Zinkverzinkung: Ein wichtiger Faktor für Energieflexibilität

Energieintensive Industrien, wie die, die mit der Zinkgalvanisierung zu tun haben, können helfen, das Stromnetz zu stabilisieren. In diesem Papier geht's darum, wie solche Industrien kleine Investitionen machen können, um ihre Prozesse für die Bereitstellung von Energiediensten anzupassen. Anhand einer Fallstudie aus Dänemark werden die Vorteile dieser Anpassungen in der Zinkgalvanisierungsindustrie hervorgehoben.

#Hintergrund

In den letzten Jahren sind die Energiepreise in Europa stark gestiegen. Gleichzeitig hat der Anstieg erneuerbarer Energiequellen zu unvorhersehbaren Stromerzeugungen geführt. 2022 hat der dänische Übertragungsnetzbetreiber Energinet ein grosses Budget für verschiedene Dienste bereitgestellt, die darauf abzielen, das Stromnetz auszugleichen. Diese Dienste sind entscheidend, um eine stabile Stromversorgung sicherzustellen und Schwankungen in der Stromnachfrage aufgrund der variierenden Natur der Energiewerbung aus erneuerbaren Quellen zu managen.

Energieintensive Industrien können flexibler im Stromverbrauch werden. Das bedeutet, dass sie ihren Energieverbrauch an die Bedürfnisse des Netzes anpassen können. Diese Flexibilität kann von einem Vermittler, genannt Flexibilitätsaggregator, verwaltet werden, der es den Industrien erleichtert, am Energiemarkt teilzunehmen. IBM hat eine Plattform entwickelt, die Flex-Plattform heisst und es Unternehmen ermöglicht, ihre Flexibilität in verschiedenen Energieservice-Märkten anzubieten.

#Der Zinkgalvanisierungsprozess

Zinkgalvanisierung ist ein Prozess, bei dem Stahlteile in flüssigem Zink beschichtet werden, um Rost zu verhindern. Dieser Prozess ist energieintensiv und benötigt grosse Mengen Strom, um das flüssige Zink auf der richtigen Temperatur zu halten. Die Temperatur des Zinks muss sorgfältig kontrolliert werden, um die Qualität der Beschichtung zu gewährleisten, da ein zu starkes Abkühlen Probleme verursachen kann, wie zum Beispiel die Erstarrung.

Zinkgalvanisierungsbetriebe folgen normalerweise einem einfachen sequentiellen Prozess. Jeder Schritt im Prozess muss abgeschlossen sein, bevor der nächste beginnen kann. Aufgrund seiner einfachen Natur ist dieser Prozess gut für Anpassungen im Energieverbrauch geeignet.

#Der Bedarf an Flexibilität

Mit steigenden Energiepreisen und dem zunehmenden Anteil an unvorhersehbarer erneuerbarer Energie besteht ein wachsender Bedarf für Industrien, ihren Energieverbrauch anzupassen. Indem sie flexibler werden, können Zinkgalvanisierungsbetriebe von Hilfsdiensten profitieren, die zusätzliche Dienstleistungen sind, um das Netz zu stabilisieren. Zwei gängige Arten dieser Dienste sind Frequenzhaltereserve (FCR) und Manuelle Frequenzwiederherstellungsreserve (mFRR).

FCR ist ein Schnellreaktionsdienst, der den Energieverbrauch automatisch basierend auf Frequenzschwankungen anpasst. mFRR wird verwendet, wenn es einen grösseren Frequenzabfall gibt und eine manuelle Aktivierung erforderlich ist. Beide Dienste können erhebliche finanzielle Vorteile für Industrien bieten, die bereit sind, ihren Energieverbrauch anzupassen.

#Forschungsfragen

Diese Studie untersucht mehrere Fragen im Zusammenhang mit der Bereitstellung von Stromflexibilität durch energieintensive Industrien:

1. Welche Anreize gibt es für Industrien, Stromflexibilität anzubieten?
2. Wie können Industrien ihre Prozesse anpassen, um diese Flexibilität bereitzustellen?
3. Sind FCR und mFRR geeignete Dienste für diese Art von Betrieben?
4. Welche finanziellen Auswirkungen ergeben sich aus der Einhaltung von Temperaturgrenzen während der Bereitstellung von Flexibilität?

#Investitionen in neue Ausrüstung

Anpassungen in einem Industriebetrieb können oft mit relativ kleinen Investitionen vorgenommen werden. Zum Beispiel können Verbesserungen erreicht werden, indem traditionelle mechanische Relais durch moderne Regelgeräte wie Frequenztransformatoren oder Thyristoren ersetzt werden. Die Umsetzung dieser Veränderungen kann zu erheblichen Einsparungen bei den Energiekosten führen und der Industrie ermöglichen, wettbewerbsfähiger an den Märkten für Hilfsdienste teilzunehmen.

Die Amortisation solcher Investitionen wird typischerweise innerhalb von wenigen Jahren erwartet. Durch die Kontrolle der Temperatur des flüssigen Zinks innerhalb bestimmter Grenzen kann der Betrieb die Qualität seiner Produkte aufrechterhalten, während er an Energiediensten teilnimmt.

#Charakterisierung des Zinkofens als flexible Last

Um Hilfsdienste effektiv bereitzustellen, ist es wichtig zu verstehen, wie der Zinkgalvanisierungsprozess funktioniert. Dazu gehört die Charakterisierung des Zinkofens als thermostatisch geregelte Last (TCL).

Die Temperatur des flüssigen Zinks im Ofen ist ein kritischer Faktor, der überwacht und kontrolliert werden muss. Der Ofen wird mit Widerstandselementen beheizt und Temperatursensoren werden in verschiedenen Zonen des Ofens platziert, um die Betriebstemperaturen im Auge zu behalten. Der Ofen kann in verschiedenen Regimen betrieben werden, je nachdem, ob der Deckel auf oder ab ist, was den Stromverbrauch und die Temperaturdynamik beeinflusst.

Wenn der Deckel ab ist, sinkt die Temperatur im Ofen schnell aufgrund von Wärmeverlust an die Umgebung. Umgekehrt bleibt die Temperatur relativ stabil, wenn der Deckel auf ist. Dieses Verhalten muss bei der Planung von Flexibilitätsangeboten berücksichtigt werden.

#Von EIN/AUS zu kontinuierlicher Regelung wechseln

Traditionell wird der Stromverbrauch des Zinkofens mit einem EIN/AUS-Schaltermechanismus gesteuert. Dieses Verfahren ist jedoch nicht sehr voraussagbar, was es schwierig macht, den Energieverbrauch zu optimieren. Um effektiv an Hilfsdiensten teilzunehmen, ist ein Wechsel zu einem kontinuierlichen Leistungsregelungssystem notwendig.

Die kontinuierliche Regelung ermöglicht feinere Anpassungen im Energieverbrauch. Das bedeutet, dass der Ofen auf Nachfrageschwankungen reagieren kann, ohne dass sich die Temperatur signifikant ändert, wodurch die Produktqualität gewahrt bleibt.

Dieser Wechsel kann die Gesamteffizienz des Ofens verbessern und es erleichtern, an den FCR- und mFRR-Märkten teilzunehmen. Dadurch wird die betriebliche Grundlage voraussagbarer, was es dem Unternehmen ermöglicht, von den Gelegenheiten des Energiemarktes zu profitieren.

#Wirtschaftsanalyse

Die wirtschaftliche Analyse der Bereitstellung von Hilfsdiensten durch den Zinkofen zeigt erhebliches Einsparpotenzial. Durch die Investitionen, die nötig sind, um von statischer zu dynamischer Regelung zu wechseln, kann der Ofen an FCR- und mFRR-Diensten teilnehmen und finanzielle Vorteile erzielen.

Datenanalysen aus verschiedenen Betrieben zeigen, dass die Teilnahme am FCR-Markt zu erheblichen Einsparungen führen kann, insbesondere während Zeiten mit hohen Energiepreisen. Für den Zinkgalvanisierungsbetrieb können die Einsparungen aus der Teilnahme an diesen Märkten schnell die anfänglichen Investitionskosten ausgleichen, die mit der Modernisierung auf kontinuierliche Regelungssysteme verbunden sind.

#Die Auswirkungen von Temperaturgrenzen

Ein wichtiger Aspekt bei der Bereitstellung von Flexibilität ist die Temperaturgrenze, die der Ofen tolerieren kann. Leichte Temperaturschwankungen zuzulassen, kann die Einnahmen aus Hilfsdiensten erheblich steigern. Zum Beispiel reicht eine kleine Temperaturschwankung von etwa 1 °C oft aus, um beträchtliche Kosteneinsparungen zu erzielen und gleichzeitig die Produktqualität zu gewährleisten.

Im Gegensatz dazu kann die Bereitstellung von mFRR-Diensten eine grössere negative Auswirkung auf die Temperaturkontrolle haben, insbesondere während Zeiten intensiver Energievorschriften. Das liegt daran, dass mFRR typischerweise bedeutendere Anpassungen im Stromverbrauch über längere Zeiträume erfordert, was zu übermässiger Abkühlung und möglichen Qualitätsproblemen bei den Produkten führen kann.

#Fazit

Der Zinkgalvanisierungsprozess bietet eine wertvolle Gelegenheit für energieintensive Industrien, Hilfsdienste für das Netz bereitzustellen. Durch moderate Investitionen in Regelungstechnologie können diese Industrien ihre Betriebsabläufe anpassen, um Flexibilität anzubieten, was ihnen ermöglicht, auf Marktbedürfnisse zu reagieren und gleichzeitig Kosten zu senken.

Die Teilnahme an FCR scheint attraktiver zu sein als an mFRR, da sie geringere Auswirkungen auf die Betriebstemperaturen hat und ein grösseres Gewinnpotenzial bietet. Darüber hinaus können verschiedene Strategien auch eingesetzt werden, um von anderen Einnahmequellen zu profitieren, wie Lastverschiebung und Teilnahme an automatisierten Frequenzwiederherstellungsdiensten.

Insgesamt zeigt dieses Papier, dass energieintensive Industrien wie die Zinkgalvanisierung eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Netzstabilität spielen können, während sie finanziell von ihrer Teilnahme an Energiemärkten profitieren. Die Anpassungen, die nötig sind, um von diesen Chancen zu profitieren, sind relativ unkompliziert, und die langfristigen Gewinne können erheblich sein.