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Windräder

Stahl in der Energiebranche

Umweltfreundliche Technologien und High Tech-Werkstoffe

Der Bedarf an Energie wächst weltweit. Die Energieversorgung der Zukunft verlangt unter anderem intelligente Werkstoffe, die einen verantwortungsvollen Umgang bei der Erzeugung, Verteilung und Nutzung von Energie ermöglichen. Der Stahl von thyssenkrupp ist ein idealer Werkstoff für die vielfältige Energieindustrie.

Mit unserem hochwertigen Produktportfolio bieten wir passende Lösungen für die Gewinnung regenerativer und fossiler Energie, für den Transport und die Speicherung sowie für die Transformation von Energie, zum Beispiel:

  • nicht kornorientierte Elektrobleche der Marke powercore® traction für Generatoren und Elektromotoren
  • kornorientierte Elektrobleche der Marke powercore® für Transformatoren und Ladesäulen
  • Warmband für Pipelines
  • Nickelstähle für Flüssiggastanks
  • Nickelstähle für Tieftemperaturanwendungen

Wir forschen kontinuierlich und entwickeln weitere Lösungen, um die steigenden Anforderungen der Energiebranche zu begleiten. F&E-Kooperationen für innovative Produkte stellen für uns eine Selbstverständlichkeit dar. Dabei legen wir großen Wert auf langjährige Partnerschaften.

Windkraft: powercore® Elektroband für Generatoren

Der Windkonzern Enercon mit Stammsitz im ostfriesischen Aurich gehört zu den Pionieren und Innovatoren der Branche. Das Unternehmen besitzt die Hälfte aller Patente im Bereich der Windenergietechnologie weltweit. Gegründet 1984, setzt Enercon bereits seit 1992 ausschließlich auf die getriebelose Anlagentechnik: Generatoren in einer Einheit mit der Rotornabe gewährleisten einen optimalen Energiefluss und eine lange Lebensdauer. „Weniger bewegliche Teile sparen Geld und schonen die Umwelt“, sagt Matthias Dutsch, Geschäftsführer von Induction, der Generatorenfertigung, die ausschließlich für Enercon produziert.

Partner für die Windkraft-Kernkomponente

Als Partner für die Kernkomponente, den Generator, setzt Enercon seit vielen Jahren auf die powercore® Produkte von thyssenkrupp Steel. Das in Bochum gefertigte Elektroband wird über die gesamte Energiewertschöpfungskette im Elektromaschinenbau eingesetzt: Von der Erzeugung elektrischer Energie in Generatoren bis hin zum Verbrauch in Elektromotoren und -geräten. In Abhängigkeit von der eingesetzten Elektroband-Sorte kann powercore® dort einen hohen Wirkungsgrad entfalten.

„Die Leistungsfähigkeit der Generatoren und damit auch die Effizienz der gesamten Windenergieanlage hängt maßgeblich von den Materialeigenschaften ab“, erklärt Thomas Sube, Account Manager für nicht kornorientiertes Elektroband bei thyssenkrupp Steel. Die Eigenschaften des Elektrobands wurden speziell für die Anwendung bei Enercon optimiert, für eine bessere Magnetisierbarkeit bei gleichzeitig optimierter Stanzbarkeit und zur Verwendung des Stanzschrotts in der Gießerei legiert. Auch ein Grund für die Leistungssteigerung im Prozess der Herstellung von Windkraftanlagen in den letzten Jahren.

Recycling von Stahl
In der Gießerei in Aurich recycelt Enercon Stahlschrott aus der eigenen Generator-Produktion. Um das zu ermöglichen, hat thyssenkrupp Steel die Materialzusammensetzung des Stahls optimiert.

Stahlrecycling in der Windenergiebranche

Entgegen dem Markttrend bündelt Enercon wichtige Fertigungsschritte intern. Man betreibt sogar eine eigene Gießerei. Hier entstehen Rotornaben, Maschinenträger oder Blattadapter. Jedes Teil tonnenschwer. Die Besonderheit: Knapp die Hälfte des verwendeten Materials ist Stahlschrott aus der eigenen Generator-Produktion. Die Stanzreste aus Elektroband werden gesammelt, eingeschmolzen und recycelt. Damit dieser Prozess überhaupt möglich wurde, hat das Unternehmen zusammen mit dem langjährigen Partner aus Bochum die Materialzusammensetzung des Elektrobands optimiert.

Weltweiter Ausbau von Windenergie

Exzellenz zahlt sich aus: Der internationale Windmarkt hat seinen Blick nach Aurich gerichtet. So drehen sich Windkraftanlagen aus Ostfriesland auf einem Höhenzug in der Bretagne ebenso wie in den Weiten Anatoliens oder in der nordschwedischen Provinz Norbotten. Die neueste Generation E-138 EP3 tritt nach der erfolgreichen Testphase in den Niederlanden jetzt ihre Reise ins Ausland an. Per Schiff gelangen gut 120 EP3-Windenergieanlagen nach Kanada.

Generator mit powercore® Elektroband
Nahe Amsterdam hat Enercon den neuen Anlagentyp E-138 EP3 errichtet. Exemplare davon sind inzwischen auf dem Weg nach Kanada.

Enercon: Von Ostfriesland in die Welt

Mit der Idee, zu 100 Prozent auf erneuerbare Energien zu setzen, gründete Aloys Wobben 1984 ein Unternehmen zur Stromgewinnung aus Windenergie. Es war eines der ersten und Wobben ein Pionier. Heute beschäftigt der Windenergieanlagenhersteller Enercon mit Stammsitz in Aurich in Ostfriesland direkt und indirekt mehr als 12.000 Mitarbeiter in über 30 Ländern. Das getriebelose Konzept kennzeichnet alle Anlagen; 27.815 wurden bislang weltweit installiert.

Kornorientiertes Elektroband schiebt Energiewende an

Durch die neue EU-Ökodesignrichtlinie haben sich die technischen Anforderungen an Transformatoren erheblich verschärft. Weil beim „Umspannen“ bislang zu viel Energie verloren ging, sind künftig nur noch Modelle mit einem sehr hohen Wirkungsgrad erlaubt. Wichtigster Werkstoff bei der Konstruktion von topmodernen Transformatoren ist kornorientiertes Elektroband – genauer gesagt Top-Grades der Marke powercore® von thyssenkrupp Electrical Steel.

Dr. Matthias Schick und Marcel Hilgers

Das europäische Energienetz befindet sich im Wandel. Stück für Stück werden die zentralen, zumeist von fossilen Großkraftwerken ausgehenden Stromautobahnen durch ein wachsendes, feinverästeltes Netz aus dezentralen Energieanlagen ergänzt, beispielsweise durch lokal betriebene Windkraftanlagen, Solarpanels oder Blockheizkraftwerke. Diese erzeugen nicht nur Strom, sondern speisen diesen auch ins Gesamtsystem ein. Das hat Folgen für die Infrastruktur: „Wenn der Ort der Stromerzeugung und der Ort des Strombedarfs wechseln, brauchen wir mehr Stromleitungen“, so Dr. Matthias Schick aus dem Technischen Kundendienst von thyssenkrupp Electrical Steel. Neben den zusätzlichen Leitungen benötigt das Netz zudem weitere Verteiltransformatoren, denn nur mithilfe dieser Spannungswandler lässt sich der in Hochspannungsleitungen transportierte Strom in die von den Haushalten benötigte Wechselspannung von 230 Volt transformieren.

Problem: In der EU arbeiten viele dieser Transformatoren nicht effizient genug. Aus Sicht vieler Fachleute geht beim Wandlungsprozess zu viel Energie verloren. Deshalb hat die EU im Rahmen einer neuen Ökodesignrichtlinie deutlich strengere Vorgaben für Transformatoren definiert. Jeder Transformator, der nach dem 01. Juli 2021 ausgeliefert wird, muss unter Volllast ab sofort einen Wirkungsgrad von mindestens 98 Prozent aufweisen. „Die EU erhofft sich durch die strengeren Anforderungen bis 2030 eine jährliche Einsparung von rund 16 Terrawattstunden. Dies entspricht ungefähr dem halben Stromverbrauch von Dänemark“, erläutert Marcel Hilgers, Verkaufsleiter bei thyssenkrup Electrical Steel.

Top-Grades eröffnen Top-Chancen

Dr. Markus Weber

Dr. Markus Weber, CTO der thyssenkrupp Electrical Steel Gruppe erläutert: Der Schlüssel zu mehr Energieeffizienz ist kornorientiertes Elektroband, aus dem Transformatorenkerne gebaut werden. Kornorientiertes Elektroband zeichnet sich durch Korngrößen bis zu mehreren Zentimetern aus, deren Achsen entlang der Walzrichtung orientiert sind und die sich deswegen in dieser Richtung besonders leicht magnetisieren lassen. Die Vorgaben für den Wirkungsgrad zusammen mit einer vom Endkunden begrenzten Größe des Transformators zwingen die Hersteller zur Verwendung von Spitzensorten, so genannten Top-Grades.

Dieser hauchdünne und hochlegierte Stahl spielt seine Stärken überall dort aus, wo elektrische Energie verlustarm bei hohen Induktionen von einer Spannung in eine andere transformiert wird. „Die Herstellung ist technisch extrem anspruchsvoll und erfordert viel Erfahrung“, weiß Schick. Die erlaubten Toleranzen der chemischen Zusammensetzung des Stahls sind extrem gering. Zudem müssen die Prozessparameter während der Produktion extrem genau eingehalten werden, um die Herstellung von Spitzensorten zu gewährleisten. Das Material selbst durchläuft dabei mehrere Walz- und Glühprozesse. Erst wenn nach einigen Wochen die finale Glühstufe durchlaufen und das Material beschichtet worden ist, zeigt sich, ob sich die gewünschte Textur, d. h. die Orientierung der Körner, eingestellt hat.

thyssenkrupp Electrical Steel nimmt bei diesem komplexen Herstellungsverfahren eine Vorreiterrolle ein, produziert das Unternehmen doch bereits seit den 1950er Jahren kornorientiertes Elektroband. In Europa ist thyssenkrupp Electrical Steel mit seinen beiden Produktionswerken in Gelsenkirchen und Isbergues in Frankreich derzeit sogar der einzige Anbieter, der die aktuell für den Umbau der Transformator-Infrastruktur dringend benötigten Top-Grades produzieren kann – ein Alleinstellungsmerkmal, das in den kommenden Jahren große Chancen eröffnet. Denn aufgrund der Energiewende steigt die Nachfrage für Top-Grades derzeit sprunghaft an. Ein Beispiel: War die powercore®-Marke „H 075-23“ mit einem maximal erlaubten Ummagnetisierungsverlust von 0,75 W/kg vor fünf Jahren praktisch noch unbekannt, ist sie mittlerweile für viele Verteiltransformatorenhersteller eine Standardsorte.

Ökodesignrichtlinie fördert Nachfrage

Vormaterial-Coils im Werk Gelsenkirchen

Die neuen EU-Vorgaben befeuern diese Entwicklung. Nach dem Motto „Was Transformatoren einsparen, muss nicht mehr erzeugt werden“, sorgt die neue Ökodesignrichtlinie dafür, dass mehr hochwertige Anlangen gekauft und errichtet werden. Weil außerdem Maßnahmen zur Stabilisierung des Netzes ergriffen werden müssen, da grüner Strom mal mehr, mal weniger verfügbar ist, erhöht sich der Bedarf nach kornorientiertem Elektroband zusätzlich. Denn die zur Stabilisierung verwendeten Drosseln, auch Phasenschieber genannt,werden ebenfalls aus dem begehrten Material produziert. „Aufgrund der aktuellen Ausgangssituation erwarten wir in den kommenden Jahren einen deutlichen Nachfragesprung“, so Hilgers. Davon profitiert nicht nur thyssenkrupp Electrical Steel, sondern auch die Umwelt. Gehen die Pläne der EU auf, werden allein energieeffizientere Transformatoren bis 2030 dabei helfen, den jährlichen CO2-Ausstoß um durchschnittlich 3,7 Millionen Tonnen zu senken. Und das ist nur die Situation in der EU – auch global steigt aufgrund einer wachsenden Anzahl von Ländern mit immer strengeren Mindesteffizienzanforderungen der Bedarf an Topsorten. Diesem Nachfrageschub folgt thyssenkrupp Electrical Steel nicht nur mit der Belieferung aus europäischer Produktion, sondern auch mit der aus dem indischen Werk in Nashik, das ebenfalls Topsorten produziert.

Dicke Chance dank hauchdünnem Elektroband

Europas Energiekonzerne investieren in Wind- und Solarkraft – und das in nie dagewesenem Ausmaß. Dadurch gewinnt ein Werkstoff an Bedeutung, der lange unterschätzt wurde: Kornorientiertes Elektroband. thyssenkrupp Electrical Steel eröffnet das gute Perspektiven.

Elektroband

Die Zahlen lesen sich beeindruckend: Rund 650 Milliarden Euro will Europas Energiewirtschaft laut einer vom Handelsblatt beauftragten Studie in den kommenden zehn Jahren investieren. Das Geld soll vor allem in neue Kapazitäten für Wind- und Solarkraft sowie entsprechende Versorgungsinfrastruktur fließen, denn es werden gewaltige Mengen zusätzlichen grünen Stroms benötigt.

Eine Schlüsselrolle in diesem Prozess nehmen hochwertige, so genannte kornorientierte Elektrobänder mit Eisen-Silizium-Legierung von thyssenkrupp Electrical Steel ein. Diese auch „Top Grades“ der Marke powercore® genannten hauchfeinen Stahlbleche – Spitzensorten sind nicht dicker als 0,23 mm – kommen vor allem in modernen Transformatoren zum Einsatz, weil sie eine besonders effiziente Übertragung von Energie möglich machen.

Um zu verstehen, warum Effizienz an dieser Stelle so wichtig ist, muss man die Aufgabe von Transformatoren kennen: als „Umspanner“ sind sie dafür verantwortlich, produzierten Strom auf die für den Transport von A nach B erforderliche Hochspannung zu bringen. In weiteren Schritten regeln sie ihn später wieder herunter, um ihn über die heimische Steckdose für jedermann nutzbar zu machen. Doch die Verlustquote bei diesen Prozessen liegt aufgrund vieler veralteterer oder nicht optimal ausgestatteter Transformatoren allein in Deutschland bei zwei bis drei Prozent.

Kein Weg führt an Elektroband vorbei

Aus diesem Grund verschärft die EU ab Juli 2021 die Mindesteffizienzanforderungen für Transformatoren, die im elektrischen Netz verbaut werden. Konkret zielt die neue EU-Ökodesign-Richtlinie Tier 2 darauf ab, den Wirkungsgrad von Transformatoren zu verbessern, um Energie mit geringeren Verlusten zu transportieren. „In Zukunft werden dafür noch differenziertere Elektrobandsorten verlangt“, erklärt Georgios Giovanakis, CEO von thyssenkrupp Electrical Steel. Unter anderem verlangt die Richtlinie, dass Transformatoren künftig statt der bisherigen 97,5 prozentigen Effizienz, einen Effizienzwert von 98,3 ausweisen. Was sich wenig anhört, kann spürbare Folgen haben. Giovanakis: „Wenn alle Transformatoren auf dieser Welt mit effizienteren Materialien ausgestattet werden würden, dann könnte Energie, und damit auch CO2, in Höhe des gesamten Energiebedarfs von Afrika eingespart werden.“

Rückwand CWIEME

Als einer der führenden Hersteller von hauchdünnem Elektroband ergibt sich für thyssenkrupp Electrical Steel nun die große Chance, vom nächsten Kapitel in der Energieversorgung zu profitieren. „Mit unseren Spitzensorten sind wir bereits heute gut aufgestellt und begleiten die positive Entwicklung mit unseren speziell hochwertigen kornorientierten powercore®-Produkten“. Welche – im wahrsten Sinne des Wortes – spannenden Möglichkeiten sich in diesem Geschäftsfeld ergeben, zeigt die aktuelle Kooperation mit Siemens. thyssenkrupp Electrical Steel beliefert den deutschen Spitzenhersteller mit kornorientiertem Elektroband der Marke powercore® für die mehr als 30 High-Tech-Transformatoren des aktuell im Bau befindlichen Ultranet-Projektes. Ein Großprojekt, dass die Leistungsfähigkeit der europäischen Stromautobahnen signifikant erhöhen wird und aus Windenergie gewonnenen Strom effizient vom Norden Deutschlands in den Süden überträgt.

Vom Megatrend profitieren

Klar ist: Je mehr dezentrale Erzeugungsanlagen installiert werden, desto mehr Transformatoren werden gebraucht. Außerdem steigt mit der weiteren Verbreitung von E-Autos sowie dem Ausbau der automobilen Ladeinfrastruktur die Menge der Verteiltransformatoren. All dies mündet in einer erhöhten Nachfrage für exakt jenes Spezialband, das von thyssenkrupp Electrical Steel in unterschiedlichen Qualitäten in Deutschland, Frankreich und Indien hergestellt wird. Deshalb sollen künftig noch höherwertigere Sorten Elektroband produziert werden als heute. Georgios Giovanakis: „Die Energiewende ist ein Megatrend, der uns extrem zugutekommt. In diesem Zusammenhang sehen wir den Markt für Top Grades rasant ansteigen und werden daher unser Produktportfolio weiter ausbauen.“

Kornorientiertes Elektroband der Marke powercore®

Kornorientiertes Elektroband der Marke powercore® nimmt bei der Energiewende eine zentrale Bedeutung ein. Hintergrund ist, dass bei jedem Transformationsvorgang eine bestimmte Menge Strom zwangsläufig als Wärme verloren geht. Kornorientiertes Elektroband kann diese Verluste massiv reduzieren. Es wird beispielsweise in Leistungs- und Verteiltransformatoren sowie auch in Generatoren von Gaskraftwerken, Windturbinen und Charging-Terminals für E-Fahrzeuge eingesetzt. Seine besonderen magnetischen Eigenschaften erhält der extrem dünne Werkstoff durch die spezielle Bildung und Anordnung magnetischer Domänen – der namensgebenden „Körner“. Diese entstehen im Rahmen verschiedener Walzprozesse und Temperaturbehandlungen, bei denen das Elektroband über eine Woche lang kontinuierlich in komplexen Glühprozessen verarbeitet wird. Wenn sich die Körner alle in eine Richtung orientieren, ist der Magnetisierungsgrad besonders hoch und eine effiziente und ressourcenschonende Stromübertragung und Transformation wird erreicht.

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thyssenkrupp Steel Europe AG

Kaiser-Wilhelm-Straße 100

47166 Duisburg

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