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Übergeordnete übersichtliche Vorstellung der Arbeitspakete- wie hängen die einzelnen Arbeitspakete vor dem Hintergrund der Zielerreichung zusammen.
Zur Sicherstellung eines sicheren und effizienten Transportprozesses sowie der systemübergreifenden Interoperabilität ist die Entwicklung einer integrierten Dateninfrastruktur notwendig. Daher ist das Ziel des Arbeitspakets die Aufbereitung und Integration der Betriebs- und Prozessdaten aus dem AP1 sowie der Aufbau einer cloudbasierten Plattform, die auf die Anforderungen eines Rohstoffgewinnungsbetriebes zugeschnitten ist. Die Stammdaten der im Analyseprozess identifizierten Bergwerks- und Maschinenkomponenten werden eingebracht und die relevanten Betriebsmittel via Standard-Schnittstellen zur Bereitstellung von Mess- und Zustandsdaten angebunden. Die aufbereiteten, strukturierten Daten und die errichtete cloudbasierte-Plattform werden miteinander synchronisiert. Hierdurch wird die Verfügbarkeit aller benötigten Daten und Informationen innerhalb des Projektkonsortiums gewährleistet. Zudem sollen mittels KI-basierter Verfahren das Lademanagement, die Produktionsplanung und das Fleet-Management von autonomen, batterieelektrischen Förder- und Transportfahrzeugen optimiert werden.
In diesem Arbeitspaket werden auf Grundlage der vorhergehenden Prozessanalysen in den Betrieben der Demonstrationsphase sowie mittels der erhobenen und stetig aufgezeichneten Daten Betriebs-modellierungen durchgeführt. Mithilfe der Betriebs- und Prozessdaten und der Prognosemodelle können Anforderungen an die Schwerlasttransportmaschinen, in Kombination mit den Anforderungen an gekoppelte Speicher- und Energiesysteme sowie an die Infrastruktur abgeleitet werden. Ebenso müssen die Energiebereitstellung und -speicherung mit Blick auf die Nutzung durch den Betrieb sowie die Verfügbarkeiten der Energiequellen und des Stromnetzes für eine Nutzung ausgelegt werden.
Ziel ist es, die Modellierungen der relevanten Bestandteile des Gesamtsystems fertigzustellen und auf der cloudbasierten Plattform verfügbar zu machen. Der Digitale Zwilling für den hier definierten Anwendungsfall ist damit fertiggestellt.
In diesem Arbeitspaket wird auf Basis der vorherigen Arbeitspakete eine Auslegungs- und Einsatzoptimierung der relevanten Komponenten durchgeführt. Diese sind insbesondere die optimale Ausnutzung der elektrisch-automatisierten Transportfahrzeuge, der Batteriekapazität und des Lademanagements. AP4 beginnt mit einer Auslegungsphase, in welcher das Gesamtsystem für die Demonstration konzipiert wird. Im weiteren Projektverlauf erfolgt dann die fortlaufende Gesamtsystemoptimierung.
Die Auslegung der elektrisch-automatisierten Transportfahrzeugen wird maßgeblich durch die Erfordernisse des fortlaufenden Betriebs und die laut Betriebsplanung vorgesehenen Mengen der Rohstoffgewinnung begrenzt. Der Fokus liegt weiterhin auf der Auslegung und Optimierung des Nutzungsprofils der elektrisch-automatisierten Transportfahrzeugen. Die optimalen Ladezeitpunkte, -leistungen und -zyklen der Transportfahrzeuge werden kontinuierlich berechnet und mittels Handlungsempfehlungen für die Folgenutzung bereitgestellt.
Parallel zur Auslegung und Optimierung der Nutzung der elektrisch-automatisierten Transportfahrzeugen ist die Auslegungsoptimierung der zugehörigen Fahrzeugbatterien durchzuführen. Die Optimierung der Batteriesysteme hinsichtlich technischer Auslegung und Dimensionierung wird zunächst für den bestehenden Betriebsfall durchgeführt und später mit den Ergebnissen aus AP4.1 zusammengeführt. Hierbei werden auf Basis der Abweichungen vom geplanten und tatsächlichen Betriebszustand Anpassungen der Batterienutzung vorgenommen.
Als weitere unabhängige Größe der Auslegung und Optimierung hinsichtlich eines gesamtoptimalen Systems des Rohstoffgewinnungsbetriebs sind der Netzanschluss und eine mögliche lokale Erzeugung sowie Flexibilität der Stromversorgung am Standort zu betrachten. Diese prozessübergreifende „übergeordnete“ Auslegung und Optimierung des Standorts sowie der energetischen Rahmenbedingungen werden durchgeführt. Ziel ist es, das komplexe und multikriterielle Entscheidungsproblem der effizienten Energieerzeugung, -nutzung und -speicherung in den Transportprozess zu integrieren und in relevante und systemisch trennbare Komponenten zu zerlegen, deren isolierte Optimierung mit Blick auf Zeit und Ressourcen zielführender ist als eine ganzheitliche Optimierung mit Unsicherheiten bezüglich der Validität des Optimierungsergebnisses.
Die umfangreiche Demonstration und Analyse der Systeme, Prozesse und Infrastruktur im Use Case Eigenrieden und dem Use Case Nivelstein legen den Grundstein für zukünftige Innovationen und Optimierungen von Gewinnungstransporten, um eine nachhaltigere und effizientere Produktion zu erreichen. Der Use Case Altertheimer Mulde der Knauf Gips KG soll hierbei als Greenfield Projekt dienen, auf welches die gesammelten Erkenntnisse der anderen beiden Use Cases angewendet und übertragen werden.
Zur Demonstration von Systemen und Teilsystemen im Steinbruch Eigenrieden und dem Sand-Tagebau Nivelstein werden die produktionsrelevanten Transportketten und Prozesse abgebildet. Grundlage der betrieblichen und prozesstechnischen Umgestaltungsmaßnahmen in diesem Arbeitspaket sind die Ergebnisse aus dem AP4. Hierzu gehört die Umsetzung des in AP 4 konzipierten Verkehrswegemanagements und der benötigten Ladeinfrastruktur für den Einsatz der elektrisch-automatisierten Transportfahrzeugen. Nach der Umgestaltung erfolgt der Wechsel auf einen elektrisch-automatisierten Transport als Demonstrator. Während der Demonstrationsphase werden sämtliche Prozesse analysiert und digital aufbereitet. Folgende Arbeitsschritte werden hierbei umgesetzt:
Die Elektrifizierung von Transportfahrzeugen in Rohstoffgewinnungsbetrieben gewinnt aufgrund der, bereits beschriebenen, zunehmenden Bedeutung von Nachhaltigkeit und Umwelt- und Gesundheitsschutz an Relevanz. Die Einführung von elektrischen Transportfahrzeugen kann dazu beitragen, Emissionen zu reduzieren und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Allerdings wurden die nachfolgend genannten Probleme als Hindernisse für eine erfolgreiche Umsetzung identifiziert:
Die Anschaffungskosten für (batterie-)elektrische Transportfahrzeuge inklusive der zugehörigen Infrastruktur sind in der Regel höher als für herkömmliche dieselbetriebene Modelle. Dies stellt eine finanzielle Belastung für Rohstoffgewinnungsbetriebe dar, insbesondere für kleinere Unternehmen mit begrenztem Budget.
Die Elektrifizierung erfordert nicht nur den Austausch von Verbrennungsmotoren durch elektrische Antriebssysteme, sondern auch die Anpassung der Infrastruktur und Betriebsabläufe. Es ist wichtig, die spezifischen Anforderungen und Herausforderungen einer schrittweisen Elektrifizierung zu verstehen, um eine reibungslose Integration zu gewährleisten. Eine detaillierte Analyse der betrieblichen Abläufe, Energiebedarfe und infrastrukturellen Voraussetzungen ist erforderlich, um die erforderlichen Anpassungen zu identifizieren und umzusetzen.
Die Elektrifizierung kann tiefgreifende Auswirkungen auf den gesamten Betrieb haben, einschließlich der Prozesse und Infrastruktur. Es ist wichtig, die potenziellen Veränderungen zu verstehen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um mögliche Probleme zu vermeiden. Dies erfordert eine umfassende Analyse und Bewertung der aktuellen Betriebsprozesse.
Die Entwicklung des Transformationskonzepts hat das globale Ziel, eine systematische und modulare Konzeption für die Umstellung konventioneller Betriebsmodelle hin zu einem elektrifizierten Transport in der Rohstoffgewinnung zu realisieren. Hierfür werden zunächst die Anforderungen der Rohstoffgewinnungsbetriebe an die elektrischen Transportfahrzeuge in der ersten Projektphase identifiziert. Anschließend werden die Auswirkungen eines Elektrifizierungsansatzes auf die Transformation von Rohstoffgewinnungsbetrieben am Beispiel der Use Case Betriebe analysiert. Abschließendes erfolgt das Ableiten von Handlungsempfehlungen aus den Erkenntnissen der Use Cases des Projektes für die Elektrifizierung von Rohstoffgewinnungsbetrieben.
Mithilfe dieses Transformationskonzeptes soll zukünftig die Elektrifizierung von Rohstoffgewinnungsbetrieben nachvollziehbar, erleichtert und stärker vorangetrieben werden.
Ziel: Konservierung, Dokumentation, Evaluierung und Verwertung von Projektergebnissen während und über die Projektlaufzeit hinaus. Weiteres Ziel ist die Feststellung der potentiellen Auswirkungen der Projektergebnisse auf die Rohstoffindustrie.
Das Konsortium stellt in diesem Arbeitspaket eine gemeinsame Evaluierung und Verwertung der erlangten Ergebnisse sicher. Dies geschieht durch kontinuierliche Projektmeetings und ggf. den Aufbau von zeitlich begrenzten CoWorking Spaces an den Demonstrationsstandorten sowie der abschließenden gemeinsamen Dokumentation der Ergebnisse. Zur wissenschaftlichen Verwertung sollen die Ergebnisse auf nationalen und internationalen Konferenzen und in Fachzeitschriften durch die akademischen Partner vorgestellt und mit dem Fachpublikum diskutiert werden. Der wissenschaftliche Nachwuchs wird durch die Integration in die Arbeiten des Forschungsprojektes sowie durch Abschlussarbeiten gefördert. Die Projektergebnisse werden direkten Einfluss auf die weiteren Entwicklungen der wirtschaftlichen Partner haben, womit eine spätere kommerzielle Verwertung angestrebt wird. Unter anderem im Bereich der nachhaltigen, CO₂-neutralen Rohstoffproduktion kann bereits jetzt ein signifikantes Interesse am Markt (Kunden der Betreiber) festgestellt werden, was die Grundlage für die Weiterentwicklungen und darauffolgende Kommerzialisierung der physischen Systeme und digitalen Dienstleistungen darstellt. Dabei werden durch die Technologie eröffnete Möglichkeiten, sowie kritische Faktoren für die Umsetzung und Kommerzialisierung der Ergebnisse definiert.
Das Ziel des Arbeitspakets ist die Einbindung interner und externer Akteure während der Projektlaufzeit, um eine kontinuierliche Kommunikation und nachhaltige Projektentwicklung zu gewährleisten.
In Arbeitspaket 8 wird die Kommunikation der Projektneuerungen und -ergebnisse an relevante Akteure sichergestellt. Sowohl interne (z.B. Betreiber und Mitarbeiter), als auch externe Akteure werden über die gesamte Projektlaufzeit in die Projektentwicklung miteinbezogen. Somit werden innerhalb des Konsortiums, aber auch gegenüber u.a. der Öffentlichkeit, Behörden, Bergbehörden, Genossenschaften Rückhalt für die angestrebten Projektziele gesichert. Der Einbezug der Projektpartner sichert die Akzeptanz sowie die Nutzung der Projektergebnisse und damit einhergehender technischer und struktureller Änderungen über die Projektlaufzeit hinaus. Maßnahmen in AP8 können die Bildung einer begleitenden Expertenrunde, Mitarbeiterworkshops, sowie die Schaffung und Gestaltung von Internetpräsenzen zur Außendarstellung sein.
Im Rahmen des Projektes finden regelmäßig Treffen des Gesamtkonsortiums an den unterschiedlichen Standorten der Partner statt. Hierbei werden insbesondere wichtige Entscheidungen und Vorgehensweisen diskutiert und festgelegt. Des Weiteren finden thematisch fokussierte Meetings und Workshops statt, in denen die einzelnen beteiligten Partner im engeren Kreise über ihr Vorgehen sprechen.
