La sidérurgie à base d'hydrogène vert ne signifie pas seulement de faibles émissions de carbone, elle pourrait également devenir une « unité de stockage d'énergie flexible » pour les futurs systèmes électriques à forte proportion d'énergies renouvelables. L'équipe du professeur Cheng Lin de l'Université Tsinghua a, pour la première fois, établi un système couplé entre une aciérie zéro carbone utilisant le procédé de réduction directe du fer par l'hydrogène et le four à arc électrique, et la production de méthanol. Elle a également développé un modèle de gestion de la demande sensible aux processus, offrant une base théorique pour la collaboration intersectorielle « acier-électricité-chimie ».

Face aux défis de la neutralité carbone mondiale et du manque de flexibilité des systèmes électriques dû à l'intégration à grande échelle des énergies renouvelables, le modèle traditionnel de production sidérurgique rigide doit évoluer vers une transformation intelligente et flexible.

Cette recherche a été dirigée par l'équipe du professeur Cheng Lin de l'Université Tsinghua, en collaboration avec des chercheurs de plusieurs directions, notamment du Département de génie électrique et d'électronique de puissance et de l'Institut de recherche sur l'innovation des réseaux énergétiques de l'Université Tsinghua.

Membres clés de l'équipe : Qiang Ji, Lin Cheng, Yue Zhou, Ning Qi, Kaidi Huang, Jianzhong Wu, Ming Cheng, tous chercheurs des départements et instituts concernés de l'Université Tsinghua.

Parmi eux, le professeur Lin Cheng est professeur et directeur de thèse au Département de génie électrique et d'électronique de puissance de l'Université Tsinghua. Il travaille depuis longtemps dans les domaines de la planification et de la fiabilité des systèmes électriques, des réseaux énergétiques Internet, et de l'intégration et de la consommation des énergies renouvelables. Il possède une solide expérience académique et technique à l'interface de l'utilisation efficace des énergies renouvelables et de la transformation verte de l'industrie. Le Dr Qiang Ji est le premier auteur de cet article.

Architecture du système : premier modèle de couplage aciérie zéro carbone-méthanol

L'équipe de recherche a, pour la première fois, établi l'architecture du système H₂-DRI-EAF-MeOH (réduction directe du fer par l'hydrogène-four à arc électrique-méthanol) pour une aciérie zéro carbone, caractérisant clairement les relations de couplage des flux d'énergie et de matière entre l'électricité, l'hydrogène, la chaleur, le fer, l'acier, le CO₂ et le méthanol.

Afin de capturer avec précision les contraintes de fonctionnement du four à arc électrique tout en maintenant la résolution optimale, l'équipe a développé un modèle de région de faisabilité opérationnelle. Ce modèle a été validé à l'aide de données de site d'une usine utilisant le procédé de réduction directe du fer par hydrogène pur et four à arc électrique, avec une erreur relative moyenne de seulement 4,1 %.

Performance clé : capacité de régulation de 275,4 MW, réduction des coûts d'exploitation de 17,78 %

L'étude de cas montre que, dans un scénario de prix de l'électricité en temps réel, ce système d'aciérie zéro carbone a atteint une capacité de réponse à la demande moyenne de 275,4 MW, améliorant l'adéquation entre les énergies renouvelables et la charge de 0,262 à 0,508, et réduisant le coût total d'exploitation de 17,78 % par rapport au schéma de planification de référence.

La recherche associée a été publiée dans la revue internationale de référence dans le domaine de l'énergie, Applied Energy (numéro 4, 2026), et a été sélectionnée comme l'un des résultats marquants de ce numéro.

Valeur industrielle : l'industrie sidérurgique, de « charge rigide » à « régulateur de réseau flexible »

Cette avancée technologique signifie que l'aciérie zéro carbone n'est plus un consommateur passif du réseau électrique, mais une ressource de régulation flexible active. Grâce au couplage synergique entre la sidérurgie à base d'hydrogène et la production de méthanol, l'aciérie peut utiliser l'électricité excédentaire des énergies renouvelables pour produire de l'hydrogène vert et du méthanol, puis réduire sa consommation électrique en cas de pénurie sur le réseau, offrant ainsi une flexibilité précieuse aux réseaux à forte proportion d'énergies renouvelables. Cette étude fournit une base théorique pour la collaboration intersectorielle « énergies renouvelables-acier-chimie ».

Cette recherche a bénéficié du soutien financier de la Fondation Simons et d'autres institutions.