Power-to-Aluminium: Innovatives Lastmanagement in der Aluminiumherstellung

von NEW 4.0 Gastautor, 
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Vier Jahre Forschung für ein ganzheitliches und klimaneutrales Energiesystem im Norden sind beinahe abgeschlossen. Zu diesem Anlass stellt NEW 4.0 in einer bündigen Abschlussbroschüre die Ergebnisse und Hintergründe zum Projekt für ein Fachpublikum anschaulich dar. Das Projekt „Power-to-Aluminium – Lastverschiebung bei einer Aluminium-Elektrolysezelle“ war eins der insgesamt 100 Teilprojekte.

Luftaufnahme des Hamburger Werks der TRIMET Aluminium SE, Rechte: Plan-p

Innovatives Lastmanagement in der Aluminiumherstellung

Die TRIMET Aluminium SE produziert an ihrem Hamburger Standort jährlich 135.000 Tonnen Aluminium. Mit dem NEW 4.0-Projekt „Power-to-Aluminium-Lastverschiebung bei einer Aluminiumelektrolyse-Zelle“ richtet TRIMET die Aluminiumherstellung auf die schwankende Stromzufuhr aus regenerativen Energiequellen aus und kann so einen nennenswerten Beitrag zur Netzstabilität und zur Sicherung der Energieversorgung der Metropolregion leisten.

Aluminium wird durch die sogenannte Schmelzflusselektrolyse hergestellt. Dieses elektrochemische Verfahren erfordert eine konstante, gleichmäßige Stromzufuhr, um den Wärmehaushalt und das Magnetfeld in der Zelle stabil zu halten. Bei einer Arbeitstemperatur von 960 °C führen bereits Schwankungen von +/- 10 °C zu einer deutlichen Verschlechterung der Prozesseffizienz. TRIMET hat daher die bestehenden Elektrolysezellen um steuerbare Wärmetauscher ergänzt und kann so ihren Prozess auch bei einer schwankenden Stromerzeugung von Wind- oder PV-Anlagen stabil betreiben.

Kernerkenntnisse

Dafür wurde in dem Hamburger Werk eine Testsektion von zehn Schmelzöfen mit speziellen Wärmetauschern und angepasster Steuerung ausgerüstet. In diese Nachrüstung hat TRIMET gut vier Millionen Euro investiert, 1,6 Millionen Euro davon steuert das BMWi im Rahmen von NEW 4.0 bei.

Ein temporäres Überangebot von Strom kann jetzt zur Produktionssteigerung genutzt werden, die dabei entstehende zusätzliche Wärme wird von den Wärmetauschern abgeführt. Bei Stromknappheit kann die Produktion zeitweise reduziert werden, die Wärmetauscher wirken in diesem Fall als Isolator und verhindern ein Auskühlen der Zelle. Die Aluminiumelektrolyse wird so zu einer virtuellen Batterie.

Mit dieser neuen Technik erweitert das Hamburger Werk seinen Beitrag zu einer sicheren Stromversorgung noch einmal erheblich. Schon seit 2012 erbringt die Aluminiumelektrolyse – damals der erste Industriebetrieb in Deutschland – Primärregelleistung zur Stützung der Netzfrequenz. Seit 2013 trägt TRIMET z.B. beim Ausfall eines Kraftwerkes oder einer Netzüberlastung als „abschaltbare Last“ dazu bei, die Stromversorgung aufrechtzuerhalten.

Mit „Power-to-Aluminium“ ist das Werk nun in der Lage, nicht nur im Sekundenbereich Stützungsbeiträge zu liefern. Bei einem „roll-out“ der Pilotsektion auf alle 270 Elektrolysezellen entstünde eine virtuelle Batterie mit einer Speicherkapazität von bis zu 3.800 MWh für einen Zeitraum von bis zu einigen Tagen. Damit wäre es dann möglich, die Energie eines Sturmtiefs über Schleswig-Holstein zu speichern und später langsam abzugeben – statt wie heute die Windräder einfach abzuschalten.

Die Flexibilisierung industrieller Verbraucher ist jedoch nicht nur eine technische Herausforderung – diese hat TRIMET weitgehend gelöst. Die derzeit geltenden Vorschriften, Abgaben und Entgelte bieten leider wenig Anreize für die Umsetzung der gefundenen Lösungen, teilweise wird eine flexible Fahrweise sogar mit Mehrkosten bestraft. Soll Power-to-Aluminium zukünftig erfolgreich genutzt werden, bedarf es dringend einer Flexibilisierung des regulatorischen Rahmens.

Rechte: Plan-p

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