Stromerzeugung über die Biomassevergasung Herausforderungen und Perspektiven

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1 Stromerzeugung über die Biomassevergasung Stromerzeugung über die Biomassevergasung Herausforderungen und Perspektiven H. Hofbauer, M. Bolhar-Nordenkampf, TU Wien/A M. Kaltschmitt, A. Vogel, IE-Leipzig/D Kurzfassung Die Stromerzeugung über den Weg der Biomassevergasung wird seit geraumer Zeit verfolgt, jedoch konnte bis heute der kommerzielle Durchbruch noch nicht erreicht werden. Die Gründe dafür sind technischer, ökonomischer, legistischer und nicht-technischer Art. Zur Analyse dieser Gründe wurde eine Reihe errichteter Vergasungsanlagen betrachtet und die dabei aufgetretenen Probleme analysiert. Darüber hinaus wurde die Vergasung einem ökonomischen Vergleich mit konventionellen Techniken der Stromerzeugung aus Biomasse unterzogen sowie administrative und nicht-technische Hemmnisse analysiert. Diese Betrachtung zeigt, dass Vergasungsanlagen das Potenzial besitzen die Stromgestehungskosten etablierter Dampfsystemen zu unterbieten. Dazu ist aber der Bau und Betrieb mehrerer Anlagen notwendig, um die nötigen Erfahrungen zu sammeln und die Anlagentechnik entsprechend vereinfachen und optimieren zu können. 1 Einleitung Die Anwendung der Biomassevergasung stellt eine Möglichkeit zur Stromerzeugung dar, die aus technischer, ökonomischer und ökologischer Sicht große Potenziale besitzt. Diese sind allerdings vor allem aufgrund der bisher nur unzureichend entwickelten Technik bis heute noch nicht vollständig ausgeschöpft worden. Daher soll mit diesem Beitrag versucht werden, die anstehenden Herausforderungen darzustellen Gülzow, 30. November

2 Biomasse-Vergasung Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003 und mögliche Perspektiven aufzuzeigen. Die Diskussion der Herausforderungen wird anhand der gegebenen technische, ökonomischen, legislativen und nicht-technischen Herausforderungen geführt. In Anlehnung daran werden die Perspektiven aus technischer und aus ökonomischer Sicht beleuchtet. 2 Herausforderungen 2.1 Technische Herausforderungen Unter den technischen Herausforderungen kann die Lösung der noch offenen technischen Probleme zur Darstellung marktfähiger Produkte angesehen werden. Je nach Wahl der Vergasungs-, Gasreinigung und Gasnutzungs-Technologie ergeben sich dabei eine Reihe von jeweils individuellen Aufgabenstellungen. Darüber hinaus können allgemeine Herausforderungen, die für alle Optionen gelten, wie folgt zusammengefasst werden: - Einsetzbarkeit eines möglichst breiten Brennstoffbandes - Gewährleistung einer möglichst hohen Verfügbarkeit - Möglichst geringe Investitionskosten und Betriebskosten - Möglichst hohe Umweltverträglichkeit - Möglichst innovative Gesamtsysteme mit hohen Stromwirkungsgraden. Bei diesen technischen Herausforderungen können als anzustrebendes Ziel (Benchmark) Kraft/Wärme-Kopplungs-Technologien auf Basis der Verbrennung angesehen werden (z. B. Dampfprozess). Nachfolgend werden vor diesem Hintergrund die einzelnen Herausforderungen vertieft diskutiert Brennstoffband Bei fast allen Vergasungsanlagen wird bisher praktisch ausschließlich Holz in Form von Hackgut eingesetzt. Bei manchen Verfahren ist diese Limitierung aufgrund der verwendeten Technologie gegeben; unter diesen Bedingungen wird eine breite Einsetzbarkeit verhindert und derartige Technologien können bestenfalls als Nischenprodukte positioniert werden. Eine wesentliche Herausforderung ist es folglich, das existie- 4

3 Stromerzeugung über die Biomassevergasung rende breite Angebot an sehr unterschiedlichen biogenen Festbrennstoffen aus der Landwirtschaft, aus der Industrie und aus Kommunen als Brennstoff nutzbar zu machen. Daraus resultieren mehr Anwendungsfälle, geringere Brennstoffkosten und damit eine potenziell bessere Wirtschaftlichkeit Verfügbarkeit Die bisher realisierten Anlagen können im Wesentlichen als Pilot- oder Demonstrationsanlagen eingestuft werden; ein kommerzieller Durchbruch ist bis heute zur Stromerzeugung noch nicht gelungen. Die Verfügbarkeiten, die bei den vorhandenen Pilot- und Demonstrationsanlagen erreicht wurden, liegen von wenigen Ausnahmen abgesehen meist unter 60 % (bezogen auf einen Zeitraum von einem Jahr). Ziel für ein kommerziell erfolgreiches (d. h. wirtschaftliches) Produkt muss es aber sein, Verfügbarkeiten wie im konventionellen Kraftwerksbereich von über 90 % zu erzielen. Damit besteht die Herausforderung, diese hohen Verfügbarkeiten durch technisch einwandfreie, funktionale, einfache und robuste Lösungen für alle Komponenten der Anlage zu ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss parallel dazu der Automatisierungsgrad der an einer Vielzahl von Anlagen als zu gering einzuschätzen ist erhöht werden Investitions- und Betriebskosten Die Investitionskosten der bisher realisierten Pilot- und Demonstrationsanlagen liegen bezogen auf die elektrische Leistung im Bereich von ca. 4 bis 8 Mio. _/MW in Abhängigkeit vom Verfahren und auch von der Größe der Anlage. Ziel muss es aber sein, die Investitionskosten auf 2,5 bis 3,5 Mio. _/MW zu senken, um mit konventionellen Techniken konkurrenzfähig zu sein. Diese Reduktion ist durchaus realistisch möglich und kann u. a. durch ein besseres Lernen aus der vorliegenden Betriebserfahrungen (Learning Curve), eine Standardisierung/Modularisierung bestimmter Bauteile bzw. Systemkomponenten und einen merklich besseren Informationsaustausch ( Rad nicht neu erfinden) erreicht werden. Die Betriebskosten sind verfahrensbedingt als sehr unterschiedlich einzustufen. Häufig schlagen sich hier hohe Brennstoffkosten (für einzelne Verfahren ist eine hohe Brennstoffqualität erforderlich), Betriebs- Gülzow, 30. November

4 Biomasse-Vergasung Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003 mittel- bzw. Entsorgungskosten und insbesondere auch Personalkosten (durch einen häufig vorzufindenden geringen Automatisierungsgrad) nieder. Eine Reduktion ist daher beispielsweise durch folgende technische Maßnahmen erzielbar: - Einsatz von kostengünstigen Brennstoffsortimenten; dann ist i. Allg. eine innerbetriebliche Brennstoffkonditionierung notwendig - Einsatz kostengünstiger Betriebsmittel und Minimierung des Betriebsmitteleinsatzes - Vermeidung des Anfalles von Rückständen und/oder Abfällen (z. B. Abwasser) - Vermeindung der Nachbehandlung der notwendigerweise anfallenden Rückstände und/oder Abfälle (z. B. Aschen) - Kreislaufführung bestimmter Stoffströme innerhalb der Anlage - Fernüberwachter Betrieb (Automatisierung) Umweltverträglichkeit Die Freisetzungen an luftgetragenen Emissionen aus Vergasungsanlagen übersteigen teilweise noch die Emissionen, wie sie heute bei Verbrennungsanlagen auf der Basis biogener Festbrennstoffe üblicherweise freigesetzt werden. Dies ist in naher Zukunft im Rahmen der derzeit laufenden Technologieentwicklung noch tolerabel. Mittelfristig müssen sich aber die luftgetragenen Emissionen nach dem Stand der Technik bei der Stromerzeugung mit Verbrennungsanlagen richten. Dies betrifft im Wesentlichen Emissionen aus der Brennstoffkonditionierung (v. a. Trocknung), aus dem Kamin (z. B. CO, NO x ) und aus Leckagen (d. h. Kohlenwasserstoffe). Eine Reduktion ist durch - Adaptierung und Verbesserung der Emissionen der Arbeitsmaschinen - Nachgeschaltete Reinigungsmaßnahmen (z. B. Oxi-Kat) - Verwendung von geeigneten Schleusensystemen - Kreislaufschließung zu erreichen. 6

5 Stromerzeugung über die Biomassevergasung Gesamtsysteme Systeme auf Basis der Vergasung bieten in Bezug auf die erreichbaren Stromwirkungsgrade wesentliche Vorteile gegenüber Kraft/Wärme- Kopplungsanlagen auf Basis der Verbrennung. Dies gilt insbesondere dann, wenn entsprechend innovative Konversionsanlagentechniken eingesetzt werden. Insbesondere sind zu nennen: - Brennstoffzellen: Hochtemperaturbrennstoffzellen sind für Produktgase aus der Biomassevergasung gut geeignet. Sie ermöglichen relativ hohe elektrische Wirkungsgrade und sind vergleichsweise sehr umweltfreundlich (geringe Emissionen). - Kombination unterschiedlicher Konversionsanlagen wie GuD, wie MuD, MuORC etc. oder wie BuG, BuD etc. Dem Einsatz von Brennstoffzellen und der Entwicklung von Kombiprozessen kommt für künftige Vergasungsanlagen zur Stromerzeugung große Bedeutung zu, da beide Optionen grundsätzlich vergleichsweise hohe Wirkungsgrade ermöglichen. Bei den Kombiprozessen stellen neben dem klassischen GuD-Prozess (Gas- und Dampfturbinen-Prozess) auch Kombiprozesse mit Gasmotoren (MuD Motor und Dampfturbine, MuORC Motor und ORC-Prozess) und Brennstoffzellen (BuG SOFC- Brennstoffzelle und Gasturbine, BuD SOFC-Brennstoffzelle und Dampfturbine) interessante Alternativen dar, die einer genaueren Analyse unterzogen werden sollten. 2.2 Ökonomische Herausforderungen Neben einem technisch ausgereiften Produkt ist auch die Wirtschaftlichkeit im Hinblick auf eine Vermarktungsfähigkeit bzw. die Sicherstellung eines grundsätzlich wirtschaftlich möglichen Anlagenbetriebs nicht minder bedeutend. Auch hier sind einige allgemein gültige Anforderungen zu stellen, die sich aufgrund bisheriger Erfahrungen ergeben: - Gleichziehen mit oder Übertreffen von konkurrierenden Technologien (Benchmark: Dampfprozess) - Möglichst hohe Betriebsstundenzahl - Möglichst hoher Wärmeabsatz - Einsatz von kostengünstigen Biobrennstoffsortimenten Gülzow, 30. November

6 Biomasse-Vergasung Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003 Nachfolgend werden einige für die Kraft/Wärme-Kopplung von Biomasse in Frage kommenden Technologien hinsichtlich der erreichbaren Stromgestehungskosten miteinander verglichen und diskutiert Konkurrierende Technologien Um einen ökonomischen Vergleich mit konkurrierenden Technologien durchführen zu können, dienen innerhalb dieser Betrachtung die Stromgestehungskosten als Grundlage. Dazu wurden die realen Kosten (Investitions- und Betriebskosten) bei in Betrieb befindlichen Anlagen erhoben. Je nach Technologie handelt es sich dabei um Demoanlagen bzw. um bereits kommerziell verfügbare Verfahren: - Biomasseverbrennung mit Dampfprozess und Dampfmotor (kommerziell) - Biomasseverbrennung mit Dampfprozess und Dampfturbine (kommerziell) - Biomasseverbrennung mit ORC-Prozess (nahe an kommerzieller Reife) - Biomassevergasung (Festbett) mit Gasmotor (Demoanlage) - Biomassevergasung (Wirbelschicht) mit Gasmotor (Demoanlage) Die Ergebnisse der Kostenanalyse zeigt Abb. 1. Dazu wurden die Randbedingungen für alle Anlagen angeglichen (siehe Erklärung in Abb. 1), da sonst kein direkter Vergleich möglich wäre. Da die erhobenen Anlagen nur einen Punkt im Diagramm darstellen, wurde eine typische Größenabhängigkeit für die Stromgestehungskosten aus der Literatur (Economy of Scale) verwendet und im für die jeweilige Technologie sinnvollen Leistungsbereich als Kurven eingetragen. Dabei ist zu erkennen, dass bereits kommerziell verfügbare Technologien die niedrigsten Stromgestehungskosten ermöglichen. Demgegenüber weisen jene, die sich noch in der Entwicklung befinden, höhere Werte auf. Demnach müssten beispielsweise Vergasungsverfahren heute höhere Zuschüsse (z. B. Einspeisetarife) als bereits kommerziell verfügbare Anlagen bekommen, da sie sonst damit nicht wettbewerbfähig sind und in der Folge mangels gebauter Anlagen (Learning Curve) den Schritt zum kommerziell verfügbaren Produkt nicht schaffen können. Abb. 1 macht auch deutlich, dass die Stromgestehungskosten für größere Anlagenleistungen bei sonst gleichen Randbedingungen niedriger sind (Economy of Scale). Ist lokal ein günstiger Brennstoff in beschränk- 8

7 Stromerzeugung über die Biomassevergasung Electricity production costs [ /MWh] No investment subsidies 6 % p.a for 13 years Fixed bed gasification Fuel costs: 14 E /MWh ORC-Process Full load capacity heat: 4000 h Full load capacity electricity: 6000 h Incoming heat leads : 20 E /MWh Fluidised bed gasification Steam engine Back pressure steam turbine Fuel power [MW th ] Abbildung 1: Vergleich der Stromgestehungskosten Vergasungsverfahren mit konkurrierenden Verfahren ten Mengen vorhanden, können jedoch auch kleinere Anlagen niedrige Stromgestehungskosten erreichen. Beim anderen Extrem, also bei großen Anlagenleistungen, können unter bestimmten Bedingungen die Transportkosten für den Brennstoff deutlich zu Buche schlagen und damit die Wirtschaftlichkeit verschlechtern (hier nicht berücksichtigt) Volllaststundenzahl Zur Untersuchung des Einflusses der Volllastbetriebsstundenzahl kann im Standardfall für die Wärmeerzeugung von Volllastbetriebsstunden und für die Stromerzeugung von Volllastbetriebsstunden ausgegangen werden. Abb. 2 zeigt eine Variation dieser Betriebsstundenzahl, wobei die Betriebsstunden für die Wärmeerzeugung mit denen der Stromerzeugung gekoppelt wurden (Betriebsstunden für die Wärmeerzeugung sind bei zwei Drittel der Betriebsstunden für die Stromerzeugung). Demnach nehmen die Stromgestehungskosten mit zunehmender Betriebsstundenzahl pro Jahr unabhängig von der Technologie und der Größe der Anlage deutlich ab. Die Kurven werden mit zunehmender Gülzow, 30. November

8 Biomasse-Vergasung Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003 Electricity production costs [ /MWh] Abbildung 2: Einfluss der Volllastbetriebsstunden auf die Stromgestehungskosten Volllastbetriebsstundenanzahl flacher, sodass sich die Stromgestehungskosten bei über Volllaststunden nur noch vergleichsweise wenig reduzieren. Daher muss als Ziel eine Betriebsstundenanzahl von mindestens Volllaststunden pro Jahr für die Stromerzeugung angestrebt werden, um nicht durch die geringe Betriebsstundenzahl wesentliche Nachteile in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit in Kauf nehmen zu müssen Brennstoffkosten Total full load hours [h/a] No investment subsidies Interest rates: 6 % p.a for 13 years Fuel costs: 14 E /MWh Full load hours p.a. for heat are set to 2/3 of the total full load hours p.a. Feed in tariffs heat: 20 E /MWh Fixed bed gasifier 3 MWth ORC-Process 3 MWth Steam engine 3 MWth Fluidised bed gasifier 20 MWth Steam turbine 20 MWth Eine weitere Einflussgröße auf die Stromgestehungskosten ist der Brennstoffpreis. Dieser Einfluss ist in Abb. 3 für die betrachteten Technologien dargestellt. Demnach steigen mit zunehmenden Brennstoffkosten die Stromgestehungskosten, wobei der Grad dieser Steigerung von der verwendeten Technologie abhängt. Dabei zeigt sich aber, dass je höher der elektrische Wirkungsgrad ist, desto geringer die Abhängigkeit vom Brennstoffpreis ausfällt. Daher ist der Anstieg der Stromgestehungskosten bei den Technologien, die auf der Vergasung aufbauen, geringer. Daraus ergibt sich auch hier, dass die Einsetzbarkeit eines breiten Biobrennstoffbandes ein wesentliches Entwicklungsziel darstellen sollte, da damit auch kostengünstige Brennstoffsortimente verwendet werden 10

9 Stromerzeugung über die Biomassevergasung Electricity production costs [ /MWh] [ Fuel price [E [ /MWh] Abbildung 3: Einfluss des Brennstoffpreises auf die Stromgestehungskosten können; dies sollte prioritär sein. Sollte allerdings kein kostengünstiger Brennstoff zur Verfügung stehen, besitzen die Vergasungsverfahren Vorteile gegenüber den Dampfprozessen. So liegen unter den angenommenen Randbedingungen die Stromgestehungskosten aufgrund der höheren Stromwirkungsgrade bei einem Brennstoffpreis von ca. 20 bis 25 _/MWh bereits in der gleichen Größenordnung darüber sind die Stromgestehungskosten bei den Vergasungsverfahren sogar schon jetzt günstiger wie bei den Technologien mit Dampfprozess. 2.3 Legislative Herausforderungen No investment subsidies Interest rates: 6 % p.a. for 13 years Full load hours p.a. heat: 4000 h Full load hours p.a. electricity: 6000 h Feed in tariffs heat: 20 E /MWh Fixed bed gasifier 3 MWth ORC-Process 3 MWth Steam engine 3 MWth Fluidised bed gasifier 20 MWth Steam turbine 20 MWth Die energiewirtschaftlichen bzw. energiepolitischen Randbedingungen bzw. die Setzung des energiewirtschaftlichen Rahmens für die Stromerzeugung aus Biomasse werden für die weitere Entwicklung der Biomassevergasung zur Stromerzeugung von wesentlicher Bedeutung sein. So gibt es bereits heute in einigen europäischen Ländern vergleichsweise hohe Einspeisetarife für Strom aus erneuerbaren Energien. Dabei muss neben einer unbedingt notwendigen Rechts- und damit Planungssicherheit eine adäquate Höhe des Vergütungstarifes und eine Sicherheit über mindestens 15 Jahre gegeben sein, da sonst die Investoren ihr Geld in anderen Märkten anlegen werden und eine technische Weiterentwicklung unterbleibt. Gülzow, 30. November

10 Biomasse-Vergasung Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003 Einige der in der EU heute gültigen nationalen Gesetze in diesem Bereich tragen jedoch derartigen Forderungen Rechnung; dies ist beispielsweise z. T. in Deutschland und in Österreich der Fall. Die hier z. T. festgelegten positiven Randbedingungen haben deshalb zu einer Vielzahl von Projekten im Bereich der Stromerzeugung aus Biomasse geführt. Leider kann bisher die Biomassevergasung davon jedoch nicht profitieren. Der Grund liegt insbesondere darin, dass - zum einen der technische Entwicklungsstand noch nicht ausreichend ist und - zum andern die Vergütung dem noch frühen Stand der Technik nicht adäquat Rechnung trägt. Deshalb müssen zukünftig derartige Gesetze Instrumente enthalten, die auch Konversionstechniken, die am Anfang der technischen Entwicklung stehen, eine realistische Chance am Markt geben; in Deutschland wird durch den sog. Innovationsbonus, der im gegenwärtig vorliegenden Entwurf der Novelle des Erneuerbare Energien Gesetztes (EEG) vorgesehen ist, ein Schritt in diese Richtung gemacht. Hinzu kommt, dass infolge der beispielsweise in Deutschland und in Österreich vorliegenden energiewirtschaftlichen Rahmensetzung aus ökonomischen Gründen eine Maximierung der Stromerzeugung angestrebt wird, auch wenn dies auf Kosten einer Wärmenutzung geht. Daraus resultiert eine z. T. äußerst niedrige Brennstoffausnutzung von nur ca. 30 bis 35 %; eine derartige Entwicklung ist jedoch ökologisch äußerst bedenklich. Deshalb sollten künftige Regelungen hier Instrumente entwickeln, mit denen auch eine Kraft-Wärme-Kopplung adäquat gefördert werden kann. 2.4 Nicht-technische Herausforderungen Bei der Einführung neuer Technologien ist einerseits eine z. T. erhebliche Erwartungshaltung verbunden (die immer nur z. T. erfüllt werden kann) und andererseits sind eine Reihe von Barrieren bzw. eine gewisse Skepsis bei der Einführung zu überwinden. Für die Biomassevergasung kann die derzeitige Situation wie folgt zusammengefasst werden: - Die öffentliche Meinung über die Vergasung ist nach wie vor gut und eine große Erwartungshaltung zur Schaffung einer effizienten und kostengünstigen Technologie zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung ist nach wie vor vorhanden. 12

11 Stromerzeugung über die Biomassevergasung - Die potenziellen Fördergeber sind aufgrund von mangelnden erfolgreichen geförderten Projekten z. T. sehr zurückhaltend (z. B. EU-Konferenz Amsterdam 2002); dies hemmt die weitere Entwicklung auf dem Gebiet der Kraft/Wärme-Kopplung mit Biomassevergasung. - Zwischen den Forscher- und Entwicklungsgruppen einerseits und den (potenziellen) Betreibern andererseits muss der Informationsaustausch deutlich verbessert werden. Dies muss vor allem auch dann geschehen, wenn das Projekt nicht erfolgreich war (d. h. das Rad sollte nicht mehrfach neu erfunden werden). Damit muss für mehr Transparenz bei der Entwicklung dieser neuen und innovativen Technologie gesorgt werden, durch die letztlich mehr Vertrauen in die laufenden Entwicklungen resultiert. - Positive und erfolgreiche Beispiele im Bereich der Stromerzeugung über die Biomassevergasung sind dringend erforderlich, da sonst die öffentliche Meinung ins Negative umschlagen wird; deshalb müssen die erfolgreichen Beispiele entsprechend der Öffentlichkeit bekannt gemacht werden. 3 Perspektiven Der Biomassevergasung wird ein großes technisches Potenzial zugeschrieben, das es zu nutzen gilt. Dies gilt sowohl für die gekoppelte Wärme- und Stromerzeugung, die hier das Thema ist, als auch für die Nutzung zur Bereitstellung von flüssigen Energieträgern. Die erfolgreiche Nutzung dieses Potenzials ist aber nur dann möglich, wenn dies aus volkswirtschaftlicher Sicht ökonomisch vertretbar geschehen kann. Daher werden nachfolgend die technischen und die ökonomischen Perspektiven kurz beleuchtet. 3.1 Technische Perspektiven Die Biomassevergasung ermöglicht grundsätzlich hohe Stromerzeugungswirkungsgrade. Bei den derzeit realisierten Anlagen trifft dies nur dann zu, wenn gleichzeitig ein hoher Gesamtnutzungsgrad angestrebt wird. Wenn lediglich im Hinblick auf die Erzeugung elektrischer Energie optimiert wird, sind mit der Verbrennung und nachgeschalteten Dampf- Gülzow, 30. November

12 Biomasse-Vergasung Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003 prozessen mit heutiger Technologie ähnlich hohe Wirkungsgrade möglich. Abb. 4 zeigt deshalb Wirkungsgradbereiche für verschiedene Technologien, die für die gleichzeitige Wärme- und Stromerzeugung mit einem Gesamtnutzungsgrad von größer als 75 % gelten. Elektrischer Wirkungsgrad in % (Hu) Leistung / Wirkungsgrad für Biomasse-KWK Stirlingmotor MCFC Brennstoffzellen Gasmotor ORC SOFC SO FC+ Turbine Gasturbine Elektrische Leistung in kwel Abbildung 4: Elektrischer Wirkungsgrad für unterschiedliche Stromerzeugungstechnologien aus Biomasse IG CC Dampfturbine Zufeuerung Demnach weisen die Technologien auf der Basis einer Biomassevergasung (Gasmotor, Gasturbine) die höchsten Wirkungsgrade auf. Hier ist allerdings im Vergleich zum heutigen Stand der Technik noch ein großes technisches Weiterentwicklungspotenzial vorhanden. Eine Steigerung ist beispielsweise durch den Einsatz von einer mehrstufigen Stromerzeugung (IGCC) möglich, die nur im Zusammenhang mit der Biomassevergasung sinnvoll möglich ist. Zusätzlich ist für die Biomassevergasung die Perspektive des Einsatzes von Brennstoffzellen vorhanden; dies hätte eine weitere deutliche Steigerung des Wirkungsgrades zur Folge. 14

13 Stromerzeugung über die Biomassevergasung 3.2 Ökonomische Perspektiven Derzeit sind die Kraft/Wärme-Kopplungstechnologien auf Basis Biomassevergasung mit kommerziell verfügbaren Technologien nur dann konkurrenzfähig, wenn die Brennstoffpreise über 25 _/MWh liegen. Da sich aber die Biomassevergasung noch im Pilot- und Demonstrationsstadium befindet, ist nach dem Bau und dem Betrieb von mehreren Anlagen und mit der dabei gewonnenen Erfahrung mit der merklichen Reduktion sowohl der Investitionskosten als auch der Betriebskosten zu rechnen. Bei Hinterlegung einer derartigen Entwicklung durch Learning Curves, wie sie für vergleichbare Produkte erarbeitet wurden, ergibt sich Abb. 5. Electricity production costs [ [ /MWh] Number of future plants No investment subsidies Interest rates: 6 % p.a for 13 years Fuel costs: 14 /MWh Full load capacity heat: 4000 h Full load capacity electricity: 6000 h Feed in tariffs heat: 20 /MWh ORC-process 3 MWth Steam engine 3 MWth Fixed bed gasification 3 MWth Fluidised bed gasification 20 MWth Steam turbine 20 MWth Abbildung 5: Reduktion der Kosten in Abhängigkeit der Anzahl der gebauten Anlagen (Learning Curve) Demnach ist zu erwarten, dass die Reduktion der Kosten bei den Vergasungsanlagen (Demonstrationsstadium) noch deutlich höher ausfallen wird als bei Dampfprozessen (bereits kommerziell verfügbar). So könnten diesen Überlegungen zufolge die Verfahren auf Basis der Biomassevergasung nach 20 gebauten Anlagen die günstigsten Stromgestehungskosten aufweisen. E E Gülzow, 30. November

14 Biomasse-Vergasung Internationale Tagung Leipzig, Oktober Zusammenfassung Die Situation der Biomassevergasung kann heute wie folgt zusammengefasst werden. - Bisher gibt es keine marktfähigen kommerziell verfügbaren Produkte; der Markt wird vielmehr beherrscht durch Pilot- und Demonstrationsanlagen. - In den letzten Jahren wurden z. T. erhebliche Fortschritte gemacht, jedoch ist der gegebene Forschungsbedarf nach wie vor sehr hoch. - Zur forcierten Weiterentwicklung werden mehr Demonstrationsanlagen mit wissenschaftlicher Begleitung in verschiedenen Ländern benötigt, um die Prozesse zu testen, zu ertüchtigen und dadurch mittelfristig marktfähig zu machen durch eine Verbesserung der Technik und eine Senkung der Kosten. - Um diese Marktfähigkeit zu erreichen, müssen zukünftige Anlagen folgenden Prinzipien genügen: - Konversionsprozesse mit hohen Gesamtwirkungsgraden - Einsetzbarkeit eines breiten Brennstoffbandes - Hohe Verfügbarkeit (> 90 %) - Geringe Investitionskosten (2,5 bis 3,5 Mio. E/MW) - Hohe Umweltverträglichkeit. Die Vergasung besitzt damit unbestreitbar ein großes Potenzial für die gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung. Auch ist zu erwarten, dass die Technologie mit zunehmender Erfahrung und neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen zukünftig immer bessere technische und ökonomische Eckdaten aufweisen wird. Damit ist die Biomassevergasung zur Stromerzeugung in der Tat ein Königsweg; es ist aber noch ein gutes Stück des Wegs bis dorthin. Anschriften der Autoren: Hermann Hofbauer, Markus Bolhàr-Nordenkampf Technische Universität Wien Getreidemarkt 9/ Wien Österreich hhofba@mail.zserv.tuwien.ac.at Martin Kaltschmitt, Alexander Vogel Institut für Energetik und Umwelt ggmbh Torgauer Str Leipzig info@ie-leipzig.de 16