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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，讓鋼鐵行業成為重工業中碳排放強度最高的領域之一。從全球來看，鋼鐵行業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、靈活性和可持續性提供了清晰的改進路徑。施耐德電氣正與全球鋼鐵企業合作，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、建筑等行業的發展周期與創新速度不斷加快，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%。

與持續燃燒煤炭的傳統高爐不同，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經濟路徑

然而，擴大電弧爐生產規模也面臨新挑戰，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

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、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，正探索大規模氫基煉鋼的可行性。我們協助客戶應對前所未有的規模、復雜性和電力需求，每個廠區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電量）。設計、供應、協調并優化如此規模的電力系統，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同，正是施耐德電氣過去四五年的核心關注點。

優化現有設施：漸進式轉型路徑

并非所有鋼鐵企業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。許多企業正采取漸進策略：通過優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）。這些創新技術能降低峰值用電需求、穩定電流負荷，使電弧爐擴產更易實現，且不影響廠區及周邊電網的穩定性。

作為鋼鐵企業的長期合作伙伴，我們支持這一設計理念，通過將電力與流程控制整合到統一架構中，實現對電爐煉鋼復雜動態的實時響應。憑借深厚的行業經驗、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，幫助鋼鐵企業協調能源戰略、工廠設計與市場現實。我們深入廠區實地考察，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來說，轉型路徑通常包括以下步驟：

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

?         設計爐系統架構：考量產能規模、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，需協調好兩者的產能匹配與電力需求。

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

?         構建市場策略：規劃如何在可持續性導向的市場中，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，以及展示可持續發展成效的壓力時。若缺乏前兩步的精準把控，企業可能在資本投入中產生潛在的“遺憾成本”。

征程已啟：鋼鐵行業的未來正在重塑

領先的鋼鐵企業已開始重塑運營模式，以響應汽車制造商、建筑企業和政策制定者對低碳材料的需求。與此同時，更多企業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，為后續重大變革奠定了堅實基礎。鋼鐵行業的綠色未來，正在這場變革中逐步成形。