SMARTER - Erneuerung des Dampf- und Gasnetzes für das Stahlwerk der Zukunft

Ausgangssituation:
Die Stahlindustrie ist eine energieintensive Industrie und wird daher als eine der Hauptquellen von CO2- und anderen Emissionen angesehen. Jede Verordnung, die von europäischen oder lokalen Behörden erlassen wird, trifft die Stahlindustrie in hohem Maße, was auf die außergewöhnliche Marktsituation in Verbindung mit den drastisch niedrigeren Umweltanforderungen der Konkurrenten aus Ländern außerhalb der EU zurückzuführen ist. Um zu wettbewerbsfähigen Preisen produzieren zu können, unternahm und unternimmt der EU-Stahlsektor große Anstrengungen zur Verbesserung der Energieeffizienz durch Einsparung von Energiekosten.
In den Stahlwerken werden verschiedene Energiearten umgewandelt, gespeichert, übertragen und verwendet, wobei Elektrizität, Ab- und Nebenproduktgase und Dampf zu den wichtigsten gehören. Um die Ziele des Green Deal zu erreichen, verbessern die Stahlproduzenten ständig ihre Netze und die damit verbundenen Managementpraktiken, um die Ressourcenverschwendung zu verringern und die Gesamteffizienz zu steigern.
Projektziele:
Das Projekt zielt auf die Optimierung des Managements und der Struktur der Dampf- und Gasnetze in integrierten Stahlwerken im Hinblick auf die zukünftigen Entwicklungen der Stahlproduktion ab. Die Verfügbarkeit effizienter und optimierter Gas- und Dampfnetze ist von grundlegender Bedeutung für ein optimales Management der Stahlwerke der Zukunft, ebenso wie für die traditionelleren Stahlwerke, wo sie als grundlegendes Element zur Reduzierung der CO2-Emissionen, des Energieverbrauchs und der damit verbundenen Kosten anerkannt sind. Daher werden strukturelle Änderungen der Netze zusammen mit innovativen Prozessen und Produktionseinheiten wie der DRI/EAF-Route einschließlich der Nutzung von Erdgas und Wasserstoff betrachtet, die das Verhalten der Netze beeinflussen können.
Innovative Ansätze:
Der Innovationsgehalt des Projekts beruht vor allem auf folgenden Aspekten:
- Die Berücksichtigung sich ändernder Anlagenkonfigurationen, wie sie in der Regel durch Updates, Modernisierungen und Umstrukturierungen verursacht werden, ist ein zentraler innovativer Kern von SMARTER.
- Die Einbeziehung möglicher Integrationsszenarien von kohlenstoffarmen Produktionseinheiten (z.B. DRI/EAF-Route mit Erdgas- und Wasserstoffnutzung) in die oben erwähnten sich ändernden Anlagenkonfigurationen ist ebenfalls innovativ, da sie es ermöglicht, zu überlegen, wie sich solche Prozesse auf die traditionellen Prozesse auswirken und wie sie in einer zukünftigen Übergangsphase, die voraussichtlich eine nicht zu vernachlässigende Dauer haben wird, neben ihnen existieren können. Damit wird auch eine mittelfristige Perspektive für die Nutzung und den Einsatz der Forschungsergebnisse eingeführt.
- Die verteilte Echtzeitberechnung der Optimierung ist neu und wird ein wichtiger innovativer Aspekt für die EU-Stahlindustrie sein, da im Rahmen des Projekts untersucht wird, wie ein solcher Ansatz in die Praxis umgesetzt werden kann.
- Die Beschleunigung des ML-Lösungsalgorithmus ist innovativ und ein Vorteil auch für die wissenschaftliche Gemeinschaft und andere „Nutzer“, die ML-Probleme lösen.
- Die rigorose Anwendung neuester Technologien des maschinellen Lernens, einschließlich Deep Echo State Networks und Physics-Informed Neural Networks, ermöglicht eine Modellierung, die nicht nur auf Daten basiert, sondern im Wesentlichen auch physikalische Prinzipien anwendet.
- Die Einführung von Schlüsselelementen der Kommunikation wie CO2-Reduzierung, ökologische Energieverteilung und Abfallreduzierung als Kernziele für die tatsächliche technische Optimierung einer Anlage ist eine neue Stufe der Einbindung von EU-Forschungszielen in den Innovationsprozess.
Nutzen für die Industrie:
- Verringerung der CO2-Emissionen.
- Senkung der Wartungskosten durch eine gezielte Auswahl der bevorzugten Dampferzeuger, die eine kontinuierlichere Nutzung der Dampferzeuger mit weniger Ein-/Ausschaltungen ermöglicht.
- Vermeidung von erdgasbetriebener Dampferzeugung durch die bewährte Praxis der flexiblen bidirektionalen Dampfrohrverbindung zwischen Stahlwerk und Kraftwerk zusammen mit dem vorgesehenen gemischt-ganzzahligen Optimierungsansatz von SMARTER. Nur die Optimierung des Gesamtnetzes wird einen zusätzlichen Nutzen für diese völlig neue Dampfrohrverbindung bringen, die Ende 2021 errichtet wurde.
- Steigerung der regenerativen Stromerzeugung aus Hochofenabgasen durch Vermeidung unnötiger Dampfmengen.
- Optimierung des Energieeinsatzes unter Berücksichtigung von Marktpreisen und Energieverfügbarkeit.
- Reduktion der Lärmemissionen durch unkontrollierte Dampfemissionen aufgrund fehlender Prognose und fehlender Optimierung der Dampfmassenströme im Netz.
- Zukünftige Entwicklungen im Bereich der regenerativen Energietechnologien, wie z.B. Wasserstoff in der Stahlerzeugung, werden durch die Anpassung des modularen Ansatzes der Optimierung ebenfalls abgedeckt.
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