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Flexibler Energieverbrauch: Wie Industriebetriebe bei SINTEG die Energiewende vorantreiben

BMWi berichtet in "Energiewende direkt"

Bis 2030 sollen erneuerbare Energien 65 Prozent des deutschen Stromverbrauchs decken. Die Industrie kann durch flexibleren Energieverbrauch zur Stabilität im Stromnetz beitragen. Lösungen dafür erforschen Unternehmen in den fünf SINTEG-Schaufenstern. Darüber berichtet das BMWi in seiner aktuellen Ausgabe des Newsletters "Energiewende direkt".

Der Schmelzofen in der Hamburger Aluminiumhütte der TRIMET Aluminium SE ist eine echte Diva. Schon kleine Temperaturschwankungen können die riesige Wanne mit rund 15 Tonnen Metall und Elektrolyt bei Arbeitstemperaturen von rund 970 Grad Celsius zum Überlaufen bringen, oder zum Erstarren. Der Schaden ginge in die Hunderttausende Euro.

Seit 130 Jahren wird Aluminium nach dem gleichen Prinzip hergestellt. Die sogenannte Schmelzflusselektrolyse wandelt Aluminiumoxid mit Hilfe von elektrischem Strom in Aluminium um. Um den Wärmehaushalt und das Magnetfeld in den Elektrolysezellen stabil zu halten, darf die Temperatur bisher um höchstens zehn Grad Celsius schwanken. Ein kontinuierlicher Strombezug ist dafür ideal. Mit der Energiewende speisen aber immer mehr erneuerbare Energien mit schwankender Intensität in das Stromnetz ein. Das stellt die Stromnetze, in denen Erzeugung und Verbrauch stets ausgeglichen sein müssen, vor neue Herausforderungen. Trimet hat deshalb ein Verfahren entwickelt, das hier aushelfen kann. Die Idee: Der auf Stabilität ausgerichtete Elektrolyseprozess soll so umgestaltet werden, dass die Stromabnahme in gewissem Umfang flexibilisiert wird. Und da die Aluminiumhütte ein Großverbraucher ist, kann sie bei Bedarf des Netzbetreibers einen Beitrag für den stabilen Betrieb des Stromnetzes leisten. Wie das im Einzelnen machbar ist, untersuchen Forscherinnen und Forscher im Rahmen des Projektes "Power-to-Aluminium", das Teil der Norddeutschen Energiewende NEW 4.0 ist.

Industrieprozesse können auf die Erzeugung Erneuerbarer reagieren

Wie der Hamburger Aluminiumhersteller stehen auch viele andere Industrieunternehmen vor der Aufgabe, ihre Industrieprozesse teils grundlegend umzukrempeln und flexibler zu gestalten. Künftig sollen sie dann Strom verbrauchen, wenn gerade viel erzeugt wird - weil der Wind weht oder die Sonne scheint - und ihre Produktion herunterfahren, wenn gerade wenig erzeugt wird. Die Industrie kann dadurch auch Kosten sparen. Denn Strom hat je nach Wetterlage einen hohen oder geringen Preis. Und der jeweilige Strompreis ist für energieintensive Unternehmen ein wichtiger Kostenfaktor. Das nutzt zugleich dem Stromsektor: Der ist darauf angewiesen, dass Stromangebot und Stromnachfrage jederzeit ausgeglichen sind.

Im Rahmen des Forschungsprogramms SINTEG - Schaufenster intelligente Energie - arbeiten deshalb viele Unternehmen und Partner an Lösungen für flexible Industrieprozesse der Zukunft. In fünf großflächigen Modellregionen werden übertragbare Musterlösungen für eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung mit erneuerbaren Energien entwickelt und demonstriert.

Wie eine Aluminiumhütte ihre kochenden Kessel beruhigt

Steuerbare Wärmetauscher an den Außenwänden der Wanne könnten in der Aluminiumhütte der Schlüssel zum Gelingen sein. Wird der Ofen mit viel Energie betrieben, entsteht innen mehr Wärme, die durch die Wärmetauscher schnell abgegeben wird. Steht weniger Energie zur Verfügung, wirken die Wärmetauscher wie Isolatoren. Was einfach klingt, ist eine große technische Herausforderung. 270 solcher einzelnen Zellen gibt es, ein erster Praxistest mit zehn von ihnen ist bisher sehr erfolgreich. Gelingt das im großen Stil, leistet das Unternehmen damit auch einen beachtlichen Beitrag zur Netzstabilität. Denn Trimet produziert in Hamburg jährlich 135.000 Tonnen Aluminium und ist für rund 20 Prozent des Hamburger Stromverbrauchs verantwortlich.

Flexibel trotz Flugplan: So schlau nutzt der Stuttgarter Flughafen Energie

Auch der Stuttgarter Flughafen will seinen Beitrag leisten. Gerade setzt ein mehr als 78 Tonnen schwerer Airbus A300 in den Abendstunden zur Landung an. Die Landebahnbefeuerung weist ihm den Weg durchs Dunkel. In der Ferne leuchten schon die Terminalgebäude. Hier geht nichts ohne Energie, und auf die muss zu 100 Prozent Verlass sein. Denn das Flughafenareal verbraucht mit 50 Gigawattstunden pro Jahr so viel Strom wie rund 18.000 Haushalte der Region. Um für die Zukunft mit 100 Prozent Strom aus erneuerbaren Energien gerüstet zu sein, arbeitet der Airport schon jetzt aktiv an der Energiewende mit. Er ist Teil von C/sells, einer SINTEG-Modellregion.

Auf seinem Areal wird erprobt, wie Stromverbrauch und Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien flexibler aufeinander abgestimmt werden können. Mit einem Blockheizkraftwerk und Photovoltaikanlagen produziert der Flughafen umweltverträglichen Strom selbst. Dadurch könnte sich der Airport zukünftig zeitweise allein versorgen und noch Energie abgeben. Zum Beispiel wenn er selbst gerade wenig braucht, beim Stadtfest im Nachbarort aber die Lichter angehen. Wird sie gerade nicht gebraucht, kann die erzeugte Energie in Wärme oder Kälte umgewandelt in thermischen Energiespeichern aufbewahrt werden. Dazu werden große Stromverbraucher wie Lüftungsanlagen oder Kältemaschinen flexibel betrieben. So ist auch mit Erneuerbaren eine sichere Stromversorgung des Verkehrsknotenpunktes möglich. "Wir möchten vor allem bereits vorhandene Technik nutzen und sie intelligent ins Stromnetz einbinden", sagt Miriam Feil, verantwortlich für die strategische Energieausrichtung am Flughafen Stuttgart. "E-Cars zum Beispiel stehen in unseren Parkhäusern meist länger. Da sind wir beim Ladezeitpunkt flexibel".

Energie aus dem Wasserkessel; Papier aus Windstrom; Strom, Wärme und Grubengas im Mixer

Auch die Papier- und Kartonfabrik Varel (PKV) ist Teil von SINTEG, und im Schaufenster enera im Nordwesten Niedersachsens zu Hause. Hier erproben Fachleute ein Modul, das Erzeugungsspitzen beim Windstrom nutzen kann, um damit Dampf für die Papierproduktion zu erzeugen. Denn sauberer Windstrom ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg zur CO2-Neutralität.

Das Energieunternehmen STEAG arbeitet im Schaufenster Designetz daran, erneuerbaren Strom, Wärme und Grubengas stärker zu verbinden und dadurch flexibler und intelligenter zu nutzen. Das ist eine in Deutschland bisher einzigartige Vernetzung. Dafür nutzt die STEAG nach dem Tauchsieder-Prinzip einen Kessel, in dem überschüssiger Strom Wasser erhitzt und in speicherbare Wärme für Fernwärme umgewandelt werden kann. In Kombination mit den Grubengasmotoren kann so blitzschnell auf unvorhersehbare Schwankungen im Stromnetz reagiert und das Stromnetz auf diese Weise stabilisiert werden, ohne dass es im Umland von Saarbrücken, in Völklingen, kalt wird.

Die Berliner Wasserbetriebe beschäftigen sich im Schaufenster WindNODE dagegen mit dem Thema Lastmanagement und Klärwerke. Der Hintergrund: Abwasseranlagen zählen zu den großen Stromverbrauchern, deshalb lohnt es sich hier besonders, erneuerbare Energien zu integrieren. Die Berliner Wasserbetriebe, die sich bereits heute zu einem Großteil aus erneuerbaren Energien selbst versorgen, können mittels analysierter Stromverbräuche passend zu Wind und Sonne ihren Eigenverbrauch optimieren.

Quelle: Industrie als Partner der Energiewende, "Energiewende direkt", Ausgabe Februar 2020

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