Potentiale von Mikrogasnetzen für die Flexibilisierung von Biogasanlagen Technische und ökonomische Bewertung der Speicherung

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1 Potentiale von Mikrogasnetzen für die Flexibilisierung von Biogasanlagen Technische und ökonomische Bewertung der Speicherung Flexible, energetische Biomassenutzung und das EEG Olga Panic Lehrstuhl für Abfallwirtschaft und Abluft Institut für Siedlungswasserbau-, Wassergüte und Abfallwirtschaft (ISWA) Universität Stuttgart

2 Gliederung 1. Charakteristika von Mikrogasnetzen und Potentiale für die Flexibilisierung 2. Speicherkapazitäten 3. Speicherkosten 4. Wirtschaftlichkeit der flexiblen Fahrweise von Biogasanlagen im Mikrogasnetzverbund 5. Fazit 2

3 Gliederung 1. Charakteristika von Mikrogasnetzen und Potentiale für die Flexibilisierung 2. Speicherkapazitäten 3. Speicherkosten 4. Wirtschaftlichkeit der flexiblen Fahrweise von Biogasanlagen im Mikrogasnetzverbund 5. Fazit 3

4 Charakteristika und technische Komponenten von Mikrogasnetzen Vorkonditionierung Niedrigdruckleitung Sammelgasschiene, keine Versorgungsfunktion Zeitliche und räumliche Entkoppelung der Produktion und Verwertung: höhere energetische Ausbeute aus Biogas Gewinnmaximierung Ca. 160 Mikrogasnetze in Dtl. (DBFZ, Monitoring- Bericht, 2012) KfW Förderung(30%) Entschwefelung Trocknung Verdichtung Netz BHKW/ Aufbereitungsa nlage Übergabestation 4

5 Gliederung 1. Charakteristika von Mikrogasnetzen und Potentiale für die Flexibilisierung 2. Speicherkapazitäten 3. Speicherkosten 4. Wirtschaftlichkeit der flexiblen Fahrweise von Biogasanlagen im Mikrogasnetzverbund 5. Fazit 5

6 spezif. Speicherkapazität [m 3 /km] spezif. Speicherkapazität [m 3 /km] in den Modellnetzen RING STERN GRÄTE mittleres V geom und mittleres Druckgefälle für 350 kw Anlagengröße: 150 RING GRÄTE V geom m 3 /km Druckgefälle bar 2 / km 0,12 0, Anlagengrößen im Mikrogasnetzverbund [kw] Je größer der Mikrogasnetzverbund desto größer die spezif. Speicherkapazität Geometrisches Volumen (V geom ), dabei v.a. das Innendurchmesser und Druckgefälle sind entscheidend für Speicherkapazität im Mikrogasnetz 6

7 Vergleich der Speicherkapazität mit externen Speichern [m 3 /m 3 geom.] Druckbereich Niedrigdruck [0-0,05 bar] Mitteldruck [10 bar] Mitteldruck [10 bar] Hochdruck [70 bar] Speichertyp ext. Doppelmembranspeicher V geom [m 3 ] V SP [m 3 /m 3 ] ,61 Mikrogasnetz 104 7,9-8,2 Stahltank ,2 Stahl-Druckbehälter 0,19 70,1 Speicherkapazität um den Faktor 10 höher im Vgl. zu ext. Doppelmembranspeichern und 10-fach geringer im Vgl. zu Hochdruckspeichern (70 bar) 7

8 Energieverbrauch [kwh/m 3 Biogas] bei Speicher- und Transportbetrieb RING GRÄTE STERN SPEICHERUNG [kwh/m 3 Biogas ] 0,2 0,2 0,48 TRANSPORT [kwh/m 3 Biogas ] 0,04 0,04 0,17 Zusätzlicher Energiebedarf bei Speicherung 5-fach 5-fach 2,8-fach Energiebedarf für Speicherbetrieb beträgt zw. 0,2-0,48 kwh/m 3 Biogas Der Energiebedarf für Speicherung ist wesentlich höher als bei reinem Transportbetrieb 8

9 Biogasspeicherdauer [h] 9 Erhöhung der Speicherdauer durch Anbindung an Mikrogasnetz Speicherdauern in typischen Bioanalagengrößen in Baden-Württemberg nach Röttinger, 2013 (Studienarbeit, IER) ,9 3,2 2, kw 250 kw 420 kw 560 kw Quelle: Henßler, Eltrop, Härdtlein (2013): Kosten-Nutzen-Analyse der Speicherung und flexiblen Vermarktung von Biogas und Biomethan im Rahmen des EEG 2012-BiogasFlex BW

10 10 Erhöhung der Speicherdauer durch Anbindung an Mikrogasnetz Zusätzliche Speicherdauer durch Anbindung der Anlagen an ein Mikrogasnetz von 15 oder 25 km Länge Die Speichdauer der Einzelanlagen läßt sich durch ein Mikrogasnetz (Netzlänge 25 km) um 4,1 h erhöhen! Für vollflexible Fahrweise bleibt der Zubau von externen Speichern notwendig!

11 Gliederung 1. Charakteristika von Mikrogasnetzen und Potentiale für die Flexibilisierung 2. Speicherkapazitäten 3. Speicherkosten 4. Wirtschaftlichkeit der flexiblen Fahrweise von Biogasanlagen im Mikrogasnetzverbund 5. Fazit 11

12 Anteil an spezif. Speicherkosten [%] Zusammensetzung der spezif. Speicherkosten [%] im Mikrogasnetz Annuitätenmethode, 20 a, Zinsfaktor 1, RING GRÄTE STERN Instandhaltung: Trockner, Entschwefelung, Transferstation Instandhaltung: Netz Instandhaltung: Verdichter Energieverbrauch/Betriebsmittel: Trocknung, Entschwefelung, Transferstation Energieverbrauch: Verdichtung Investitionskosten: Trockner, Entschwefelung, Transferstation Investitionskosten:Verdichter Bau- und Materialkosten: Netz Den größten Anteil an den spezif. Speicherkosten hat der Energieverbrauch, v.a. durch Verdichtung des Biogases aber auch Vorkonditionierung 12

13 Leitungskosten [ /m Leitung] Leitungskosten [ /m Leitung ] bei Speicher- und Transportbetrieb RING Speicherung RING Transport % +15 % +32 % Einspeisemenge pro BGA [m 3 /h] Kosten betragen zw. 56 und 135 /m Leitung bei einer Einspeisemenge zw m 3 /h pro BGA Im Vgl. zum Transportbetrieb erhöhen sich bei Speicherbetrieb die spezif. Leitungskosten um % trotz geringerer Innendurchmesser (Druckerhöhung). 13

14 spezif. Speicherkosten [ /m 3] l Zusatzkosten* für Speicherung in Mikrogasnetzen [ /m 3 ] im Vgl. zu spezif. Speicherkosten in externen Gasspeichern * Investitionskosten & Energieverbrauch & Instandhaltung der Verdichter Drucklose Speicher Hochdruck Speicher y = 5971,5x -0, Speicherkapazität [m 3 ] Die spezif. Speicherkosten im Mikrogasnetz betragen /m 3 und in externen Speichern /m 3 Speicherung in externen Speichern ist zw % günstiger als in Mikrogasnetzen 14

15 Gliederung 1. Charakteristika von Mikrogasnetzen und Potentiale für die Flexibilisierung 2. Speicherkapazitäten 3. Speicherkosten 4. Wirtschaftlichkeit der flexiblen Fahrweise von Biogasanlagen im Mikrogasnetzverbund 5. Fazit 15

16 spezifische Kosten und Erlöse [ct/kwh] Wirtschaftlichkeit des Flexbetriebs von kleinen BGA im Mikrogasnetzverbund 2-fache Zusatzleistung,100% Wärmenutzung im Mikrogasnetz-Szenario ,39-6,69 +0,88-3, Mikrogasnetz Einzelanlage Mikrogasnetz Einzelanlage 75 kw 75 kw 150 kw 150 kw Kosten - Mikrogasnetz Kosten - Flexibilisierung Erlöse - Managementprämie Erlöse - Flexibilitätsprämie Zusatzerlöse - Börse Erlöse - Wirkungsgradverbessung Erlöse - Wärmevermarktung Der flexible Betrieb von kleinen BGA (75, 150 kw) im Mikrogasnetzverbund führt im Gegensatz zu Einzelanlagen zu Gewinnen. Schlüsselfaktoren: Wärmevermarktung, Wirkungsgradverbesserung und geringere spezif. Kosten des zentralen BHKWs 16

17 spezifische Kosten und Erlöse [ct/kwh] Wirtschaftlichkeit des Flexbetriebs von kleinen BGA im Mikrogasnetzverbund 2-fache Zusatzleistung, Variation der Wärmenutzung im Mikrogasnetz-Szenario % 60% 80% 60% 0 Mikrogasnetz Einzelanlage Mikrogasnetz Einzelanlage 75 kw 75 kw 150 kw 150 kw Für Erwirtschaftung von Gewinnen ist bei 75 kw Anlagen eine 100 % Wärmervermarktung notwendig, bei 150 kw Anlagen muss mind. ein Wärmeabsatz von 80 % erfolgen. 17

18 Gliederung 1. Charakteristika von Mikrogasnetzen und Potentiale für die Flexibilisierung 2. Speicherkapazitäten 3. Speicherkosten 4. Wirtschaftlichkeit der flexiblen Fahrweise von Biogasanlagen im Mikrogasnetzverbund 5. Fazit 18

19 Vielen Dank! Kontakt: 0711/ Projektförderung: Umweltministerium Land Baden-Württemberg, Programm Lebensgrundlage und ihre Umwelt (BWPlus) Projektträger: Projektpartner: 19