Durch Marktinitiativen zur Förderung nachhaltiger Stahlproduktion werden Hersteller dabei unterstützt, zügig von fossilen auf elektrisch betriebene Produktionsrouten umzusteigen. Dieser Wandel führt zwar zu enormen CO2-Einsparungen gegenüber herkömmlichen Prozessen, bringt jedoch mehrere Herausforderungen für Stahlproduzenten mit sich. Darunter auch einen über dreifachen Anstieg des Stromverbrauchs.
Aufgrund des enormen Strom- und Leistungsbedarfs in grünen Stahlwerken bedarf es einer genaueren Betrachtung der Energieverteilsysteme. Große elektrische Verbraucher mit oft mehreren hundert Megawatt Leistungsbedarf, dicke Kabel, hohe Verfügbarkeitsanforderungen und große Baufelder führen zu hohen Investitionsausgaben (CapEx), was die Energieversorgungsanlagen zu einem kritischen Bestandteil der gesamten Werksinfrastruktur macht. Diese hohen Investitionskosten erfordern eine sorgfältige Planung und Optimierung, um sowohl die Effizienz als auch die Zuverlässigkeit der Energieversorgung im harschen Hüttenbetrieb zu gewährleisten.
Darüber hinaus müssen innovative Lösungen und Technologien in Betracht gezogen werden, um den ständig steigenden Anforderungen gerecht zu werden und gleichzeitig die Umweltbelastung zu minimieren. Dies umfasst SF6-freie Technologien für Schaltanlagen, die Implementierung intelligenter Netze und die Nutzung fortschrittlicher Instandhaltungsstrategien wie vorausschauende Wartung und Fernüberwachung.
In einem elektrischen System entfallen die größten Kosten auf die benötigten Mittelspannungsschaltanlagen (Leistungsschalter), Transformatoren, Sammelschienen und Geräte zur Leistungsfaktorkorrektur. Jeder dieser Kostenpunkte lässt sich durch sorgfältige Planung optimieren. Dadurch können sowohl die Anschaffungs- und Installationskosten als auch der Platzbedarf, die laufenden Betriebs- und Wartungskosten, wie elektrische Verluste im System und der Lagerbestand an kritischen Ersatzteilen, reduziert werden. Eine sorgfältige Planung ermöglicht es, die Investitionskosten (CapEx) und Betriebskosten (OpEx) erheblich zu senken.
Im Laufe der Jahre hat Schneider Electric durch Erfahrungen in solchen Elektrifizierungsprojekten eine Reihe von Best Practices entwickelt, die wir mit Ihnen teilen möchte:
Überlegungen zur optimierten Auslegung von Stromversorgungssystemen:
- Anlagenbauer konzentrieren sich in der Regel auf ihre eigenen Anlagenbereiche, da sie über das erforderliche Know-how und die technischen Fähigkeiten verfügen, um maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Aufgabenstellungen zu entwickeln. Dies ermöglicht es ihnen, die Effizienz und Leistung ihrer Anlagen zu maximieren, jedoch oft auf Kosten einer ganzheitlichen Optimierung des gesamten Werks. Dies führt dazu, dass bei der Gesamtkonstruktion unterschiedliche Informationen und Anforderungen zusammengeführt werden müssen, was einer Optimierung nicht zuträglich ist. Daher sollte die Gesamtkonstruktion des Stromversorgungssystems einheitlich bleiben, während die Beschaffung je nach spezifischen Anforderungen in Phasen erfolgen kann.
- Verschiedene Systemanbieter versuchen, ihre nicht standardisierten Spezialprodukte auf den Markt zu bringen, um ihre Konkurrenz auszuschalten. Obwohl diese Produkte anfangs oft günstige Anschaffungskosten bieten, führt ihr Monopol im Laufe der Zeit zu höheren Kosten für Ersatzteile und Wartung für ihre Endkunden. Deshalb sollte man sich an standardisierte Produktkennzahlen halten, wann immer es möglich ist, und auf spezialisierte Ausrüstung verzichten sowie offene Systeme in Betracht ziehen.
- Oft sehen wir, dass wichtige Entscheidungsträger dazu neigen, auf Nummer sicher zu gehen und übermäßige Puffer und Redundanzen in das System zu integrieren. Dies geschieht meist aufgrund von mangelndem Vertrauen, unzureichendem Wissen, übermäßiger Vorsicht oder anderen Faktoren. Anstatt solche Puffer und Redundanzen mit hohen Mehrkosten zu integrieren, empfehlen wir, in Bildung und Partnerschaften zu investieren. Dies ermöglicht es, sich stärker auf fortschrittliche Technologien wie Zustandsüberwachungssysteme, präventive Wartungssysteme und Energiemanagementsysteme zu verlassen und deren spezifische Vorteile für den Standort zu nutzen.
- Benutzer müssen sicherstellen, dass sie innerhalb der standardmäßigen Fehlerstromwerte bleiben, um Compliance-Probleme mit den Herstellern zu vermeiden und höhere Kosten zu vermeiden. Dies kann erreicht werden, indem der Parallelbetrieb von Leistungstransformatoren vermieden und/oder die prozentuale Impedanz der Transformatoren (Uk) bei Bedarf angepasst wird, während sich die Systeme am Standort weiterentwickeln.
- Es ist wichtig, Variationen zu minimieren, da dies nicht nur den Bedarf an kostspieligen Ersatzgeräten reduziert, sondern auch das Management von Anlagen und Personal verbessert.
Der Prozess beginnt mit einer detaillierten Analyse der aktuellen Systemkonfiguration und der Identifikation potenzieller Engpässe und Optimierungsmöglichkeiten durch geschulte Experten.
Die manuelle Durchführung von Berechnungen, Studien und Optimierungen hat jedoch ihre Grenzen. Es gibt eine Schwelle, die mit rein manueller Arbeit nicht überschritten werden kann. Um eine tiefere Optimierung zu erreichen, ist es daher wichtig, geeignete Software einzusetzen. Dadurch können auch mehr Szenarien betrachtet werden, bevor die besten Lösungen für einen Standort ausgewählt werden.
Kunden haben die Möglichkeit, die ETAP-Software von Schneider Electric in Zusammenarbeit mit Partnern oder direkt mit Schneider Electric zu nutzen, um ihr Fachwissen zu erweitern und das gesamte Energiesystem zu optimieren. Diese weithin anerkannte Software erleichtert nicht nur das Design von Netzstudien, sondern ermöglicht auch umfassende Optimierungen. Fachkenntnisse sind auch bei der Arbeit mit dieser Software unerlässlich, doch da die installierte Basis groß und global ist, nutzen viele unserer Kunden diese Software intern, bevor sie mit uns über spezifische Details unseres Produktportfolios sprechen.
Diese Software bietet verschiedene Module, die auf unterschiedliche Bedürfnisse zugeschnitten sind, darunter:
- Lastflussstudien:
Die Lastflussanalyse ist eine wesentliche Untersuchung von Energiesystemen in den Phasen Planung, Design und Betrieb. Sie dient dazu, die stabile Leistung des Systems unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu berechnen und die Auswirkungen von Änderungen in der Gerätekonfiguration zu analysieren.
- Kurzschlussanalyse:
Eine Kurzschlussstudie untersucht ein elektrisches System, um die Stromstärken während eines elektrischen Fehlers zu bestimmen. Der erste Schritt zur Sicherstellung der Sicherheit des Energiesystems besteht darin, diese berechneten Werte mit den Spezifikationen der verwendeten Geräte zu vergleichen.
- Lichtbogenstudien:
Eine Lichtbogensudie analysiert ein elektrisches Verteilungssystem, um das schlimmste Szenario des Lichtbogenrisikos zu ermitteln, dem Personen während eines Lichtbogenereignisses ausgesetzt sein könnten. Sobald das Risiko identifiziert ist, können Maßnahmen ergriffen werden, um es zu reduzieren.
- Studien zum transienten Verhalten, harmonische Analyse, Schutzrelais Einstellwerte und -Koordination sowie weitere Analysen.
Fazit
Hoch- und Mittelspannungsstromversorgungssysteme sind bekanntlich mit hohen Kosten verbunden. Durch die Optimierung des entsprechenden Einlinenschaltplans (SLD) können wir jedoch signifikante Einsparungen bei den Investitionskosten (CapEx) erzielen, die je nach Projekt zwischen 20 % und 40 % liegen können. Diese Einsparungen könnten sich auf etwa 10 Millionen Euro oder mehr belaufen, insbesondere wenn wir die typischen Größenordnungen integrierter, grüner Stahlwerke in Betracht gezogen werden, die auf dem Markt üblich sind.
Zusätzlich würde eine solche Optimierung auch zu weiteren Einsparungen bei den Betriebskosten (OpEx) über die gesamte Lebensdauer der Assetsführen, die häufig 10, 20 oder gar 30 Jahre und länger beträgt. Wir laden Sie herzlichst ein, mit uns das Gespräch zu suchen, wie wir Ihre betriebliche Effizienz und Anlagenzuverlässigkeit weiter verbessern können, um Ihre Gesamtausgaben (TotEx) in der grünen Stahlproduktion zu senken.
Über Schneider Electric
Das Ziel von Schneider ist es, Wirkung – IMPACT – zu erzielen, indem wir die optimale Nutzung von Energie und Ressourcen für alle ermöglichen und damit den Weg zu Fortschritt und Nachhaltigkeit ebnen. Bei Schneider nennen wir das Life Is On.
Unser Ziel ist es, ein zuverlässiger Partner für Nachhaltigkeit und Effizienz zu sein.
Wir sind ein global führendes Unternehmen im Bereich der industriellen Technologie und verfügen über eine weltweit führende Expertise in den Bereichen Elektrifizierung, Automatisierung und Digitalisierung für intelligente Industrien, widerstandsfähige Infrastrukturen, zukunftssichere Rechenzentren, intelligente Gebäude und zukunftsfähige Wohnhäuser. Verankert in unserem fundierten Fachwissen bieten wir integrierte, KI-gestützte industrielle IoT-Lösungen über den gesamten Lebenszyklus hinweg mit vernetzten Produkten, Automatisierung, Software und Dienstleistungen, die digitale Zwillinge liefern, um unseren Kunden profitables Wachstum zu ermöglichen.
Wir sind ein Unternehmen, mit und für Menschen, mit einem Ökosystem von 168.000 Kollegen und mehr als einer Million Partnern in über 100 Ländern, um die Nähe zu unseren Kunden und Stakeholdern zu gewährleisten. Wir setzen bei allem, was wir tun, auf Vielfalt und Inklusion und lassen uns dabei von unserem wichtigsten Ziel, einer nachhaltigen Zukunft für alle, leiten.