Экологичное сталеварение на водородной основе не только означает низкие выбросы углерода, но и может стать «гибким накопительным элементом» для энергосистем с высокой долей возобновляемых источников в будущем. Исследовательская группа под руководством профессора Чэн Линя из Университета Цинхуа впервые создала архитектуру связанной системы нулевого сталелитейного завода с прямым восстановлением железа водородом и электродуговой печью, а также производством метанола, разработав модель управления спросом на основе осведомленности о процессах, что заложило теоретическую основу для межотраслевой координации «сталь-электроэнергия-химия».
Перед лицом глобальных целей углеродной нейтральности и проблем нехватки гибкости энергосистем, вызванных высокой долей интеграции возобновляемых источников, традиционная жесткая модель сталелитейного производства требует срочной трансформации в интеллектуальную гибкую.
Данное исследование возглавлено командой профессора Чэн Линя из Университета Цинхуа, в сотрудничестве с учеными из различных направлений, включая Департамент электротехники и прикладной электроники Университета Цинхуа и Инновационный институт энергетического интернета.
Основные члены команды: Цян Цзи, Лин Чэн, Юэ Чжоу, Нин Ци, Кайди Хуан, Цзяньчжун У, Мин Чэн — все они являются исследователями соответствующих факультетов Университета Цинхуа.
В их числе профессор Лин Чэн — профессор и научный руководитель докторантов Департамента электротехники и прикладной электроники Университета Цинхуа, долгое время занимается исследованиями в области планирования и надежности энергосистем, энергетического интернета, интеграции возобновляемых источников и обладает глубокими академическими знаниями и инженерным опытом в пересечении эффективного использования возобновляемой энергии и зеленой трансформации промышленности. Доктор Цян Цзи является первым автором статьи.
Архитектура системы: впервые создана модель связи нулевого сталелитейного завода с метанолом
Исследовательская группа впервые создала архитектуру системы связи нулевого сталелитейного завода с прямым восстановлением железа водородом и электродуговой печью, а также производством метанола (H₂-DRI-EAF-MeOH), явно охарактеризовав связи потоков энергии и материалов между электроэнергией, водородом, теплом, железом, сталью, CO2 и метанолом.
Для точного учета ограничений работы электродуговой печи при сохранении разрешимости оптимизации, команда разработала модель области эксплуатационной осуществимости, которая была верифицирована с использованием реальных данных с завода с чистым прямым восстановлением железа водородом, показав среднюю относительную погрешность всего 4,1%.
Основные показатели: мощность регулировки 275,4 МВт, снижение эксплуатационных расходов на 17,78%
Пример исследования показывает, что в сценарии с ценами на электроэнергию в реальном времени система нулевого сталелитейного завода достигла средней мощности реагирования на спрос в 275,4 МВт, повысив степень соответствия возобновляемых источников и нагрузки с 0,262 до 0,508, а общие эксплуатационные расходы снизились на 17,78% по сравнению с базовым планом управления.
Соответствующее исследование было опубликовано в международном авторитетном журнале в области энергетики «Applied Energy» (выпуск 4 за 2026 год) и выбрано в качестве одной из ярких работ этого номера.
Промышленная ценность: сталелитейная отрасль от «жесткой нагрузки» к «гибкому регулятору электросети»
Этот технологический прорыв означает: нулевые сталелитейные заводы больше не являются пассивными потребителями энергосистемы, а активным гибким ресурсом регулирования. Благодаря синергетической связи водородного сталеварения и производства метанола, завод может использовать избыточную электроэнергию от возобновляемых источников для производства зеленого водорода и метанола, а при нехватке электроэнергии в сети снижать потребление, предоставляя ценные гибкость для энергосистем с высокой долей возобновляемых источников. Это исследование закладывает теоретическую основу для межотраслевой координации «возобновляемые источники-сталь-химия».
Данное исследование получило финансовую поддержку от Фонда Симонса и других организаций.