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“Darstellung der Entwicklung und der Zukunftsperspektiven der
energiewirtschaftlichenOptimierungspotenziale imStrombereichamBeispiel
eines energieintensiven Unternehmens.”
Dr. Thomas Dirksmeyer, Essen
Diese lange Thema hörtsich zunächstetwas sperrig an, aber wir werden die
einzelnen Aspekte dieses Themas einen nach dem anderen ausarbeiten.
Zuerstgeht es um die Frage, was überhauptenergieintensive Industrie
charakterisiert.
Die nächste Frageist: Wie passtdas alles in das Konzepteiner Energiewende.
Als Drittes fragen wir nach den allgemeinen Handlungsoptionen eines
energieintensiven Unternehmens, um dann ein konkretes Beispiel aus der
Aluminiumindustrie vorzustellen.
„Energieintensive Industrie“ wird auf verschiedeneWeise definiert. Einen
Überblick gibt die Zusammensetzung der Branchen im Dachverband
"Energieintensive Industrien Deutschland", nämlich:
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Istauch die IT-Brancheenergieintensiv?
Berichte zeigen, dass IT-Brancheviel Strom verbraucht, insbesonderefür
Betrieb und Kühlung von Serverfarmen. Durchaus beeindruckendeZahlen,
Google verbrauchtso viel Strom wie eine mittlere Großstadt.
Aber: Die2,26
TWh Strom, die Google 2013 verbrauchthat, würden in Deutschland etwas 250
Mio. Euro kosten. Google hat einen Umsatz von etwa 50 Mrd. $.
Wir beschäftigen uns hier mit Unternehmen, die nicht nur viel Energie
verbrauchen, sondern für diedie Energiekosten eine wirtschaftlich bedeutende
Rolle spielen.
Was bedeutet das für ein solches energieintensives Unternehmen?
Wichtiger Rohstoff => Verfügbarkeitist essentiell
Wichtiger Kostenfaktor => Preisniveau ist essentiell
Internationaler Wettbewerb => Relativ gute Preise, um wettbewerbsfähig zu
bleiben.
Gebundenes Kapital => Planbarkeit von Energiekosten wichtig
Wechseln wir nun den Standpunktund betrachten ein solches Unternehmen
aus volkswirtschaftlicher und politischer Sicht:
Unternehmen produzieren Waren, schaffen Arbeitsplätzeund
Steuereinnahmen.
Andererseits gibt es ökologischeZiele, z. B. Verringerung des
Energieverbrauchs, für diegerade die energieintensiven Unternehmen
hinderlich sind. E-I Unternehmen belasten die Umweltbilanz.
Andererseits werden viele von deren Produkten gerade auch für Projekteim
Bereich erneuerbare Energien verwendet.
Wenn man deren Existenz bedroht, würden sievermutlich ins Ausland
abwandern. Istdas gutoder schlecht?
Gut, weil Emissionen dann in Deutschland nicht mehr anfallen.
Schlecht, weil Steuereinnahmen und Arbeitsplätzefehlen.
Schlecht, weil es Umweltbilanz anderer Länder belastet.
Schlecht, weil zumindestCO2 Emissionen ein globales Problemsind.
Ein kleiner Einschub: Welche Ziele haben wir überhaupt? "Wir", das isthier die
EuropäischeUnion.
Senkung CO2 Emissionen 40% - Problematische Rolle der EI-Industrie: Wer
Energie verbraucht, erzeugtfastimmer auch Emissionen.
Anteil Erneuerbarer auf 27% - Problematisch: EI Industriehatnichts gegen
Erneuerbare. Aber je höher der Gesamtverbrauch, desto aufwändiger istes,
den Anteil zu erhöhen.
Energieeffizienz Senken der Energieintensität um 27% - Problematisch:EI
Industriezeichnetsich gerade dadurch aus, dass viel Energie pro erzeugter
Produktion eingesetzt wird.
Handlungsfelder zur Kostenreduktion:
Sorgfältiger Einsatz von Energie
Energiesparmaßnahmen - Isolierung, effizientereMaschinen,
Prozesseoptimieren - sparsamereWege finden, das gewünschteProdukt
herzustellen
Geschickteinkaufen - Marktanalyse, möglichstviele Anbieter kontaktieren,
gut verhandeln, Zwischenhändler ausschalten.
Ansprüchesenken - kommeich auch mit einem günstigeren Produktaus,
kann ich auf Zusatzleistungen verzichten?
Wenn es gar nicht passt: Kann ich Unterstützung vomStaat erwarten?
Ein Beispiel: EEG-Umlage
Verbraucher zahlen EEG-Umlage von derzeit 6,17 ct/kWh .
Kappung der EEG-Umlage für energieintensive Stromverbraucher.
Bedingung: Mindestverbrauch von 1 GWh (für diesen Mindestbetrag ist immer
die volle Umlage zu zahlen).
Stromkosten - Intensitätgrößer als 16%.
Aluminium - Produktion:
Bauxit ( enthält Al Hydroxid und Eisenoxid ) wird mit Natronlauge aufbereitet.
Anschließend elektrochemische Reduktion in einer Metallschmelze
Stromverbrauch: Bei ca. 100 EUR/MWh ergeben sich also Stromkosten von
1200 - 1500 EUR/t Aluminium.
Börsenpreis für Rohaluminium liegt bei etwas 1700 EUR.
Chart Aluminiumherstellung:
Reduktion des Aluminiumoxids zu Aluminium in Elektrolysezellen. Dem
Aluminiumoxid wird ein weiteres Mineral, Kryolith, beigegeben, um den
Schmelzpunktvon über 2000°Cauf unter 1000°Czu senken.
Kleine Spannungen, hoheStröme durch die Schmelze. Aluminium sondertsich
als See am Boden der Zelle an der Kathode ab.
Chart FabrikgebäudeTrimet Essen
Stromverbrauch Trimetca. 6 TWh / a, AluschmelzeEssen allein 2,5 TWh (also
mehr als die oben erwähnte Google), Trimet verbrauch mehr als 1 % des
deutschen Stroms.
Kosteneffizienz: Stromverbrauch wurdedurch Prozessoptimierung deutlich
gesenkt.
GeschäftsideeFlüssigaluminium:
Überlegung: es ist doch Verschwendung, wenn wir unser Rohaluminiumerst
einmal in Barren gießen und abkühlen, wenn anschließend die Gießerei die
Barren wieder schmelzen muss.
Herausforderung: Transportbehälter beschaffen; Kunden finden, die einen
Nutzen davon haben, bereit sind dafür zu bezahlen und in erreichbarer Nähe
sind.
Lösung: Trimet liefert etwa ein Drittel seiner Produktion in flüssiger Forman
Gießereien in der Umgebung.
Einsparung von 0,5 MWh/t, insgesamtsomit 35.000 MWh, mehrereMillionen
Euro Stromkosten.
In diesem Beispiel war das Optimierungskonzeptschon etwas komplexer. Es
ging zwar umeine klassischeEnergiesparmaßnahme, aber siewar verbunden
mit einer neuen Geschäftsidee, musstealso vor allem auch die Interessen
Dritter berücksichtigen.
Dies gilt auch für mein zweites Beispiel:
Ausgangspunktistdie Überlegung, dass eine Aluhütte nicht nur ein sehr großer
Stromkundeist, sondern auch ein untypisches Abnahmeprofilhat. Da die
Schmelze ständig beheizt werden muss, beziehteine Aluhütte nahezu das
gesamte Jahr über weitgehend konstante elektrische Leistung.
Das ist aus Sicht des Netzbetreibers und des Stromlieferanten vorteilhaft, weil
a) die gesamte vorgelagerte Installation optimal ausgelastet ist und b) weil das
Verhalten des Stromkunden sehr gutplanbar ist. Der Netzbetreiber muss nicht
fürchten, riesige Leistungen plötzlich bereitstellen oder ebenso plötzlich wieder
vomMarkt nehmen zu müssen.
Das ist wichtig, weil ungeplante Lastwechseleine der wesentlichen
Herausforderungen des Netzbetriebs sind, verstärktin letzter Zeit noch durch
die ebenfalls schwer planbaren Einspeisungen erneuerbarer Energien.
Man kann von dortnoch einen Schrittweiter gehen: Die wesentliche Funktion
der hohen Stromlieferungen ist es, die Schmelze flüssig zu halten. Eine
kurzzeitigeLieferunterbrechung erzeugtdabei noch keine ernsthaften
Probleme. Aluhütten akzeptieren daher, dass der Netzbetreiber in Engpass-
Situationen kurzzeitig den Stecker zieht. (Chart19)
Dieses Beispiel aus dem Februar letzten Jahres zeigt, wie sich im Netz des
Netzbetreibers Amprion ein Defizit aufbaute, weil die prognostizierte
Windenergieeinspeisung sich nicht einstellte. Als das Defizit kritisch wurde, hat
Amarion dann die Stromlieferung an Trimet eingestellt.
In ähnlicher Weise bieten Aluhütten dem Netzbetreiber an, zur sogenannten
Primärreservebeizutragen, das sind sehr kurzfristig verfügbare
Stromlieferungen, die innerhalb von maximal 30 Sekunden für mindestens 15
Minuten verfügbar sind. Die Aluhütte passtihre Abnahme dabei selbständig
der Netzsituation an. Wenn die Netzfrequenz über 50 Hz steigt, ist das ein
Zeichen für ein Stromüberangebot, und die Hütte erhöht ihren
Stromverbrauch, fälltdie Netzfrequenz, was ein Stromdefizit anzeigt, dann
reduziertdie Hütte ihren Stromverbrauch.
Die nächste Weiterentwicklung dieses Konzepts hat Trimet nun „Virtuellen
Stromspeicher“ genannt. Was genau soll nun ein Stromspeicher sein? Ein
gewöhnlicher Akkumulator wird ja dadurch charakterisiert, dass man ihm in
einer Ladephase Stromeinspeisen kann, den man in einer späteren
Entladephase wieder zurückbekommt. DieGesamtmengeder zu speichernden
Energie ist dabei durch die Kapazität des Akkumulators beschränkt. Der
virtuelle Stromspeicher machtim Grundedasselbe: Trimet akzeptiert, dass der
Netzbetreiber mehr Stromeinspeist als angefordertund damit einen
Speicherfüllstand aufbaut, den er wieder aufbrauchen kann, indem er der
Trimet während der Ausspeiseperiodeweniger Stromliefert als angefordert.
In Summeverhält sich aus Sicht des Netzbetreibers die Aluhütte damit wie die
Summe aus einem konstanten Abnehmer und einem originären Stromspeicher.
ImFalle der Aluhütte Essen geht es dabei um 70 MW Leistung und circa3,4
GWh elektrischer Energie, die innerhalb von zweiTagen ein- und wieder
ausgespeistwerden kann. (zumVergleich: 1 GWh pro Jahr war das
Mindestkriteriumfür energieintensive Unternehmen)
Aus Sicht des Netzbetreibers existiert damit ein nützlicher Beitrag zur
Stabilisierung des Netzes. Aus Sicht der Aluhütte gibt es nun eine neue
Ertragsquelleund einen Imagegewinn, der erforderlicheAufwand besteht in
einer Anpassung der Prozessführung, dieeinige Investitionen in die Anlagen
erfordert.
Schauen wir noch einmal zurück:
Wir haben festgestellt, dass energieintensive Unternehmen eine wichtige Rolle
bei der Umsetzung von Klimazielen einnehmen. Zunächsterscheinen diese
Unternehmen als Störfaktoren, denn sie verbrauchen viel Energie, wo doch die
Verringerung des Energieverbrauchs ein wichtiges Klimaziel ist.
Es sind aber auch Unternehmen, die naturgemäß ein großes wirtschaftliches
Interessean Energieeffizienz haben; die häufig aber auch eine gewisse
Sonderbehandlung bezüglich ihrer Energiekosten benötigen.
Wir haben gesehen, dass es intelligente Ansätzezur weiteren Optimierung gibt,
und darunter sogar welche, die einen Beitrag zur Unterstützung der
Energiewende liefern.
Fragen zumVerständnis:
Warumerlässtder Staat energieintensiven Unternehmen die EEG-Umlage? Ist
das eine Subvention?
Wer profitiert von den Energieeinsparungen durch Flüssigaluminium? Wie
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Manuskript bingen 2015 handout

  • 1. “Darstellung der Entwicklung und der Zukunftsperspektiven der energiewirtschaftlichenOptimierungspotenziale imStrombereichamBeispiel eines energieintensiven Unternehmens.” Dr. Thomas Dirksmeyer, Essen Diese lange Thema hörtsich zunächstetwas sperrig an, aber wir werden die einzelnen Aspekte dieses Themas einen nach dem anderen ausarbeiten. Zuerstgeht es um die Frage, was überhauptenergieintensive Industrie charakterisiert. Die nächste Frageist: Wie passtdas alles in das Konzepteiner Energiewende. Als Drittes fragen wir nach den allgemeinen Handlungsoptionen eines energieintensiven Unternehmens, um dann ein konkretes Beispiel aus der Aluminiumindustrie vorzustellen. „Energieintensive Industrie“ wird auf verschiedeneWeise definiert. Einen Überblick gibt die Zusammensetzung der Branchen im Dachverband "Energieintensive Industrien Deutschland", nämlich: Baustoffe- Chemie - Glas - NE-Metalle - Papier - Stahl Istauch die IT-Brancheenergieintensiv? Berichte zeigen, dass IT-Brancheviel Strom verbraucht, insbesonderefür Betrieb und Kühlung von Serverfarmen. Durchaus beeindruckendeZahlen, Google verbrauchtso viel Strom wie eine mittlere Großstadt.
Aber: Die2,26 TWh Strom, die Google 2013 verbrauchthat, würden in Deutschland etwas 250 Mio. Euro kosten. Google hat einen Umsatz von etwa 50 Mrd. $. Wir beschäftigen uns hier mit Unternehmen, die nicht nur viel Energie verbrauchen, sondern für diedie Energiekosten eine wirtschaftlich bedeutende Rolle spielen. Was bedeutet das für ein solches energieintensives Unternehmen? Wichtiger Rohstoff => Verfügbarkeitist essentiell Wichtiger Kostenfaktor => Preisniveau ist essentiell Internationaler Wettbewerb => Relativ gute Preise, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Gebundenes Kapital => Planbarkeit von Energiekosten wichtig Wechseln wir nun den Standpunktund betrachten ein solches Unternehmen aus volkswirtschaftlicher und politischer Sicht:
  • 2. Unternehmen produzieren Waren, schaffen Arbeitsplätzeund Steuereinnahmen. Andererseits gibt es ökologischeZiele, z. B. Verringerung des Energieverbrauchs, für diegerade die energieintensiven Unternehmen hinderlich sind. E-I Unternehmen belasten die Umweltbilanz. Andererseits werden viele von deren Produkten gerade auch für Projekteim Bereich erneuerbare Energien verwendet. Wenn man deren Existenz bedroht, würden sievermutlich ins Ausland abwandern. Istdas gutoder schlecht? Gut, weil Emissionen dann in Deutschland nicht mehr anfallen. Schlecht, weil Steuereinnahmen und Arbeitsplätzefehlen. Schlecht, weil es Umweltbilanz anderer Länder belastet. Schlecht, weil zumindestCO2 Emissionen ein globales Problemsind. Ein kleiner Einschub: Welche Ziele haben wir überhaupt? "Wir", das isthier die EuropäischeUnion. Senkung CO2 Emissionen 40% - Problematische Rolle der EI-Industrie: Wer Energie verbraucht, erzeugtfastimmer auch Emissionen. Anteil Erneuerbarer auf 27% - Problematisch: EI Industriehatnichts gegen Erneuerbare. Aber je höher der Gesamtverbrauch, desto aufwändiger istes, den Anteil zu erhöhen. Energieeffizienz Senken der Energieintensität um 27% - Problematisch:EI Industriezeichnetsich gerade dadurch aus, dass viel Energie pro erzeugter Produktion eingesetzt wird. Handlungsfelder zur Kostenreduktion: Sorgfältiger Einsatz von Energie Energiesparmaßnahmen - Isolierung, effizientereMaschinen, Prozesseoptimieren - sparsamereWege finden, das gewünschteProdukt herzustellen Geschickteinkaufen - Marktanalyse, möglichstviele Anbieter kontaktieren, gut verhandeln, Zwischenhändler ausschalten. Ansprüchesenken - kommeich auch mit einem günstigeren Produktaus,
  • 3. kann ich auf Zusatzleistungen verzichten? Wenn es gar nicht passt: Kann ich Unterstützung vomStaat erwarten? Ein Beispiel: EEG-Umlage Verbraucher zahlen EEG-Umlage von derzeit 6,17 ct/kWh . Kappung der EEG-Umlage für energieintensive Stromverbraucher. Bedingung: Mindestverbrauch von 1 GWh (für diesen Mindestbetrag ist immer die volle Umlage zu zahlen). Stromkosten - Intensitätgrößer als 16%. Aluminium - Produktion: Bauxit ( enthält Al Hydroxid und Eisenoxid ) wird mit Natronlauge aufbereitet. Anschließend elektrochemische Reduktion in einer Metallschmelze Stromverbrauch: Bei ca. 100 EUR/MWh ergeben sich also Stromkosten von 1200 - 1500 EUR/t Aluminium. Börsenpreis für Rohaluminium liegt bei etwas 1700 EUR. Chart Aluminiumherstellung: Reduktion des Aluminiumoxids zu Aluminium in Elektrolysezellen. Dem Aluminiumoxid wird ein weiteres Mineral, Kryolith, beigegeben, um den Schmelzpunktvon über 2000°Cauf unter 1000°Czu senken. Kleine Spannungen, hoheStröme durch die Schmelze. Aluminium sondertsich als See am Boden der Zelle an der Kathode ab. Chart FabrikgebäudeTrimet Essen Stromverbrauch Trimetca. 6 TWh / a, AluschmelzeEssen allein 2,5 TWh (also mehr als die oben erwähnte Google), Trimet verbrauch mehr als 1 % des deutschen Stroms. Kosteneffizienz: Stromverbrauch wurdedurch Prozessoptimierung deutlich gesenkt. GeschäftsideeFlüssigaluminium: Überlegung: es ist doch Verschwendung, wenn wir unser Rohaluminiumerst einmal in Barren gießen und abkühlen, wenn anschließend die Gießerei die Barren wieder schmelzen muss.
  • 4. Herausforderung: Transportbehälter beschaffen; Kunden finden, die einen Nutzen davon haben, bereit sind dafür zu bezahlen und in erreichbarer Nähe sind. Lösung: Trimet liefert etwa ein Drittel seiner Produktion in flüssiger Forman Gießereien in der Umgebung. Einsparung von 0,5 MWh/t, insgesamtsomit 35.000 MWh, mehrereMillionen Euro Stromkosten. In diesem Beispiel war das Optimierungskonzeptschon etwas komplexer. Es ging zwar umeine klassischeEnergiesparmaßnahme, aber siewar verbunden mit einer neuen Geschäftsidee, musstealso vor allem auch die Interessen Dritter berücksichtigen. Dies gilt auch für mein zweites Beispiel: Ausgangspunktistdie Überlegung, dass eine Aluhütte nicht nur ein sehr großer Stromkundeist, sondern auch ein untypisches Abnahmeprofilhat. Da die Schmelze ständig beheizt werden muss, beziehteine Aluhütte nahezu das gesamte Jahr über weitgehend konstante elektrische Leistung. Das ist aus Sicht des Netzbetreibers und des Stromlieferanten vorteilhaft, weil a) die gesamte vorgelagerte Installation optimal ausgelastet ist und b) weil das Verhalten des Stromkunden sehr gutplanbar ist. Der Netzbetreiber muss nicht fürchten, riesige Leistungen plötzlich bereitstellen oder ebenso plötzlich wieder vomMarkt nehmen zu müssen. Das ist wichtig, weil ungeplante Lastwechseleine der wesentlichen Herausforderungen des Netzbetriebs sind, verstärktin letzter Zeit noch durch die ebenfalls schwer planbaren Einspeisungen erneuerbarer Energien. Man kann von dortnoch einen Schrittweiter gehen: Die wesentliche Funktion der hohen Stromlieferungen ist es, die Schmelze flüssig zu halten. Eine kurzzeitigeLieferunterbrechung erzeugtdabei noch keine ernsthaften Probleme. Aluhütten akzeptieren daher, dass der Netzbetreiber in Engpass- Situationen kurzzeitig den Stecker zieht. (Chart19) Dieses Beispiel aus dem Februar letzten Jahres zeigt, wie sich im Netz des Netzbetreibers Amprion ein Defizit aufbaute, weil die prognostizierte Windenergieeinspeisung sich nicht einstellte. Als das Defizit kritisch wurde, hat Amarion dann die Stromlieferung an Trimet eingestellt. In ähnlicher Weise bieten Aluhütten dem Netzbetreiber an, zur sogenannten Primärreservebeizutragen, das sind sehr kurzfristig verfügbare Stromlieferungen, die innerhalb von maximal 30 Sekunden für mindestens 15
  • 5. Minuten verfügbar sind. Die Aluhütte passtihre Abnahme dabei selbständig der Netzsituation an. Wenn die Netzfrequenz über 50 Hz steigt, ist das ein Zeichen für ein Stromüberangebot, und die Hütte erhöht ihren Stromverbrauch, fälltdie Netzfrequenz, was ein Stromdefizit anzeigt, dann reduziertdie Hütte ihren Stromverbrauch. Die nächste Weiterentwicklung dieses Konzepts hat Trimet nun „Virtuellen Stromspeicher“ genannt. Was genau soll nun ein Stromspeicher sein? Ein gewöhnlicher Akkumulator wird ja dadurch charakterisiert, dass man ihm in einer Ladephase Stromeinspeisen kann, den man in einer späteren Entladephase wieder zurückbekommt. DieGesamtmengeder zu speichernden Energie ist dabei durch die Kapazität des Akkumulators beschränkt. Der virtuelle Stromspeicher machtim Grundedasselbe: Trimet akzeptiert, dass der Netzbetreiber mehr Stromeinspeist als angefordertund damit einen Speicherfüllstand aufbaut, den er wieder aufbrauchen kann, indem er der Trimet während der Ausspeiseperiodeweniger Stromliefert als angefordert. In Summeverhält sich aus Sicht des Netzbetreibers die Aluhütte damit wie die Summe aus einem konstanten Abnehmer und einem originären Stromspeicher. ImFalle der Aluhütte Essen geht es dabei um 70 MW Leistung und circa3,4 GWh elektrischer Energie, die innerhalb von zweiTagen ein- und wieder ausgespeistwerden kann. (zumVergleich: 1 GWh pro Jahr war das Mindestkriteriumfür energieintensive Unternehmen) Aus Sicht des Netzbetreibers existiert damit ein nützlicher Beitrag zur Stabilisierung des Netzes. Aus Sicht der Aluhütte gibt es nun eine neue Ertragsquelleund einen Imagegewinn, der erforderlicheAufwand besteht in einer Anpassung der Prozessführung, dieeinige Investitionen in die Anlagen erfordert. Schauen wir noch einmal zurück: Wir haben festgestellt, dass energieintensive Unternehmen eine wichtige Rolle bei der Umsetzung von Klimazielen einnehmen. Zunächsterscheinen diese Unternehmen als Störfaktoren, denn sie verbrauchen viel Energie, wo doch die Verringerung des Energieverbrauchs ein wichtiges Klimaziel ist. Es sind aber auch Unternehmen, die naturgemäß ein großes wirtschaftliches Interessean Energieeffizienz haben; die häufig aber auch eine gewisse Sonderbehandlung bezüglich ihrer Energiekosten benötigen. Wir haben gesehen, dass es intelligente Ansätzezur weiteren Optimierung gibt,
  • 6. und darunter sogar welche, die einen Beitrag zur Unterstützung der Energiewende liefern. Fragen zumVerständnis: Warumerlässtder Staat energieintensiven Unternehmen die EEG-Umlage? Ist das eine Subvention? Wer profitiert von den Energieeinsparungen durch Flüssigaluminium? Wie profitiert der andere Part? Wo profitiert die Öffentlichkeit von den vorgeschlagenen virtuellen Stromspeichern? Wo profitiert der Aluminiumproduzent? Wird der Bedarf an Stromspeichern zukünftig steigen oder eher sinken? Warum?