لا يقتصر إنتاج الصلب الأخضر القائم على الهيدروجين على انبعاثات كربونية منخفضة فحسب، بل قد يصبح أيضًا "وحدة تخزين طاقة مرنة" لنظام الكهرباء المستقبلي الذي يعتمد على نسبة عالية من الطاقة المتجددة. قام فريق البروفيسور تشنغ لين من جامعة تسينغهوا بتأسيس أول هيكل نظام يدمج مصنع الصلب الصفري الكربون الذي يعمل بالاختزال المباشر للحديد بالهيدروجين والأفران الكهربائية مع إنتاج الميثانول، كما طور نموذجًا لجدولة استجابة الطلب مدركًا للعملية، مما يوفر أساسًا نظريًا للتنسيق عبر الصناعات بين "الصلب والكهرباء والكيماويات".
في مواجهة تحدي نقص المرونة في نظام الكهرباء الناتج عن أهداف الحياد الكربوني العالمي والنسبة العالية من الطاقة المتجددة المتصلة بالشبكة، تحتاج أنماط إنتاج الصلب التقليدية الصلبة إلى التحول نحو المرونة الذكية.
قاد هذا البحث فريق البروفيسور تشنغ لين من جامعة تسينغهوا، بالتعاون مع باحثين من قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية التطبيقية ومعهد أبحاث ابتكار الإنترنت للطاقة في جامعة تسينغهوا، وغيرها من التخصصات البحثية.
الأعضاء الأساسيون للفريق: تشيانغ جي (Qiang Ji)، وتشنغ لين (Lin Cheng)، ويويه تشو (Yue Zhou)، ونينغ تشي (Ning Qi)، وكايدي هوانغ (Kaidi Huang)، وجيانزونغ وو (Jianzhong Wu)، ومينغ تشنغ (Ming Cheng)، وجميعهم باحثون من الأقسام ذات الصلة في جامعة تسينغهوا.
من بينهم، البروفيسور تشنغ لين هو أستاذ ومشرف دكتوراه في قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية التطبيقية بجامعة تسينغهوا، ويعمل منذ فترة طويلة في مجالات تخطيط وموثوقية أنظمة الكهرباء، وإنترنت الطاقة، واستيعاب الطاقة المتجددة المتصلة بالشبكة، ويمتلك خبرة أكاديمية وهندسية عميقة في المجالات المتداخلة للاستخدام الفعال للطاقة المتجددة والتحول الأخضر الصناعي. الدكتور تشيانغ جي هو المؤلف الأول لهذه الورقة البحثية.
الهيكل النظامي: أول نموذج ربط بين مصنع الصلب الصفري الكربون والميثانول
أسس فريق البحث لأول مرة الهيكل النظامي لدمج مصنع الصلب الصفري الكربون الذي يعمل بالاختزال المباشر للحديد بالهيدروجين والأفران الكهربائية مع إنتاج الميثانول (H₂-DRI-EAF-MeOH)، موضحًا علاقات الاقتران بين تدفقات الطاقة والمواد: الكهرباء، والهيدروجين، والحرارة، والحديد، والصلب، وثاني أكسيد الكربون، والميثانول.
للتقيد الدقيق بقيود تشغيل الأفران الكهربائية مع الحفاظ على قابلية حل مشكلة التحسين، طور الفريق نموذجًا لمنطقة الجدوى التشغيلية، وتم التحقق منه باستخدام بيانات موقعية من مصنع يعمل بالاختزال المباشر للحديد بالهيدروجين النقي والأفران الكهربائية، بمتوسط خطأ نسبي قدره 4.1% فقط.
الأداء الأساسي: قدرة موازنة أحمال تبلغ 275.4 ميغاواط، وانخفاض تكاليف التشغيل بنسبة 17.78%
أظهرت حالة الدراسة أنه في سيناريو أسعار الكهرباء اللحظية، حقق نظام مصنع الصلب الصفري الكربون هذا سعة استجابة للطلب تبلغ في المتوسط 275.4 ميغاواط، مما رفع درجة مطابقة الطاقة المتجددة للحمل من 0.262 إلى 0.508، وقلل إجمالي تكاليف التشغيل بنسبة 17.78% مقارنة بخطة الجدولة الأساسية.
نُشر البحث في المجلة الدولية المرموقة في مجال الطاقة "Applied Energy" (العدد الرابع لعام 2026)، وتم اختيار الورقة كأحد النتائج البارزة في هذا العدد.
القيمة الصناعية: صناعة الصلب من "حمل صلب" إلى "منظم شبكة كهرباء مرن"
يعني هذا الاختراق التقني أن مصنع الصلب الصفري الكربون لم يعد مستهلكًا سلبيًا لنظام الكهرباء، بل أصبح موردًا نشطًا للتعديل المرن. من خلال التكامل التعاوني بين إنتاج الصلب بالهيدروجين وإنتاج الميثانول، يمكن للمصنع استخدام فائض الكهرباء من الطاقة المتجددة لإنتاج الهيدروجين الأخضر والميثانول، وعند نقص الكهرباء في الشبكة، يمكنه تقليل استهلاكه الكهربائي، مما يوفر مرونة ثمينة لنظام الكهرباء ذي النسبة العالية من الطاقة المتجددة. يوفر هذا البحث أساسًا نظريًا للتنسيق عبر الصناعات بين "الطاقة المتجددة والصلب والكيماويات".
حصل هذا البحث على دعم مالي من مؤسسة سيمونز وغيرها من المؤسسات.