Leistungs-Spitzen sind vermeidbar - Gossen Metrawatt

Leistungs-Spitzen sind vermeidbar

Leistungs-Spitzen sind vermeidbar
Energiemanagement im Stahlwerk Thüringen mit Optimierungsrechnern von
GOSSEN METRAWATT
Die Preise für Strom und Gas klettern weiter. Ungeachtet der Liberalisierung der Energiemärkte sind sie in den vergangenen
Jahren stark gestiegen, und das drastische Anziehen des Rohölpreises verschärft diese Entwicklung nachhaltig. Mit intelligenten
Energiemanagementsystemen versuchen Industrieunternehmen dem Trend entgegenzusteuern und ihre Energiekosten dadurch zu
senken. Auch die Stahlwerk Thüringen GmbH hat ihr bestehendes System modernisiert und vertraut dabei auf die Geräte und die
Kompetenz von GOSSEN METRAWATT, einem namhaften Hersteller von Geräten der Mess- und Regeltechnik.
Ziel des Stahlwerks Thüringen war es vor allem,
das Lastmanagement zu optimieren, das heißt den
Leistungsbedarf zu vergleichmäßigen und Lastspitzen
zu reduzieren. „Da sich Lastspitzen negativ auf den
Strompreis auswirken, können wir unsere Energiekosten
auf diese Weise senken“, sagt Dipl.-Ing. Jürgen Ermer,
Leiter Instandhaltung beim Stahlwerk Thüringen. Der
Strompreis für Sondervertragskunden – also auch für die
meisten Industrieunternehmen – unterscheidet in der Regel
nach Arbeitskosten für den Stromverbrauch und nach
Leistungskosten für die maximal beanspruchte Leistung.
Die Lastoptimierung geht davon aus, dass bei elektrischen
Betriebsmitteln hoher Leistung die Laufzeit häufi g um
wenige Minuten verschoben werden kann, ohne dass der
Betriebsablauf merklich beeinfl usst wird. Das gilt besonders
für elektrische Verbraucher, die in einem gewissen Maße Energie speichern können. Diese Möglichkeiten nutzt das System U1500
von Gossen-Metrawatt zur Maximumoptimierung, um durch optimalen Einsatz der Betriebsmittel den Leistungsbedarf und damit die
Leistungskosten zu minimieren. Zusätzlich können durch integrierte Zeitschaltprogramme auch die Arbeitskosten gesenkt und die
Betriebsabläufe optimiert werden.
„Für das Stahlwerk Thüringen ist es auch aus Kostengründen wichtig, die für den Energiebezug orgegebenen Planwerte einzuhalten“,
sagt Detlef Spließ, Vertriebsingenieur von GOSSEN METRAWATT. Die Geräte U1500 für das Energiemanagement kommen dafür an
zwei bedeutenden Stellen des Produktionsprozesses zum Einsatz. Zum einen gibt es einen 220-kV-Regelkreis, in den der Elektroofen
(s. unten) mit einer Trafoleistung von 120 MVA eingebunden ist. Die Viertelstundenleistung der 220-kV-Einspeisung ist zurzeit auf 90
MW begrenzt. „Die Geräte von GOSSEN METRAWATT sorgen dafür, dass dieser Leistungsmaximalwert nicht überschritten wird,
indem sie die Trafoleistung rechtzeitig vor Ablauf der Viertelstunde entsprechend beeinfl ussen“, erläutert Instandhaltungsleiter Ermer.
Zum zweiten ist auch die Viertelstundenleistung der 110-kV-Einspeisung begrenzt, und zwar auf derzeit 13 MW. Das gilt vor allem
für das Profi lwalzwerk des Stahlwerks Thüringen, das in seiner Art zu den modernsten Anlagen Europas gehört. Die Stahl-Vorblöcke
zum Betrieb des Walzwerks müssen zunächst auf die Walztemperatur von zirka 1.200 Grad Celsius gebracht werden. Das geschieht
in einem mit Erdgas beheizten Stoßofen. Die Kapazität der Walzstraße liegt, abhängig von der Profi lform und -größe, zwischen 80
bis 180 Tonnen pro Stunde. „Das Walzwerk wird also kontinuierlich aus dem Stoßofen mit Blöcken versorgt und ausgelastet. Bis
zu drei Blöcke gleichzeitig können auf der Walzstraße verarbeitet werden“, berichtet Ermer. Aufgabe von GOSSEN METRAWATT
war an dieser Stelle nicht nur die Maximumoptimierung, sondern auch eine vorausschauende Berechnung des Energiebedarfs der
Produktion. So ließ sich ermitteln, wann der optimale Zeitpunkt für einen Stopp der Entnahme aus dem Stoßofens ist. „Ziel muss es
sein, die Zufuhr neuer Blöcke genau dann zu unterbrechen, wenn das im Walzprozess befi ndliche Material verlustfrei zu Ende gewalzt
und gleichzeitig das Leistungslimit exakt eingehalten werden kann. Das zu berechnen ist aufgrund der Vielzahl von Profi len und
wechselnder Randbedingungen wirklich nicht einfach“, so Ermer.
Das neue Energiemanagementsystem des Stahlwerks sieht
weiterhin im Detail vor, dass die Produktionsplanung des
Stahlwerks Viertelstundenprognosetabellen als Vorgabe zur
Verbrauchssteuerung in einem Datenbank-Server zur Verfügung
stellt. Der Optimierungsrechner U1500 von GOSSEN METRAWATT
übernimmt diese Werte und steuert die elektrischen Betriebsmittel so,
dass ein optimaler Einsatz der elektrischen Energie erreicht wird. Ein
spezielles Trend- und Hochrechnungsverfahren sowie differenzierte
Steuerstrategien sorgen dafür, dass maximale Einsparungen erzielt
und die Produktionsprozesse nur minimal beeinfl usst werden. Die
Steuerung der einzelnen Verbraucher im Produktionsprozess erfolgt
individuell, wobei minimale und maximale Ein- und Ausschaltzeiten
eingehalten werden. Damit wird es im Gegensatz zu herkömmlichen
Maximumwächtern möglich, Einsparpotentiale zu erschließen, die
der liberalisierte Strommarkt bietet.

Bei Änderungen im Produktionsprozess des Stahlwerks Thüringen werden neue Viertelstunden-Prognosetabellen an den Datenbank-
Server übergeben. Dies kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt erfolgen. „Wir stellen sicher, dass diese Tabellen unmittelbar gelesen und
verarbeitet werden und nur noch zukünftige Grenzwerte übernommen werden – nicht mehr die vergangenen Grenzwerte oder der aktuelle
Grenzwert“, erläutert Vertriebsingenieur Spließ. Bei der Änderung des Grenzwerts der aktuellen Messperiode wird diese Änderung
vom Optimierungsrechner U1500 unmittelbar berücksichtigt. Dies stellt sicher, dass der Kunde auch über Grenzwertänderungen
unmittelbaren Einfl uss auf das Steuerverhalten in der aktuellen Messperiode hat. Erfahrungsgemäß erfolgen die produktionsbedingten
Änderungen der Prognosetabellen im Stahlwerk jeden Monat neu.
Die Grenzwerte zur Einhaltung des Energieverbrauchs beim Stahlwerk Thüringen werden aber nicht nur an die U1500-Station übergeben,
sondern auch in der Summenstation U1600 archiviert. In diesen Stationen erfolgt die Speicherung und Vorverarbeitung der verbrauchten
Einzelleistungen und -energien. Sowohl die übergebenen 15-Minuten-Prognosen als auch die tatsächlich verbrauchte Leistung/Energie
werden erfasst und gespeichert. Dadurch lässt sich ein Soll-Istwert-Vergleich im Viertelstundenbereich erstellen. „Wir haben für ein
perfektes Zusammenspiel der beiden Stationen über eine gemeinsame Schnittstelle gesorgt“, so Spließ.
Die Summenstation U1600 verarbeitet bis zu 24 impulsförmige Signale und digitale Zustände. Es knnen somit alle elektrischen und
nichtelektrischen Energien erfasst, visualisiert, optimiert und kostenstellenbezogen abgerechnet werden. Für die 24 Eingangssignale
stehen 32 Rechenkanäle zur Verfügung. Über defi nierte Zeiträume und ein programmierbares Intervall werden die Zählimpulse erfasst
und summiert. Für jeden Kanal werden Arbeit (Energie) und Leistung ermittelt und als Lastprofi l mit den zugehörigen Maxima berechnet
und gespeichert. Die Konfi guration und Bedienung des Optimierungsrechners und der Summenstation erfolgt direkt am Gerät über LC-
Display und Tasten oder über die serielle Schnittstelle mit der optionalen Software für MS-Windows.
Das Stahlwerk Thüringen nutzt das Lastmanagementsystem selbstverständlich auch als Auskunftssystem für die Produktionsplaner
und Controller. Ermer: „Die Daten aus der Energieerfassung sind wichtig. Wir wollen wissen, an welchen Stellen und zu welchen Zeiten
der Energieverbrauch wie hoch ist. Nur so können wir auf die Grenzwerte Einfl uss nehmen und in künftigen Verhandlungen mit dem
Energielieferanten für uns günstige Vertragsänderungen durchsetzen.“
Stahlwerk Thüringen GmbH
Seit 1872 ist Unterwellenborn traditioneller Standort der Eisen- und Stahlproduktion in Thüringen. Im Zentrum des Industriegebiets
Maxhütte produziert das Stahlwerk Thüringen Stahlträger nach nationalen und internationalen Normen. 1992 erwarb die ARBED-Gruppe
den Kernbereich der Maxhütte. Am 1. Juli 1992 wurde die Stahlwerk Thüringen GmbH als Betrieb gegründet. Gleichzeitig begann
damit die umfassende Modernisierung des Stahlstandortes Unterwellenborn. Im Februar 1995 wurde das neue Elektrostahlwerk mit
Stranggießanlage in Betrieb genommen. In das Elektrostahlwerk mit Stranggießanlage und die dazu notwendigen peripheren Anlagen,
wie zum Beispiel Schrottplatz, Elektroenergieeinspeisung und Infrastruktur, wurden 112 Millionen Euro investiert. Seit Januar 2007
gehört die Stahlwerk Thüringen GmbH zur Alfonso Gallardo Gruppe, dem Hauptproduzenten von Baustahl in Spanien mit etwa 3.000
Mitarbeitern und bedeutendem Hersteller von Formstahl in Europa.
Der Elektrolichtbogenofen
Für den Betrieb des Elektrolichtbogenofens ist Schrott der Hauptrohstoff. Der Ofen wird je Schmelze mit zwei Schrottkörben beschickt
und erzeugt aus diesem Einsatzmaterial in zirka 50 Minuten 120 Tonnen fl üssigen Rohstahl. Der Ofen arbeitet nach dem Prinzip
des Gleichstrom-Lichtbogenofens. Dabei wird zwischen einer Grafi telektrode von 750 Millimetern Durchmesser und dem als Anode
ausgeführten Ofenboden ein Lichtbogen erzeugt, dessen Energie den Schrott einschmilzt. Zusätzlich wird dabei noch die Energie
von sechs Erdgas-Sauerstoff-Brennern genutzt. Die zum Betrieb des Ofens installierte elektrische Leistung von 120 MVA (Mega Volt
Ampere) entspricht etwa dem elektrischen Leistungsbedarf einer Stadt mit 120.000 Einwohnern. Am Ende der Schmelze wird der
Rohstahl mit einer Temperatur von 1.600 Grad Celsius in die unter dem Ofen befi ndliche Gießpfanne abgestochen. Hierbei beginnt
bereits die metallurgische Weiterbehandlung des Stahls.

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