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OxySteel-Energy efficiency and DSM in steel production by the use of oxy-fuel and CCU technology

OxySteel umfasst die Steigerung der Energieeffizienz durch die Anwendung neuer Technologien und die Evaluierung des Potentials für Demand Side Management im Stahlwerk. Dies soll durch die Entwicklung und Umsetzung eines neuen Prozessdesigns unter dem Einsatz von Sauerstoffverbrennung und CCU erreicht werden. Anschließend werden Flexibilitätsoptionen für den Einsatz Erneuerbarer Energiequellen bzw. Netzdienstleistungen identifiziert.

Ausgangssituation

An ihrem Standort im Mürztal produziert die Breitenfeld Edelstahl AG jährlich rund 130 000 t Stahl. Dazu wird im Elektrolichtbogenofen Schrott erschmolzen und zu hochwertigen Stahlprodukten weiterverarbeitet. Wesentliche Energieverbraucher sind neben dem Lichtbogenofen vor allem die Pfannenfeuer, die zur Beheizung der Pfannen verwendet werden. Diese werden zurzeit mit konventionellen Erdgasbrennern betrieben.

Die Abwasserneutralisierung am Produktionsstandort erfolgt bereits heute mit CO2. Der Einsatz von CO2 anstatt anderer Chemikalien zur Abwasseraufbereitung führt zu einer Reduktion der Salzfracht im Abwasser.  Jedoch muss das CO2 derzeit zugekauft werden.

 

© Stefan Nadrag, Breitenfeld Edelstahl AG

Projektverlauf

OxySteel ist Teil der thematischen Modellregion NEFI, die energieintensive und produzieren-de Industrien und deren Dekarbonisierung in den Mittelpunkt eines langfristigen Innovationsprozesses zur Förderung der technologischen Entwicklung stellt. Besonders die metallurgische Industrie ist stark auf fossile Brennstoffe angewiesen. Im Jahr 2014 betrug der Endenergieverbrauch des Eisen- und Stahlsektors in der EU27 2140 PJ und verursachte zwischen 4% und 7% der anthropogenen CO2-Emissionen. Energieeffizienz und CO2-Reduktionsmaßnahmen in diesem Bereich sind daher entscheidend, um die CO2-Reduktionsziele der COP21 in Paris zu erreichen.

Im Rahmen des OxySteel-Projekts wird an beiden Zielen durch die Entwicklung und Demonstration eines neuartigen Prozessdesigns mit Sauerstoffverbrennung und CCU gearbeitet. Diese wird optimal ins Energieversorgungssystem am Technologie-Demonstrationsstandort im Stahlwerk Breitenfeld integriert und getestet. Die Technologieentwicklung umfasst einerseits die Weiterentwicklung der heutigen Sauerstoffbrenner insofern, dass sie durch intelligente Regelung ein Maximum an Energieeffizienz erreichen, sowie andererseits die Auslegung von Carbon Capture Equipment. Das dabei abgeschiedene CO2 wird zur umweltfreundlichen Abwasserneutralisation eingesetzt. Geprüft wird auch die Verwendung von einem O2/CO2-Gemisch zum Frischen des Eisens im Elektrolichtbogenofen (EAF). Der Einsatz eines O2/CO2-Gemisches zur Eisenraffination soll den Verschleiß der Feuerfestausmauerung reduzieren und die Schrottausbeute sowie die Energieeffizienz erhöhen.

Ein Anlagenkonzept mit EAFs, einer Sauerstoffproduktion vor Ort und Sauerstoffspeichern bietet gute Möglichkeiten für kurz- und mittelfristige Demand Side Management (DSM) Maßnahmen. Das zweite Ziel von OxySteel ist es, mögliche Lastflexibilitäten zu identifizieren, um die Integration von variablen RES zu unterstützen und mögliche Netzdienste bereitzustellen. Es werden drei Fallstudien mit unterschiedlichen Anlagenkonfigurationen und Sauerstoffproduktionstechnologien (konventionell, elektrolytisch) durchgeführt.

Zu den geplanten Ergebnissen gehört eine Technologie-Demonstrationsanlage im Stahlwerk der Breitenfeld Edelstahl AG, die im Rahmen des begleitenden KPC-Projekts realisiert wird. Das entwickelte Prozessdesign und die Entwicklungstechnologien werden in einem industriellen Umfeld getestet. Erste Schätzungen gehen von einer Einsparung von 10% Erdgas und von 1% bis 2% elektrischer Energie aufgrund des neuen Prozessdesigns aus. Mögliche DSM-Potenziale liegen im Bereich von mehreren 100 kW bis zu mehreren MW. Die zugehörigen erforderlichen Speichergrößen für tägliche Lastschwankungen reichen von 3 400 Nm3 bis 34 000 Nm3.

OxySteel trägt zu den NEFI-Innovationsfeldern Energieeffizienz & neue Prozesse und Erneuerbare Energien & Speicherung & DSM bei.

Meilensteine

  1. Modellierung des Energiesystemmodells
  2. Erstellung von Verbrauchslastprofilen
  3. Technologieentwicklung des Oxyfuel- und CCU-Equipments
  4. Systemintegration des Oxyfuel-Prozesses
  5. Inbetriebnahme der Demonstrationsanlage
  6. Erstellung und Bewertung möglicher Zukunftsszenarien

"Besonders beachtlich ist bei OxySteel die Hebelwirkung. Im Zuge des Demonstrationsprojektes sollen jährlich rund 12 GWh an Energie eingespart werden. Das entspricht ca. 10 % des Erdgasverbrauchs einer steirischen Kleinstadt. "

- ZITAT Thomas Kienberger -

Ergebnisse

Erwartete Ergebnisse sind eine Reduktion des Energieverbrauchs und des CO2-Ausstoßes durch eine effizientere Verbrennung und die werksinterne Nutzung des CO2. Durch die Umsetzung der CCU-Implementierung entfällt außerdem der Ankauf von CO2. Eine umfangreiche Analyse und Modellierung des Energiesystems soll Flexibilitätsoptionen und DSM-Potentiale aufzeigen. Mithilfe des Energiesystemmodells werden zudem Zukunftsszenarien entwickelt und bewertet.

Downloads

© Stefan Nadrag, Breitenfeld Edelstahl AG

© Stefan Nadrag, Breitenfeld Edelstahl AG

Steckbrief

Projektnummer

868823

Koordinator

Montanuniversität Leoben - Lehrstuhl für Energieverbundtechnik

Partner

Montanuniversität
Breitenfeld Edelstahl AG
Messer Austria GmbH

Schlagwörter

Oxyfuel, CCU, DSM, Energieeffizienz, Stahlproduktion

Projektleitung

Thomas Kienberger, thomas.kienberger@unileoben.ac.at

Dauer

01/09/2018 - 31/08/2021

Budget

665,974€