Infotag zu Flexibilisierung und Wärmenetzen Trier. 10. November 2016 Dipl.-oec. Uwe Welteke-Fabricius. Netzwerk Flexibilisierung für KWK.

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1 Nachhaltige Wirtschaftlichkeit für Biogasanlagen im Strommarkt heute und morgen Technik und Wirtschaftlichkeit im Fahrplanbetrieb. Wie Sie Ihre Anlage für die Ausschreibung fit machen. Infotag zu Flexibilisierung und Wärmenetzen Trier 10. November 2016 Dipl.-oec. Uwe Welteke-Fabricius Seite 1

2 Themen Warum muss der Biogasbestand schon wieder umgemodelt werden? Der Energiemarkt und was Biogas beitragen kann Der Zusammenhang EEG 2017 Flexibilisierung: Wie kann eine Biogasanlage ihre Chance für die Anschlussförderung verbessern? Wie rechnet sich die Investition in die Flexibilisierung hier und heute? Seite 2

3 Ursprung der Fl<ex>perten: CUBE Engineering GmbH (a Rambøll Company) Unabhängiges Ingenieurbüro für erneuerbare Energien 65 MitarbeiterInnen, seit 20 Jahren für Wind-, Solar und Smart Power > Projekte, MW inst. Leistung Forschungsprojekte zur Energiewende Flex Analysen speziell für Biogasanlagen mit Strom und Wärme FlexTOP täglich optimierte Fahrpläne für flexible Biogasanlagen Seit Mai 2016: Netzwerk Fl<ex>perten zur Anregung entschlossener Flexibilisierung Nutzung der Flexibilitätsprämie für Biogasanlagen und Zukunftssicherung der Biogastechnologie Seite 3

4 Flexperten: Netzwerkpartner aus KWK und Biogaswirtschaft Bildung und Forschung Simulationen für Auslegung Planung, Genehmigung Wärmenetze Finanzierung und Leasing BHKW für Flexbetrieb Gasspeicher auf/neben BGA Wärmepuffer Saisonspeicher Vermarktung Fahrplan Hydrolyse Biogas-Flex Seite 4

5 Womit wir nicht gerechnet hatten: Die Energiewende funktioniert! Mai 2016: erstmals über 55 GW aus EE Trotz Lastspitze erstmals weniger als 30 % konventionelle Residuallast Biogas als Dauereinspeiser? Systemfehler! Seite 5

6 Energiewende im Strommarkt 100 % EE-Einspeisungen und Entnahmen Wind und Sonne liefern zu viel, oder zu wenig Strom Quelle: Stadtwerke Wolfhagen Seite 6

7 Energiewende im Strommarkt 100 % EE-Einspeisungen und Entnahmen Quelle: Stadtwerke Wolfhagen Seite 8

8 Energiewende im Strommarkt: Die Versorgungssicherheit erfordert flexible Erzeugerleistung, wenn Wind und Sonne fehlen. Noch nicht heute, aber in wenigen Jahren. Diese Aufgabe gibt Strom aus Biogas (und dezentrale KWK) zukünftig den Sinn. und nur so wird die Energiewende zum Erfolg Seite 9

9 Die flexible Biogasanlage ist ein Alleskönner in Sachen Flexibilität. Aber zu schade für nur Regelleistung. Seite 10

10 Die flexible Biogasanlage Achtung! Flexibilität ist nicht nur Regelleistung! Regelleistung = Systemdienstleistung übernimmt die Nachsteuerung von Prognosefehlern Netzbetreiber gleicht aus und ruft Regelleistung ab bei Über-/Unterspeisung bei steilen Lastgradienten Prognoseabweichungen Marktvolumen klein = 4 5 GW Leistung = volatile Preise! EPEX-Spotmarkt day ahead Marktplatz für Stromhandel Marktvolumen GW Leistung auch Terminkontrakte werden am Spotmarkt ausgeglichen day ahead-auktion ganze Stunden (Vortag 12 Uhr) day ahead Viertelstunden (2. Auktion Vortag 15 Uhr) Intraday (¼-Stundenhandel bis 45 Min. vor Lieferung) Seite 12

11 Regelleistung Last./.Deckung: bei Abweichung = Regelleistung Positive Regelleistung Negative Regelleistung Quelle: Seite 13 Std.

12 Marktintegration der Erneuerbaren : EPEX-Preise steuern regelbare Erzeugung Die EE-Einspeisung führt zu wechselnder Residuallast Die Preise am Spotmarkt zeigen das effizient an Direktvermarktung am Spotmarkt reizt an, steuerbare Anlagen anoder abzuschalten Seite 16

13 Grundlast ist überholt Normalfall auf Biogasanlagen: BHKW im Dauerbetrieb Damit ist negative Regelleistung möglich aber keine Residuallast Strompreis EPEX: - x + 20 Ct/kWh (zuletzt 2012) Standardbetrieb: Dauerlast = Durchschnittserlös Gasspeicherstand: gleichbleibend Seite 17

14 Fahrplanbetrieb nach Strompreis am EPEX Spotmarkt Der Marktpreis steuert den Einspeisezeitraum. Wenn der Strom gebraucht wird, bringt die Einspeisung höhere Erlöse. Bedarfsorientierter Betrieb möglichst nur noch zur Hochpreiszeit Speicher: voll/leer im Tagesrhythmus Seite 18

15 Üblich, aber nicht optimal: Fahrplan nach Durchschnittserlösen Durchschnittserlöse sind falsch (besonders Mittags!) Teillast oder Leistung nach Kurvenverlauf ist Unsinn Entweder es lohnt sich = An oder lohnt nicht = Aus! /MWh 70,00 Durchschnittlicher stündlicher Börsenpreis EPEX Day Ahead je Tagesstunde im Modelljahr ,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, Seite 21

16 Der Preisteppich eines Jahres Rot = Spitzenpreise: jede der Viertelstunden ist anders Hohes Ertragspotenzial bei täglicher Fahrplanoptimierung Tagesstunden 1 24 Uhr Tag im Jahr Preise EPEX Spot day ahead Seite 22

17 Fahrplanbetrieb am EPEX-Spotmarkt Biogas muss vom HT-NT-Betrieb zum täglich optimierten Fahrplan! Dafür braucht der BHKW-Betreiber einen versierten, aktiven Vermarkter. Dieser muss auch den Wärmebedarf und die Verfügbarkeit von Biogas und BHKW im Auge haben und planen Seite 23

18 25 Wichtig am Strommarkt EPEX: alle Potenziale nutzen! Stromvermarkter steuert Anlage nach Strommarkt optimiert zusätzliche Erlöse Intraday durch aktiven 24/7 Handel Fahrplan muss Priorität für Wärmebedarfsdeckung berücksichtigen 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5, Quelle: Webseite EPEX Spot, Handelsergebnis vom Liefertag EPEX Spot Quelle: Seite 25

19 Die flexible Biogasanlage für bedarfsorientierten Fahrplanbetrieb Gasspeicher für BHKW - Ruhe voll - leer im Wechsel Gärprodukte Zubau Flex-BHKW Mehr Leistung Start-Stopp-Betrieb Flex-BHKW Wärmepuffer: Wärmeversorgung bei BHKW-Ruhe Wärmenutzung Nahwärmenetz Trocknung Fermenter BHKW Biogas Fütterung nach Wärmebedarf saisonale Flexibilisierung Stromeinspeisung nach EPEX-Spotmarkt (Day Ahead) Intraday (1/4-Stunden) Regelleistung positiv Seite 26

20 Mehr Leistung für Flexibilität Das Geschenk der Flexprämie Starke Überbauung kann sich lohnen! Seite 27

21 Mehr BHKW Leistung nötig = große Investition! zusätzliches BHKW heißt auch Trafo und Netzanschluss Warmhaltung für Motoren! Gastrocknung, Gasreinigung mit Warmhaltung, Verdichter Gasspeicher (ideal: kalt + trocken) Wärmepuffer + -einbindung evt. ist die Wärmelast flexibel? Genehmigung: Fach- und Genehmigungsplanung BImSchG-Verfahren StörfallVO > m³ Biogas Netzeinspeisung Netzverträglichkeitsprüfung! Anlagenzertifikat MSpRL Seite 28

22 Die Flexibilitätsprämie finanziert Ihre Investitionen in die Flexibilisierung Beispiel 500 kw Bestand, höchste Bemessungsleistung = 475 kw Flexprämie für max. Ausbau auf kw = Zubau von kw = jährlich bis 154 T x 10 Jahre, gleichbleibend = 1,54 Mio. (-Zinsen) oder Zubau von 980 kw = 10 * 96 T = 960 T Die Flexprämie reicht für BHKW Trafo Gasvorstrecke Gasspeicher BImSch-G Störfallplan bietet Ertragspotenzial und längere Lebensdauer jährliche Flexibilitätsprämie für Biogas- BHKW installierte Leistung BHKW (kw) Seite 29

23 Flex-Zubau am Satellit? Ja! EEG , sinngemäß EEG Zahlungsansprüche für Strom aus mehreren Anlagen (1) Abweichend von Satz 1 sind mehrere Anlagen unabhängig von den Eigentumsverhältnissen und ausschließlich zum Zweck der Ermittlung des Anspruchs nach 19 Absatz 1 [Zahlungsanspruch gegen Netzbetreiber] und zur Bestimmung der Größe der Anlage nach 21 [Einspeisevergütung] oder 22 [Ausschreibung der Marktprämie] für den jeweils zuletzt in Betrieb gesetzten Generator als eine Anlage anzusehen, wenn sie Strom aus Biogas mit Ausnahme von Biomethan erzeugen und das Biogas aus derselben Biogaserzeugungsanlage stammt. Seite 30

24 Neu im EEG 2017 Ausschreibung für Neuanlagen und Bestandsanlagen Rechtsrahmen EEG 2014: Vergütung besteht dann aus Einheitsstrompreis (nach Gebot) + Flexzuschlag (40 /kw P Inst ) Gebotspreisverfahren: Die günstigsten Bieter bekommen Zuschlag, bis die ausgeschriebene Menge erfüllt ist Anschlussvergütung für 10 Jahre Ausgeschrieben wird die Leistung (Plan: MW), davon max. 50 % Bemessungsleistung (Strommenge) = reale Menge: maximal MW jährlich, kumulierend (ohne feste Liefermenge, wahrscheinlich Fehler im Gesetz) 2025 bis 2032 endet EEG-20 für jährlich 400 MW: Konkurrenz! Der Höchstgebotspreis (16,9 Ct/kWh für Bestandsanlagen) kann mit Hilfe weiterer Einnahmen unterboten werden! Seite 35

25 Neuer Aspekt bei Anschlussvergütung : Die Lebenserwartung des Bestands-BHKW EEG 20-Halbzeit: Das Bestands-BHKW nähert sich dem Ende seiner Laufleistung. Variante A: doppelt überbaut : Das Flex-BHKW wird etwa gleich groß und zum neuen Dauerläufer. Es ist bis zum EEG 20-Ende ebenfalls verschlissen. Variante B: richtig flexibel. Ein großes Flex-BHKW läuft weniger und kann auch während der zweiten Förderperiode EEG bedarfsorientiert einspeisen (EEG 20) 20 (EEG 20+10) 30 Jahre A B BHKW 1 aus Flexprämie finanziert Erhaltungsbetrieb BHKW 2 Flex BHKW 3 Laufzeit Stunden/Jahr neue Investition: belastet Angebotspreis BHKW 2 Flex aber richtig : Leistungszubau % Laufzeit Stunden/Jahr Seite 36

26 Wirtschaftlichkeit der zweiten Vergütungsperiode: Wie können Sie in der Ausschreibung bieten? Wer mit Wärme und Flex-Erlösen rechnen kann, hat die Nase vorn und verdient mehr Geld Kosten Standard Gebot Flex-BGA mit Wärme: < 10 Ct/kWh Gebot Standard-BGA: 16,9 Ct/kWh Erlöse Standard Kosten flexibel Erlöse flexibel Gewinnerwartung BHKW Wartung BHKW Abschreibung Biogaserzeugung Marktprämie Flexzuschlag (EEG + 10) Intradayhandel Regelleistung EPEX-Zusatzerlöse Marktwert Strom Trocknungserlöse Wärmeerlöse Seite 37

27 Die Flex-Analyse Ertragspotenziale konkret (500 kw-anlage) Menge Wert Euro/Jahr Flexibilitätsprämie (10 Jahre) kw 0,5 * 130 /kw Wirkungsgradsteigerung %= 7% m³ Biogas Spotmarkt-Zusatzerlöse MWh 1 ct/kwh Mehrstromeinspeisung 5 % 8 ct/kwh Vermiedene Biogasverluste 1 % 12 ct/kwh BHKW-Wartungskosten MWh 0,5 ct/kwh Optional bei Wärmenetz: Zwischensumme Wärmemehrerlös saisonal MWh 3 ct/kwh Wärmevollversorgung MWh 2 ct/kwh Seite 43

28 Empfehlung: Flex-Analyse Eine Planungsgrundlage Biogasanlagen-Dienstleistung: Modellierung des Betriebs ganzjährige Simulationen in Reihen ökonomische Analyse der Rentabilität Entscheidungsgrundlage für BHKW, Gas-/Wärmespeicher Foto: Bioenergiedorf Jühnde eg CUBE FlexAnalyse Seite 44

29 Speicherzubau? m³ m³ m3 800 kw el kw el kw el kw el Wärmepuffer: zusätzlich 20 m m³? CUBE FlexAnalyse Seite 45

30 Flex Analyse Biogasanlage Eifel Bestand BGA 500 kw, nawaro IBN 2008, Stunden Nahwärmenetz 2,3 GWh zu 3 Ct/kWh Gasspeicher Atemvolumen netto m³ Flexibilisierung Flex Analyse, Ergebnis: Gasspeicher genügt, Wärmepuffer nötig Frage: Finanzierung möglich? Steigerung Wärmeabsatz möglich? Ergebnis: mit Flexibilisierung zukunftsfähig und profitabel CUBE FlexAnalyse Seite 47

31 Flex Analyse Kennzahlen Variante A B C D Bestands-BHKW [kwel] Zusatz BHKW [kwel] Wärmespeicherzubau [m³] Gasspeicherzubau [m³] Summe Investition [ ] Δ Erlös [ ] Δ Kosten [ ] Δ jährlicher Gewinn [ ] Δ Cashflow [ ] ROI in % der Investition 14,4% 12,9% 13,6% 13,9% Amortisationszeit [a] 7,7 8,6 8,2 8,0 Eigenkapitalrendite [%] 15,4% 7,9% 11,3% 12,5% FlexPrämie/Kapitaldienst 82,5% 80,1% 87,2% 91,8% CUBE FlexAnalyse Seite 48

32 Betriebsdaten Variante A B C D Zusatz BHKW [kwel] Wärmespeicherzubau [m³] Gasspeicherzubau [m³] Investition Zusatz-BHKW + Einbindung [ ] Investition Wärmepuffer [ ] Bemessungsleistung [kwel] Wirkungsgrad el. Mittel [%] 41,7% 41,6% 41,8% 41,9% Wirkungsgrad th. Mittel [%] 41,3% 41,1% 41,1% 41,2% Betriebsstunden BHKW I [h/a] 2.566, , , ,9 Betriebsstunden BHKW Flex [h/a] Starts BHKW I [1/a] Starts BHKW Flex [1/a] Grad der Bedarfsdeckung Wärme [%] 93,8% 94,6% 94,9% 94,7% CUBE FlexAnalyse Seite 49

33 Zusätzliche Leistung kostet weniger Variante A B C D BHKW P el [kw] Kosten individuell [ ] Sonstige Investitionen [ ] Trafo Gasleitung Gutachten + Genehmigungen MSR-Technik Planung Zwischensumme Gesamt CUBE FlexAnalyse Seite 50

34 Kosten und Erlöse [T ] Ergebnisübersicht Variante 250 A B C D CUBE FlexAnalyse davon Flexibilitätsprämie [ ] davon Δ EPEX-Erlöse Flexibilität [ ] Startkosten [ ] Δ Stromhandel (%EPEX- Zusatzerlöse) [ ] Δ Substratmenge kalk. Kapitaldienst Gesamtinvestition [ ] Δ jährlicher Gewinn [ ] Seite 51

35 BHKW: Lebenserwartung A B C D BHKW I BHKW Flex Ende Lebenserwartung ohne Ersatz des Bestands-BHKW Ende EEG-Förderung Ende Anschlussförderung CUBE FlexAnalyse Seite 52

36 Kleckern oder klotzen? Doppelte Leistung zubauen ist (aktuell) einfach, aber mehr Überbauung ist wirtschaftlich interessanter Anschlussförderung: Längere Lebenserwartung = eingesparte Ersatzinvestitionen Flex-Zuschlag: 40 /kw für 10 Jahre Beispiel 537 kw Flexprämie Flexzuschlag 550 kw: (10 * 130 /kw * 526 kw P Zus ) = 684 T (nein) 1 MW: (10 * 130 /kw * kw P Inst ) = 999 T T 1,5 MW: (10 * 130 /kw * kw P Inst ) = T T 2 MW: (10 * 130 /kw * kw P Inst ) = T T zusätzlich Stromerlös (mit Potenzial)! = 40 T /a wachsend! Kosten: Trafo: Kosten wachsen Management: bleibt oder wächst unerheblich Gasleitung, Gasspeicher, Wärmepuffer: bleibt! CUBE FlexAnalyse Seite 54

37 Wirtschaftlichkeit Im Prinzip rechnet sich die Nutzung der Flexibilitätsprämie auf jeden Fall. Entscheidend ist, ob die Bank diese Chance vorfinanziert Voraussetzungen: Bonität des Betriebs Positive Ertragsprognose Bankfähige Erlöse für Globalzession Für den Kapitaldienst akzeptiert: Kostensenkungen Flexprämie Von validen Dritten garantierte Einnahmen (Optionsprämie für Flexibilität über den EPEX-Erlös hinaus) Seite 55

38 Flexibilisieren lohnt sich: Ertragspotenziale addieren sich Kurzfristig: gute Investitionsrendite Langfristig: Perspektive nach dem EEG! Seite 56