H2-DRI-EAF 技术：绿色钢铁生产的未来之路，可再生能源与零排放电力的关键作用

使用低排放H2-DRI-EAF技术生产绿色钢铁需要大量的绿色氢气和持续的零排放电力。H2-DRI-EAF 涉及使用氢气生产直接还原铁，然后在电弧炉中使用钢。未来，拥有丰富可再生能源资源的地区将能够生产廉价的绿色氢气，但这些地区将需要在专用太阳能和风力发电装置方面进行大量投资。

在短期内，对不间断零排放电力的需求正在吸引钢铁生产商前往已经可以使用低排放电网电力的地区，包括挪威、巴西、瑞典北部和加拿大魁北克省。北欧国家在使用可再生能源方面处于领先地位，是碳密集度最低的发电国家之一。挪威等国家或瑞典北部等地区的大部分电力来自水力发电资源，因此具有明显的优势——能够提供连续、不间断的低排放电力。这种稳定的能源供应可以有效满足钢厂全天候的电力需求和生产绿色氢气所需的电解过程。

H2 Green Steel （H2GS） 正在瑞典北部的博登建造其第一家工厂，在那里可以从电网获得廉价、可靠的清洁能源，这意味着它可以通过与可再生电力供应商签订的购电协议 （PPA） 来获取电力。通过消除对可再生能源基础设施投资的需要和过大的电解规模，这种设置可以节省大量的资本支出成本。

2022 年 6 月，H2GS 与挪威国家电力公司 （Statkraft） 签署了一份为期七年的供应合同，每年供应 2 太瓦时 （TWh） 的无化石燃料电力，该合同将于 2026 年生效。挪威国家电力公司是支持该行业转型的先驱之一，将为H2GS提供电解槽所需能源的近30%。该协议包括对Statkaff位于瑞典北部的水力发电厂的电力来源保证。

H2GS 和 Fortum 建立了合作伙伴关系，以提供无碳电力。这包括从2026年开始的5年期的1.3 MWh基于指数的购电协议和从2027年开始的9年期的1 MWh固定价格购电协议。

Blastr Green Steel是北欧的另一项绿色钢铁倡议。2023 年 10 月，它与电力供应商 SFE 签署了一份意向书，为其计划在挪威建造的颗粒厂提供电力。清洁电力将以水力发电和风力发电为基础。

多年来，选址模式一直专注于最小化与最终用户或原材料来源的距离，但现在，与可再生能源的接近正在形成钢铁行业的新模式。

H2GS正在探索在水力发电丰富的魁北克省建造一座新的绿色钢铁厂的计划。魁北克省的电网94%为水力发电，5%为风力发电。H2GS正在就为其潜在的魁北克绿色铁矿石项目分配水电进行谈判。虽然该项目所需的700兆瓦电力容量仅占该省46GW总发电容量的1.5%，但冬季的高峰需求是一个瓶颈，可能需要一些燃气发电。H2GS执行副总裁Kajsa Ryttberg-Wallgren强调：“没有绿色电力，就没有项目”。

在寻找更多地区的过程中，该公司还与淡水河谷签署了一项协议，以调查巴西和北美绿色铁矿石价值链中的机会，重点关注获得绿色电力的地区。

虽然在已经存在水电站的地方建设新的绿色钢铁厂或绿色钢铁厂具有优势，但这并不是绿色钢铁转型的最终解决方案。靠近铁矿石储量的水电资源有限，需要更多的太阳能和风能可再生能源开发，为绿色钢铁转型提供能源。

通过H2-DRI-EAF生产一吨钢需要近3.6MWh的电力。为了使用容量因子为 20% 的太阳能光伏 （PV） 电厂生产与 H2GS 相同规模的绿色钢铁，无论电解槽位于何处，电解槽的尺寸都应大 3.5 倍，并且不依赖电池进行储氢，而这种增长必须得到 5 倍大的太阳能发电厂的支持。在这种配置中，氢气储存和电池对于确保无缝运行至关重要。这不可避免地需要增加资本支出。

西澳大利亚矿产研究所（MRIWA）的研究表明，扩大发电设施（包括50/50太阳能和风能加电池）以增加100万吨/年的粗钢产能将需要56亿澳元（近36亿美元），这超过了球团、直接还原铁厂、电弧炉甚至电解槽生产氢气所需的累计投资。

即将到来的绿色钢铁浪潮可以战略性地选择在可以以非常低的成本获得可再生能源的地区。每个绿色钢铁项目都可以配置量身定制的配置，以最大限度地减少对可再生能源和氢气生产基础设施的投资，同时最大限度地利用现有产能。

在COP28全球气候峰会上，116个国家批准了《全球可再生能源和能源效率承诺》，承诺到2030年将可再生能源发电能力增加两倍。如果这一承诺得以实现，它有可能为生产用于绿色炼钢的绿色氢气铺平道路。

中东和北非（MENA）地区的国家可以越来越多地使用太阳能和风能等具有成本效益的能源，向绿色钢铁生产过渡。

目前，澳大利亚的一些地区，如南澳大利亚州和塔斯马尼亚州，也有能力通过可再生能源满足大部分能源需求。

澳大利亚南部制定了一个雄心勃勃的目标，即到 2030 年实现 100% 的净可再生能源。2022年，该州对可再生能源的依赖程度接近70%。该州可能会提前几年达到100%的目标，10月份可再生能源的平均供应量将保持在99.8%，10月份有7天。然而，由于市场需求较低，目前在太阳能发电量最高的白天，一些发电量正在被削减，这提供了一个机会。

该州的策略之一是利用这些能源生产氢气，然后在需要时使用它来发电。虽然使用氢气发电会产生更高的能量损失，往返效率接近 30%，但由于氢电解槽靠近 Wyala 炼钢厂，氢气在炼铁过程中的使用效率高于发电效率，该炼钢厂目前正在从耗煤高炉过渡到 DRI-EAF 途径。

此外，由于成本下降，电池有能力解决任何供应缺口，并确保从可再生能源向最终用户持续供应绿色能源。必和必拓（BHP Billiton）与Neoen签署了一项购电协议，以保证向奥林匹克大坝矿山全天候供应电池供电的70兆瓦风电场电力。国有公用事业公司Synergy已获准在西澳大利亚州建造澳大利亚最大的电池，可使用高达500兆瓦的存储设备，可使用四小时（2,000兆瓦时）。

塔斯马尼亚州拥有全国最可靠的可再生电力供应，是钢铁转型的另一个有希望的候选者。该州主要依靠可调度的水力发电，来年不会出现任何可靠性差距。该州是 Savage River 磁铁矿和 Port Lata 的 220 万吨球团厂的所在地，两者均由 Grange Resources 运营。通过采用与H2GS相同的策略，塔斯马尼亚有望成为澳大利亚绿色铁矿石生产的先驱。

生产绿色钢铁是一个能源密集型过程，这给钢铁制造商带来了挑战，他们正在努力采用H2-DRI-EAF等低排放技术。预计在电网已经由清洁电力生产主导的地区，将开始向使用绿色氢气的真正绿色钢铁的转变。这将为这些钢铁制造商在绿色钢铁方面树立一个高标准，其他国家和地区将需要与之竞争。

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