將降至60%，而電弧爐生產占比將從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處理鐵。其優(yōu)勢包括：

?         更強的控制能力

?         更高的鋼材質量潛力

?         更大的生產靈活性

?         快速啟停的特性

?         依托廢鋼回收的循環(huán)經濟路徑

然而，擴大電弧爐生產規(guī)模也面臨新挑戰(zhàn)，尤其是當電氣化需與產能擴張、嚴苛的脫碳目標同步實現時。

氫基煉鋼：綠色鋼鐵的希望與挑戰(zhàn)

利用綠氫生產直接還原鐵（DRI）是實現綠色鋼鐵生產最具雄心的路徑之一。其原理是利用太陽能或風能制氫，再通過氫氣將鐵礦石還原為海綿鐵，隨后送入電弧爐進行后續(xù)處理。但無論是改造現有工廠還是新建項目，融資與流程設計都面臨復雜難題。

氫氣本身具有易揮發(fā)、儲存困難、生產能耗極高的特點。目前，綠氫的平均生產成本約為6美元/公斤，遠高于大規(guī)模應用的經濟閾值。生產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準電弧爐工藝的三倍。

即便如此，一些領先的鋼鐵企業(yè)仍在加碼氫能技術投資。例如，施耐德電氣與瑞典H2 Green Steel合作的里程碑項目，正探索大規(guī)模氫基煉鋼的可行性。我們協(xié)助客戶應對前所未有的規(guī)模、復雜性和電力需求，每個廠區(qū)的能源需求可能超過1.3吉瓦（相當于一座典型核電站的發(fā)電量）。設計、供應、協(xié)調并優(yōu)化如此規(guī)模的電力系統(tǒng)，需要強大的基礎設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注點。

優(yōu)化現有設施：漸進式轉型路徑

并非所有鋼鐵企業(yè)都準備好全面轉向氫基煉鋼，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)正采取漸進策略：通過優(yōu)化現有電弧爐的操作，提升電力質量、能源效率與控制精度。這些逐步改進積累起來，正成為最務實的行動方案。

例如，西馬克的X-pact? AURA和達涅利的Q-One等技術，采用多單元爐架構，可減少企業(yè)用兩臺或多臺電弧爐替代高爐時可能出現的電力質量問題（如電壓閃爍、諧波等）。這些創(chuàng)新技術能降低峰值用電需求、穩(wěn)定電流負荷，使電弧爐擴產更易實現，且不影響廠區(qū)及周邊電網的穩(wěn)定性。

作為鋼鐵企業(yè)的長期合作伙伴，我們支持這一設計理念，通過將電力與流程控制整合到統(tǒng)一架構中，實現對電爐煉鋼復雜動態(tài)的實時響應。憑借深厚的行業(yè)經驗、開放自動化平臺及全生命周期咨詢服務，我們幫助制造商在資本支出（CapEx）與長期運營成本（OpEx）之間找到平衡。盡管部分集成技術仍屬專有，但目標始終一致：以切實的價值為基礎，推動鋼鐵生產向智能化邁進。

超越硬件設備的深度合作

對我們而言，綠色鋼鐵并非“一刀切”的產品方案，而是作為可信賴的技術與咨詢伙伴，幫助鋼鐵企業(yè)協(xié)調能源戰(zhàn)略、工廠設計與市場現實。我們深入廠區(qū)實地考察，提出不干擾生產的改進方案，助力整體效能提升。

對開啟脫碳旅程的鋼鐵企業(yè)來說，轉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。

?         設計爐系統(tǒng)架構：考量產能規(guī)模、工藝靈活性與電力質量要求，尤其是整合氫基直接還原鐵與大型電弧爐時，需協(xié)調好兩者的產能匹配與電力需求。

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

?         構建市場策略：規(guī)劃如何在可持續(xù)性導向的市場中，實現低碳鋼鐵的差異化定位與價值變現。

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

征程已啟：鋼鐵行業(yè)的未來正在重塑

領先的鋼鐵企業(yè)已開始重塑運營模式，以響應汽車制造商、建筑企業(yè)和政策制定者對低碳材料的需求。與此同時，更多企業(yè)通過漸進式升級開啟轉型——這些升級提升了生產透明度、減少了停機時間，為后續(xù)重大變革奠定了堅實基礎。鋼鐵行業(yè)的綠色未來，正在這場變革中逐步成形。