Eigenversorgung mit Strom und Wärme durch Biomasse. Janet Witt, Philipp Sauter

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1 Eigenversorgung mit Strom und Wärme durch Biomasse Janet Witt, Philipp Sauter Eigenversorgung mit Erneuerbaren Energien als unternehmerische Handlungsoption, Erfurt, 9. Juli 2013

2 Überblick Beitrag der Erneuerbarer Energien zur Energiebereitstellung in Deutschland Beitrag der Bioenergie zur Energiebereitstellung Vorstellung des Anlagenparks der Biomasse(heiz)kraftwerke Struktur und regionale Verteilung Brennstoffeinsatz Technologien Strom- und Wärmebereitstellung Energiebereitstellungskosten Fazit 2

3 Beitrag Erneuerbarer Energien (EE) zum Endenergieverbrauch (EEV) in Deutschland EEV in 2012: ~2.495 Mrd. kwh ( 8,99 EJ); +3 % zu 2011 Anteil EE 2012: ~ 314 Mrd. kwh ( 1,13 EJ); +7 % zu 2011 bzw. +0,5 % des EEV Biomasse 2012:~ 210 Mrd. kwh ( 0,76 EJ); +5 % zu 2011 bzw. +0,4 % des EEV Windenergie: 1,8 % Wasserkraft: 0,8 % Photovoltaik: 1,1 % fossile Energieträger (Steinkohle, Braunkohle, Mineralöl, Erdgas) und Kernenergie: 87,4 % Quelle: BMU / AGEE Stat, Feb./ April 2013 Anteile EE ,6 % Ziel DE bis 2020: Steigerung des EE- Anteils am EEV auf 18 % Biomasse 2) : 8,2 % Solarthermie, Geothermie: 0,5 % 3

4 Bioenergie - Das Multitalent V i e l f ä l t i g e R o h s t o f f e V i e l f ä l t i g e T e c h n o l o g i e n (teilweise noch in Entwicklung) Viele Wege V i e l f ä l t i g e E i n s a t z m ö g l i c h k e i t e n und kein Königsweg 4

5 Widersprüchliche Ziele, begrenzte Ressourcen Biomasse deckt derzeit etwa 66% der Endenergiebereitstellung aus EE in Dtl. Die Bioenergiebereitstellung verfolgt unterschiedliche Ziele: Klimaschutz Versorgungssicherheit Entwicklung ländlicher Räume Neue Exportmöglichkeiten für Rohstoffe und Technologien Bioenergie wird AUCH aus Energiepflanzen produziert, für die Flächen verfügbar sein müssen damit sind verschiedene Risiken verbunden: Lokale Umweltänderungen durch Intensivierung der Landwirtschaft Landnutzungsänderungen Destabilisierung der Nahrungsmittelpreise / Ernährungssicherheit Biomasse ist begrenzt (max. ca % des Primärenergiebedarfs) Bioenergie stellt nur einen Baustein in unserem Energiesystem dar, bietet hier jedoch ein großes Potenzial für eine nachhaltige bedarfsgerechte Energiebereitstellung. 5

6 Einsatz von Biomasse zur Strom-, Wärme- & Kraftstoffbereitstellung 2012 Flüssige Biomasse und Pflanzenöl 1,8 % Biogene Festbrennstoffe 58,4 % Biogas 15,5 % Klärgas 1,2 % Anteil der Biomasse an der erneuerbaren Endenergie: 65,5 % Biokraftstoffe 16,3 % Biogener Anteil des Abfalls 6,5 % Deponiegas 0,4 % Quelle: BMU / AGEE Stat, Feb./ April 2013 Biomasse ist der wichtigste und gleichzeitig vielfältigste erneuerbare Energieträger wichtige Rolle im Wärme- (91%) und Transportsektor(100%) Biomasse wird unter den EE auch mittelfristig die dominierende Energiequelle sein 6

7 Stromerzeugung aus biogenen Energieträgern Stromerzeugung in DE fossile Energieträger 77% Spartenanteile EE Biomasse 30% Photovoltaik 21% Klär- und Deponiegas 5% biogener Anteil des Abfalls 12% Biomasseinsatz biogene Festbrennstoffe 31% Windenergie 34% erneuerbare Energieträger Wasserkraft 16% Biogas 50% 23% 596 TWh 137 TWh 41 TWh Ziel DE bis 2020: Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) stellt seit dem Jahr 2000 eines Steigerung des EE- bedeutendsten Anteils auf 35 Instrumente % zur Förderung der EE dar biogene flüssige Brennstoffe 3% Quelle: basierend auf BMU / AGEE Stat, Feb./ April 72013

8 Entwicklung des Anlagenparks der EEG-fähigen Biomasse(heiz)kraftwerke ohne Anlagen < 10 kwel; Quelle: DBFZ 2013 Prognose EEG-Einführung EEG 2004< EEG 2009 EEG

9 Anlagen- und Leistungsstruktur im Biomasse(heiz)kraftwerkspark 2012 Anlagenanzahl > 5 MWel; 17% 0,5 5 MWel; 29% 0,15 MWel; 38% Anlagenleistung > 5 MWel; 79% 0,5 5 MWel; 20% 0,15 MWel; 0% 0,15 0,5 MWel; 1% 0,15 0,5 MWel; 16% Angaben für Biomasse(heiz)kraftwerke in Deutschland, ohne Anlagen < 10 kw el In Summe ca. 540 Anlagen Gesamtleistung des Kraftwerksparks 1,56 GW el Quelle: DBFZ

10 Regionale Verteilung der Biomasse(heiz)kraftwerke Im Süden bestehen viele kleinere Anlagen, die vorwiegend naturbelassenes Holz einsetzen Im Ruhrgebiet nutzen die meisten Anlagen Altholz Im Großraum Berlin sind vor allem große Anlagen vorzufinden Abb.: Standort, Leistungs- und Brennstoffklassen der Biomasse(heiz)kraftwerke in Deutschland (Darstellung ohne Kleinst-KWK-Anlagen <10 kw el, keine Gewähr auf Vollständigkeit) 10 Quelle: DBFZ, EEG-Monitoring

11 Brennstoffeinsatz in EEG-Anlagen in t atro /Jahr Entwicklung des Brennstoffeinsatzes in Biomasse(heiz)kraftwerken Naturbelassenes Holz (nicht Altholz) Mischsortimente + Sonstiges Altholz Reduzierte Vergütung für Altholznutzung AIII, A IV Derzeit werden rd. 9 Mio. t atro Holz in Biomasse-(H)KW eingesetzt. Hinzu kommen rd. 1,2 Mio. t atro in nicht EEG-vergüteten Anlagen der Papier- und Zellstoffindustrie. 11 Altholz ist für Biomasse(heiz)kraft-werke noch immer bedeutend

12 Alternative Festbrennstoffe: Einsatz von Stroh in Biomasse-KWK-Anlagen Strohheizkraftwerk in Emlichheim Quelle: Feuerungswärmeleistung Elektrische Leistung Volllaststunden Strohbedarf Prozessdampfbereitstellung Wärmebereitstellung 49,8 MW FWL 12,5 MW el 6150 h/a ca t/a Baustellenkamera BEKW Bioenergiekraftwerk Emsland, Quelle: Internationale Fachtagung Strohenergie am 29./ in Berlin 12

13 Technologieentwicklung - Holzvergaser boomen - Quelle: DBFZ

14 Einsatz unterschiedlicher Stromerzeugungstechnologien je nach Leistungsbereich DBFZ

15 Volllaststunden pro Jahr Unterschiedliche Standortversorgungskonzepte bestimmen die Volllaststunden der Bio-HKW (Auswertung Betreiberbefragung 2013) elektrisch thermisch Quelle: DBFZ Dampfturbine Gasmotor ORC-Turbine 15

16 Holzvergaser haben vergleichsweise hohe Wirkungsgrade bei geringer Leistung Quelle: DBFZ

17 EEG-Vergütungsstruktur unterscheidet sich stark zwischen den Fassungen und beeinflusst die Wirtschaftlichkeit der Anlagen Quelle: DBFZ 2012 Tatsächliche Stromerlöse des 20 MWel-BMHKW (unter Einbezug von Vergütungssätzen außerhalb des EEGs) 17

18 Stromerzeugung und -vermarktung in Biomasse(heiz)kraftwerken In 2012 beläuft sich die Brutto-Stromerzeugung durch den Einsatz biogener Festbrennstoffe( einschließlich des Biomasseeinsatzes in HKW der Papier- und Zellstoffindustrie, in Müllverbrennungsanlagen und in Mitverbrennungsanlagen) auf 14,2 TWh. Davon wurden rund 8,4 TWh Strom nach EEG vergütet. Die Möglichkeiten der direkten Stromvermarktung an der EEX werden zunehmend genutzt Abb. Vermarkung des Stroms in EEG-fähigen Anlagen in 2011/12 Quelle: DBFZ

19 Wärmebereitstellung in Biomasse(heiz)kraftwerken Die Wärmebereitstellung durch biogene Festbrennstoffe wird für das Jahr 2012 auf 26,8 TWh geschätzt (inkl. der Anlagen in der Papier- und Zellstoffindustrie und des Beitrages von 5,3 TWh durch Müllheizkraftwerke). Rund 17,0 TWh werden in EEG-fähigen Biomasseheizkraftwerken und Holzvergaseranlagen erzeugt. Abb. Verteilung der Wärmemenge nach Art der Wärmenutzung entsprechend der DBFZ- Betreiberbefragung 2013 Quelle: DBFZ

20 Wärmenutzung in Biomasse(heiz)kraftwerken (Auswertung Betreiberbefragung 2013) Quelle: DBFZ

21 FAZIT Das EEG hat den Ausbau der biogenen Stromerzeugung wesentlich vorangebracht und forciert zunehmend effiziente bzw. ökologisch wünschenswerte Nutzungspfade (z. B. KWK, Einsatz von LPM, KUP & Halmgut) Die Möglichkeiten der energetischen Biomassenutzung sind regional sehr verschieden; Rohstoffverfügbarkeit UND Wärmeabsatz erfordern vielfach unterschiedliche Technologien und Anlagengrößen Lenkungsanreize durch EEG-Boni 2004 bis 2011 o NawaRo: Erhöhte Nutzung von Wald(rest)- und Landschaftspflegeholz o KWK: Hohe Wärmeauskopplung (nur noch ca. 5% aller Anlagen ohne KWK) o Technologiebonus: Impulse für ORC- und Vergasertechnologie Seit EEG 2012 signifikanter Zubau von Anlagen im kleinen Leistungsbereich bei moderatem Ausbau der installierten Leistung Erste Erfahrungen mit novelliertem EEG 2012 zeigen: o Hohe Anforderungen an Wärmeauskopplung (mind. 60% KWK-Anteil) hemmen Neuinvestitionen o Bedarfsgerechte Stromerzeugung wird gezielt gefördert: Marktprämie Holzvergaser entwickeln sich von Demo- und Pilotanlagen zunehmend zu marktreifen Serienmodellen und verzeichnen daher einen hohen Zubau 21

22 Forschung für die Energie der Zukunft Wir laden Sie ein! Ansprechpartner Dr.-Ing. Janet Witt Tel. +49 (0) DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Tel.: +49 (0)

23 EEG-Vergütungsstruktur für Biomasseanlagen (EEG 2012) Anlagenleistungsäquivalent Grundvergütung (z.b. SNP) Brennstoffe gemäß Einsatzstoffvergütungsklasse I Ausnahme: Rinde oder Waldrestholz, KUP < 10 ha Brennstoffe gemäß Einsatzstoffvergütungsklasse II 150 kw el 14,3 ct /kwh 6,0 ct /kwh 6,0 ct /kwh 8,0 ct /kwh 500 kw el 12,3 ct /kwh 5,0 ct /kwh 2,5 ct /kwh 8,0 ct /kwh kw el 11,0 ct /kwh 4,0 ct /kwh 2,5 ct /kwh 8,0 ct /kwh kw el 6,0 ct /kwh Garantiert 20 Jahre Einspeisevorrang und Vergütung Jährliche Degression 2 % Mindest-KWK-Anteil: 60 % der Stromerzeugung 23 Möglichkeit der Direktvermarktung: Marktprämie Angaben ohne Gewähr!

24 Entwicklung des Biomasseanlagenparks zur EEG-Stromerzeugung in Deutschland EEG 2000 EEG 2004 EEG 2009 EEG 2012

25 EEG-fähige Bioenergieanlagen in Deutschland 1% 11% 6% 82% Anlagenanzahl Holzheizkraftwerke Biogasanlagen Biomethan Pflanzenöl-BHKWs Kenndaten Anlagenanzahl insg elektrische Leistung ca. 5,2 GW el - Stromerzeugung ca. 33 TWh el - Wärmebereitstellung ca. 30 TWh th 4% 4% 30% Installierte elektrische Leistung 62% Holzheizkraftwerke Biogasanlagen Biomethan Pflanzenöl-BHKWs Source: DBFZ, EEG-Monitoring zur Stromerzeugung aus Biomasse, 05/2013

26 Primärenergieverbrauch in PJ Primärenergiepotenziale in PJ Biomassepotenziale und Trends Kraftstoff Nutzung Potenziale Wärme (ohne KWK) Strom und KWK Landwirtschaftliche Biomasse Energiepflanzen einschl. Grünland, Stroh, Tierische Exkremente Reststoffe und Abfälle Industrierestholz, Altholz, Bio- und Grünabfälle, Landschaftspflegematerial, Industrielle Reststoffe Bandbreite forstwirtschaftliche BM Forstwirtschaftliche Biomasse Energieholz,Waldrestholz 0 0 Quellen: Nutzung: nach AGEE-Stat 2013 (PEV berechnet nach Wirkungsgradmethode), Potenziale: BMVBS 2010 (Energiepflanzen, Exkremente), Zeller et al (Stroh), Destatis (Außenhandelsstatistik 2011), DBFZ 2013 (Bio- und Grünabfälle, industrielle Reststoffe, unveröffentlicht) (Hinweis: Fehlende Jahre wurden durch Fortschreibung der Einzelergebnisse ermittelt 26