Flexibilisierung von Biogasanlagen in Deutschland. Tino Barchmann, Eric Mauky, Marcus Trommler

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1 Flexibilisierung von Biogasanlagen in Deutschland Tino Barchmann, Eric Mauky, Marcus Trommler Energiecluster trifft Wissenschaft, HTWK Leipzig, 21. Juni 2016

2 DBFZ - Steckbrief Gemeinnützige GmbH (100% Gesellschafter ist das BMEL) Gegründet 2008 im Wissenschaftspark Leipzig 193 Mitarbeiter davon 158 Wissenschaftler (Stand: Ende 2015) Forschungsbereiche: Bioenergiesysteme Biochemische Konversion Thermo-chemische Konversion Bioraffinerien Foto: DBFZ 2

3 Die Forschungsschwerpunkte des DBFZ Bilder: DBFZ, Gabriele Jepsen - Fotolia.com (oben) 3

4 Anaerobe Verfahren Biogasanlagen müssen hinsichtlich ihrer Substrate und der Bioenergiebereitstellung flexibler werden. Nur dann werden sie auch in Zukunft einen wesentlichen Beitrag zur Sicherung der Energieversorgung leisten können. (Dr. Jan Liebetrau, DBFZ) Zielsetzung des Forschungsschwerpunkts Flexibilisierung in Bezug auf Substrate und Prozessführung Prozessüberwachung und -regelung Emissionsminderung Effizienzsteigerung und Kostensenkung Koppelung von stofflicher und energetischer Biomassenutzung DBFZ Bild: DBFZ Wichtige Projektreferenzen (Auswahl): Bioenergie-Flexibilisierung als regionale Ausgleichsoption im deutschen Stromnetz (Regiobalance) Betriebsbedingte Emissionen an Biogasanlagen (BetEmBGA) Potenziale zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Biogasanlagen - Energetische Effizienz von Repoweringmaßnahmen 4

5 Angewandte Forschung am DBFZ Forschungsbiogasanlage Verbrennungstechnikum Biogaslabor HTC-Prüfstand Motorprüfstand Analytiklabor Fotos: DBFZ, Jan Gutzeit 5

6 Agenda Anlagenbestand Biogas Flexibilisierung im Energiesystem Konzepte zur Flexibilisierung von Biogasanlagen Versuchsanlagen und Fütterungsmanagement Perspektiven und Rechtlicher Rahmen Zusammenfassung und Ausblick 6

7 Anlagenbestand - Biogasanlagen in 2015 kein signifikanter Zubau (insbesondere Bemessungsleistung) überwiegend Erweiterungen bestehender Anlagen, motiviert durch den Flexibilitätszuschlag für die bedarfsgerechte Stromerzeugung der Neubau von Biogasanlagen beschränkte sich auf die Errichtung von Güllekleinstanlagen (< 75 kwel) und wenige Anlagen zur Bioabfallvergärung Ende 2015: rund 8000 Biogaserzeugungsanlagen mit einer gesamt installierten Leistung (inkl. Erweiterungen ohne Strommehrertrag (Überbauung)) von rund MWel 7

8 Flexibilisierung und Direktvermarktung instal. el. Leistung, MWel Anlagenzahl installierte elektrische Leistung, [kwel] Jan 12 Jul 12 Jan 13 Jul 13 Jan 14 Jul 14 Jan 15 Jul 15 Jan 16 n = DBFZ Anlagenzahl, [n] 70 % der installierten elektrischen Leistung in der Direktvermarktung Zum befanden sich rund 1540 Biogasanlagen mit einer Gesamtleistung von 967 MW el in der Flexibilisierung. 8

9 Technische Flexibilisierungsoptionen für einen FEE-zentrierten Strommarkt Entstehende Diskrepanzen zwischen Bedarf und Einspeisung müssen ausgeglichen werden Noch kann diese Aufgabe von konventionellen Kapazitäten übernommen werden Ausbau EE benötigt alternative ausgleichende Lösungen wie Ø Ø Ø Ø Transport / Stromnetzausbau Speichertechnologien Lastmanagement Erzeugungsmanagement Forschungsfrage: Welchen Anteil kann flexibel eingesetzter Strom aus Biogas zur Stabilisierung des Elektrizitätsnetzes leisten? Quelle: IZES ggmbh, Kompassstudie Marktdesign,

10 Was ist Flexibilität? Verschiebung der Zeitpunkte und räume der Leistungserbringung - planmäßig (z.b. Wochenfahrpläne, day ahead) - ad hoc (Regelleistung pos./neg.) Veränderung der Höhe der aktuellen Leistungserbringung - bedingt durch zeitliche Verschiebung für Erhaltung der Gesamtleistung Steile Gradienten zu wenig zu viel Beispielhafter Verlauf von nicht disponibler Erzeugung und Nachfrage (links) sowie resultierende Residuallast (rechts) Basisszenario 2030, Aprilwoche Quelle: Verändert nach Consentec, IAEW (Aachen, 2011) für BDEW 10

11 Bedarf für zusätzliche flexible Kraftwerkskapazität für die Jahre 2020 und 2030 Quelle: DBFZ i.a.a IZES ggmbh, Kompassstudie Marktdesign,

12 Übersicht Energiemärkte Quelle: Energy Brainpool 12

13 Flexibilität - Überbauungsgrad Basisfall: 500 kw el -Biogas-BHKW (Tageslastgang) Varia&onen: Zubau elektrischer Leistung; Bemessungsleistung bleibt konstant Ø 1,5-fache Überbauung auf 750 kw el (16 h Verstromung) Ø 2- fache Überbauung auf 1 MW el (12 h Verstromung) Ø 2,5-fache Überbauung auf 1,25MW el (9,6 h Verstromung) 1400 Installierte Leistung [in kwel] Amplitude Dauer Tageszeit [in h] Quelle: DBFZ, 2014 Installierte Installierte elektrische elektrische Leistung Installierte Leistung Status elektrische Status quo quo Leistung 50% zusätzliche Status 50% quo zusätzliche Leistung Leistung 100% zusätzliche Leistung 150% zusätzliche Leistung 13

14 Flexibilität Qualität Bsp. Wochenfahrplan begrenzt flexibel wirklich flexibel Quelle: DBFZ,

15 Ansätze und Technik zur bedarfsgerechten Stromerzeugung an Biogasanlagen Notwendige Komponenten: BHKW Gasspeicher IKT (Informations-Kommunikations- Technologie) Quelle: DBFZ, 2014 Abhängig vom Flexibilisierungs- Konzept: Anpassungen an das Fütterungssystem Gasleitungen (Anpassungen an Gasvolumenströme) Anpassung der Gasaufbereitung (Entschwefelung, Trocknung etc.) Trafo Netzanbindung Wärmespeicher 15

16 Was bestimmt die Grenzen der Flexibilität? Beschickung Biogasproduktion Gasspeicher Gasverwertung Dimensionierung der Querschnitte, Komponenten, Regeltechnik Quelle: DBFZ,

17 Versuchsanlagen DBFZ- Forschungsbiogasanlage 190 m 3 (165 m 3 aktives Volumen) Verwendete Substrate: Maissilage, Rindergülle, Zuckerrübensilage Quelle: DBFZ Biogasanlage Unterer Lindenhof (Uni Hohenheim) 923 m 3 (800 m 3 aktives Volumen) Verwendete Substrate: Maissilage, Grasssilage, Getreideschrot Quelle: Novatech 17

18 Modellgestützte Optimierung der Fütterung (DBFZ - Forschungsbiogasanlage) 45% weniger Gasspeicherbedarf Quelle: DBFZ, 2014

19 Potentielle Folgen des EEG Betrieb von Anlagen ohne langfristige Perspektive Kein Zubau im Kerngeschäft Keine Perspektive für den Anlagenbestand Keine Ersatzinvestitionen Betrieb auf Verschleiß Steigende Stillstandzeiten Keine technische Weiterentwicklung Sinkende Effizienz Emissionen und Sicherheitsrisiken Rückbau? 19

20 Aktuelle Perspektive nach EEG 2014 Zusammenfassung I Wegfall von 30 TWhel Stromerzeugung auf Basis Biogas (plus Wärme) Aufgabe von Flexibilisierungsoptionen (nur Biogas: 4,85 GW + ca. 50 % von 1,6 GW im Festbrennstoffbereich) Wertschöpfung in der Landwirtschaft Kostensenkung im Betrieb auf EEG 2014 (Energiepflanzen) oder Marktpreise ist nicht absehbar Kein Generalkonzept zur Nutzung ohne EEG, da relevante zusätzliche Einnahmen absehbar nicht erzielbar sind und Abfallpotentiale nicht ausreichen Entwicklung Strommarkt und Flexibilisierungserlöse unklar Entscheidung für oder gegen Flexibilisierung muss entsprechend der Restlaufzeit bald gefällt werden Ø Orientierung und evtl. notwendige Investitionen müssen bald angegangen werden langfristige Orientierung der Anlagen auf neue Betriebsmodelle/ Verwertungsstrukturen notwendig

21 Zeitfenster für die Flexibilisierung Vergütungsdauer (21 Jahre) Flexprämie (10 Jahre) Zeitfenster Quelle: Dotzauer,

22 Zusammenfassung II Für unterschiedliche Märkte sind unterschiedliche Qualitäten von Flexibilität erforderlich Gesamtkette definiert Grenzen der Anlagen hinsichtlich Flexibilität Fütterungsmanagement kann Gasspeicherbedarf ersetzen Heute Flexibilisierungskonzepte im Bereich EPEX-SDL-Märkte verbreitet Flexibilisierungskonzepte mit Berücksichtigung der Wärmeseite erforderlich 22

23 Forschung für die Energie der Zukunft Wir laden Sie ein! Ansprechpartner Tino Barchmann Tel. +49 (0) DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Tel.: +49 (0)