FlexTherm

Thermische Flexibilisierung der Aluminium-Elektrolyse

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  • Projekt-Nr.151193
  • Laufzeit 08/2017 - 10/2020

Im nachhaltigen Energiesystem der Zukunft wird die Stromerzeugung regenerativ, und zwar zum überwiegenden Teil durch fluktuierende Energieträger wie Wind und Sonne bereitgestellt werden. Es muss daher damit gerechnet werden, dass die Schwankungen in der Stromerzeugung zukünftig deutlich zunehmen. Um das Stromsystem zu stabilisieren, werden alle denkbaren Ausgleichsoptionen eingesetzt werden müssen, also neben der direkten Speicherung von Strom und dem verbesserten Transport durch Netzausbau auch die indirekte Speicherung (Stichwort: Power-to-X), aber eben auch die Anpassung der Stromnachfrage an das Angebot.

Großverbraucher von Strom wie in der energieintensiven Industrie werden Strom nicht mehr nur entsprechend ihres Bedarfs beziehen, sondern sollten sich, wenn möglich, auf einen zumindest teil-flexibilisierten Strombezug einstellen.

Eine solche Vorbereitung geschieht für einen Standort der Aluminium-Industrie in Essen, wo eine von drei Aluminium-Elektrolysen der Firma TRIMET Aluminium SE durch Umrüstung der bestehenden Anlage flexibilisiert wird. Die Leistung der Anlage kann dann um ca. 25 Prozent variiert werden; das entsprechend bereitgestellte Speicherpotenzial soll einen Umfang von rund 1.000 MWh erreichen (in etwa die Größenordnung eines mittelgroßen Pumpspeicherkraftwerkes).

Die Umrüstung wird von drei Lehrstühlen (Automatisierungstechnik/Informatik; Werkstofftechnik; Strömungsmechanik) der Bergischen Universität Wuppertal sowie dem Light Metals Reseach Centre der Universität Auckland messtechnisch unterstützt. Die Forschungsgruppe Zukunftsfähige Energie- und Mobilitätsstrukturen des Wuppertal Instituts gibt mit der wissenschaftlichen Begleitforschung den Rahmen:

  • Wie hoch wird der tatsächliche Bedarf an Flexibilität im Stromsystem der Zukunft ausfallen?
  • Welche der verschiedenen Ausgleichsoptionen (Netzausbau, direkte und indirekte Speicherung von Strom, Flexibilität) ist zu welchem Zeitpunkt die günstigste?
  • Wie hoch ist das Flexibilitäts-Potenzial der energieintensiven Industrie insgesamt und der Aluminium-Industrie als Teilmenge? Wie ändert sich dieses Potenzial unter den Randbedingungen der Energiewende (Stichwort: Dekarbonisierung der Industrie)?
  • Wie müssen die Rahmenbedingungen gestaltet werden, damit das Flexibilitätspotenzial industrieller Prozesse auch gehoben werden kann?
  • Welche eventuellen Rückwirkungen sind auf die industriellen Prozesse zu berücksichtigen; etwa Einbußen in der Effizienz?

Zur Beantwortung dieser und ähnlicher Fragestellungen wird unter anderem auf das umfangreiche Instrumentarium des Wuppertal Instituts zur Modellierung zukünftiger Energie- und Stromsysteme zugegriffen bzw. werden die bestehenden Modelle erweitert und ausgebaut.

Neben diesen energiesystemischen Untersuchungen werden die Auswirkungen der Flexibilisierung des Energiesystems auf wichtige Produkte der energieintensiven Grundstoffindustrie betrachtet. Zudem werden Erkenntnisse bezüglich der unternehmerischen Entscheidung zu Investitionsmaßnahmen im Hinblick auf Maßnahmen zur Realisierung von Flexibilität gesammelt, die Aufschlüsse über mögliche und notwendige Politikinstrumente zur Steuerung und Ausgestaltung von Flexibilitätsmärkten geben. Dabei wird stets bedacht, dass der Industriestandort Deutschland als solcher erhalten bleiben soll (kein Carbon-Leakage ins Ausland), aber auf nachhaltigen Stoffströmen basieren soll.

Das Vorhaben wird in Höhe von insgesamt knapp 400.000 Euro durch den Europäischen Fond für Regionale Entwicklung (EFRE) über eine Laufzeit von drei Jahren gefördert.