Effizienz künftiger Biomassenutzung - Möglichkeiten und Grenzen zur Integration in die Stromversorgung

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1 Effizienz künftiger Biomassenutzung - Möglichkeiten und Grenzen zur Integration in die Stromversorgung Philip Tafarte Department Bioenergie Biomasse, Wind, Solar PV und Systemeffizienz Grundsätzliche Idee: Biomasseverstromung hinsichtlich Stromgestehungskosten, Flächenverbrauch (und Treibhausgasminderungspotenzial) im Nachteil gegenüber regenerativen Erzeugern wie Wind und Photovoltaik (PV), aber fossiler Stromerzeugung vorzuziehen. (Referenzsystem) Im Gegensatz zu Wind und PV ist die Biomasse aber dargebotsunabhängig verfügbar und bedarfsabhängig regelbar. Versorgungslücken durch Wind und PV sollten deshalb möglichst durch Biomasse gedeckt werden, um fossile Erzeugung zu ersetzen. Können Wind und Sonne die Nachfrage decken, sollte die Verstromung von Biomasse eingestellt werden. Entsprechend sollte die Stromerzeugung aus Biomasse nachrangig zu Wind und Solarenergie erfolgen. Daraus lässt sich die Anforderung zur Flexibilisierung der biogenen Stromerzeugung ableiten.

2 Einige Rahmenbedingungen in der Perspektive 2030 Bedarf an regelbarer und gesicherter Erzeugung steigt, Wind / PV nur eingeschränkt regelbar Wärmenutzung begrenzt die Freiheitsgrade bei der Flexibilisierung für die Strombereitstellung Wärmespeicher absehbar kostengünstiger als Stromspeicher (flexible) Bioenergie 2030 starke Zunahme der Einspeisung fluktuierender Erzeugung (Wind / PV) Stromgestehungskosten zwischen Wind / PV und Biomasse werden weiter divergieren (Lernkurve) Grenzkosten der Stromerzeugung bestehender Wind / PV Anlagen 0 Effizienz der Biomasseverstromung A: Effizienz der Biomasseverstromung im gesamten Stromversorgungssystem hängt also zunehmend von der zeitlichen Steuerung der Biomasseverstromung ab. B: Das THG-Minderungspotenzial ist abhängig davon ob regenerative oder fossile Erzeuger durch Biomasseverstromung ersetzt werden.

3 Herausforderungen in 2030 Bereits mittelfristig (2030) werden die Anforderungen an die Flexibilität der Stromerzeugung aufgrund weiter steigender Anteile von Wind und Solarstrom zunehmen und Biomasse die Fluktuationen nur mehr zu kleinen Teilen ausgleichen können. Anforderungen an die Flexibilität wird stark zunehmen und wird neue Konzepte erfordern Beispiel anhand des Witterungsverlaufes im 4Q 2011 Hypothetischer Verbrauchs- und Einspeiseverlauf im Jahr 2030 [MW] Kalenderwochen 4Q 2011 Datengrundlage: Zeitreihe des Verbrauchs- und Einspeiseverlaufs in 50Hz Netz; Einspeisung aus Wind und PV skaliert auf installierte Kapazitäten in 2030 laut Leitstudie Flexibilisierte Biomasseverstromung modelliert zur Minimierung der Residuallastschwankungen.

4 Herausforderungen in 2030 Herausforderung 1: für eine weitest gehende Ausbalancierung der Erzeugung von Wind und PV wäre bis 2030 eine sehr starke Überbauung notwendig (13-fach um Wind und PV Kapazitäten vollständig zu ergänzen bzw. 8-fach für komplette Erbringung der gesicherten Kraftwerksleistung). Bei limitierter Verfügbarkeit von Biomasse führte dies zu sehr geringen Volllaststunden bei vollständigem monovalent-biogenem Betrieb ( h). Analogie zu diskutiertem Kapazitätsmechanismus für gesicherte Leistung fossiler KW!? Herausforderungen in 2030 Herausforderung 2: die Flexibilität der Biomasseverstromung sollte es ermöglichen die Stromerzeugung für längere Dauer einstellen zu können in Phasen vollständiger Versorgung durch Wind und PV. (erforderte sehr große Biogas/Wärme-Speicher oder Biomethaneinspeisung in das Erdgasnetz, oder auch neue Konzepte wie die Kombination von BGA mit P2G )

5 Herausforderungen in 2030 Herausforderung 3: flexible Bioenergiekraftwerkskapazitäten (BGA) sollten als regelbare Erzeuger ihre gesamte flexibilisierte Anlagenleistung auch vollständig als gesicherte Kraftwerksleistung betreiben können, also zeitlich unbegrenzt ihre Leistung bereitstellen können. (erforderte sehr große Methanspeicher oder bivalenten Betrieb auch mit (fossilem) Erdgas/LPG) weshalb sollte man hier nicht durch die Option eines bivalent-fossilen Betriebs der BGA diese zur Bereitstellung von gesicherter Leistung nutzen (Debatte um Kapazitätsmärkte)? Herausforderungen in 2030 Herausforderung 4: Die steigenden Anforderungen an die Flexibilität sollten nach Möglichkeit nicht zu Lasten der KWK in der Biomasseverstromung gehen. (große saisonale Wärmespeicher, P2H?)

6 Zusammenfassung Biomasseverstromung muss sich aus Sicht des Stromversorgungssystems weiter bedarfsgerecht flexibilisieren, sollte einen Beitrag zur gesicherten Stromversorgung leisten und dabei ihre hohe Effizienz durch KWK nicht verlieren. Viele Anforderungen sind über eine Kopplung mit dem Erdgasnetz zu erreichen, welche vom einfachen Anschluss zum Bezug von Erdgas zur Vorhaltung gesicherter Leistung, von der Einspeisung von Biomethan in Zeiten einer Vollversorgung durch Wind und PV bis zur Kombination von BGA mit P2G Konzepten reichen (2030+). Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: 12 Philip Tafarte Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH UFZ

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