Virtuelle Batterie - Flexibilisierung und Optimierung der primären Aluminiumherstellung zur Nutzung der Schmelzflusselektrolyse als virtueller Stromspeicher

Die Umsetzung der Energiewende wird starke Versorgungs- und damit auch Preis-schwankungen für die Energieversorgung in Deutschland zur Folge haben. Für energieintensive Unternehmen wie die Hersteller von Primäraluminium ergibt sich hieraus die zunehmende Herausforderung, ihre Produktionsprozesse und damit ihren Strombedarf zu flexibilisieren, um einerseits bei hohem Preisniveau die erfahrungsgemäß hohe Preisvolatilität zu nutzen, um den durchschnittlichen Energiepreis zu senken und so die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten.

Die Elektrolysezellen einer Aluminiumhütte wandeln elektrische in chemische Energie um, indem sie ein Ausgangsprodukt (Aluminiumoxid) mit niedrigem Energieinhalt umwandeln in ein Produkt mit hohem Energieinhalt (Aluminium). Sie machen damit nichts anderes als jeder Akkumulator beim Ladevorgang. Wenn man jedoch in der Lage ist, den Ladestrom und damit die Erzeugung des Energiespeicherprodukts Aluminium zeitlich zu variieren, entspricht die dadurch erzielte symmetrisch um die Nominalleistung steuerbare Energieaufnahme der Funktion einer Batterie. Bezogen auf die Aluminiumindustrie besteht ein langfristiges Ziel darin, die Leistung im Bereich von +/- 25% flexibilisieren und den gesamten Hub für 48 Stunden nutzen zu können.

Die Elektrolyseöfen einer Aluminiumhütte sind für eine bestimmte Stromstärke und Energiezufuhr konstruiert. Bei Änderung der Stromstärke und Energiezufuhr ändert sich auch die sehr sensible Energiebilanz des Ofens. Aktuell sind die Elektrolyseöfen einer Aluminiumhütte den aus einer derartigen Leistungsänderung resultierenden prozessbedingten Anforderungen jedoch nur in geringem Maß gewachsen. Größere Schwankungen der Energiezufuhr führen zu Effizienzverlusten, massiven Prozessstörungen oder sogar zum irreparabellen Ausfall der Öfen. Die Elektrolysezellen müssen also modifiziert werden, um trotz variabler Energiezufuhr ohne Gefährdung der Produktionsanlage und mit weiterhin maximaler Energieeffizienz betrieben werden zu können.

Die Bergische Universität Wuppertal (BUW) ist im Rahmen der öffentlich geförderten Projekte "Aluminiumelektrolyse 4.0" und "Kopernikus - SynErgie" als Forschungspartner an der Umset-zung der 'Virtuellen Batterie' maßgeblich beteiligt. Die Verbundforschung beinhaltet:

• die Unterstützung bei thermischen und strömungsmechanischen Fragestellungen,

• die Entwicklung von Rechenmodellen für die Auslegung und Optimierung von Aluminiumelektrolysezellen,

• die Optimierung des Steuerungs- und Regelungsverhaltens der Elektrolysezellen,

• die Gewährleistung eines stabilen und effizienten Ofenbetriebs mit Hilfe künstlicher Intelligenz

• die Untersuchung des Einsatzverhaltens des Kathodenwerkstoffs

• Verbesserung des Übergangsbereichs zwischen den Bodenkathoden und Stromschienen.

Kontakt:
Aussteller: Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Friederike Deuerler /Dipl.-Ing. M.Sc. Henry Pusch
deuerler[at]uni-wuppertal.de / pusch2[at]uni-wuppertal.de
Tel.: 439-3827/-2079

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