Die Fabrik als Stromspeicher
16. März 2020
In der Fabrikhalle von Trimet ist das Magnetfeld so stark, dass Uhren stehenbleiben. Hier wird Aluminium durch Elektrolyse aus Tonerde gewonnen: Um die feste Verbindung des Aluminiumoxids auseinanderzureißen, wird es in einem Chemikalienbad gewaltig unter Strom gesetzt. Allein an seinem Stammsitz Essen verbraucht der größte Hersteller des Leichtmetalls in Deutschland 2,5 Millionen Megawattstunden Strom pro Jahr - soviel wie die Stadt Essen insgesamt, einschließlich aller anderen Industriebetriebe.
Nun aber wächst der Anteil der Erneuerbaren Energien im Strommix. "Wir können den Netzbetreibern helfen, bei Schwankungen das Netz stabil zu halten - indem wir flexibel reagieren", sagt Heribert Hauck, beim Essener Familienunternehmen verantwortlich für Energiewirtschaft. Die Aluhütten sind so ausgerichtet, dass sie bis zu einer Stunde lang abgeschaltet werden können, ohne Schaden zu nehmen. Das entlastet das Stromnetz und hilft, beispielsweise Blackouts zu vermeiden. Allein im Juni 2019 haben die Netzbetreiber 31 mal bei Trimet den Stecker gezogen. Damals hatten nicht allein Wetterkapriolen, sondern Spekulationen an der Strombörse und ein Computerfehler das Netz an seine Grenzen gebracht.
Fast alle Industrien können ihre Produktion flexibel anpassen
Auch andere energieintensive Unternehmen verkaufen die kurzfristig verfügbare Flexibilität ihres Stromverbrauchs über die Plattform regelleistung.net als Sicherheitsreserve. Die Schwankungen könnten zwar auch über Kraftwerke und Stromspeicher abgefedert werden. Aber dies erfordert teure Investitionen, ökologisch umstrittene Planungen und umfangreiche Genehmigungen. "Mit der Vergütung für den Ausfall werden wir nicht reich", betont der Trimet-Experte. "Aber wir können damit einen Beitrag zur Netzstabilität leisten, der so groß ist wie rund 700.000 Haushalte, die in einem kritischen Augenblick auf die Nutzung ihrer Kaffeemaschine verzichten."
Der Dienstleister Entelios bündelt Kapazitäten unterschiedlicher Unternehmen: Per Hard- und Software bindet er einzelne Pumpen, Maschinen und Anlagen in ein virtuelles Kraftwerk ein. Vorreiter sind etwa die Papierhersteller. "Nahezu alle Industrien könnten ihre Produktion flexibel anpassen, die Umsetzung hängt aber stark von den technischen Anforderungen ab", sagt Jan Zacharias, bei Entelios zuständig für regulatorische Fragen. Die Alu-, Chemie- und Papierindustrie könnten sie derzeit leichter erfüllen als etwa die Zement- und Stahlindustrie. Und so genannte Aggregatoren wie Entelios helfen dabei: "Nur sehr wenige Industrieunternehmen wollen sich im Alleingang dem für sie größtenteils unbekannten Energiemarkt aussetzen."
Anreize für intelligente Netzbewirtschaftung und Power2X setzen
Entelios sieht noch viel Luft nach oben und hat Forderungen an die Politik formuliert. Zunächst einmal brauche die Industrie Planungssicherheit. Die Förderung der bedarfsgerechten Abschaltung industrieller Großverbraucher ist jedoch bis 2022 befristet. Die Umstellung sei ein längerer Prozess, bei dem zuerst Erfahrungen an einem Standort gesammelt würden. Auch die Netzentgelte, also die Gebühren für die Netznutzung, sollten künftig Flexibilität belohnen. Und zu guter Letzt sollten Netzbetreiber einen Anreiz erhalten, wenn sie statt ausschließlich auf den Netzausbau auch auf eine intelligente Netzbewirtschaftung setzen. Denn durch das Lastmanagement würden sich viele zusätzliche Leitungen erübrigen, argumenieren die Entelios-Experten.
Eine noch geschmeidigere Flexibilisierung würde Unternehmen motivieren, ihre Produktion dem Stromangebot anzupassen und wenn überschüssiger Ökostrom vorhanden ist, auf Halde zu produzieren. "Dieser Stromeinsatz sollte vergütet werden oder zumindest kostenneutral erfolgen und von Umlagen und Netzentgelten befreit sein", fordert Andreas Steidle, Leiter des Energiemanagements bei Evonik. Power2X nennt sich das Konzept. Der Vorteil ist: Produkte lassen sich meist ohne Verlust lagern, während die Zwischenspeicherung von Strom erheblich ineffizienter ist.
Virtuelle Batterie bei Trimet
Dass selbst eine an sich sehr unflexible Produktion wie die Alu-Elektrolyse sich auf Power2X umstellen lässt, zeigt wiederum Trimet mit seiner "Virtuellen Batterie". Im Mai 2019 startete der Probebetrieb mit 120 Öfen in der Essener Aluhütte. Das Unternehmen kann dort ein Drittel der Produktion je nach "Hellbrise" an windigen Sonnentagen oder "Dunkelflaute", wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht, hoch- und runterfahren. So können bis zu 2000 Megawattstunden Strom geparkt werden - soviel wie in zwei mittelgroßen Pumpspeichern.
"Die Produktion tanzen zu lassen" ist aber nicht einfach. Denn die Alu-Elektrolyse verlangt eigentlich eine konstante Betriebstemperatur von 960 Grad Celsius. Schon 10 Grad drüber oder drunter sind heikel: Die Schmelze läuft aus oder erstarrt und ist nicht mehr leitfähig. Eine ganze Produktionslinie ist dann irreparabel beschädigt. Deshalb arbeiten alle Aluproduzenten weltweit seit der Erfindung der Elektrolyse im Jahr 1886 mit einer gleichmäßigen Energiezufuhr.
Alles eine Nummer größer
Trimet entwickelt sein Pionier-Verfahren seit 13 Jahren mit Hilfe mehrerer Partner aus der Wissenschaft. 36 Millionen Euro hat der Mittelständler bisher investiert: unter anderem in Wärmetauscher, die die Öfen umgeben und die Temperatur mehrere Stunden konstant halten. Um bei "Hellbrise" bis zu einem Viertel mehr Alu produzieren zu können, muss auch die Infrastruktur eine Nummer größer werden. "Wir haben die elektrischen Schaltanlagen, die Abgasreinigung wie auch die Kompressoren, die die Tonerde über Druckluft in die Elektrolyse-Öfen befördern, mit mehr Leistung ausgestattet", zählt Hauck auf.
Weil nun jede Zelle einzeln geregelt werden muss, steigt auch der Arbeitsaufwand. "Es ist noch nicht erkennbar, wie solche Flexibilitätsleistungen sich im aktuellen Marktdesign rechnen." Um weitere seiner vier Aluhütten umzurüsten, fehlen Trimet noch die wirtschaftlichen Anreize. Unter anderem will das Unternehmen beim Hochfahren der Produktion keine höheren Netzentgelte bezahlen müssen.