SmartBiomassHeat Wärme aus Biomasse im Verbund der erneuerbaren Energien

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1 SmartBiomassHeat Wärme aus Biomasse im Verbund der erneuerbaren Energien Dr.-Ing. Volker Lenz 10. Rostocker Bioenergieforum 16.Juni 2016, Rostock

2 Entwicklung der Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland Zuwachs der Wärme aus Biomasse seit einigen Jahren auf niedrigem Niveau. Quellen: Erdgas Schwaben Quelle: piu700/pixelio.de Quelle: BMWi, Erneuerbare Energien in Deutschland, Daten zur Entwicklung im Jahr 2015,

3 Woher kommt die Wärme aus Biomasse (2015)? knapp 1 Mio. Biomassekessel und Mio. Einzelraumfeuerungen Quelle: Wodtke Quellen: Erdgas Schwaben Quelle: piu700/pixelio.de Quelle: BWK, 2016 Wärmeversorgung über Biomasse bisher einzige oder Haupt-Wärmequelle (70-100%) Quelle: Guntamatic 3

4 Mögliche Entwicklungen im Energiesystem Endenergieverbrauch in Deutschland 2014 Gesamt: TWh Szenario für den Brutto- Stromverbrauch bis 2050 in Dtl. al energy consumption in Germany total: TWh fuel 27% electricity 25% heat 48% other renewable energy sources 1% fossil fuels 88% biomass 11% Häuslicher Wärmebedarf soll bis 2050 auf die Hälfte sinken. Vor allem Wind und Solar sollen die Energieversorgung abdecken -> hohe Fluktuationen. Quelle: DBFZ, Rönsch, 2015 Source: SZEN-16, KLIMA 2050, Nitsch 2016 Chemische Energiespeicher werden zur Zweit stark diskutiert (Power-to-Gas/Liquid). Quelle: Nitsch,

5 Anforderungen an Biomassetechnologien der Zukunft gesellschaftlich akzeptable Konzepte, die für die Anwohner mindestens tolerabel sind nachhaltige und konkurrenzarme Biomassen: Rest- und Abfallstoffe sowie gewissen Nebenprodukte + Landschaftspflege THG-Minderung mind. 90% - Berücksichtigung Düngung, Flächenveränderung, Kohlenstoffschuld Optimierung von Effizienz (Nutzungsgrad) und Effektivität (Mehrwert) Minimierung sonstiger Umwelteffekte (z.b. Feinstaub) passende ökonomische Nischen / Anwendungsfälle erschließen hochflexible, regional angepasste Nutzung mit hohem Zusatznutzen für das Energiesystem Smart Bioenergy 5

6 Kriterien einer smarten Wärmebereitstellung aus Biomasse Begrenzung der Massendurchsätze und damit der Leistungsgröße der Anlagen, möglichst unauffällige Integration in die Lebensumstände der Menschen modifizierte und optimierte Brennstoffe effiziente Brennstoffproduktion mit einem möglichst angebotsorientierten Einsatz von erneuerbaren Energien effiziente Konversionstechnologien effektive und sektorübergreifend vernetzte Versorgungskonzepte auf Biomassebasis (multisektoral und multibrid) umweltschonende Konversionstechnologien Bioenergiekonzepte müssen verstärkt ökonomische Versorgungsnischen erschließen Schließen von Wärmeversorgungslücken Zusatznutzen durch z.b. gekoppelte Strombereitstellung insbesondere im Winter Stromnetzstabilisierung 6

7 Zielsetzung: Intelligente Biomasseheiztechnologien Aufbereitung von Reststoffen und Nebenprodukten zu High-End-Feststoff- Kompaktaten SmartBiomassHeat ressourcenschonende, flexible, regional angepasste, netzstabilisierende, emissionsarme Wärme Flexible und emissionsarme Kleinfeuerungsund Mikro-KWK- Anlagen Regeneratives Wärmenetz Regelungstechnische Einbindung Regeneratives Stromnetz 7

8 Mögliche zukünftige Anwendungsfälle für Wärme aus Biomasse zukünftiges Wärmekonzept Biomasseanteil größere Objekte / Quartiere mit Wärmenetz Großsolaranlagen, zentrale Wärmepumpen, Geothermie, Abwärme und Überschussstrom Solaranlage und/oder Wärmepumpe, ggf. Überschussstromheizung Versorgungssicherheit über Biomethan- Mehrfamilienhaus ohne Wärmenetz Ein- /Zweifamilienhaus (NEH bis PH) Solaranlage und/oder Wärmepumpe, ggf. Überschussstrom für Heizung Begrenzung der Massendurchsätze und damit der Leistungsgröße der Anlagen, GuD oder BZ oder über Micro- Stromnachfrage über möglichst unauffällige Integration in die Lebensumstände der Menschen Brennstoff Vergaser mit BZ oder flexibles Dampfheizkraftwerk naturnah (ggf. gewaschen und getrocknet), homogenisiert Schließen von Versogungslücken Biomasse-BHKW (Vergaser mit Motor oder BZ) HTC oder torrefizierte High- End-Kompaktate Spitzenlastofen zur Entlastung der die Wärmepumpe im Winter bzw. zur Not sicherung Holzpelletinos oder Scheitholz 8

9 Sektorübergreifende Integration der erneuerbaren Energien durch Biomasse-Wärme-Kraft-Kopplung Es werden nicht immer alle Einzeltechnologien zum Einsatz kommen! 9

10 Klassische und moderne KWK-Technologien für feste Biomassen Stirling-Motor Klein-Vergaser-BHKW Quelle: DBFZ Biomasse ORC Altholz-Kraftwerk Quelle: Thermochemical Testing Ground University Zittau Großvergaser Güssing Quelle: DBFZ Quelle: hessenenergie Quelle: DBFZ 10

11 Flexible Klein- und Micro-Wärme-Kraft-Kopplung Mikro- und Mini-Wärme-Kraft- Kopplung für Restwärmebedarfsdeckung und Netzstabilisierung Laborvergaser für Holzkohle mit 0,55 kw el Motor-Generator-Einheit Quelle: Krüger, DBFZ 2014 Hohe Flexibilität nachgewiesen! 11

12 Wärme-Versorgungssicherheit durch Spitzenlastofen im Ein-/Zweifamilienhaus Neue Ofenentwicklungen mit Katalysatoren und ggf. integriertem Pelletbrenner lassen niedrigste Emissionen selbst bei flexiblem Betrieb zu Quelle: DBFZ 12

13 Besondere technische Herausforderungen geeignete Brennstoffe (Ressource, Verarbeitung, Qualitätssicherung, rechtliche Zulassung) automatisierte Abstimmung der Komponenten einfache Installation Plug-and-Run intelligente und innovative Regler (Wetterprognose, modellprädiktiv) vereinheitlichter Datenaustausch unter IT-Sicherheitsaspekten kosteneffiziente Herstellung der Anlagen und Betrieb Quelle: DBFZ 13

14 Transformation der Bioenergie von der Grundlast zur Smart Bioenergy (bedarfsgerecht, flexibel und nachhaltig) Reststoffe, Bioabfälle und Nebenprodukte erschließen emissionsarme und hochflexible Konversionsanlagen Forschung zum Systemübergang innovative Regelungsansätze zur Systemintegration Nachhaltige Rahmenbedingungen! Bioenergie als Vorreiter für die Bioökonomie Spitzenlastofen Mikro- WKK 14

15 Smart Bioenergy Innovationen für eine nachhaltige Zukunft! Contacts Prof. Dr. mont. Michael Nelles Daniel Mayer Prof. Dr.-Ing. Daniela Thrän Dr.-Ing. Volker Lenz Dr.-Ing. Jan Liebetrau Dr.-Ing. Franziska Müller-Langer DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Phone: +49 (0)