AgiFlex: Agentenbasierte Modelle zur Minimierung des Kohlenstoffverbrauchs in flexiblen und effizienten zukünftigen integrierten Stahlwerken

Ausgangssituation:

  • Zur Reduzierung der CO2-Emissionen sind umfassende Änderungen in den Produktionsketten der Stahlindustrie notwendig.
  • Investitionen müssen unter unsicheren zukünftigen Rahmenbedingungen geplant werden.
  • Der zunehmende Ersatz fossiler Energieträger durch volatile Energien, insbesondere Strom und Wasserstoff (H2), führt zu Schwankungen in Energieverfügbarkeit und Preisen.
  • Die Einspeisung von H2-reichen Gasen in den Hochofen, sowie dessen Ersetzung durch die Direktreduktions-Elektrolichtbogenofen-Route beeinflussen die standortweite Gas- und Stromversorgung erheblich.
  • Die Prozessintegration muss neu optimiert werden, insbesondere im Hinblick auf Gas- und Energieflüsse.
  • Bestehende Werkzeuge der aktuellen Informations- und Kommunikationstechnologien sind für diese neuen Aufgaben nicht geeignet, da es an Flexibilität und Optimierungsfähigkeit mangelt.

Projektziele:

  • Entwicklung eines neuen Systems der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT), das Prozesse, Rahmenbedingungen und Ressourcen simuliert und die Prozessintegration sowie Gas- und Energieflüsse entlang der gesamten Stahlproduktionskette optimiert.
  • Erstellung digitaler Zwillinge für bestehende und zukünftige Produktionsschritte und deren Kopplung zu einem ganzeinheitlichen Werkzeug zur Optimierung.
  • Demonstration des Systems als „digitales AgiFlex-Stahlwerk“ an zwei industriellen Standorten auf TRL 7 (TRL engl.: Technology Readiness Level, „Technologie-Reifegrad“).
  • Validierung des Systems anhand bestehender Daten und Werkzeuge, um eine sofortige Verlässlichkeit zu gewährleisten.
  • Untersuchung von zukünftigen Rahmenbedingungen, beispielsweise Verfügbarkeit und Kosten erneuerbarer Energien sowie künftige Anlagenkonfigurationen.
  • Bewertung verschiedener Optionen für die Einspeisung, Nutzung, Rückführung oder den Export von Gasen unter Berücksichtigung der Prozessanforderungen, Sicherheitsaspekten und wirtschaftlichen Faktoren.
  • Ableitung von Dekarbonisierungsstrategien mit optimierter Prozessintegration für verschiedene Phasen des Übergangs zu CO2-armen Technologien.
  • Entwicklung möglicher Steuerungsmaßnahmen für eine lastabhängige Flexibilisierung der Anlagen.

Innovative Ansätze:

  • Einsatz eines hochinnovativen Multi-Agenten-Ansatzes zum Produktions- und Energiemanagement, der ein neues Niveau der Optimierung ermöglicht.
  • Entwicklung digitaler Zwillinge zur präzisen Abbildung der Produktionsprozesse und deren Integration in ein ganzheitliches Optimierungssystem.
  • Analyse zukünftiger Szenarien, um verschiedene Optionen des Gasmanagements unter Berücksichtigung von Prozessbedarf, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit zu bewerten.
  • Modularer und flexibler Aufbau des Systems, der eine einfache Übertragung auf andere Stahlwerke ermöglicht.

Nutzen für die Industrie:

  • Reduzierung des CO2-Fußabdrucks durch optimierte Prozessintegration sowie Gas- und Energiemanagement.
  • Verbesserte Investitionsplanung und fundierte Entscheidungsfindung durch Szenarioanalysen für zukünftige Rahmenbedingungen.
  • Sicherstellung der standortweiten Gas- und Stromversorgung während der Umstellung der Hochofen- auf die Direktreduktions-Elektrolichtbogenofen-Route.
  • Erhöhte betriebliche Flexibilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber schwankender Energieverfügbarkeit und Preisschwankungen.
  • Einfache Anpassung und Übertragbarkeit des modularen IKT-Systems auf weitere Stahlstandorte, unterstützt durch gezielte Kommunikations- und Verbreitungsmaßnahmen.

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