Monatsthema Dezember „UN-Klimagipfel 2019“: Wie sich die Industrie auf die Klimaneutralität vorbereitet

Auf dem 25. Klimagipfel der Vereinten Nationen im spanischen Madrid informierte der deutsche Pavillon auch über die bisherigen Ergebnisse der Kopernikus-Projekte. Eines davon ist SynErgie. Es bereitet Anpassungen der Industrie an das Energienetz der Zukunft vor. Ein Blick auf die Ergebnisse des Berichts nach dem Ende des Klimagipfels.

Die Kopernikus-Projekte sind die größte deutsche Forschungsinitiative zum Thema Energiewende, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Ihr Ziel ist es, Deutschlands Klimaneutralität im Jahr 2019 vorzubereiten:

  • Das Projekt P2X erforscht die Umwandlung von erneuerbarem Strom in Gase, Kraftstoffe, Chemikalien und Kunststoffe.
  • Das Projekt SynErgie untersucht, wie die Industrie das Stromnetz stabilisieren kann, wenn erneuerbarer Strom wegen Wind und Sonne nur schwankend zur Verfügung steht.
  • Das Projekt ENSURE entwickelt das Stromnetz der Zukunft.
  • Und das Projekt ENavi erarbeitet Konzepte, die diese technologischen Neuerungen sozial in die Praxis umgesetzt werden können.

Auf dem UN-Klimagipfel zeigte der deutsche Pavillon die Informationsfilme aller vier Projekte und stellte ihre Ergebnisse nach den ersten drei von insgesamt zehn Jahren Forschung vor. Dieser Text präsentiert beispielhaft die bisherigen Resultate des Projekts SynErgie.

Kopernikus-Projekt SynErgie
Die Industrie verbraucht in Deutschland 40 Prozent des Stroms und 25 Prozent der Wärme. Bisher kam die Energie dafür meist aus Kohlekraftwerken. Doch jetzt wird immer mehr Strom aus Sonnen- und Windkraft genutzt. Diese erneuerbaren Energien schwanken stark. Im Kopernikus-Projekt SynErgie wird untersucht, wie man Industrieprozesse an die schwankende Energieversorgung anpassen kann. Die TU Darmstadt und die Uni Stuttgart koordinieren das Projekt mit über 80 Partnern.© SynErgie / BMBF

SynErgie ist eine Reaktion auf das sich verändernde Energienetz der Zukunft. Wenn 2050 mindestens 80 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Quellen stammt, steht Strom nicht mehr gleichmäßig, sondern nur noch schwankend zur Verfügung. Die Industrie kann helfen, diese Schwankungen auszugleichen, indem sie ihre Nachfrage flexibel an das Stromangebot anpasst – ihren Energieverbrauch also bewusst steigert oder senkt.

„Demand Side Management" nennen Wissenschaftler dieses Vorgehen, übersetzt also: „Anpassung der Strom-Nachfrage-Seite". Für eine gelingende Energiewende ist das Demand Side Management deshalb so zentral, weil im Stromnetz zu jeder Zeit die Nachfrage genauso hoch sein muss wie das Angebot – sonst kann das Stromnetz instabil werden und zusammenbrechen.

Welche Möglichkeiten das Demand Side Management birgt, zeigte der deutsche Pavillon auf dem UN-Klimagipfel mit dem aktuellsten Bericht der Kopernikus-Projekte. Er beschreibt unter anderem die Erfolge der ersten drei Jahre SynErgie-Forschung. FONA hat die drei wichtigsten an dieser Stelle noch einmal knapp zusammengefast:

Erfolg 1:
potential von 2,5 Gigawatt ermittelt

SynErgie konnte ermitteln, wie viel Strom die deutsche Industrie bei Netzschwankungen entweder mehr oder weniger verbrauchen könnte – das ist das sogenannte Flexibilitätspotenzial. Das Ergebnis: Würde Deutschlands Industrie flexibilisiert werden, könnte sie ihre Leistung für eine Viertelstunde um bis zu 1,1 Gigawatt erhöhen. Das entspricht in etwa der Leistung eines Atomkraftwerks. Andersherum geht sogar noch mehr: Sollte es zu Stromengpässen kommen, könnte die Industrie ihre Leistung für 15 Minuten um bis zu 2,5 Gigawatt zurückfahren. Damit würde kurzfristig ungefähr so viel Leistung weniger nachgefragt, wie zwei Atomkraftwerke erbringen.

Erfolg 2:
TRIMET produziert um 22,5 mW flexibel  

Die flexible Anpassung der Industrie an Schwankungen des Stromnetzes ist vor allem bei Unternehmen wirksam, die besonders große Mengen Strom verbrauchen. Deutschlands größter privatwirtschaftlicher Stromverbraucher ist der Essener Aluminiumhersteller TRIMET. Auf TRIMET entfallen jährlich 1,6 Prozent des gesamten deutschen Strombedarfs. Bis zum Start von SynErgie war TRIMET auf die konstante Nutzung von Strom angewiesen: Jede Schwankung hätte die Aluminiumöfen vor Ort, die prozessbedingt mit starken Magnetfeldern arbeiten, zerstören können. Schwankt der Strom, schwankt das Magnetfeld – der ganze Ofen gerät aus dem Gleichgewicht. SynErgie hat zusammen mit TRIMET nun einen Weg gefunden, das Magnetfeld auch bei schwankendem Strom kompensieren zu können. Dadurch kann das Essener Unternehmen seinen Stromverbrauch für bis zu zwei Tage um 22,5 Megawatt erhöhen oder senken. Das entspricht der Leistung von etwa 25.000 Drei-Personen-Haushalten.
Virtuelle Batterie
Die erzielte Flexibilisierung des Produktionsprozesses ermöglicht die Nutzung der Aluminiumelektrolyse als virtuelle Batterie mit einer Speicherkapazität von ca. 3.400 MWh.© TRIMET ALUMINIUM SE

Erfolg 3:
luftzerlegung bei schwankendem Strom möglich

Ähnlich viel Strom wie TRIMET verbraucht der Gaskonzern Linde. Das Unternehmen zerlegt Luft in seine Bestandteile, um so seltene Gase zu gewinnen. Bisher ist das nur mit konstant hohem Strom möglich. SynErgie hat Simulationen und Anlagen entwickelt, die zeigen, dass auch das Verfahren der Luftzerlegung mit schwankendem Strom betreibbar ist. Maßgeblich dafür sind insbesondere die beiden Anlagenkomponenten Wärmeübertrager und Kompressor, die sich auch in vielzähligen weiteren Industrieprozessen wiederfinden.
FLEXASU: Innovative Luftzerlegungstechnologie
Mit Hilfe des FLEXASU-Konzepts entwickelt Linde Engineering eine Technologie, die wirklich eine Unterstützung für die globale Energiewende sein kann.Dafür sollen Industrieanlagen flexibilisiert werden und Linde leistet einen großen Beitrag industrielle Stromverbraucher zu flexibilisieren.© Linde