Grüne wasserstoffbasierte Stahlherstellung bedeutet nicht nur geringe Kohlenstoffemissionen, sondern könnte sich auch zu einer „flexiblen Speichereinheit“ für zukünftige Stromsysteme mit hohem Anteil erneuerbarer Energien entwickeln. Das von Professor Lin Cheng von der Tsinghua-Universität geleitete Forschungsteam etablierte erstmals ein gekoppeltes Systemarchitektur für ein wasserstoffbasiertes Direktreduktions-Elektrolichtbogenofen-Nullemissions-Stahlwerk und Methanolproduktion und entwickelte ein prozesssensitives Nachfragereaktions-Planungsmodell, das eine theoretische Grundlage für die branchenübergreifende Zusammenarbeit von „Stahl-Strom-Chemie“ bietet.
Angesichts der globalen Kohlenstoffneutralitätsziele und der Herausforderungen der durch den hohen Anteil erneuerbarer Energien im Netz verursachten Flexibilitätsknappheit im Stromsystem muss das traditionelle starre Stahlproduktionsmodell hin zu einer intelligenten, flexiblen Transformation umgestaltet werden.
Diese Forschungsarbeit wurde von dem Team um Professor Lin Cheng von der Tsinghua-Universität geleitet, in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Fakultät für Elektrotechnik und angewandte Elektronik der Tsinghua-Universität, dem Innovationsforschungsinstitut für Energieinternet und weiteren Forschungseinrichtungen.
Kernmitglieder des Teams: Qiang Ji, Lin Cheng, Yue Zhou, Ning Qi, Kaidi Huang, Jianzhong Wu und Ming Cheng, alle Wissenschaftler der relevanten Institute der Tsinghua-Universität.
Professor Lin Cheng ist Professor und Doktorvater an der Fakultät für Elektrotechnik und angewandte Elektronik der Tsinghua-Universität und forscht seit langem in den Bereichen Stromnetzplanung und -zuverlässigkeit, Energieinternet sowie Integration und Nutzung erneuerbarer Energien. Er verfügt über umfangreiche akademische Erfahrung und Ingenieurskenntnisse an der Schnittstelle zwischen effizienter Nutzung erneuerbarer Energien und industrieller grüner Transformation. Dr. Qiang Ji ist der Erstautor der Arbeit.
Systemarchitektur: Erstmalige Etablierung eines Nullemissions-Stahlwerk-Methanol-Kopplungsmodells
Das Forschungsteam etablierte erstmals eine Systemarchitektur für ein wasserstoffbasiertes Direktreduktions-Elektrolichtbogenofen-Nullemissions-Stahlwerk mit Methanolproduktion (H₂-DRI-EAF-MeOH), die die Energie- und Stoffstromkopplungen zwischen Strom, Wasserstoff, Wärme, Eisen, Stahl, Kohlendioxid und Methanol klar abbildet.
Um die Betriebsbeschränkungen des Elektrolichtbogenofens präzise zu erfassen und gleichzeitig die optimale Lösbarkeit zu gewährleisten, entwickelte das Team ein Modell des zulässigen Betriebsbereichs und validierte es mit Felddaten einer reinen Wasserstoff-Direktreduktions-Elektrolichtbogenofen-Anlage, wobei der durchschnittliche relative Fehler nur 4,1 % betrug.
Kernleistung: 275,4 MW Regelleistung, Betriebskostensenkung um 17,78 %
Fallstudien zeigen, dass das Nullemissions-Stahlwerkssystem im Echtzeit-Strompreisszenario eine durchschnittliche Nachfragereaktionskapazität von 275,4 MW erreichte, die Übereinstimmung von erneuerbaren Energien und Last von 0,262 auf 0,508 verbesserte und die Gesamtbetriebskosten im Vergleich zum Basisplan um 17,78 % senkte.
Die entsprechende Forschung wurde in der international renommierten Fachzeitschrift für den Energiebereich Applied Energy (Ausgabe 4, 2026) veröffentlicht und als eines der Highlights dieser Ausgabe ausgewählt.
Industrieller Wert: Stahlindustrie von der „starren Last" zum „flexiblen Netzregler“
Dieser technologische Durchbruch bedeutet: Nullemissions-Stahlwerke sind keine passiven Verbraucher des Stromsystems mehr, sondern aktive, flexible Regulierungsressourcen. Durch die synergetische Kopplung von wasserstoffbasierter Stahlherstellung und Methanolproduktion kann das Stahlwerk überschüssigen Strom aus erneuerbaren Quellen zur Herstellung von grünem Wasserstoff und Methanol nutzen und bei Netzengpässen den Stromverbrauch senken, wodurch wertvolle Flexibilität für Stromnetze mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien bereitgestellt wird. Diese Studie bietet eine theoretische Grundlage für die branchenübergreifende Zusammenarbeit von „erneuerbaren Energien - Stahl - Chemie“.
Die Forschungsarbeit wurde finanziell von der Simons Foundation und anderen Institutionen unterstützt.