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歐洲鋼鐵工業應對能源危機的關鍵路徑

世界金屬導報發布時間:2023-10-08 11:37:43

  目前,歐洲地區陷入了能源危機,這場危機是由一系列因素所引發的,主要表現為燃料和電力價格上漲。

  2020-2021年間,北半球迎來了異常嚴寒的冬季。最終使得歐洲地區對天然氣的需求暴增,而同時美國的天然氣出口下降。與此同時,拉丁美洲的干旱使得水電站的發電量驟減,更加劇了本土天然氣的消耗,由此減少了拉美地區的燃料出口。此外,受俄烏沖突影響,俄羅斯供應的燃料大幅減少,這進一步導致供需失衡達到了前所未有的程度,因為俄羅斯供應量占到了歐盟和英國天然氣消耗量的近30%,石油消耗量的近20%。在此情形之下,各行各業都受到了一定沖擊。在2021年新冠肺炎疫情防控解禁后,歐洲地區鋼鐵產量略有復蘇,但2022年再次出現減產。

  根據歐洲鋼鐵協會的相關數據,歐洲基礎工業受到了歐盟以外國家的競爭,而這些國家的基礎工業并未受到燃料和電力價格不穩定的影響,且在氣候變化措施方面的目標也不一樣。在此背景之下,由于產量縮減,這場危機正直接導致大量鋼廠關停和大規模裁員。

  為了積極應對危機,作為高能耗行業,鋼鐵工業必須改變現有面貌。在生產相同數量、相同質量產品的同時,鋼鐵企業應該轉而減少資源的消耗,產生更低的排放。

  短期觀點和長期觀點

  只能通過立即的、多學科的努力來解決能源危機問題,其中包括各種短期、中期和長期措施。作為一項短期措施,在原料使用和供應方面,應該提升靈活性,此舉有利于行業暫時規避天然氣短缺和原材料價格波動。不過,從長遠來看,這可能會損害整個行業的根本利益。如果使用天然氣以外的替代燃料,盡管原料結構的改變有助于穩定傳統原料價格的波動,但可能會降低加工效率和質量。與下游鋼鐵消費行業重新談判,規定價格浮動而不是固定價格,有助于暫時提高利潤率。

  長期措施包括將能源結構轉為更多的可再生能源,增加非集中化的能源發電量,這些行動必須得到政治和經濟領域的支持。具體來說,需要采用能源儲存系統,以便在需要時由可再生能源供應能源。另一個關鍵問題是生產方法的徹底改變,例如,使用氫氣等清潔燃料生產綠色鋼材。

  據能源咨詢公司伍德麥肯茲預測,到2050年之前,生產綠色鋼鐵將需要5200萬噸綠氫,2000吉瓦的可再生能源(占當前能源需求的67%),47000萬噸CCUS(碳捕集利用和封存),相當于目前高品位鐵礦石數量的5.5倍,廢鋼數量的兩倍。為了實現2050年的凈零目標,這意味著整個價值鏈上會產生1.4萬億美元的投資機會。由于全球氫氣在工業規模上的可獲得性受到限制,預計到21世紀30年代中期之后才會達成顯著的產量數據。因此,必須采取更多切實措施來實現全球凈零目標。

  數字化是提高能源效率的關鍵

  通常而言,提高生產過程的能源效率是一項龐大而繁瑣的任務,會導致成本增加和設備更換。在現實中,通過相對較低的時間和金錢投資,可以顯著提升工廠或生產過程的能源效率。舉例來說,綜合工廠煉鋼工序的尾氣處理,這類副產氣體在鋼鐵生產過程中可以用作燃料。不過,這種氣體在整個過程中的處理并不簡單,還會涉及到多個決策和變量,正因為如此,盡管這項任務具有巨大的優化潛力,但同時在可預測性、間歇性可用性上還有一定不足,而且還存在各種技術限制。通過采取積極有效的舉措,如最大限度地減少煙囪中的燃燒,減少天然氣消耗,就可以最大限度地提升內部能源效率。

  作為一種立竿見影的行動,數字化有助于提升能源效率,同時加快所有其他措施的實施。數字化可以在短期、中期和長期產生積極結果。麥肯錫公司提供的數據顯示,全球冶金行業80%以上的企業都把數字化作為第一要務,借助人工智能,數字化的技術手段可以將數據轉化為知識,并沿著整個價值鏈指導決策實施。

  軟件解決方案為降低能源成本鋪平了道路

  目標可能是明確的,但實現目標的道路是曲折復雜的。數字化,尤其是軟件解決方案將會在這種背景下發揮至關重要的作用,但它們會在哪里發揮作用,起點又是什么?

  眾所周知,鋼鐵工業會產生大的氣體副產品,如焦爐煤氣(COG)、高爐煤氣(BFG)和轉爐煤氣(BOFG),這些副產品含有大量化學能和熱能。如果這些氣體副產品被燃燒發電,潛在的發電量通常高于工廠消耗的能量,如果將其用作工廠內部工藝的燃料,則可以大大減少甚至消除外部燃料的采購。在這種天然氣供應和價格不穩定的時期,這無疑是一個頗有前景的理念,提供了更廣泛的可能性。整個工藝流程可以進行優化,從而實現更高的能源效率水平。

  然而,盡管前景看似光明,實現這些目標卻并不是一項容易的任務,這樣的改進機會伴隨著巨大的困難,這個問題特別復雜,因其涉及來自不同領域的大量數據和變量,這些數據和變量雖然相互依存,但并未完全整合。舉例來說,當使用煉鋼尾氣作為工藝燃料時,由于燃氣機容量有限,可能很難使氣體生產和消耗之間的時間同步?;谶@一點以及許多其他因素和限制,目前這類氣體副產品只能燃燒殆盡,還得額外采購天然氣和其他燃料來滿足生產需求。

  在處理如此大量的目標、變量、限制和不確定性時,如果沒有人工智能工具,很難找到可行的最佳解決方案。當前正處于工業數字化時代,軟件在其中扮演著至關重要的角色。為了真正實現更高效、更經濟和更可持續的工藝,鋼鐵企業應該立即采取實際行動。

  借助數字解決方案有助于顯著提升整個過程鏈的能源效率。這一綜合解決方案可以涵蓋多個領域,包括能源、資源和可持續發展管理。在優化生產系統的能源績效的同時,減少了與能源相關的成本、原材料消耗,甚至碳、溫室氣體和廢物排放。

  這些最先進的軟件解決方案直接有助于高效提升運營效率、優化規劃和集成管理,提供快速、具體的結果,并執行持續的改進周期。

  能源效率的提升使企業更加環保,更具競爭力,故而節能項目投資已成為大公司的首要任務,而且數字化以及選擇合適的軟件解決方案的重要性不言而喻。

  提高能源效率的五大步驟

  1)整合來自工廠許多不同區域的信息。這不僅意味著一個集中的信息來源,而且意味著整合和集中各種關鍵績效指標的管理,確保公司來自不同領域和組織層面的目標保持基本一致。

  2)全面采集生產數據,部署預測、模擬和優化氣體流動模型,以期實現鋼鐵副產氣體和其他燃料的最佳利用。

  3)分析過程的可變性,找出每個運行狀態的最佳集合,最終達到最佳條件。

  4)精準識別配電網的泄漏和儀表故障,并嘗試預測能源和資源供需之間的不匹配。

  5)隨時跟蹤每個工藝步驟的所有氣體和細微顆粒物排放,直至最終產品。

  文章來源:世界金屬導報


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