BFI VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

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.

Dieses Projekt wird von der Europäischen Union finanziert. Die geäußerten Ansichten und Meinungen entsprechen jedoch ausschließlich denen der Autorinnen und Autoren und spiegeln nicht zwangsläufig die Ansichten der Europäischen Union wider. Weder die Europäische Union noch die bewilligende Stelle können dafür verantwortlich gemacht werden.