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Power-to-Aluminium - Lastverschiebung bei einer Aluminiumelektrolyse-Zelle

Eckdaten

Name des Projekts
Power-to-Aluminium - Lastverschiebung bei einer Aluminiumelektrolyse-Zelle
Projektkategorie
Lastmanagement und Speicher
Ausführender Partner
Förderzeitraum
01.12.2016 – 20.11.2020
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi.IIIC4)
Standort
Hamburg-Altenwerder

Kontaktdaten

Klaus Schweininger
Tel.: +49 (0)440 29 150 520
Klaus.Schweininger@trimet.de

Trimet Aluminium SE
Aluminiumstrasse
21129 Hamburg

Das Projekt ermöglicht es, die Stromnachfrage der energieintensiven Aluminiumelektrolyse signifikant zu flexibilisieren und trägt damit zu einem stabilen Netzbetrieb, auch bei einem hohen Anteil volatiler, erneuerbarer Energieerzeugung, bei. Die vorhandene Netzinfrastruktur der Metropolregion wird effizient genutzt und ein weiterer Ausbau wird vermieden.

Das Projekt „Power-to-Aluminium“ eröffnet die technische Möglichkeit, eine Aluminiumelektrolyse flexibel zu betreiben. Das TRIMET-Werk Hamburg wird damit in die Lage versetzt, gezielt‚ Demand Side Response‘ zu erbringen und leistet so einen merklichen Beitrag zur Sicherung der Energieversorgung der Metropolregion und den Zielen der Energiewende bzw. des Projektes SINTEG.

Durch eine gezielte Wärmeabfuhr bzw. Isolation der Zellhülle mittels spezieller Tauscher und Speicher (SHEX) soll eine Leistungsänderung der Zelle ohne nachteiligen Effekt auf die Energieeffizienz des Prozesses erreicht werden. Diese Flexibilisierung/Dynamisierung einer Aluminiumelektrolyse ermöglicht die gezielte Erbringung von positiver und negativer Regelenergie und erhebliche Speicherkapazität.

Die geplante max. Kapazität zur Lastverschiebung der Elektrolyse liegt bei 3.840 MWh.

Im Fokus

  • Flexible Fahrweise einer Aluminiumelektrolyse durch gesteuerte Wärmeführung mit angepasster dynamischer Steuerung.
  • Flexibilisierung von Stromnachfrage
Problemanalyse

Elektrolyseöfen werden für eine fixe Stromstärke und Energiezufuhr konstruiert. Bei Änderung der Stromstärke und Energiezufuhr ändert sich die Energiebilanz des Ofens und führt zu Effizienzverlusten, Prozessstörungen oder Ausfällen. Die Steuerung der Elektrolysezelle war bisher nicht möglich.

Ziel(e) des Teilprojekts

Die Stromnachfrage der energieintensiven Aluminiumelektrolyse wird signifikant flexibilisiert. Mittels steuerbarer Wärmetauscher wird beabsichtigt die Energiebilanz im Ofen bei unterschiedlichen Belastungssituationen aufrecht zu erhalten.

Motivation und angestrebter Nutzen

Das Projekt trägt durch die flexible Lastverschiebung zu einem stabilen Netzbetrieb, auch bei einem hohen Anteil volatiler, erneuerbarer Energieerzeugung, bei. Die vorhandene Netzinfrastruktur der Metropolregion wird effizient genutzt.

Aktivitäten

Das Hamburger Werk wurde mit einer Testsektion von zehn Schmelzöfen mit speziellen Wärmetauschern und angepasster Steuerung ausgerüstet. 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.

Ressourcen

Ausführender Partner: Trimet Aluminium SE; In die Nachrüstung des Hamburger Werks hat TRIMET gut 4 Millionen Euro investiert, 1,6 Millionen Euro davon steuert das BMWi bei.

Erkenntnisse

Kernererkenntnisse

Mit dieser neuen Technik erweitert das Hamburger Werk seinen Beitrag zu einer sicheren Stromversorgung noch einmal erheblich. Die Flexibilisierung industrieller Verbraucher ist jedoch nicht nur eine technische Herausforderung – diese hat TRIMET weitgehend gelöst.

Ergebnisse zum Anfassen

Mit „Power-to-Aluminium“ ist das Werk in Hamburg 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.

Herausforderungen oder Hindernisse

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.

Verwertung

Soll Power-to-Aluminium zukünftig erfolgreich genutzt werden, bedarf es dringend einer Flexibilisierung des regulatorischen Rahmens.

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Wir sagen Tschüss!

Das Modellprojekt "Norddeutsche Energiewende 4.0" ist beendet. Mehr über die Hintergründe, Meilensteine und Ergebnisse finden sie aber auch weiterhin auf dieser Website.