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.
Partner
Förderungsnummer
Horizon-Grant-Agreement-No 101138813
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