A siderurgia verde baseada em hidrogênio não significa apenas baixas emissões de carbono, mas pode se tornar uma "unidade de armazenamento de energia flexível" para sistemas de energia elétrica com alta proporção de fontes renováveis no futuro. A equipe liderada pelo Professor Cheng Lin, da Universidade Tsinghua, estabeleceu pela primeira vez a arquitetura de sistema acoplado de uma usina siderúrgica de carbono zero baseada em redução direta de ferro com hidrogênio e forno elétrico a arco, combinada com produção de metanol, e desenvolveu um modelo de despacho de resposta à demanda ciente do processo, fornecendo uma base teórica para a coordenação intersetorial "siderurgia-eletricidade-indústria química".
Diante do desafio da neutralidade global de carbono e da escassez de flexibilidade nos sistemas de energia causada pela alta proporção de integração de energias renováveis, o modelo tradicional de produção siderúrgica rígida precisa urgentemente de uma transformação para uma flexibilidade inteligente.
Esta pesquisa foi liderada pela equipe do Professor Cheng Lin, da Universidade Tsinghua, em colaboração com estudiosos de várias áreas de pesquisa, incluindo o Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica Aplicada e o Instituto de Inovação em Redes de Energia da universidade.
Membros principais da equipe: Qiang Ji, Lin Cheng, Yue Zhou, Ning Qi, Kaidi Huang, Jianzhong Wu, Ming Cheng, todos pesquisadores de departamentos relacionados da Universidade Tsinghua.
Entre eles, o Professor Lin Cheng é professor e orientador de doutorado no Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica Aplicada da Universidade Tsinghua, com长期的 experiência em planejamento e confiabilidade de sistemas de energia, redes de energia e integração de novas energias na rede, possuindo sólida acumulação acadêmica e experiência prática na interseção entre uso eficiente de energias renováveis e transformação industrial verde. O Dr. Qiang Ji é o primeiro autor deste artigo.
Arquitetura do sistema: Primeiro modelo acoplado de usina siderúrgica de carbono zero e metanol
A equipe de pesquisa estabeleceu pela primeira vez a arquitetura de sistema H₂-DRI-EAF-MeOH (hidrogênio-redução direta de ferro-forno elétrico a arco-metanol), caracterizando claramente as relações de acoplamento de energia e fluxo de materiais entre eletricidade, hidrogênio, calor, ferro, aço, CO₂ e metanol.
Para capturar precisamente as restrições operacionais do forno elétrico a arco, mantendo a solucionabilidade da otimização, a equipe desenvolveu um modelo de região viável operacional e o validou com dados de campo de uma planta de redução direta de ferro com hidrogênio puro e forno elétrico a arco, com um erro relativo médio de apenas 4,1%.
Desempenho central: Capacidade de regulação de pico de 275,4 MW, redução de 17,78% nos custos operacionais
Os estudos de caso mostram que, em cenários de tarifas em tempo real, o sistema da usina siderúrgica de carbono zero alcançou uma capacidade média de resposta à demanda de 275,4 MW, melhorando o índice de correspondência entre renováveis e carga de 0,262 para 0,508, e reduzindo os custos operacionais totais em 17,78% em comparação com o plano de despacho de referência.
A pesquisa foi publicada na renomada revista internacional de energia Applied Energy (edição nº 4 de 2026), sendo selecionada como um dos destaques da edição.
Valor industrial: A indústria siderúrgica, de "carga rígida" a "regulador flexível da rede"
Este avanço tecnológico significa que as usinas siderúrgicas de carbono zero deixam de ser consumidores passivos do sistema elétrico e se tornam recursos de regulação ativos e flexíveis. Por meio do acoplamento sinérgico entre siderurgia baseada em hidrogênio e produção de metanol, a usina pode usar o excesso de eletricidade de energias renováveis para produzir hidrogênio verde e metanol, e reduzir o consumo de eletricidade quando a rede está com déficit, fornecendo flexibilidade valiosa para sistemas elétricos com alta proporção de renováveis. Este estudo fornece uma base teórica para a coordenação intersetorial "energias renováveis-siderurgia-indústria química".
Esta pesquisa recebeu apoio financeiro da Simons Foundation e outras instituições.