鋼鐵行業極致能效工程的探索與實踐

王洪 鄧承龍 張永文 葛小波 徐吉利

（攀鋼集團西昌鋼釩有限公司）

摘要：本文針對鋼鐵工業典型的流程制造工業具有生產工藝復雜、多工序流程耦合關聯等典型特征，系統探索極致能效工程的發展現狀、關鍵技術、面臨挑戰及未來路徑。西昌鋼釩有限公司在極致能效工程方面的探索主要是通過AI大模型、智能燃燒優化、能源管理系統創新等關鍵技術，實現能效大幅提升8%的目標，降低生產成本并減少碳排放，對同行業能源低碳管理具有較強的借鑒作用。

關鍵詞：鋼鐵工業；極致能效；人工智能；節能降耗；數字化轉型

1 引言

在"雙碳"目標背景下，推行極致能效工程已成為鋼鐵行業綠色轉型的必然選擇。鋼鐵行業作為國民經濟的基礎產業，其生產流程復雜、工序繁多，涵蓋焦化、燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼等多個環節，每個環節都存在巨大的節能潛力。

極致能效工程關鍵在于通過系統化、智能化的手段，深入挖掘生產全流程的節能潛力，實現能源利用效率的極限提升，從單一技術應用向集成解決方案轉變。本文基于鋼鐵行業極致能效工程的發展實踐，西昌鋼釩有限公司（以下簡稱公司）通過技術路徑的探索與實踐，為行業深入推進節能降耗提供參考和借鑒。

2 極致能效工程的發展現狀

近年來，我國鋼鐵行業在極致能效工程方面取得了顯著進展，主要鋼鐵企業通過技術引進和自主創新，實施了一系列節能改造項目，能效水平持續提升。從政策層面看，國家相關部門相繼出臺了《關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》、《工業能效提升計劃》等政策文件，明確提出了到2025年，鋼鐵行業能效達到國際先進水平，高端產品供給能力大幅提升，碳排放強度明顯下降等目標。從企業實踐看，頭部鋼鐵企業通過智能制造、流程優化和前沿技術探索，不斷挖掘節能潛力，形成了多種高效節能模式。

實施極致能效是鋼鐵行業效率提升的有效手段、綠色轉型的必然選擇、提升競爭力的重要途徑?！朵撹F行業能效標桿三年行動方案》提出要通過鋼鐵行業“雙碳最佳實踐能效標桿示范廠”培育，引導鋼鐵企業全面對標找差距，鼓勵鋼鐵行業建設智慧能源集中管理系統，實現供電、發電、燃氣、蒸汽、供水、氧氮氬、壓縮空氣等能源系統的數字化管理，逐步形成以系統高效、經濟運行為基礎，以系統節能降耗為目標，協同推進物質流與能量流網絡的動態調控，全面驅動鋼鐵能源的數字化、智能化建設。

3 極致能效工程的關鍵技術

極致能效工程的成功實施離不開一系列關鍵技術的支撐，從目前實踐來看，人工智能技術、能源管理系統優化技術和工藝與裝備創新技術是推動鋼鐵行業能效提升的三大核心技術。

3.1 人工智能與大數據技術

AI大模型通過深度融合鋼鐵生產大數據與專家經驗，實現了生產過程的智能優化控制。

表1  鋼鐵行業數字化和智能化技術應用效果

3.2 能源管理統優化技術

能源管理系統優化是極致能效工程的核心內容。能源管理系統通過引入系統思維和全局優化理念，實現了能源流的全面監控和優化調度，實現信息互通，整體管理，協同調度，促進生產管理模式的優化和創新，提高管理水平和效率。

3.3 工藝與裝備創新技術

近年來，鋼鐵行業在工藝與裝備創新技術方面取得了顯著進展，為節能降耗提供了有力支撐。新建能源管理系統不僅將能源生產、管理、輸送、消耗高效融合，同時將各主工藝單元與能源生產、消耗相關的數據、信息納入系統，實現信息互通，整體管理，協同調度，促進生產管理模式的優化和創新，提高管理水平和效率。

4 極致能效工程面臨的挑戰

盡管鋼鐵行業在極致能效方面取得了顯著進展，但在進一步推廣和實施過程中仍面臨諸多挑戰，這些挑戰主要體現在技術、經濟和管理三個層面。

4.1 技術層面的挑戰

從技術層面看，鋼鐵行業推行極致能效工程面臨的主要挑戰包括：系統復雜性高、技術集成難度大、數據孤島現象嚴重。鋼鐵生產過程是一個復雜的系統過程，工序多、設備雜、能耗環節多，各系統之間相互影響，難以通過單一技術手段實現整體能效提升。此外，鋼鐵企業多年建設過程中形成的多種異構系統，數據標準不統一，系統接口復雜，導致數據孤島現象嚴重，難以實現數據的互聯互通和深度融合，制約了基于大數據的節能技術的應用效果。

4.2 經濟層面的挑戰

從經濟層面看，初始投資高昂、投資回報不確定性大、資金短缺是鋼鐵企業推行極致能效工程面臨的主要障礙。先進的節能技術和裝備往往需要大量的初始投資，如AI大模型、能源管理系統等，雖然這些技術和裝備能夠帶來長期的節能效益，但由于投資回收期較長，在當前經濟下行、鋼鐵企業盈利空間收窄的背景下，許多企業特別是中小企業投資意愿不強。此外，節能效益的不確定性也增加了企業的投資風險。一些節能技術在實際應用中的效果可能低于預期，或者受到生產條件、原料特性等多種因素的影響，導致節能效益不穩定，進一步加劇了企業的投資顧慮。

4.3 管理與政策層面的挑戰

從管理與政策層面看，鋼鐵行業推行極致能效工程面臨標準體系不完善、人才短缺、政策支持不足等挑戰。盡管鋼鐵行業正在加速推動"AI+鋼鐵"相關標準制定工作，但整體來看，尚未形成完善的標準體系。此外，極致能效工程需要既懂鋼鐵工藝又熟悉信息技術的復合型人才，而當前鋼鐵行業這類人才嚴重短缺。同時，許多鋼鐵企業對極致能效工程的認識不足，仍停留在簡單的節能技術改造層面，缺乏系統思維和全局觀念，也制約了極致能效工程的效果。

5 西昌鋼釩極致能效工程的探索與應用

5.1主要目的

（1）實現能源消耗全流程、全工序的協調平衡，達到企業能源流、制造流和價值流的三流合一，提升能源管理效率。

（2）支撐系統性節能降耗管理，滿足“雙碳最佳實踐能效標桿示范工廠”對能源信息化系統的要求。

（3）為未來建設西昌鋼釩能源集中遠程操作控制中心奠定數據決策基礎。

5.2主要內容

（1）建設能源數據平臺和高級智能應用平臺，構建西昌鋼釩能源數據中心，建立能源管理信息系統基礎平臺。

（2）實現能源系統實時監視與優化調度，構建實時監視畫面，支撐能源調度工作，輔助調度人員實時掌握能源系統運行情況。實現能源潮流的實時監視、合理分配和運行方式優化，確保設備安全穩定運行。

（3）提升能源管理效率，實現“數出一處，量出一門”，能源報表生成周期由每月縮短至每日，推動節能減排工作開展。

（4）提供高質量數據支撐服務，利用自主可控技術，集成10+個周邊系統，采集能動范圍內45套PLC/DCS數據，整合8個生產單元（焦化、燒結、球團、高爐、煉鋼、熱軋、冷軋、能動）的能源及相關數據；公司一二級電力計量點425個、一二級動力計量點517個、一二級物資計量點39處及部分三級計量數據、工藝參數、設備參數等能源數據信息進行數據預處理，實現能源數據集中管理，最終形成公司能源數據中心，為能源管理和能源分析提供數據支撐。

（5）加強生產協同與信息互通，將各主工藝單元與能源產生、消耗相關的數據納入能源管理平臺，實現信息互通、整體管控、協同調度，完善節能倒逼機制。支撐“雙碳最佳實踐能效標桿示范廠”創建。

5.3能源系統數據架構圖

圖1 西昌鋼釩能源數據采集機監控軟件架構

公司能源數據架構包含數據層、基礎軟件層、應用層，項目服務器和相關平臺軟件滿足自主可控要求。數據采集及監控系統的軟件體系架構分為硬件平臺、操作系統平臺、通用中間件、統一應用支撐平臺和應用層的數據采集及監控系統。系統遵循國際標準，采用開放式體系結構，能支持多種硬件混合平臺，支持多種通用的商用數據庫，支持異構環境，所有功能模塊之間的接口標準應統一，方便的實現與其它系統間的接口。

5.4實施效果

公司通過極致能效工程的探索與實踐，先后參與制定《高端制造企業數字化成熟度評價導則》、《CISA 362-2024鋼鐵行業智能工廠評價導則》等4項國家行業團體標準。2023年11月四川省首家通過鋼鐵行業全流程超低排放認證的企業，2024年11月獲評國家工信部《卓越級智能工廠》，2025年6月通過《兩化融合AAA級管理體系》認證。通過極致能效工程的探索與實踐，公司整體節能效果顯著，實施前后對比實現了節能8%的目標，降低成本3650余萬元/年。 

公司堅持低碳化、智能化、標準化的發展方向，通過技術創新、管理優化和政策支持協同推進極致能效工程實現了綠色低碳轉型，在探索與實踐的過程中取得了一定經驗，為構建綠色低碳的鋼鐵工業體系具有較強借鑒和推廣價值。

表2  西昌鋼釩公司主要極致能效技術應用情況

6 極致能效工程的前景展望

6.1 智能制造的廣泛應用

智能制造是鋼鐵行業推行極致能效工程的重要抓手，公司打造的"8+2+1"智能制造架構，全面推動了企業資源管理（ERP）、生產管理與執行（MES）、能源管理等八類系統，工藝大數據、業務大數據兩個大數據池及一批人工智能應用裝備的落地執行，這一架構通過數據驅動實現了生產過程的精準控制和優化，大大提高了能源利用效率。

6.2 前沿技術探索與示范

除了成熟技術的推廣應用，鋼鐵企業還在積極探索前沿節能技術，為極致能效工程積累經驗。攀鋼參與申報的國家重點研發項目"鐵礦石光伏能源柔性電解制鐵基礎研究"，突破了傳統高爐煉鐵技術的高能耗瓶頸，為鋼鐵行業綠色轉型提供關鍵技術支撐。該項目圍繞鐵礦石高效電解、鐵離子遷移與強化、雜質賦存及分離等核心任務展開，構建起"光—電—冶"一體化集成系統，為釩鈦磁鐵礦綠色冶煉提供顛覆性解決方案，這些新技術的應用，為鋼鐵行業極致能效工程開辟了新的路徑。

6.3 低碳化與智能化深度融合

未來五年，鋼鐵行業低碳轉型將突破單一技術應用范疇，進入“全鏈條數字化管控 + 價值化運營” 的新階段，構建 “碳足跡追溯 - 碳交易定價 - 碳技術輸出” 的完整低碳體系成為核心目標。這一體系的落地，需以智能化技術為底層支撐，實現碳排放從 “模糊統計” 向 “精準核算”、從 “被動減排” 向 “主動創效” 的轉變。 

參考文獻

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