Stromerzeugung aus Biomasse 03MAP250

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1 Stromerzeugung aus Biomasse 03MAP250 Zwischenbericht Projektleitung: Projektbearbeitung: Mattes Scheftelowitz Jaqueline Daniel-Gromke, Velina Denysenko, Philipp Sauter, Karin Naumann, Mattes Scheftelowitz, Alexander Krautz, Michael Beil, Wiebke Beyrich, Wolfgang Peters, Sven Schicketanz, Christian Schultze, Peter Deumelandt, Frank Reinicke DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße Leipzig Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Datum:

2 Stromerzeugung aus Biomasse 03MAP250 Auftraggeber oder Zuwendungsgeber (bei Forschungsförderung) Ansprechpartner: Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH im Auftrag des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Zimmerstraße Berlin Mattes Scheftelowitz DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße Leipzig Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Sven Schicketanz Bosch & Partner GmbH Streitstraße Berlin Tel.: +49 (0) Frank Reinicke INL Privates Institut für Nachhaltige Landbewirtschaftung GmbH Reilstraße Halle Tel.: +49 (0) Michael Beil Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES Königstor Kassel Tel.: +49 (0) Erstelldatum: Projektnummer DBFZ: P Gesamtseitenzahl + Anlagen 166 Aufsichtsrat: Bernt Farcke, BMELV, Vorsitzender Berthold Goeke, BMU Anita Domschke, SMUL Dirk Inger, BMVBS Karl Wollin, BMBF Geschäftsführung: Prof. Dr. mont. Michael Nelles (wiss.) Daniel Mayer (admin.) VL3006, , 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung, Sitz und Gerichtsstand: Leipzig Amtsgericht Leipzig HRB Steuernummer: 232/124/01072 USt.-IdNr.: DE Deutsche Kreditbank AG Kto.-Nr.: BLZ: II

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abkürzungs- und Symbolverzeichnis... V 1 Einleitung Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Methodik Befragung auf Länderebene Betreiberbefragung Repräsentativität der Befragung Anlagenbestand und Zubau Genehmigung und Vergütung der Biogasanlagen Strom- und Wärmeerzeugung Stromerzeugung aus Biogas (Vor-Ort-Verstromungsanlagen) Wärmeerzeugung aus Biogas (Vor-Ort-Verstromungsanlagen) Technologien und Verfahren Status quo und Ausblick Innovative Verfahren Eingesetzte Technologien und Verfahren Auswertung der Betreiberbefragung Biomasseeinsatz Einsatz nachwachsender Rohstoffe Einsatz der Wirtschaftsdünger Substratkosten Biogas - Aufbereitungsanlagen Methodik Herstellerbefragung Betreiberbefragung Anlagenbestand und Zubau Strom- und Wärmeerzeugung Stromerzeugung aus Biomethan Wärmeerzeugung aus Biomethan Technologien und Verfahren Eingesetzte Verfahren Art der Einspeisung Auswertung der Betreiberbefragung Biomasseeinsatz Substratverteilung Substratkosten Anlagen zur Nutzung biogener Festbrennstoffe Anlagenbestand und Zubau Technologien und Verfahren Strom- und Wärmeerzeugung MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung, III

4 Inhaltsverzeichnis 4.4 Biomasseeinsatz Anlagen zur Nutzung flüssiger Bioenergieträger Anlagenbestand Rückblick Anlagenbestand Entwicklung Anlagenbestand Strom- und Wärmeerzeugung Betriebs- und Volllaststunden Stromerzeugung und Wärmeproduktion Technologien und Verfahren Biomasseeinsatz Direktvermarktung im Rahmen des EEG Auswirkungen der Stromerzeugung aus Biomasse auf die Landwirtschaft Hintergrund und Zielstellung Flächenbedarf Zusammenfassung Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literatur- und Referenzverzeichnis A 1 Fragebogen für Biomasseheizkraftwerksbetreiber A 2 Fragebogen für Betreiber eines Biomasseheizkraftwerks mit Holzvergasertechnologie A 3 Fragebogen für Biogasanlagenbetreiber A 4 Fragebogen für Betreiber von Biogasaufbereitungsanlagen (Biomethan) A 5 Fragebogen für Betreiber von Pflanzenöl- BHKW MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung, IV

5 Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Abkürzung Erklärung Euro Paragraph a AF atro BGA BGAA BGEA BHKW BImSchV BlmschG BIOMON BLE BMEVL BNetzA bspw. bzw. ca. CH cif cm Jahr Ackerfläche Absolut trocken (wasserfrei) Biogasanlage Biogasaufbereitungsanlage Biogaseinspeiseanlage Blockheizkraftwerk Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge Biogas-Monitoringreport der Bundesnetzagentur Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Bundesnetzagentur beispielsweise beziehungsweise circa Schweiz Kosten, Versicherung und Fracht bis zum Bestimmungshafen (Cost, Insurance and Freight) Zentimeter 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung, V

6 Abkürzung cm 2 CO2 D d.h. DBFZ Dena dt DWW EEG EnStat EVK EVU FNR fob GPS GV h H2O2 ha H-Gas Hs HT HTK i.d.r. IBN Erklärung Quadratzentimeter Kohlendioxid Deutschland das heißt Deutsches Biomasseforschungszentrum Deutsche Energieagentur Dezitonne Druckwasserwäsche Erneuerbare-Energien-Gesetz Energiestatistik Einsatzstoffvergütungsklassen Energieversorgungsunternehmen Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Free on board (Frei an Bord) Ganzpflanzensilage Großvieheinheit Stunde Wasserstoffperoxid Hektar Hochkalorisches Gas Brennwert Hochtemperatur Hühnertrockenkot in der Regel Inbetriebnahme 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung, VI

7 Abkürzung IE IKT IWES ggf. GHD GPS GV GWh INL Erklärung Leipziger Institut für Energie Informations- und Kommunikationstechnologie Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik gegebenenfalls Gewerbe, Handel, Dienstleistungen Ganzpflanzensilage Großvieheinheit Gigawattstunde Institut für nachhaltige Landwirtschaft k. A. keine Angabe Kg khz KrWG KUP kw kwel KWK L-Gas LN LPG M.-% m 3 m 3 i.n. Mio. MJ Mrd. Kilogramm akustische Intensität Kreislaufwirtschaftsgesetz Kurzumtriebplantage Kilowatt Kilowatt elektrisch Kraft-Wärme-Kopplung Niederkalorisches Gas Landwirtschaftliche Nutzfläche Flüssiggas Masse-Prozent Kubikmeter Normkubikmeter im Normzustand bei 0 C und 1013,25 mbar Millionen Megajoule Milliarden 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung, VII

8 Abkürzung MW MWel MWth n NawaRo NL NT ORC PJ PSA PSM RME t TS Tsd. TWh TWhel TWhth u.a. UBA USA usw. ÜUDS Erklärung Megawatt Megawatt elektrisch Megawatt thermisch Anzahl der Nennungen Nachwachsende Rohstoffe Niederlande Niedertemperatur Organic-Rankine-Cycle Petajoule Druckwechseladsorption (Pressure Swing Adsorption) Pflanzenschutzmittel Rapsmethylester Tonne Trockenmasse/Trockensubstanz Tausend Terrawattstunde Terrawattstunde elektrisch Terrawattstunde thermisch und andere Umweltbundesamt Vereinigte Staaten von Amerika und so weiter Über- und Unterdrucksicherungen 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung, VIII

9 Abkürzung UVP v.a. vgl. w z.b. z.t. Erklärung Umweltverträglichkeitsprüfung vor allem vergleiche Watt zum Beispiel zum Teil 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung, IX

10 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen 1 Einleitung Erneuerbare Energien werden in Deutschland seit dem Jahr 2000 maßgeblich durch das Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (EEG) gefördert. Seit der Einführung wurde das Gesetz bereits dreimal novelliert. Mit den Novellierungen in den Jahren 2004 und 2009 wurde für den Bereich Bioenergie vor allem eine Anreizwirkung zur Stromerzeugung aus Biogas gesetzt. Im Jahr 2011 wurde mit rund neuen Biogasanlagen der höchste Anlagenzuwachs seit der EEG-Einführung verzeichnet. Der Anteil der Bioenergie belief sich 2012 auf 5,7 % des Endenergieverbrauchs im Stromsektor und stellte damit gut ein Viertel der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien (MUSIOL u. a., 2012). Mit dem zum Jahr 2012 novellierten EEG wurde die Fördersystematik wesentlich verändert. Bis auf den Bonus zur Biomethaneinspeisung wurden alle Boni abgeschafft. Im Gegenzug wurden eine einsatzstoffbezogene Vergütung und eine Mindestwärmenutzungspflicht eingeführt. Als Anreiz für die Markt- und Systemintegration wurde für Biogas und Biomethan neben der Marktprämie die Flexibilitätsprämie eingeführt. Während im Bereich der Bioenergieanlagen für feste Biomasse die Zubau von Neuanlagen in den vergangenen Jahren in etwa gleich blieb, verlangsamte sich der Neubau von Biogasanlagen in 2012 erheblich. Dies ist auch darin begründet, dass viele Anlagen noch im Jahr 2011 nach dem EEG 2009, welches geringere Anforderungen und eine höhere Vergütung beinhaltet, in Betrieb gegangen sind. Des Weiteren reduziert sich mit dem weiteren Zubau die Anzahl gut geeigneter Standorte. Das Forschungsvorhaben Wissenschaftliche Vorbereitung und Begleitung der EEG-Monitoringberichte und des EEG-Erfahrungsberichts für die Stromerzeugung aus Biomasse knüpft bei den Untersuchungen an die Vorgängervorhaben Monitoring zur Wirkung des Erneuerbare Energien- Gesetzes (EEG) auf die Entwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse DBFZ ) und die Vorläuferprojekte des Institut für Energetik (IE) an. Das Forschungsvorhaben unterstützt damit den zeitnahen Monitoringprozess zur Stromerzeugung aus Biomasse im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. Für den vorliegenden Bericht wurde im Frühjahr 2013 eine umfangreiche Betreiberbefragung durchgeführt. Insgesamt wurden ca Anlagenbetreiber von Bioenergieanlagen angeschrieben. Um den aktuellen Zubau und Anlagenerweiterungen von Bioenergieanlagen zu erfassen. Zudem wurden Hersteller von Bioenergieanlagen in den jeweiligen Bereichen, Landesministerien und Landesämter befragt. Außerdem fand eine Befragung von Naturschutzbehörden statt, um eine bessere Abschätzung der Auswirkungen auf Natur und Landschaft durch die Nutzung von Bioenergie zu ermöglichen. 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen 2.1 Methodik Der im Folgenden beschriebene Stand der Nutzung von Biogas zur Strombereitstellung in Deutschland beruht im Wesentlichen auf Auskünften und Veröffentlichungen der Landesministerien, Landesämter für Landwirtschaft und Genehmigungsbehörden. Darüber hinaus wurden Informationen von Anlagenherstellern und Daten der Biogasanlagendatenbank des DBFZ herangezogen. Weiterhin werden 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

11 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen in den nachfolgenden Kapiteln die Ergebnisse der jährlich durchgeführten DBFZ-Betreiberbefragung sowie die Auswertungsergebnisse der Biogasanlagendatenbank des DBFZ einbezogen und bei der Darstellung entsprechend gekennzeichnet (vgl. Kapitel 2.5.3). Deponie- und Klärgas werden in den Betrachtungen zur Nutzung gasförmiger Bioenergieträger nicht berücksichtigt und sind somit in den dargestellten Statistiken und Analysen nicht enthalten Befragung auf Länderebene Zur Ermittlung des Biogasanlagenbestandes auf Bundeslandebene wird eine jährliche Befragung der verschiedenen Länderinstitutionen durchgeführt, die hinsichtlich der Anlagenzahl und -leistung in den jeweiligen Bundesländern Auskunft geben können. Überwiegend wurden Landwirtschaftsministerien, Landesanstalten für Landwirtschaft, Biogasberater und Energieversorger einbezogen. Die Befragung wurde im Anschluss an die DBFZ-Betreiberbefragung im April 2013 durchgeführt, da aus den Erfahrungen der Vorjahre der Datenstand zum frühestens im März/April des Folgejahres vorliegt. Neben der Abfrage der Anlagenzahl und der installierten elektrischen Anlagenleistung mit Angabe der Größenklassenverteilung wurden in diesem Jahr auch der Aspekt der Differenzierung zwischen Anlagenerweiterung und der Neubau von Biogasanlagen sowie die Handhabung bei der Differenzierung zwischen Betriebsstätte und Satelliten-BHKW abgefragt. Zu berücksichtigen ist, dass der Großteil der befragten Ansprechpartner nicht direkt auf die Daten der Genehmigungsbehörden zurückgreifen, sondern eigene Datenrecherche durchführen, so dass die Datenbasis häufig nicht vollständig ist und in erster Linie die landwirtschaftlichen Anlagen repräsentiert. Zudem zeigt die Erhebung der Länderdaten, dass die Anlagendaten unterschiedlich erfasst werden und daher schwer vergleichbar sind. So werden beispielsweise in wenigen Bundesländern (Schleswig- Holstein, Mecklenburg-Vorpommern, Thüringen, Brandenburg) Satelliten-BHKW sofern sie als eigenständige Anlage zugeordnet werden gesondert ausgewiesen. Die meisten Bundesländer weisen diese Anlagen jedoch nicht extra, sondern zusammen mit der Biogasproduktionsanlage (Betriebsstätte) aus. Zudem können Neubau von Anlagen und Anlagenerweiterungen nur schwer differenziert werden. So wird in der Länderstatistik häufig nicht ausgewiesen, in welcher Höhe die zusätzliche Anlagenleistung aus Neubauten und in welcher Höhe aus Anlagenerweiterungen resultiert. Eine neu in Betrieb genommene Anlage geht in den Länderstatistiken als weitere Anlage ein, während Anlagenerweiterungen bei den meisten Bundesländern lediglich zur Korrektur der installierten Anlagenleistung führt. Anlagenerweiterungen wurden zum Beispiel in Baden-Württemberg im besonderen Maße gemeldet, da die durchschnittliche Anlagengröße dort vergleichsweise gering ist und somit die Privilegierungsgrenze in vielen Fällen noch nicht ausgereizt ist (BERG, 2013). Hinsichtlich der Anfrage der Länderministerien könnten die geänderten gesetzlichen Regelungen (u.a. 4. BImSchV) zu Informationsdefiziten geführt haben. So wurde von einem Landesministerium mitgeteilt, dass künftig anstelle der installierten elektrischen Anlagenleistung das Gasvolumen gemäß der 4. BImSchV erfasst wird Betreiberbefragung Im Hinblick auf die Analyse und die Bewertung der Entwicklung und des Standes der Biogasnutzung in Deutschland wurde wie in den vergangenen Jahren eine Betreiberbefragung durch das DBFZ durchgeführt. Ziel der Befragung war es, für eine möglichst große Anzahl von Biogasanlagen eine 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

12 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen praxisnahe Erhebung durchzuführen, mit der repräsentative Daten u.a. zur Anlagenvergütung, zur Anlagentechnik, zum Substrateinsatz, zur Flächennutzung sowie zu Anlagenerweiterungen und den Praxisproblemen erfasst werden. Die Befragung der Biogasanlagenbetreiber wurde im Februar 2013 gestartet und bezieht sich auf das Jahr Dabei wurden Betreiber von Biogasanlagen mit Vor-Ort- Verstromung angeschrieben. Analog zu den Vorjahren wurden Rückmeldungen per Post, per Fax und über einen Online-Fragebogen erfasst. Die Betreiber wurden zu folgenden Aspekten befragt: Anlagengenehmigung, Jahr der Inbetriebnahme, installierte elektrische Anlagenleistung, Vergütung nach EEG inklusive Boni-Differenzierung (EEG 2004, 2009, 2012), Beanspruchung der Flexibilitätsprämie und der Direktvermarktung, beabsichtigte Vergütungsumstellung auf Direktvermarktung oder Flexibilitätsprämie, eingespeiste Strommenge und Eigenstrombedarf, Vollbenutzungsstunden, Anlagenerweiterungen, Differenzierung einzelner BHKW, Art der Gasnutzung, Elektrischer und thermischer Wirkungsgrad, Gasfackel, Wärmenutzungsgrad, Art der Wärmenutzung, Eigenwärmeverbrauch, Verfahren, Abdeckung der Gärrestlager, Gärrestaufbereitung und -verwertung, Abgasbehandlung und Entschwefelung, Maßnahmen zur Anlagenerweiterung bzw. Erhöhung der Effizienz, Substrateinsatz (Art, Menge, Kosten, durchschnittliche Transportentfernung), Flächenumfang für den Anbau landwirtschaftlicher Rohstoffe zur Biogasproduktion. Vor dem Hintergrund der EEG-Novellierung wurden im Vergleich zu den Vorjahren erweiterte Fragestellungen mit folgenden Inhalten aufgenommen: Vergütung nach EEG 2012, Inanspruchnahme der Flexibilitätsprämie und Direktvermarktung (gegenwärtig und in Planung), detaillierte Abfrage der BHKW (Inbetriebnahme, installierte Leistung, Art des BHKW), Maßnahmen zur Anlagenerweiterung oder Erhöhung der Effizienz nach Inbetriebnahme der Anlage (gegenwärtig und in Planung), Über- und Unterdrucksicherungen (Art, Häufigkeit des Auslösens), Gasspeicher (Art, Umfang, Füllstand), Art der Netzkopplung und der Einspeisetechnik (IKT). 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

13 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Insgesamt wurden mehr als Biogasanlagen 1 angeschrieben, die Anzahl der Betriebsstätten kann dabei auf beziffert werden. Im Vergleich zum Vorjahr stieg die Anzahl der für die Auswertung zur Verfügung stehenden Rückantworten. Während 2012 insgesamt 752 Fragebögen für die Auswertung berücksichtigt wurden, stehen für die Auswertung der aktuellen Befragung insgesamt 980 Rückmeldungen zur Verfügung. Die Rücklaufquote der diesjährigen Betreiberbefragung beträgt somit 14 %. Bezogen auf den prognostizierten Gesamtbestand von etwa Biogasanlagen (Vor-Ort- Verstromung) Ende 2012 können demnach rund 13 % des Anlagenbestandes in die Auswertungen einbezogen werden. In der Abbildung 2-1 ist die regionale Verteilung der Biogasanlagenstandorte, die im Rahmen der Befragung angeschrieben wurden und die an der Befragung teilgenommen haben und somit für eine Auswertung zur Verfügung stehen, dargestellt. Abbildung 2-1: DBFZ-Betreiberbefragung von Biogasanlagen, Hierbei handelt es sich sowohl um die Produktionsanlagen als auch um die Satelliten-BHKWs. 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

14 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Repräsentativität der Befragung In der Tabelle 2-1 sind die regionale Verteilung der Rückmeldungen nach Bundesländern und der Anteil der Rückmeldungen in Bezug auf die Anlagenzahl und die installierte elektrische Gesamtleistung des Anlagenbestandes sowohl im Vergleich zu den jeweiligen Bundesländern als auch im Vergleich zum Gesamtbestand in Deutschland dargestellt. Tabelle 2-1: Regionale Verteilung der Rückmeldungen der Betreiberumfrage 2013 bezogen auf die Anlagenzahl und installierte elektrische Anlagenleistung Rücklauf Rücklauf nach BL Anlagenbestand (GG) Bundesland Anzahl der Rückmeldungen Anteil am Rücklauf [%] Anzahl der Rückmeldungen bezogen auf die Anlagenzahl je BL Verteilung der instal. el. Leistung bezogen auf die Gesamtleistung je BL Anlagenzahl je BL bezogen auf die GG Summe der instal. el. Leistung je BL bezogen auf die GG Baden- Württemberg 89 9,1 10,8 11,3 11,0 8,9 Bayern ,8 14,9 14,7 30,4 22,7 Berlin Brandenburg 26 2,7 7,8 8,9 4,5 5,9 Bremen Hamburg 1 0, Hessen 39 4,0 21,1 20,8 2,5 2,0 Mecklenburg- Vorpommern 33 3,4 13,4 10,2 3,3 5,5 Niedersachsen ,4 14,8 14,8 19,8 25,2 Nordrhein- Westfalen Rheinland- Pfalz 85 8,7 14,5 14,8 7,8 8,1 24 2,5 17,9 22,0 1,8 1,7 Saarland 2 0,2 15,4 5,1 0,2 0,1 Sachsen 40 4,1 19,9 19,6 2,7 2,7 Sachsen- Anhalt Schleswig- Holstein 10 1,0 3,6 2,6 3,7 5,3 32 3,3 4,6 7,5 9,2 8,2 Thüringen 38 3,9 16,0 15,8 3,2 3,5 Gesamt ,1 13, MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

15 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen GG = Grundgesamtheit, BL = Bundesland Die regionale Verteilung des Rücklaufes der Betreiberbefragung zeigt, dass - trotz der regionalen Unterschiede eine Repräsentativität der Daten angenommen werden kann. Die Verteilung der Rückmeldungen weist eine vergleichsweise gute Übereinstimmung mit dem realen Anlagenbestand im jeweiligen Bundesland auf. Im Durchschnitt können rund 13 % des Anlagenbestandes in die Auswertung der Betreiberbefragung einbezogen werden. Mit Ausnahme von Hamburg konnten bei den Bundesländern Hessen, Sachsen, Rheinland-Pfalz, Thüringen, Bayern, Niedersachsen und Nordrhein- Westfalen Rückläufe erreicht werden, die mit 14 21% des Anlagenbestandes der Bundesländer über dem durchschnittlichen Rücklauf liegen. Nur für die Bundesländer Sachsen-Anhalt und Schleswig- Holstein stehen deutlich weniger als 10 % des Anlagenbestandes für die Auswertung zur Verfügung. In Tabelle 2-2 ist die Verteilung der Leistungsgrößenklasse der Biogasanlagen dargestellt, die anhand der Betreiberbefragung für die Auswertung einbezogen werden konnten. Dabei zeigt sich, dass die Rückmeldungen eine vergleichbare Anlagenverteilung hinsichtlich der Leistungsgrößenklassen im Vergleich zum Gesamtanlagenbestand in Deutschland aufweisen. Der Großteil des Biogasanlagenbestandes kann der Größenklasse kwel (rd. 58 %) bzw kwel (19 %) zugeordnet werden. Eine Gegenüberstellung der Rückmeldungen im Vergleich zum Gesamtanlagenbestand zeigt, dass die Anlagen im Leistungsbereich 150 kwel dabei leicht unterrepräsentiert sind, wohingegen die Anlagen im mittleren Leistungsbereich ( kwel) leicht überrepräsentiert sind. Tabelle 2-2: Rücklauf der DBFZ-Betreiberbefragung 2013 Größenklassenverteilung und Anteil am Gesamtanlagenbestand (Biogasanlagen in Deutschland) Rücklauf (bezogen auf die Anlagenzahl) Anlagenbestand (GG) instal. el. Anlagenleistung [kwel] Rücklauf (Anzahl der Rückmeldungen) Anteil am Rücklauf [%] Verteilung Gesamtanlagenbestand Deutschland [%] bezogen auf die Anlagenzahl ,5% 6, ,2% 11, ,3% 57, ,8% 19,0 > ,0% 5,0 keine Angaben 60 6,1% GG = Grundgesamtheit 2.2 Anlagenbestand und Zubau 2012 Im Vergleich zum Anlagen- und Leistungszubau der Vorjahre wurde 2012 deutlich weniger zugebaut, zum großen Teil wurden Altanlagen erweitert. Der Zubau inklusive Anlagenerweiterung umfasste ca. 350 MWel im Jahr 2012 neu installierter Leistung. Der Anlagenzubau im Jahr 2012 mit rund MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

16 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Anlagen lag im Vergleich zum enormen Zubau des Vorjahres mit Anlagen demnach bei weniger als einem Viertel. Jedoch hat sich die insgesamt zugebaute elektrische Anlagenleistung im Jahr 2012 mit rund 350 MWel 2 im Vergleich zum Vorjahr um nur etwa ein Drittel verringert. Nach Hochrechnungen des DBFZ sind Ende 2012 rund Biogasanlagen mit etwa MWel in Betrieb. Die räumliche Verteilung der Biogasanlagen in Deutschland ist in der Abbildung 2-2 dargestellt. Anlagenzahl und Leistung der Aufbereitungsanlagen werden im Kapitel 3.2 separat erfasst. Abbildung 2-2: Standorte der in Betrieb befindlichen Biogasanlagen und Satelliten-BHKWs in Deutschland, vereinzelt Standorte von in Bau und in Planung befindlichen Biogasanlagen; Bezugsebene: Postleitzahl (Biogasdatenbank DBFZ) 2 Vertreter einzelner Länderinstitutionen (vgl. Länderbefragung 2013) gaben an, für das Jahr 2011 nachträglich Anlagendaten in 2012 korrigiert zu haben, so dass nicht direkt auf den Zubau 2012 geschlossen werden kann. Eine Nachkorrektur für 2011 wurde seitens des DBFZ nicht vorgenommen, so dass für 2011 nach wie vor von MWel ausgegangen wird. 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

17 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen In Tabelle 2-3 ist die Verteilung der Ende 2012 in Betrieb befindlichen Biogasanlagen (Vor-Ort- Verstromung) differenziert nach Anlagenanzahl und installierter elektrischer Anlagenleistung auf Ebene der Bundesländer dargestellt. Sofern bekannt, wird die Anlagenzahl nach Betriebsstätte und Satelliten-BHKW differenziert. Die Daten beruhen analog der Datenerhebungen der Vorjahre auf Veröffentlichungen und Mitteilungen der Landwirtschafts- und Umweltministerien, Landwirtschaftskammern bzw. Landesanstalten für Landwirtschaft sowie Biogasberater. Die Daten der Länderbefragung sind entsprechend der Rückmeldungen in Tabelle 2-3 dargestellt. Zu berücksichtigen ist, dass die Erfassung, Genauigkeit und Aktualität der Daten zwischen den einzelnen Bundesländern variieren (vgl. Methodik Kapitel 2.1.1). Generell kann für alle Bundesländer, mit Ausnahme von Brandenburg, Saarland und den Stadtstaaten, angenommen werden, dass die dargestellte Anlagenzahl als Mindestwert zu verstehen ist, da oftmals keine vollständige Erhebung und Erfassung des Anlagenbestandes auf Bundeslandebene erfolgt. Vor dem Hintergrund, dass überwiegend landwirtschaftliche Biogasanlagen von den Länderinstitutionen erfasst werden und der erfasste Anlagenbestand in den jeweiligen Bundesländern überwiegend nicht die vollständige Datenbasis abbildet,, wird insgesamt von einem Anlagenbestand von rund Biogasanlagen mit einer installierten elektrischen Anlagenleistung von rund MWel zum Stichtag ausgegangen. Unter Berücksichtigung des Gesamtanlagenbestandes (7.500 Biogasanlagen mit MWel) ergibt sich eine durchschnittliche Anlagenleistung aller in Betrieb befindlichen Biogasanlagen von rund 425 kwel. 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

18 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Tabelle 2-3: Verteilung der in Betrieb befindlichen Biogasanlagen (Vor-Ort-Verstromung) in Deutschland nach Bundesländern: differenziert nach Anlagenzahl und installierter elektrischer Anlagenleistung zum (DBFZ-Befragung der Länderinstitutionen 2013), (BERG, 2013), (BLOSSEY, 2013), (EBNER VON ESCHENBACH, 2013), (DAHLHOFF, 2013) (FIDDECKE, 2013), (IZES GGMBH, 2013), (LÜHRS, 2013), (REINHOLD, 2013), (ROBRECHT, 2013), (STROBL, 2013), (PLAGEMANN, 2013), (ROSE, 2013), (VIßE, 2013), (ZSCHOCHE, 2013) Bundesland Anzahl Biogasanlagen in Betrieb 1 (Anzahl Satelliten- BHKW 2 ) install. elektr. Anlagenleistung mittlere install. elektr. Anlagenleistung 14 [MWel] [kwel] Baden-Württemberg ,5 333 Bayern ,0 308 Berlin 0 0,0 - Brandenburg (36) 182,0 543 Bremen Hamburg 1 1, Hessen ,1 341 Mecklenburg- Vorpommern ,0 688 Niedersachsen ,0 527 Nordrhein-Westfalen ,0 427 Rheinland-Pfalz ,0 403 Saarland 13 4,3 333 Sachsen ,7 416 Sachsen-Anhalt ,0 596 Schleswig-Holstein (71) 252,5 365 Thüringen (19) 109,0 458 Gesamt (126) 3.091, Anlagenzahl der in Betrieb befindlichen Anlagen bezogen auf die Betriebstätte (Standort) ohne Aufbereitungsanlagen; kann Satelliten-BHKW beinhalten, sofern diese nicht gesondert ausgewiesen werden (vgl. Fußnote 2) oder explizit nicht extra erfasst werden (vgl. Fußnote 3) 2 umfasst die Anzahl der Satelliten-BHKW, sofern diese extra ausgewiesen wurden 3 Ausgehend von 2294 landwirtschaftlichen Biogasanlagen (=Gaserzeugungseinheit inkl. aller Verwertungsvorrichtungen (beispielsweise zur KWK, Aufbereitung, Einspeisung) wurden 13 Biogasaufbereitungsanlagen herausgerechnet; Satelliten-BHKW werden in Bayern nicht als eigenständige Anlage erfasst 4 erstmals Satelliten-BHKW erfasst; Anlagen kleiner 70 kwel nicht berücksichtigt 5 Schätzung, keine aktuelle Statistik verfügbar; nach Auskunft von Hr. Fiddecke wurden 2012 mind. 10 Anlagen gefördert, die in Bau bzw. in Betrieb sind; Anlagenzahl und -leistung wurden zum Datenstand 2011 aufsummiert 6 Angabe von Betriebsstätten (Anlagenparks zu einer Betriebsstätte zusammengefasst), install. el. Leistung auf der Basis der Rohgasmengen geschätzt, da mit Änderung der 4. BImSchV nur noch Rohgasmengen erfasst werden 7 Nach Angaben des Senats in Bremen ist keine Biogasanlage in Betrieb (Kläranlagen ausgenommen) 8 Stand 6/ Landwirtschaftliche Biogasanlagen; Satelliten-BHKW werden nicht extra erfasst 10 überwiegend landwirtschaftliche Anlagen erfasst, keine vollständige Datenbasis 11 Daten enthalten den Anlagenstand Ende 2012 für 277 in Bau und Betrieb befindliche Biogasanlagen; exkl. 8 Biomethananlagen; Anlagenerweiterungen sind 2012 nicht separat erfasst. 12 Daten wurden aus dem aktuellen Datenbestand des LLUR (Stand 25. Februar 2013) ermittelt. Die elektrische Leistung wurde aus der Feuerungswärmeleistung (FWL) mit 36 % elektrischen Wirkungsgrad errechnet. Es konnten nur die Satelliten-BHKW ermittelt werden, die als solche gekennzeichnet waren. Die Erfassung baurechtlicher Anlagen des LLUR ist noch nicht abgeschlossen. 13 Vorläufige Daten, Stand ; Datenkorrektur für 2011 vorgenommen, so dass die Daten 2012 nicht direkt auf den Zubau schließen lassen. 14 Bezogen auf die Betriebsstätten inkl. Satelliten-BHKW, sofern diese extra mit ausgewiesen werden konnten 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

19 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen In den Bundesländern Bayern, Niedersachsen und Baden-Württemberg werden nach wie vor insgesamt mehr als die Hälfte des gesamten Biogasanlagenbestandes in Deutschland betrieben. Die hohe durchschnittliche elektrische Anlagenleistung in Hamburg resultiert aus der dort installierten Bioabfallvergärungsanlage mit einer Leistung von 1 MWel. In Bremen sind mit Ausnahme von Kläranlagen mit Gasnutzung keine Biogasanlagen in Betrieb. In Berlin wird Mitte 2013 eine Biogasanlage mit Aufbereitung zu Biomethan in Betrieb genommen. Die Befragung auf Bundeslandebene ergab, dass eine erhebliche Anzahl an Anlagenerweiterungen z.b. durch Repowering und Satelliten-BHKW erfolgte, wenngleich eine gesonderte Ausweisung der Daten bei den meisten Bundesländern nicht oder zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht möglich war. Darüber hinaus wird angenommen, dass zunehmend Biomethan-BHKW in Betrieb genommen werden. Neben der Inbetriebnahme von Biomethan-BHKW ist die Umrüstung alter Erdgas-BHKW interessant, die nach Ende der KWKG-Vergütung auf den Einsatz von Biomethan umgestellt werden, so dass der Strom nach EEG vergütet werden kann (FIDDECKE, 2013). Anreize wurden durch das EEG 2012 insbesondere für Kleinst-Gülleanlagen bis 75 kwel, für Anlagen größer 500 kwel und für die Verstromung von Biomethan gesetzt. Die derzeitige Entwicklung am Biogasmarkt setzt zudem auf stärkere Anreize zur bedarfsgerechten Erzeugung von Biogas und zur Direktvermarktung des Stroms aus Biogas. Das EEG 2012 sieht eine eigene Vergütungskategorie für güllebasierte Kleinstanlagen bis 75 kwel vor, deren Substrateinsatz mindestens 80 % Gülle- bzw. Festmistanteile (massebezogen) enthält. Nach Einschätzungen von Umweltgutachtern und Anlagenherstellern gingen bis Ende 2012 maximal 100 Kleinst-Biogasanlagen auf Güllebasis in Betrieb. Die Nachfrage kleiner güllebasierter Biogasanlagen stellt sich dabei je nach Region unterschiedlich dar. So konnte die größte Nachfrage derartiger Anlagenkonzepte für das Bundesland Bayern festgestellt werden, wobei diese Anlagenkonzepte dort überwiegend von zwei Anlagenherstellern umgesetzt wurden. Der vergleichsweise verstärkte Zubau von Kleinstanlagen in Bayern ist in erster Linie mit der einfacheren Genehmigungspraxis und der größeren Bereitschaft der Betreiber, eine höhere Eigenbeteiligung aufzubringen, zu erklären. Bundesweit wurden insbesondere für 500 kw-anlagen Änderungsbescheide beantragt, um die installierte elektrische Anlagenleistung auf 560 bis 600 kwel-leistung zu erhöhen. Hintergrund sind die geänderten gesetzlichen Regelungen, die vormals für das privilegierte Bauen von Biogasanlagen im Außenbereich eine Beschränkung von 500 kwel vorsahen. Dies führte dazu, dass Biogasanlagen, die im privilegierten Außenbereich errichtet wurden, auf 500 kwel gedrosselt betrieben wurden. Anlagen mit 250 kwel wurden insbesondere in Bayern auf 360 kwel erhöht. 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

20 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen In Abbildung 2-3 ist die Biogasanlagenentwicklung unter Berücksichtigung der Anlagenverteilung nach Leistungsgrößenklassen dargestellt. Die Verteilung der Biogasanlagen nach Leistungsgrößenklassen basiert dabei auf die Rückmeldungen der befragten Länderinstitutionen im Rahmen der Länderanfrage > 1000 kwel kwel Anlagenzahl [-] > 500 kwel kwel kwel kwel 70 kwel install. el. Leistung [MWel] Installierte elektrische Anlagenleistung [MWel] Abbildung 2-3: Biogasanlagenentwicklung in Deutschland (Anlagenzahl differenziert nach Leistungsklassen und installierter elektrischer Anlagenleistung), ohne Abbildung von Biogasaufbereitungsanlagen, Deponie- und Klärgasanlagen; (DBFZ, 2013), Stand Mai Vertreter einzelner Länderinstitutionen (vgl. Länderbefragung 2013) gaben an, für das Jahr 2011 nachträglich Anlagendaten in 2012 korrigiert zu haben. Nachkorrekturen wurden seitens des DBFZ hinsichtlich der Leistungsgrößenklassenverteilung für vorgenommen. 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

21 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen 2.3 Genehmigung und Vergütung der Biogasanlagen Genehmigung Für die Genehmigung von Biogasanlagen kommen verschiedene Genehmigungsverfahren zur Anwendung: die baurechtliche Genehmigung oder eine Genehmigung nach Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG). Gemäß der vierten Verordnung zur Durchführung des Bundesimmissionsschutzgesetztes (4. BImSchV) ist festgelegt, welche Biogasanlagen einer immissionsschutzrechtlichen Genehmigung bedürfen oder ob ein baurechtliches Genehmigungsverfahren ausreichend ist. Entscheidend sind dabei Menge, Art und Herkunft der eingesetzten Substrate sowie die Feuerungswärmeleistung der Anlage. Ausgehend von den Rückmeldungen der Betreiber kann festgehalten werden, dass die beiden Genehmigungsformen in der Praxis gleichermaßen vorzufinden sind. 51 % der Anlagen erhalten die baurechtliche Genehmigung. 49 % der Anlagen verfügen über die Genehmigung nach BImSchG, darunter haben 2 % zusätzlich eine Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) durchlaufen (Abbildung 2-4). 2% Baurecht 51% 47% BImschG BimSchG mit UVP n= 952 Abbildung 2-4: Genehmigungsverfahren bei Biogasanlagen (DBFZ-Betreiberbefragung, 2013) Vergütungsstrukturen Mit der Neufassung des EEG 2012 und der damit verbundenen Streichung vieler Boni und der Einführung der Einsatzstoffvergütungsklassen ergibt sich eine Vielzahl an Kombinationen der Vergütungsstrukturen für Biogasanlagen. Unter Berücksichtigung der genauen Art der Boni bezogen auf die unterschiedlichen Fassungen des EEG (EEG 2004, EEG 2009 sowie EGG 2012) wird eine genaue Aufschlüsselung der Vergütungskombinationen sehr komplex. Ausgehend von den Rückmeldungen der Betreiber ist eine Darstellung der unterschiedlichen Vergütungskombinationen für die Altanlagen möglich, welche nach dem EEG 2004 bzw. EEG 2009 genehmigt sind. Abbildung 2-5 liefert einen Überblick über die relative Häufigkeit der in Anspruch genommenen Vergütungskombinationen. Demnach erhält rund ein Drittel der Anlagen (33 %) neben der Grundvergütung den NawaRo-, KWKsowie Güllebonus. 31 % der Betreiber erhalten zudem die Vergütungserhöhung für 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

22 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Emissionsminderung 4. Im Vergleich zu den Ergebnissen aus dem Vorjahr hat die Anzahl der Anlagen zugenommen, welche neben dem NawaRo- und KWK-Bonus sowie der Vergütungserhöhung für Emissionsminderung auch den Technologiebonus erhalten (11,6 % im Betriebsjahr 2012 im Unterschied zu 5,6 % im Jahr 2011). Darüber hinaus werden von 15,5 % der Anlagenbetreiber zahlreiche weitere Vergütungskombinationen in Anspruch genommen ,0 31,3 relativer Anteil, [%] ,6 5,7 2,8 15,5 0 Grundvergütung + NawaRo + Gülle + KWK Grundvergütung + NawaRo + Gülle + KWK + Emission Grundvergütung + NawaRo + KWK + Emission + Technologie Grundvergütung + NawaRo + Gülle Grundvergütung + NawaRo + Gülle + Emission andere Vergütungskombinationen n= 922 Abbildung 2-5: Relative Häufigkeit von in Anspruch genommenen Vergütungskombinationen (EEG 2004 und 2009) für Biogasanlagen (DBFZ-Betreiberbefragung, 2013) Direktvermarktung und Flexibilitätsprämie Mit dem Inkrafttreten des EEG 2012 am wurden zwei neue Vergütungsanreize eingeführt. Zur Förderung der Integration von Strom aus Erneuerbaren Energien in das Energiesystem kann nach dem EEG 2012 im Rahmen der Direktvermarktung des Stroms (entsprechend 33b bis 33f) eine Marktprämie nach 33g und ergänzend zur Marktprämie eine Flexibilitätsprämie nach 33i 4 In der Abbildung 2-5 als Emission gekennzeichnet. 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

23 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen beansprucht werden. Die Direktvermarktung kann in verschiedenen Formen sowie als anteilige Direktvermarktung nach 33f des EGG 2012 erfolgen. Im Zuge der DBFZ-Betreiberbefragung 2013 wurde der erfolgte Wechsel in die Direktvermarktung ermittelt. Diesbezüglich konnten 659 auswertbare Fragebögen berücksichtigt werden. Gegenwärtig vermarkten rund 21 % der befragten Biogasanlagenbetreiber den erzeugten Strom direkt. Davon gehen 18 % der Anlagenbetreiber mit der Gesamtleistung in die Direktvermarktung. Lediglich in Einzelfällen (3 %) wird Strom anteilig direkt vermarktet. Abbildung 2-6 gibt einen Überblick über den geplanten Wechsel in die Direktvermarktung, differenziert nach Leistungsklassen. Hierfür konnten die Rückmeldungen von 142 Anlagenbetreibern berücksichtigt werden. Es wird ersichtlich, dass insbesondere Anlagen im mittleren (ab 150 kwel) und großen (501 bis 1000 kwel) Leistungsbereich planen, den Strom direkt zu vermarkten. > kwel kwel kwel kwel Anzahl der Nennungen [n] n= 142 Abbildung 2-6: Beabsichtigte Umstellung auf Direktvermarktung in Abhängigkeit von der installierten elektrischen Anlagenleistung (absolute Anzahl der Nennungen), (DBFZ-Betreiberbefragung, 2013) Die Flexibilitätsprämie wird für die Bereitstellung zusätzlicher installierter Leistung für die bedarfsgerechte Stromerzeugung im Rahmen der Direktvermarktung ergänzend zur Marktprämie gewährt ( 33i). Im Ergebnis der Betreiberbefragung zeigt sich, dass 68 % der befragten Betreiber keine Inanspruchnahme der Flexibilitätsprämie und folglich keine Bereitstellung zusätzlicher installierten Leistung für die bedarfsgerechte Stromproduktion im Rahmen der Direktvermarktung derzeit beabsichtigen (vgl. Abbildung 2-7). Von den Betreibern, die den Strom als Gesamt- bzw. als anteilige Leistung vermarkten, gaben rund 3 % an, gleichzeitig eine Flexibilitätsprämie zu beanspruchen. 5 % der Biogasanlagenbetreiber beabsichtigen einen Wechsel in die Direktvermarktung, jedoch nicht die gleichzeitige Inanspruchnahme der Flexibilitätsprämie. 19 % der Befragten planen, den erzeugten Strom direkt zu vermarkten und dabei die Flexibilitätsprämie in Anspruch zu nehmen. Ausgehend von den Betreiberrückmeldungen lässt sich festhalten, dass die Erfahrungen mit der Inanspruchnahme der Markt- und Flexibilitätsprämie noch nicht weit fortgeschritten sind. Zudem bestehen hohe Unsicherheiten bei den Anlagenbetreibern, welche die Markt- und Flexibilitätsprämie beanspruchen wollen. In diesem Zusammenhang zeigen sich zum einen ein hoher Informationsbedarf seitens der 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

24 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Betreiber sowie zum anderen die Notwendigkeit einer klareren Ausgestaltung der gesetzlichen Rahmenbedingungen für die Inanspruchnahme der durch das EEG 2012 neu geschaffenen Anreizmechanismen. 5% 5% 19% 1% 2% Flexibilitätsprämie bei der Gesamtleistung in der Direktvermarktung Flexibilitätsprämie bei anteiliger Leistung in der Direktvermarktung keine Flexibilitätsprämie keine Flexibilitätsprämie, trotz Direktvermarktung keine Flexibilitätsprämie, Direktvermarktung geplant 68% Flexibilitätsprämie + Direktvermarktung geplant n= 697 Abbildung 2-7: Gegenwärtige und geplante Inanspruchnahme der Flexibilitätsprämie im Rahmen der Direktvermarktung (DBFZ-Betreiberbefragung 2013) 2.4 Strom- und Wärmeerzeugung Die im Folgenden beschriebene Abschätzung der Strom- und Wärmebereitstellung aus Biogas in Deutschland basiert auf Datenerhebungen des DBFZ. Dabei werden die Informationen der Länderbefragungen (vgl. Kapitel 2.2), Auswertungen der Stamm- und Bewegungsdaten der Bundesnetzagentur (BNetzA) sowie Daten der Biogasanlagendatenbank des DBFZ einbezogen Stromerzeugung aus Biogas (Vor-Ort-Verstromungsanlagen) Die Stromerzeugung aus Biogas für das Jahr 2012 wird ausgehend von der Stromerzeugung aus Biogas im Jahr 2011 und der Stromerzeugung resultierend aus dem Leistungszubau der Jahre 2011 und 2012 ermittelt. Dabei wurde für die Ermittlung der erzeugten Strommenge aus Biogasanlagen analog der Vorjahre - bei Bestandsanlagen Volllaststunden von h/a, bei Neuanlagen mit Inbetriebnahme im ersten 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

25 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Halbjahr h/a und in der zweiten Jahreshälfte von h/a zugrunde gelegt 5. Hinsichtlich der angenommenen Leistungsverteilung des Zubaus wird im Gegensatz zu den Vorjahren keine Gleichverteilung auf die Halbjahre angenommen. Stattdessen wird für den Leistungszubau, der in den letzten Jahren vorwiegend zum Jahresende erfolgte, unterstellt, dass 35 % der installierten elektrischen Leistung neuer Anlagen im 1. Halbjahr und 65 % in der zweiten Jahreshälfte zugebaut werden. Diese Leistungsverteilung ergab die Auswertung der Stamm- und Bewegungsdaten der Bundesnetzagentur (BNetzA) der Jahre 2007 bis 2010, so dass hier der 4-Jahresmittelwert zu Grunde gelegt wurde. Die Stromerzeugung aus Biogas lag im Jahr 2011 bei rund 19,5 TWhel (vgl. (WITT u. a., 2012)). Unter Berücksichtigung eines Leistungszubaus von 550 MWel im Jahr 2011 und rund 350 MWel im Jahr 2012 wird für 2012 eine Bruttostromerzeugung aus Biogas von rund 23,1 TWhel ermittelt 6. Die Bruttostromproduktion bezieht sich auf die produzierte Strommenge der Biogasanlagen, während die eingespeiste Strommenge die Nettostromproduktion widerspiegelt. Neben der Vor-Ort-Verstromung des Biogases ist die Verstromung von Biomethan in KWK-Anwendungen zur Stromerzeugung (vgl. Kapitel 2.4.1) zu berücksichtigen. 5 Die Auswertung der Stamm- und Bewegungsdaten der Bundesnetzagentur (BNetzA) für den Zeitraum 2007 bis 2010 auf der Basis der für Biogasanlagen zugeordneten Stromerzeugung und installierten Anlagenleistung ergaben geringere Volllaststunden. Der Durchschnitt der 4 Jahresmittelwerte ( ) ergab für den Bestand von Biogasanlagen rund und für im Betrachtungsjahr in Betrieb genommene Biogasanlage rund Volllaststunden. Werden diese Volllaststunden für den Leistungszubau der Jahre 2011 und 2012 zu Grunde gelegt, ergibt sich eine Stromerzeugung aus Biogas von 22,6 TWhel. Vor dem Hintergrund, dass die Angaben zur installierten elektrischen Leistung auf Basis der BNetzA-Daten etwa 20 % über den durch die Bundesländer gemeldeten Daten liegen, sind die ermittelten Volllaststunden nochmals zu prüfen. 6 Die Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien Statistik (AGEE-Stat) weist für Biogas insgesamt (Vor-Ort und Biomethan für das Jahr 2012 eine etwas geringere Bruttostromerzeugung aus (MUSIOL u. a., 2012). Der Grund für die Abweichung ist unter anderem die unterschiedliche Datenbasis. 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

26 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Abbildung 2-8: Entwicklung der Bruttostromerzeugung aus Biogas (Vor-Ort-Verstromungsanlagen) Wärmeerzeugung aus Biogas (Vor-Ort-Verstromungsanlagen) Mit der Einführung des KWK-Bonus bei der Novellierung des EEG im Jahr 2004 wurden Anreize zur Steigerung der Gesamteffizienz der Biogasanlagen geschaffen. Im Zuge dessen kam es zu einer verstärkten Umsetzung von Wärmenutzungskonzepten bei der Stromerzeugung aus Biogas (vgl. Kapitel ) mit einer Steigerung der Nutzung externer Wärmemengen. Für die Ermittlung der Wärmemenge aus Biogasanlagen wird eine Stromerzeugungsmenge aus Biogas von insgesamt 23,1 TWhel, durchschnittliche BHKW-Wirkungsgrade von 38 % elektrisch sowie 45 % thermisch, ein durchschnittlicher Eigenwärmebedarf von 26,5 % und ein durchschnittlicher Wärmenutzungsgrad der extern verfügbaren Wärme von 56 % (Betreiberumfrage 2013, vgl. Kapitel ) zugrunde gelegt. Dabei ist anzumerken, dass der durchschnittliche Wärmenutzungsgrad aus den Auswertungen der alljährlichen Betreiberbefragungen resultiert und von verschiedenen Experten als zu hoch angesehen wird (vgl. (DREHER u. a., 2011)). Die im Jahr 2012 genutzte Wärmemenge aus Biogasanlagen liegt somit schätzungsweise bei etwa 11,3 TWhth 7. 7 Die zu Grunde gelegte verfügbare Wärmemenge des BHKW beläuft sich auf 27,4 TWhth. Ausgehend von der verfügbaren Wärmemenge wird angenommen, dass nach Abzug des durchschnittlichen Eigenwärmebedarf von 26,5% (Betreiberbefragung 2013; vgl. Kapitel ), durchschnittlich 73,5 % für externe Wärmenutzungen zur Verfügung stehen. Als durchschnittlicher 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

27 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen 2.5 Technologien und Verfahren Status quo und Ausblick Biogas wird vorrangig zur Stromerzeugung in Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) eingesetzt. Neben der Vor- Ort-Verstromung des Biogases wurden in den vergangenen Jahren zunehmend alternative Biogasnutzungsoptionen relevant und umgesetzt. Die Rolle von Mikrogasnetzen zur dezentralen Verstromung des Biogases hat dabei, ebenso wie die Aufbereitung von Biogas zu Biomethan mit anschließender Gaseinspeisung in das Erdgasnetz, stärker an Bedeutung gewonnen. Zunehmend von Bedeutung ist die Optimierung der Bestandsanlagen. Die Auswertung der Betreiberbefragungen zeigt, inwiefern Anlagenerweiterungen bzw. Maßnahmen zur Steigerung der Effizienz der Anlage durchgeführt wurden. Mehrheitlich spielen dabei vor allem der Ausbau der Wärmenutzung und die Erhöhung der BHKW-Leistung eine wichtige Rolle. Der Anlagenzubau erfolgt vielfach an bestehenden Anlagenstandorten infolge des Zubaus zusätzlicher BHKW-Leistung oder Satelliten-BHKW. In der Abbildung 2-9 sind die durchgeführten Anlagenerweiterungsmaßnahmen in den Jahren 2011 und 2012 vergleichend dargestellt. Demnach wurde sowohl im Jahr 2011 als auch 2012 in erster Linie die Wärmenutzung nach Inbetriebnahme der Biogasanlage ausgebaut. Das zeigt deutlich, dass die Wärmenutzung an vielen Biogasanlagen erst sukzessive nach Inbetriebnahme der Anlage ausgebaut wird. Eine Aufschlüsselung der Umsetzung von Maßnahmen zur Anlagenerweiterung und Effizienzsteigerung hinsichtlich der Inbetriebnahmezeitpunkte der Anlage zeigt, dass bei Anlagen, die vor 2004 in Betrieb gingen, vor allem der Ersatz von Alt-BHKW sowie der Ausbau der Wärmenutzung mehrheitlich die umgesetzten Maßnahmen zur Anlagenerweiterung und Effizienzsteigerung ausmachen (WITT u. a., 2012). Ein Ausbau der Wärmenutzung sowie die Erhöhung der BHKW-Leistung ist bei Anlagen, die nach 2004 in Betrieb gingen, am häufigsten realisiert worden. Deutlich wird, dass die Installation einer Rohgasleitung zu einem Satelliten-BHKW verstärkt bei jüngeren Anlagen mit Inbetriebnahme nach 2009 vorgenommen wird (WITT u. a., 2012). Im Folgenden wird der Stand innovativer Verfahren, die im Biogasbereich derzeit vereinzelt Anwendung finden, detaillierter beschrieben. Wärmenutzungsgrad der extern verfügbaren Wärme werden auf der Basis der DBFZ-Betreiberbefragung 2013 rund 56 % angenommen (vgl. Kapitel ). 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

28 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Abbildung 2-9: Umsetzung der Maßnahmen zur Anlagenerweiterung in den Betriebsjahren 2011 und 2012, relative Häufigkeit (Mehrfachnennungen möglich), (DBFZ-Betreiberbefragungen, 2011/2012 sowie 2013) Im Hinblick auf die zukünftigen Herausforderung an erneuerbare Energien, die künftig Schwankungen der Energiebereitstellung und der Energienachfrage ausgleichen müssen, wird gegenwärtig die bedarfsgerechte Biogaserzeugung diskutiert. Biogas ist dafür sehr gut geeignet, da es speicherbar und flexibel einsetzbar ist. Für die Zukunft ist zu erwarten, dass mit einem größeren Anteil an Erneuerbaren in den Energienetzen auch der Anteil an flexibler, dem Bedarf angepasster Energiebereitstellung steigen wird. Damit verbunden ist die Entwicklung von Komponenten gezielt für die bedarfsgerechte Bereitstellung (z.b. Standfestigkeit von Motoren bei Lastwechsel, leistungsfähiger Zustandserkennung, Prozessregelung, Fernüberwachung). Mit dieser bedarfsgerechten Energiebereitstellung könnten auch erweiterte Konzepte, wie z.b. Power-to-Gas, Speicherung von Energieträgern u. ä. verstärkte Anwendung finden. Die Integration von dezentralen Anlagen in ein sich stark änderndes Energiekonzept wird ein zentrales Thema der Forschung in den nächsten Jahren sein Innovative Verfahren Im Folgenden wird der Stand ausgewählter innovativer Verfahren im Biogasbereich aufgezeigt. 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,

29 2 Biogas Vor-Ort-Verstromungsanlagen Einsatz von Biogas in Mikrogasturbinen und Brennstoffzellen Mikrogasturbinen können Biogas mit 35 bis 100 % Methangehalt über einen gekoppelten Generator verstromen und verursachen dabei weniger Emissionen als Kolbenmotoren. Diese schnelllaufenden Gasturbinen im unteren elektrischen Leistungsbereich sind daher z. B. als Satelliten-BHKW besonders in urbanen Ballungszentren gut geeignet. Ein besonderes Potenzial wird für diese Technik bei Repowering-Maßnahmen für Biogasanlagen gesehen. Mikrogasturbinen zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Verfügbarkeit, einen geringen Wartungsaufwand, niedrige Emissionen sowie einer flexiblen Wärmenutzung aus. Die Nutzung der Abwärme wird vereinfacht, da diese auf einem höheren Temperaturniveau und bei einem kontinuierlichen Massestrom anfällt. Die Nutzung von Mikrogasturbinen wurde durch das EGG 2009 über den Technologiebonus mit 1 Ct/kWhel gefördert, wobei die Praxisrelevanz des Einsatzes dieser Technik im Biogasbereich noch im Forschungsstatus war (FNR E.V., 2010). Aufgrund der vergleichsweise geringen elektrischen Wirkungsgrade der Mikrogasturbinen gegenüber der Biogas-BHKW werden Mikrogasturbinen zur Stromerzeugung aus Biogas selten eingesetzt (vgl. DBFZ-Betreiberbefragung 2013 bzgl. Gasverwertung, Kapitel ). Auf dem Markt in Europa und den USA gibt es verschiedene Hersteller von Mikrogasturbinen. Im Jahr 2009 waren 5 Mikrogasturbinen von drei kommerziellen Anbietern (Capstone, Turbec, Elliot) auf dem europäischen Markt verfügbar. Ein führender Anbieter von Mikrogasturbinen des kalifornischen Unternehmens Capstone war zum Beispiel die Firma Greenvironment. Die im Jahr 2012 in Insolvenz gegangene Firma bot den Bau und den Betrieb von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen auf Basis der Mikrogasturbinentechnologie an. Im Jahr 2007 konnte das Unternehmen 5 deutsche und 6 finnische Referenzanlagen im Leistungsbereich von 30 kwel bis 550 kwel vorweisen und akquirierte in den Folgejahren den Bau weiterer Biogasanlagen in Deutschland mit Fokussierung auf 200 kwel Mikrogasturbinen. Die Anlagenkonzepte umfassten Wärmeanwendungen, die einen hohen thermischen Wirkungsgrad benötigen. Bei zwei geplanten Anlagen sollte z.b. die Luft der Mikrogasturbinen direkt dazu genutzt werden, Gärreste bzw. Düngemittel zu trocknen. In der aktuellen Betreiberumfrage des DBFZ im Rahmen des EEG-Monitoringswurden lediglich 2 von insgesamt 993 Anlagen mit Mikrogasturbinen betrieben (vgl. Gasverwertung, Kapitel ). Bei einer Brennstoffzelle wird die chemische Energie (im Biogas) direkt zu Strom umgewandelt. In der Zelle reagieren Wasser- und Sauerstoff zu Wasser, wobei Energie freigesetzt wird. Biogas kann nach einer Entschwefelung bzw. Reinigung eingesetzt werden, dabei wird Methan in Wasserstoff überführt. Die Abluft des Verfahrens gilt als weitgehend schadstofffrei. Einzelne Brennstoffzellentypen weisen eine besondere Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen auf. Die Investitionskosten für den Einsatz von Brennstoffzellen gelten im Vergleich zu herkömmlichen BHKW als hoch. Die Lösung technischer Probleme und die Vermeidung hoher Kosten standen im Fokus von Untersuchungen im Pilotmaßstab (FNR E.V., 2010). Referenzanlagen der MTU Onsite Energy GmbH waren im Jahr 2009 unter anderem das T-Systems Rechenzentrum München (Brennstoff Biomethan mit Betriebsstunden) oder die Kläranlage Moosburg (Brennstoff Klärgas aus kommunalen Abwässern mit Betriebsstunden) Desintegrationsverfahren Eine Desintegration oder Aufschluss partikulärer Biomassen als Gärsubstrat bedeutet die Zerstörung und Zerkleinerung organischer Zellen durch die Einwirkung äußerer Kräfte. Das eingesetzte Gärsubstrat wird besser bioverfügbar und die Enzyme der Zellen gelangen damit schneller in den Prozess der 03MAP250_Bericht_Mai_2013_veröffentlichung,