Klimaneutrale Energieversorgung von Industriestandorten am Beispiel eines Chemieparks in NRW

Das SPIN-Forschungsprojekt CO2NEICHEM entwickelt Konzepte für die notwendige Energie- und Rohstoffwende am Beispiel des CHEMPARK

• Ziel ist eine kontinuierliche und zuverlässige, wettbewerbsfähige, sektorübergreifende und effiziente Strom-, Wärme- und Kälteversorgung auf Basis erneuerbarer Energien unter Berücksichtigung der benötigten Infrastruktur zu entwickeln.
• Die besondere Herausforderung dabei ist, dass chemische Produktionsverfahren vorwiegend sehr wärmeintensiv sind und zu einem geringen Teil Prozessdampf mit hohen Temperaturen bis zu 500 Grad Celsius benötigen.
• Partner des SPIN-Projekts sind Siemens Energy (federführend), der Chemieparkbetreiber CURRENTA und die Ruhr-Universität Bochum mit den beiden Lehrstühlen für Thermodynamik sowie für Energiesysteme und Energiewirtschaft.

Offizieller Akt zum Start des SPIN-Projekts CO2NEICHEM im Mai

Am 17. Juni des Jahres würdigten in einem offiziellen Rahmen Vertreter:innen der Projektbeteiligten sowie der SPIN-Geschäftsstelle die Förderung des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen (MWIDE) mit rund einer Million Euro im Zentrum für Energiewendetechnologien von Siemens Energy in Mülheim. Die Förderzusage des MWIDE, die bereits im Mai an das SPIN-Projektkonsortium ging, bildete den Startschuss für das innovative Projekt. Dr. Sebastian Stießel, Geschäftsstellenleiter des Spitzenclusters für industrielle Innovationen (SPIN), freut sich über die Zusage des Wirtschafts- und Innovationsministeriums: „Mit unserem siebten SPIN-Forschungsprojekt CO2NEICHEM kommen wir unserem Ziel einer nachhaltigen Energie- und Rohstoffwende wieder ein Stück näher, indem wir uns dabei einer CO₂-neutralen Wärmeversorgung von chemischen Industriestandorten widmen. Nach und nach wollen wir mit unseren Projekten die gesamte Bandbreite der notwendigen Transformationsprozesse energieintensiver Industrien abdecken.“ CO2NEICHEM ist bereits Anfang Mai gestartet. Das gesamte Projektvolumen beträgt rund 1,5 Millionen Euro.

Kontinuierliche und zuverlässige CO₂-neutrale Wärmeversorgung von herausragender Bedeutung für chemische Produktionsprozesse

Zahlreiche Produktionsverfahren der chemischen Industrie sind wärmeintensive Prozesse, die kontinuierlich mit hoher Leistung und mit hoher Versorgungssicherheit Prozesswärme in Form von Prozessdampf mit Temperaturen bis zu 500 Grad Celsius benötigen. Der Bedarf an Prozessdampf wird in der chemischen Industrie absehbar als konstant erwartet, vorbehaltlich disruptiver Prozessinnovationen. Über eine klimaneutrale Stromversorgung hinaus ist damit eine CO₂-neutrale Wärmeversorgung von herausragender Bedeutung für die Produktionsstandorte der chemischen Industrie.

Die dafür erforderlichen Technologien basieren Stand heute zum Teil auf Entwicklungen, wie sie ebenfalls für CO₂-freie Spitzenlast- oder Backup-Kraftwerke benötigt werden. Für die Erfordernisse von chemischen Industriestandorten müssen sie aber bezüglich Integration und technischer Ausführung signifikant angepasst werden, damit Prozessdampf prioritär bereitgestellt und eine standortbezogene Versorgungssicherheit garantiert werden kann.

Bisherige Energieversorgung

Heute erfolgt die Prozessdampfversorgung über Dampfnetze auf unterschiedlichen Druckstufen, die aus Anlagen zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme und mit Abhitze aus Produktionsbetrieben oder Entsorgungsanlagen gespeist werden. Als Brennstoffe werden Erdgas und in immer geringer werdendem Ausmaß Kohle eingesetzt. Die KWK-Anlagen sind überwiegend wärmegeführt betrieben, d. h. zusätzlicher Strombedarf wird ergänzend zur KWK-Erzeugung aus dem übergeordneten Netz gedeckt. Der Anlagenbetrieb stellt eine kontinuierliche und  abgesicherte Wärmeversorgung sicher und nutzt die KWK-Anlagenflexibilität, um ein volatiles grünes Stromdargebot zu integrieren und zur Stabilisierung des Stromsystems beizutragen.

Innovative Entwicklungen der SPIN-Projektpartner

Im Rahmen von CO2NEICHEM entwickeln die Konsortialpartner ein Energiesystemmodell für einen idealtypischen Chemiepark zur technoökonomischen Analyse und Optimierung. Die Untersuchungen werden innovative Technologien wie Wasserstoff-betriebene Dampf-Gasturbinen, Hochtemperatur-Wärmepumpen und Wärmespeicher mit Dampf- und Stromausspeicherung einbeziehen. Als Forschungsergebnis wird das SPIN-Projekt alternative Energieversorgungssysteme bewerten und ein detailliertes Konzept zur Anwendung des favorisierten Systems für eine Demonstrationsanwendung ausarbeiten.

Zur Bedeutung des CHEMPARK

Über siebzig Unternehmen aus Produktion, Forschung und Dienstleistung bilden im CHEMPARK Synergien. An den Standorten Leverkusen, Dormagen und Krefeld-Uerdingen findet ein Drittel der nordrhein-westfälischen Chemieproduktion statt. Der CHEMPARK ist über Wasserwege, ein dichtes Schienen- und Autobahnnetz sowie Pipelines ideal angebunden – und bildet damit perspektivisch gute Voraussetzungen für die Anlieferung von grünen Rohstoffen.

Die vollständige Pressemitteilung inklusive der Bilder können Sie sich für redaktionelle Zwecke einschließlich einiger Kommentare der Projektvertreter hier downloaden.

SPIN-Projekt Fit4eChange schafft Transparenz im Echtzeitmodus.

Die Energiewende und die damit einhergehenden Veränderungsprozesse stellen vor allem einen Bereich unseres bisherigen Energiesystems vor neue Herausforderungen: die Verteilnetzebene.

Die ursprüngliche Aufgabe der Verteilnetze lag darin, die von den Kraftwerken zentral erzeugte elektrische Energie an die End- und Letztverbraucher zu verteilen. Bisher war es für einen stabilen Netzbetrieb ausreichend, die unidirektionalen Energieflüsse im Verteilnetz abzuschätzen. Dabei wurde lediglich die eingespeiste Leistung erfasst oder es wurden repräsentative Lastprofile genutzt.

Notwendigkeit Verteilnetze zu digitalisieren

Mit den beschlossenen Klimaschutzzielen sind aber Anpassungen und Innovationen dringend notwendig, die einen stabilen Netzbetrieb gewährleisten. Denn die steigende, oft dezentrale Energieeinspeisung aus erneuerbaren Energien wie Sonne und Wind sowie die zunehmende Nutzung von Energiespeichern können zu Instabilitäten in den Verteilnetzen führen. Hinzu kommt die Elektrifizierung des Verkehrs und damit ein möglicherweise verstärkter Ladebedarf am Abend.  Es wird darum notwendig, jederzeit genaue Daten über die Energieströme in den Verteilnetzen zur Verfügung zu haben, um kritische Situationen wie Überlastungen frühzeitig zu erkennen und Schäden zu vermeiden.

Mehr Wissen, effiziente Steuerung und Wartung

Doch nicht nur die Verfügbarkeit der Informationen spielt eine Rolle, sondern auch eine effiziente Nutzung und Steuerung der Energieströme mittels smarter Aktoren, einer geeigneten Informations- und Kommunikationsinfrastruktur und Algorithmen basierend auf künstlicher Intelligenz. So können die sonst teuren Netzausbaukosten und damit die Netzentgelte erheblich gesenkt werden, was volkswirtschaftlich sinnvoll und im Interesse aller Marktakteure von Erzeuger bis Verbraucher wäre. Außerdem lassen sich so Wartung und Instandhaltung optimieren.

Genau hier setzt das SPIN-Projekt Fit4eChange an.

Das SPIN-Forschungsprojekt will Energieströme sichtbar machen, eine effiziente Steuerung von Energieströmen ermöglichen sowie die Wartung der Verteilnetze optimieren.

An Fit4eChange wirken mit: Fraunhofer IMS (federführend), duotec, NUROMEDIA, ithinx, EVNG, Netze Duisburg, EEBUS Initiative e. V.

Eine Kurzbeschreibung und wer von den Projektpartner welche Leistung erbringt lesen Sie hier auf unserer Website.

Eine Projektbeschreibung finden Sie auch auf der Seite unseres Projektträgers Jülich. Hier lesen.

Eine SPIN-Mitgliedschaft bringt viele Vorteile

Das Spitzencluster für industrielle Innovation e.V. umfasst derzeit 13 Mitglieder und 17 Partnerorganisationen aus Wirtschaft und Forschung. Für die große Aufgabe hin zur Klimaneutralität in NRW möchte der Verein weiter wachsen.

Ziel des Vereins ist, anwendungsbezogene Forschungsprojekte für die Energie- und Rohstoffwende an Rhein & Ruhr voranzutreiben. Damit sollen auch Wettbewerbsfähigkeit der Region sowie neue Arbeitsplätze gefördert werden. Den Mitgliedern bietet SPIN darüber hinaus eine Reihe an weiteren Services und Vorteilen.

Begleitung der SPIN-Forschungsprojekte

Ein kleines, interdisziplinäres Team begleitet SPIN-Mitglieder von der ersten Projektidee bis hin zur Realisierung des anwendungsbezogenen Forschungsprojekts in allen Prozessen. Insbesondere beim Matchen der richtigen Partner, der Fördermittelberatung, der Antragsstellung und beim Projektaufbau sowie bei der Lösungsfindung in allen Fragen rund um ein Projekt steht das Team den Mitgliedern stets zur Seite.

Mehr Aufmerksamkeit – besseres Image

SPIN begleitet seine Forschungsprojekte auch kommunikativ in der Außendarstellung – sowohl auf den eigenen Kanälen als auch gegenüber relevanten Stakeholdern wie Medien und öffentliche Institutionen, beispielsweise mit einer feierlichen Übergabe des Förderbescheids durch den Wirtschaftsminister des Landes NRW.  

Interdisziplinärer Wissenstransfer – Ausbau von Partnerschaften

Das SPIN-Team kennt die Region und ihre Player sehr gut. Es steht in direktem Austausch mit Vertretern aus Industrie, jungen Start-ups, Branchenverbänden, Lehre und Forschung sowie Politik und ihren Institutionen. Bei Mitgliederversammlungen, internen Events und Netzwerkveranstaltungen knüpfen Vereinsmitglieder wertvolle Kontakte, tauschen sich untereinander und mit Experten aus Forschung und Wirtschaft aus. SPIN wird in Zukunft auch neue Formate wie Expertenvorträge anbieten. Die Mitglieder bekommen außerdem die Möglichkeit, ihre Experten zu wichtigen Branchenveranstaltungen zu senden und generieren so neue Chancen für Wissenstransfer und den Ausbau von Partnerschaften.

Innovationsscouting und Zukunftsszenarien

SPIN-Mitglieder erhalten regelmäßig Informationen zu den neuesten Zukunftstrends, zu Forschungsvorhaben, zukunftsträchtigen Technologien und Digitalisierungstrends – vor allem im Hinblick auf die Region NRW. Damit unterstützt der Verein die Transformation der energieintensiven Industrien in der Region im Hinblick auf die Energie- und Rohstoffwende.

Hier geht es zu unseren aktuellen Mitglieder und Partnern.

Möchten Sie mehr erfahren? Sprechen Sie uns gern an. Wir freuen uns auf Ihre Fragen an info@spin.ruhr oder auf Ihren direkten Kontakt.

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