Większa efektywność energetyczna spółki arcelormittal dzięki wykorzystaniu danych I analityki

W ramach współpracy z Capgemini Engineering i przy wsparciu finansowym francuskiej Agencji ds. Środowiska i Zarządzania Energią, ArcelorMittal wykorzystuje nowe modele i analizy do badania zagadnienia ciepła odpadowego w swoich zakładach przemysłowych, a także potencjalnych rozwiązań do odzyskania utraconej w ten sposób energii.

Wyzwanie: ArcelorMittal dąży do drastycznej redukcji ciepła odpadowego w swoich procesach produkcyjnych – w zgodzie ze swoją strategią środowiskową i dążeniem do zerowego poziomu emisji netto
Rozwiązanie: ArcelorMittal i Capgemini Engineering opracowały nowe modele fizyczne i techniczno-ekonomiczne, a także procesy analizy danych w celu wskazania głównych źródeł ciepła odpadowego i przeglądu potencjalnych rozwiązań do jego odzysku.

Korzyści:
• większa przejrzystość źródeł i ilości ciepła odpadowego;
• jasne wytyczne dotyczące podejmowania decyzji w oparciu o dane i analitykę;
• dokładny przegląd potencjalnych rozwiązań.

Ciepło odpadowe na celowniku

Wydajność energetyczna nigdy nie była bardziej krytycznym zagadnieniem niż obecnie. Dziś, bardziej niż kiedykolwiek wcześniej, osoby fizyczne i przedsiębiorstwa z konieczności stają się niezwykle świadome marnotrawstwa związanego ze zużyciem energii, a jednocześnie coraz chętniej sięgają po kreatywne rozwiązania. Dla ArcelorMittal, międzynarodowego lidera w produkcji stali, kwestia efektywności energetycznej stała się krytyczna zarówno ze względu na jej wpływ na środowisko, jak i na wydajność zakładów przemysłowych.

„Efektywność energetyczna jest ogromnym wyzwaniem dla całej branży, na której od dłuższego czasu koncentruje się ArcelorMittal” – wyjaśnia Gérard Griffay, szef zespołu ds. energii w Centrum Badań Procesowych ArcelorMittal Maizières. „W 2017 roku francuska rządowa Agencja ds. Środowiska i Zarządzania Energią (ADEME) opublikowała oszacowanie, z którego wynika, że ciepło odpadowe – innymi słowy ciepło, które nie jest zużywane w procesach przemysłowych i można je odzyskać – stanowiło równowartość 10% produkcji energii elektrycznej we Francji”.

„Niestety, nie wystarczy samo podjęcie decyzji o odzyskiwaniu większej ilości ciepła odpadowego. Istniejące obecnie metody pomiaru tych strat i testowania rozwiązań w zakresie odzysku nie były odpowiednie dla naszych zakładów przemysłowych, które opierają się na nowych, szybszych i bardziej elastycznych narzędziach. Nie chodziło tylko o zmianę naszych procesów w celu odzyskiwania ciepła odpadowego. Po pierwsze, musieliśmy stworzyć nowe modele do pomiaru strat energii i określenia możliwości zwiększenia wydajności”.

Po ustaleniu głównych celów we współpracy z Capgemini Engineering oraz ze wsparciem finansowym ADEME, ArcelorMittal stworzył konsorcjum, które rozpoczęło realizację projektu ANAlyse Globale de Recuperation d ‘ENergie (ANAGREEN) z zamiarem opracowania modeli fizycznych i techniczno-ekonomicznych, które będą kierować podejmowaniem decyzji dotyczących efektywności energetycznej w przyszłości.

Budowanie nowego sposobu analizy odzysku ciepła odpadowego

Aby opracować różne modele niezbędne do odzyskiwania ciepła odpadowego w obiektach przemysłowych, konsorcjum musiało w pełni zrozumieć istniejące wyzwania i możliwości. ArcelorMittal wybrał jedną lokalizację, która miała posłużyć jako miejsce badań i testów, po czym partnerzy zaczęli wspólnie badać wydajność zakładu.

Konsorcjum opracowało kompleksową bazę wiedzy dotyczącą właściwości fizykochemicznych płynów i materiałów, która umożliwiła sformalizowanie modeli fizycznych – na przykład równań i bilansów cieplnych – oraz dokładny przegląd procesów technologicznych. Dogłębna wiedza na temat rozwiązań do magazynowania energii cieplnej i innych zintegrowanych technologii, takich jak wymienniki ciepła, pompy ciepła i organiczne cykle Rankine’a, umożliwiła ArcelorMittal i Capgemini Engineering zaprojektowanie newralgicznego modelu techniczno-ekonomicznego, który sprawił, że kluczowe dane stały się bardziej dostępne. To pozwoliło lepiej objaśnić koszty i potencjalne oszczędności, jakie wynikałyby z każdego badanego rozwiązania.

„Po zbudowaniu naszych nowych modeli potrzebowaliśmy sposobu na analizę generowanych przez nie wyników” – mówi Griffay. „W obliczu tak wielu informacji musieliśmy być w stanie określić to, co tak naprawdę było niezbędne do zrozumienia naszej energii odpadowej i sposobu jej przetwarzania.”

Globalne analizy zachowań zapewniły wgląd w grupy danych, które stanowiły istotne i niezbędne informacje, zmniejszając w ten sposób ilość danych wymagających przeglądu, i skracając czas potrzebny na ukończenie procesów analitycznych. Partnerzy korzystali z pomiarów parametrów operacyjnych procesów, symulacji i danych projektowych, które następnie były przetwarzane i poddawane obróbce w celu dostarczenia danych wejściowych do matematycznych metod obliczeń.

Jak wyjaśnia Griffay: „Wykorzystaliśmy również optymalizację parametryczną do obliczenia całkowitych kosztów inwestycji i rocznych oszczędności płynących z różnych konfiguracji technologicznych. Dzięki temu byliśmy w stanie odpowiedzieć na najważniejsze pytania. Ile czasu zajmie osiągnięcie zwrotu z naszych inwestycji? Jaka jest całkowita ilość emisji CO₂, której można uniknąć? Jaki procent energii moglibyśmy naprawdę odzyskać?”.

„Ostatecznie takie podejście umożliwiło sortowanie potencjalnych rozwiązań w oparciu o priorytety przypadków użycia, a nawet klasyfikowanie ich zgodnie z uzasadnionymi oczekiwaniami”.

Wyznaczenie kierunku efektywności energetycznej

Aby przetestować i zweryfikować modele, ArcelorMittal i Capgemini Engineering zastosowały metodologię do rzeczywistych przypadków testowych, dodatkowo udoskonalając nowe narzędzia w celu jednoczesnego zapewnienia, aby projekt ANAGREEN stworzył kompleksowe i niezawodne rozwiązanie, które będzie wspierać integrację energetyczną w lokalizacjach przemysłowych. Dzięki dokładnej analizie zebranych danych projekt poprawi zdolność istniejących rozwiązań i technologii do wspierania odzysku energii.

„Projekt ANAGREEN doprowadził do innowacji na dwóch poziomach” – wyjaśnia Griffay. „Po pierwsze, stworzyliśmy nowe metody i modele, których używamy do wyszukiwania różnych sposobów na zwiększenie efektywności energetycznej. Po drugie, udoskonalił te rozwiązania dzięki dodatkowym wytycznym dotyczącym podejmowania decyzji”. 

Dysponując ulepszonym dynamicznym modelem pomiaru ciepła odpadowego i wskazywania możliwości odzysku, ArcelorMittal i Capgemini Engineering udoskonaliły swoje podejście, aby skrócić czas potrzebny na osiągnięcie zwrotu z inwestycji. Umożliwi to partnerom skuteczniejsze opracowanie strategii na potrzeby procesu i przyspieszy dążenie do efektywności energetycznej. Opracowane już modele szacują roczny potencjał odzysku na poziomie 2,4 TJ (lub 0,67 TWh) energii w przypadku hut we Francji, co stanowi około 1% całkowitego ciepła odpadowego całego francuskiego przemysłu. 

„Dzięki ANAGREEN dysponujemy systemem, który wspiera decyzje ekspertów i będzie rozwijać naszą strategię w oparciu o najbardziej newralgiczne dane” – mówi Griffay. „Potencjalny pozytywny wpływ tego rozwiązania jest ogromny. Odzyskane ciepło odpadowe będzie można wykorzystać do wstępnego podgrzewania podczas produkcji, co zmniejszy ilość wymaganej energii”. 

„Wszyscy wiedzą, że energia nigdy nie była ważniejszym zagadnieniem niż obecnie. ANAGREEN jest znaczącym pierwszym krokiem w kierunku zwiększenia wydajności przemysłu, tak abyśmy mogli nadal wykonywać naszą niezbędną pracę, jednocześnie minimalizując nasz wpływ na środowisko. Z optymizmem patrzę w przyszłość, w której europejski przemysł wykorzysta to jako podstawę innowacji, które przyczynią się do trwających wysiłków na rzecz bardziej zrównoważonego rozwoju”.