欧洲钢铁工业应对能源危机的关键路径

　　目前，欧洲地区陷入了能源危机，这场危机是由一系列因素所引发的，主要表现为燃料和电力价格上涨。

　　2020-2021年间，北半球迎来了异常严寒的冬季。最终使得欧洲地区对天然气的需求暴增，而同时美国的天然气出口下降。与此同时，拉丁美洲的干旱使得水电站的发电量骤减，更加剧了本土天然气的消耗，由此减少了拉美地区的燃料出口。此外，受俄乌冲突影响，俄罗斯供应的燃料大幅减少，这进一步导致供需失衡达到了前所未有的程度，因为俄罗斯供应量占到了欧盟和英国天然气消耗量的近30%，石油消耗量的近20%。在此情形之下，各行各业都受到了一定冲击。在2021年新冠肺炎疫情防控解禁后，欧洲地区钢铁产量略有复苏，但2022年再次出现减产。

　　根据欧洲钢铁协会的相关数据，欧洲基础工业受到了欧盟以外国家的竞争，而这些国家的基础工业并未受到燃料和电力价格不稳定的影响，且在气候变化措施方面的目标也不一样。在此背景之下，由于产量缩减，这场危机正直接导致大量钢厂关停和大规模裁员。

　　为了积极应对危机，作为高能耗行业，钢铁工业必须改变现有面貌。在生产相同数量、相同质量产品的同时，钢铁企业应该转而减少资源的消耗，产生更低的排放。

　　短期观点和长期观点

　　只能通过立即的、多学科的努力来解决能源危机问题，其中包括各种短期、中期和长期措施。作为一项短期措施，在原料使用和供应方面，应该提升灵活性，此举有利于行业暂时规避天然气短缺和原材料价格波动。不过，从长远来看，这可能会损害整个行业的根本利益。如果使用天然气以外的替代燃料，尽管原料结构的改变有助于稳定传统原料价格的波动，但可能会降低加工效率和质量。与下游钢铁消费行业重新谈判，规定价格浮动而不是固定价格，有助于暂时提高利润率。

　　长期措施包括将能源结构转为更多的可再生能源，增加非集中化的能源发电量，这些行动必须得到政治和经济领域的支持。具体来说，需要采用能源储存系统，以便在需要时由可再生能源供应能源。另一个关键问题是生产方法的彻底改变，例如，使用氢气等清洁燃料生产绿色钢材。

　　据能源咨询公司伍德麦肯兹预测，到2050年之前，生产绿色钢铁将需要5200万吨绿氢，2000吉瓦的可再生能源(占当前能源需求的67%)，47000万吨CCUS(碳捕集利用和封存)，相当于目前高品位铁矿石数量的5.5倍，废钢数量的两倍。为了实现2050年的净零目标，这意味着整个价值链上会产生1.4万亿美元的投资机会。由于全球氢气在工业规模上的可获得性受到限制，预计到21世纪30年代中期之后才会达成显著的产量数据。因此，必须采取更多切实措施来实现全球净零目标。

　　数字化是提高能源效率的关键

　　通常而言，提高生产过程的能源效率是一项庞大而繁琐的任务，会导致成本增加和设备更换。在现实中，通过相对较低的时间和金钱投资，可以显著提升工厂或生产过程的能源效率。举例来说，综合工厂炼钢工序的尾气处理，这类副产气体在钢铁生产过程中可以用作燃料。不过，这种气体在整个过程中的处理并不简单，还会涉及到多个决策和变量，正因为如此，尽管这项任务具有巨大的优化潜力，但同时在可预测性、间歇性可用性上还有一定不足，而且还存在各种技术限制。通过采取积极有效的举措，如最大限度地减少烟囱中的燃烧，减少天然气消耗，就可以最大限度地提升内部能源效率。

　　作为一种立竿见影的行动，数字化有助于提升能源效率，同时加快所有其他措施的实施。数字化可以在短期、中期和长期产生积极结果。麦肯锡公司提供的数据显示，全球冶金行业80%以上的企业都把数字化作为第一要务，借助人工智能，数字化的技术手段可以将数据转化为知识，并沿着整个价值链指导决策实施。

　　软件解决方案为降低能源成本铺平了道路

　　目标可能是明确的，但实现目标的道路是曲折复杂的。数字化，尤其是软件解决方案将会在这种背景下发挥至关重要的作用，但它们会在哪里发挥作用，起点又是什么?

　　众所周知，钢铁工业会产生大的气体副产品，如焦炉煤气(COG)、高炉煤气(BFG)和转炉煤气(BOFG)，这些副产品含有大量化学能和热能。如果这些气体副产品被燃烧发电，潜在的发电量通常高于工厂消耗的能量，如果将其用作工厂内部工艺的燃料，则可以大大减少甚至消除外部燃料的采购。在这种天然气供应和价格不稳定的时期，这无疑是一个颇有前景的理念，提供了更广泛的可能性。整个工艺流程可以进行优化，从而实现更高的能源效率水平。

　　然而，尽管前景看似光明，实现这些目标却并不是一项容易的任务，这样的改进机会伴随着巨大的困难，这个问题特别复杂，因其涉及来自不同领域的大量数据和变量，这些数据和变量虽然相互依存，但并未完全整合。举例来说，当使用炼钢尾气作为工艺燃料时，由于燃气机容量有限，可能很难使气体生产和消耗之间的时间同步。基于这一点以及许多其他因素和限制，目前这类气体副产品只能燃烧殆尽，还得额外采购天然气和其他燃料来满足生产需求。

　　在处理如此大量的目标、变量、限制和不确定性时，如果没有人工智能工具，很难找到可行的最佳解决方案。当前正处于工业数字化时代，软件在其中扮演着至关重要的角色。为了真正实现更高效、更经济和更可持续的工艺，钢铁企业应该立即采取实际行动。

　　借助数字解决方案有助于显著提升整个过程链的能源效率。这一综合解决方案可以涵盖多个领域，包括能源、资源和可持续发展管理。在优化生产系统的能源绩效的同时，减少了与能源相关的成本、原材料消耗，甚至碳、温室气体和废物排放。

　　这些最先进的软件解决方案直接有助于高效提升运营效率、优化规划和集成管理，提供快速、具体的结果，并执行持续的改进周期。

　　能源效率的提升使企业更加环保，更具竞争力，故而节能项目投资已成为大公司的首要任务，而且数字化以及选择合适的软件解决方案的重要性不言而喻。

　　提高能源效率的五大步骤

　　1)整合来自工厂许多不同区域的信息。这不仅意味着一个集中的信息来源，而且意味着整合和集中各种关键绩效指标的管理，确保公司来自不同领域和组织层面的目标保持基本一致。

　　2)全面采集生产数据，部署预测、模拟和优化气体流动模型，以期实现钢铁副产气体和其他燃料的最佳利用。

　　3)分析过程的可变性，找出每个运行状态的最佳集合，最终达到最佳条件。

　　4)精准识别配电网的泄漏和仪表故障，并尝试预测能源和资源供需之间的不匹配。

　　5)随时跟踪每个工艺步骤的所有气体和细微颗粒物排放，直至最终产品。

　　文章来源：世界金属导报