Energifrågans betydelse för produktionsplanering på SSAB Martin Waldemarsson
Tomas Hirsch
Doktorand, Produktionsekonomi
Chef för strategisk energiförsörjning
Linköpings Universitet
SSAB EMEA AB
Linköping
Borlänge och Finspång
© 2007 M. Rudberg
TNK038
Agenda • • • •
Bakgrund, teori, kort intro om SSAB Studerat system och frågeställningar Förutsättningar Diskussion kring resultat och slutsatser
Teoretisk bakgrund • Energieffektiviteten av en försörjningskedja påverkas i hög grad av produktionsplaneringen men också av hur produktionsstrategin ser ut och hur schemaläggningen sköts (Kalenoja et al., 2011). • Produktionsplanering, styrning och schemaläggning måste också utvecklas i syfte att minska onödigt spill och förluster i processindustrin (French and LaForge, 2006). • Klimatmål och stigande energipriser ökar också vikten av energi‐ och resurseffektivitet inom stålindustrin (Johansson and Söderström, 2011).
SSABs vision
Tillsammans med våra kunder kommer vi att gå längre än någon annan för att förverkliga det fulla värdet av lättare, starkare och mer hållbara produkter av stål
Globalt ledarskap inom höghållfasta stål
Fem större produktionsorter och säljkontor i cirka 50 länder
Energianvändning SSAB Borlänge 2013 Elkraft 440 GWh
Olja/LNG 500 GWh
Restenergi 168 GWh
Gasol 573 GWh Total användning 1 680 GWh Kostnad 700 MKr
Energianvändning (GWh) i våra processer Övrigt
Media
56
35
Elektricitet 440 LPG 573 Oil 500 450
376
Varmvalsning
98
40
179
30 Betning
4
20
47
111 48
Kallvalsning
Glödgning
8
35
12
14
21 42
35 5
Beläggning Målning
8
8 Klippning
16 Ånga
50
40
30 Matarvatten
Ångpanna
15 Friblåsning
26 Övrigt
40 Fjärr värme 62 Fastighet och process
8 Borlänge Energi
Agenda • • • •
Bakgrund, teori, kort intro om SSAB Studerat system och frågeställningar Förutsättningar Diskussion kring resultat och slutsatser
Energianvändning (GWh) i våra processer Övrigt
Media
56
35
Elektricitet 440 LPG 573 Oil 500 450
376
Varmvalsning
98
40
179
30 Betning
4
20
47
111 48
Kallvalsning
Glödgning
8
35
12
14
21 42
35 5
Beläggning Målning
8
8 Klippning
16 Ånga
50
40
30 Matarvatten
Ångpanna
15 Friblåsning
26 Övrigt
40 Fjärr värme 62 Fastighet och process
8 Borlänge Energi
Slab inventory (20-30 ton each)
Coilbox
Heating in Ovens
Roughing
LPG
Oil
Oven 1
Coiling
Hot rolling
Electricity
Roughing and hot rolling mill Oven 2
Cooling
Coiling
Frågeställningar • Hur bör ugnarna planeras och köras för att minimera energikostnaderna? • Hur kan olika strategier för ugnsstyrning utformas, där hänsyn tas till marknadsförutsättningar? • Vilka marknadsförutsättningar avseende energipriser och efterfrågan på stål triggar olika planeringsstrategier?
Agenda • • • •
Bakgrund, teori, kort intro om SSAB Studerat system och frågeställningar Förutsättningar Diskussion kring resultat och slutsatser
Förutsättningar • Vardera ugn kan täcka omkring 60‐70% av kapaciteten i efterföljande varmvalsverk. • Om båda ugnarna behövs körs de idag parallellt med lika stor volym var. • Valsningen kräver sekvensberoende planering där valsning sker från bredare till smalare. • Ämneslagrets storlek innan ugnarna (beroende av leveranser från Luleå och Oxelösund) avgör möjligheten till hur stora batcher/sekvenser som kan köras.
480 460
Use of LPG (kWh/ton)
440 420
16 14 12 10 8 6 4 2 0
400
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
Steel flow (ton)
380 360 340 320 300 0
10000
20000
30000
40000
50000
LPG
Steel flow Oven 1 (ton)
Oil
Electricity
100 95 90 85 80 75 70 65 60 0
20000
40000
60000
80000
100000
Steel flow Hot Rolling (ton)
Oven 1
Roughing and hot rolling mill
Coiling
Oven 2
410
Energieffektiviteten är beroende av produktionsvolymen (historik: 2013) (fiktiva skalor)
390 370 350 330 310 290 270 250 0
10000
20000
30000
40000
Steel flow Oven 2 (ton)
50000
60000
Use of electricity Oven 2 (kWh/ton)
Use of oil Oven 2 (kWh/ton)
Use of electricity Hot Rolling (kWh/ton)
Use of electricity (kWh/ton)
18
12 10 8 6 4 2 0 0
10000
20000
30000
40000
Steel flow Oven 2 (ton)
50000
60000
Agenda • • • •
Bakgrund, teori, kort intro om SSAB Studerat system och frågeställningar Förutsättningar Diskussion kring resultat och slutsatser
Beräkningar och Resultat 480 460
Use of LPG (kWh/ton)
440 420
16 14 12 10 8 6 4 2 0
400
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
Steel flow (ton)
380 360 340 320 300 0
10000
20000
30000
40000
50000
LPG
Steel flow Oven 1 (ton)
Oil
Electricity
100 95 90 85 80 75 70 65 60 0
20000
40000
60000
80000
100000
Steel flow Hot Rolling (ton)
Oven 1
Roughing and hot rolling mill
Coiling
Oven 2
410
Energieffektiviteten är beroende av produktionsvolymen (historik: 2013) (fiktiva skalor)
390 370 350 330 310 290 270 250 0
10000
20000
30000
40000
Steel flow Oven 2 (ton)
50000
60000
Use of electricity Oven 2 (kWh/ton)
Use of oil Oven 2 (kWh/ton)
Use of electricity Hot Rolling (kWh/ton)
Use of electricity (kWh/ton)
18
12 10 8 6 4 2 0 0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
Steel flow Oven 2 (ton)
• Total kostnad för energi kan nu beräknas och jämföras mellan olika scenarier.
Beräkningar och Resultat • 27 olika scenarier där produktionsvolymen samt priset på olja och gasol varieras.
High
Oljepris
Mid High Mid Low
Low Low
Mid High
Produktionsvolym
Gasolpris
Beräkningar och Resultat Mid prod vol and Mid LPG price
Potentiell besparing
Total Energy Cost (MSEK)
10 9.8 9.6
Oil price change
9.4 9.2
‐10%
9
0%
8.8
10%
8.6
55%
60%
65%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
100%
8.4
Utilization Oven 1
• Om ugnarna kan köras med olika beläggning.
High prod vol and Mid LPG price
Utilization Oven 1
Utilization Oven 1
9.4 9.2
‐10%
9
0%
8.8
10%
8.6
‐10%
8.6
0%
8.4
10%
8.2
Low prod vol and Mid LPG price 8.8
8.4
0%
8.4
10%
8.2
‐10%
8.2
0%
8
10%
7.8
Utilization Oven 1
55%
8 7.8
‐10%
7.6
0%
7.4
10%
7.2
Utilization Oven 1
100%
55%
60%
65%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
7
100%
55%
60%
65%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
7.6
100%
8
8.4
Oil price change
8.2
Utilization Oven 1
55%
‐10%
Oil price change
60%
8.6
Total Energy Cost (MSEK)
9
Total Energy Cost (MSEK)
8.6
8.6
60%
Low prod vol and Low LPG price
9
Oil price change
65%
Utilization Oven 1
9.2
8.8
70%
100%
55%
60%
65%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
Utilization Oven 1
Low prod vol and High LPG price
8.8
65%
Utilization Oven 1
Oil price change
9
8
100%
8.4
9.2
75%
10%
Oil price change
70%
0%
9.4
9.6
80%
‐10%
9.8
75%
Oil price change
Mid prod vol and Low LPG price 9.6
Total Energy Cost (MSEK)
Total Energy Cost (MSEK)
Mid prod vol and Mid LPG price 10
100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55%
Total Energy Cost (MSEK)
8.8
Mid prod vol and High LPG price
Total Energy Cost (MSEK)
10%
9
85%
Utilization Oven 1
10.6 10.4 10.2 10 9.8 9.6 9.4 9.2 9 8.8 8.6
0%
9.2
100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55%
100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55%
9
‐10%
9.4
80%
9.5
10%
9.6
90%
10%
0%
9.8
85%
0%
10
‐10%
Oil price change
10
90%
‐10%
10.2
100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55%
10.5
Oil price change
95%
Oil price change
11
10.4
95%
Total Energy Cost (MSEK)
Total Energy Cost (MSEK)
11.5
High prod vol and Low LPG price 10.6
11 10.8 10.6 10.4 10.2 10 9.8 9.6 9.4 9.2 9
Total Energy Cost (MSEK)
High prod vol and High LPG price 12
Managerial implications
Production Volume
High (H) Mid (M) oil Price Low (L) High
Mid
Low
LPG Price High
Oven 2 H – Oven 1 M – Oven 1 L – Oven 2 H – Oven 1 M – Oven 1 L – Oven 2
Mid
Low
H – Oven 1 M – Oven 2 L – Oven 2 H – Oven 1 M – Oven 1 L – Oven 2
H – Oven 1 M – Oven 1 L – Oven 2
Oven 1
Oven 1
Oven 1
Tabellen säger vilken ugn som bör ta sig an merparten av produktionen vid olika scenarier.
Exempel på alternativ styrning Idag (lika fördelning)
Alternativ fördelning?
Oven 1
Oven 1
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55
Oven 2 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Oven 2 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55
Kapacitetsutnyttjande (y) mot produktionsdag (x) för respektive ugn
Generella slutsatser • Nuvarande parallella användande av ugnarna skulle kunna övergå till ett mera kostnadsbaserat sätt att allokera produktionsvolymen till respektive ugn. • Begränsad överblick om framtida efterfrågan i kombination med långa ställtider (7‐25% av den operativa planeringshorisonten) gör det svårt att avgöra när en ugn ska övergå i stand‐by, eller off. • Bättre kommunikation mellan avdelningarna inom den egna organisationen skulle kunna tydliggöra när det finns utrymme att planera för stand‐by eller rent av stänga av någon ugn.
Övriga kommentarer • Processindustrier trivs ofta bäst vid produktion mot lager men dagens affärsklimat kräver ofta mera produktion mot order, vilket SSAB statuerar exempel för. Att producera större volymer (av vissa vanligt förekommenade order) mot lager skulle kunna ge ökad flexibilitet i ugnsstyrningen. • Ökad vertikal integration med kund eller ökad insyn om framtida efterfrågan på annat sätt skulle möjliggöra bättre beslutsunderlag för när en ugn bör stängas av eller gå på tomgång.
Energifrågans betydelse för produktionsplanering på SSAB Martin Waldemarsson
Tomas Hirsch
Doktorand, Produktionsekonomi
Chef för strategisk energiförsörjning
Linköpings Universitet
SSAB EMEA AB
Linköping
Borlänge och Finspång
© 2007 M. Rudberg
TNK038
References • French, M.L., LaForge, R.L., 2006. Closed‐loop supply chains in process industries: An empirical study of producer re‐use issues. Journal of Operations Management, 24, 271—286. • Johansson, M.T., Söderström, M., 2011. Options for the Swedish steel industry – Energy efficiency measures and fuel conversion. Energy, 36, 191‐ 198. • Kalenoja, H., Kallionpaa, E., Rantala, J., 2011. Indicators of energy efficiency of supply chains. International Journal of Logistics‐Research and Applications, 14(2), 77‐95.