Welchen Beitrag kann Biogas künftig zur flexiblen Strombereitstellung in Baden-Württemberg leisten?

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1 Welchen Beitrag kann Biogas künftig zur flexiblen Strombereitstellung in Baden-Württemberg leisten? Benjamin Fleischer, Ludger Eltrop Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, Universität Stuttgart Flexible energetische Biomasse-Nutzung und das EEG 2014 in Stuttgart 1

2 Flexibilitätsbedarf im Elektrizitätssystem? Prognoseabweichung Lastgradienten ,4 GW / h - 21,2 GW / h Überproduktion Anforderungen hohe Dynamik (dp/dt) der Erzeugungseinheiten Spitzenresiduallast (50 60 GW el ) Ausreichende (Ersatz-)Leistung Puffer und Speicher Reserveleistung für Regelenergie Die Integration fluktuierender Erneuerbarer Energien erfordert eine hohe Flexibilisierung im gesamten Elektrizitätssystem! Quelle: Nitsch,J., Sterner, M., (2010) BMU Langfristszenarien, FKZ 03MAP146, ie3 2

3 Technische Flexibilitätsoptionen Netzausbau Smarte IKT Speicher Quelle: Quelle: Flexible KWK Merit-Order der Flexibilität Quelle: um.baden-wuerttemberg.de Power-to-X Quelle: Flexible EE DSM kw Quelle: Quelle: Quelle: Eine Vielzahl technischer Optionen und neue Marktakteure führen zu einem Flexibilitäts-Wettbewerb Chance für Flexibilitätsoption Biogas 3

4 Möglicher Beitrag von Biogas zur Flexibilität Flexibilität hat mehrere Dimensionen, ihr Wert und Bedarf kann sich im Zeitablauf ändern Mögliche Beiträge von Biogas: (nach: Dr. Christoph Maurer; Berlin; 19. August 2014) Maßnahme Beitrag zur Flexibilität Direktvermarktung - Marktintegration Inanspruchnahme Flex-Prämie - Deckung von Residuallastspitzen - Beherrschung von Gradienten Effizienzsteigerung, Repowering und KWK - Wirtschaftliche Optimierung - Steigerung Ressourceneffizienz - Klima- und Umweltschutz Kopplung mit Power-to-Gas - Aufnahme von Überschüssen 4

5 Biogasanlagen in Baden-Württemberg 2013 Leistung [MW el ] Anlagen elektrische Leistung Anlagen ø: 345 kw Quelle: MLR Ref. 51 und Staatliche Biogasberatung Baden-Württemberg Bearbeitung: LEL Schwäbisch Gmünd, Abt. 3; Stand: Dezentrale Erzeugungsstruktur der Biogasanlagen bietet hohes Optimierungspotenzial (Systemdienstleistung, KWK, Vernetzung) 5

6 Installierte Leistung [MW el ] Flexibilitätspotenzial BG-Anlagepark 2013 in BW Zukunft GWh el in 2013 entsprechen über 1 Mrd. m N ³/a Biogas Bestehender Anlagenpark auf Grundlast ausgelegt 400 heute Jahresvollaststunden Bei voller Flexibilisierung (5-fache Bemessungsleistung) des bestehenden Biogasanlagenparks in BW liegt das Potenzial zur Bereitstellung flexibler Leistung bei über MW el 6

7 Wie kann der Beitrag flexibler Biogasanlagen im Energiesystem bewertet werden? Antwort: mit einer multiregionalen fundamentalen Elektrizitätsmarktmodellierung 7

8 Modellansatz Untersuchungsschwerpunkt liegt überwiegend auf Erzeugungsseite, detaillierte Abbildung einzelner Kraftwerke und Anlagen Hohe zeitliche Auflösung (8760 h/a) zur Analyse von Flexibilitätsoptionen zur Deckung eines bedarfsorientierten Marktes mit einer Einsatzplanung in Szenarien mit hohen Anteilen fluktuierender Einspeisung aus EE werden heutige Investitionsentscheidungen für zukünftige (flexible) Kraftwerke qualifiziert begründet es werden Einsatzplanung und Investitionsentscheidung optimiert! Ziel ist die Minimierung der im Betrachtungszeitraum entstehenden System-Gesamtkosten Systemanalytischer und ganzheitlicher Ansatz zur Bewertung der Flexibilisierung von Biogasanlagen und deren Beitrag im Elektrizitätssystem zur Erreichung energie- und klimapolitischer Ziele 8

9 European Electricity Market Model 1. Kraftwerke und Speicher Technische Parameter Kosten (CAPEX/OPEX) Investitionsentscheidungen Verfügbarkeit, Lebensdauer 9

10 European Electricity Market Model 1. Kraftwerke und Speicher 2. Erneuerbare Energien Leistung Referenzjahr Fluktuierende EE (Einspeisevorrang / Shedding) Steuerbare EE Unsicherheiten und Restriktionen 10

11 European Electricity Market Model 1. Kraftwerke und Speicher 2. Erneuerbare Energien 3. Multiregionaler Ansatz 18 Regionen in D Nodale Abbildung EU-Länder (Fern-) Wärmeregionen Regionale Nachfrageprofile 11

12 European Electricity Market Model 1. Kraftwerke und Speicher 2. Erneuerbare Energien 3. Multiregionaler Ansatz 4. Übertragungskapazitäten Begrenzte Kapazitäten Elektrischer Lastfluss AC/DC Übertragungsverluste Investitionskosten 12

13 European Electricity Market Model 1. Kraftwerke und Speicher 2. Erneuerbare Energien Multiregionaler Ansatz 4. Übertragungskapazitäten 5. Ergebnisse _15_00 06_15_10 06_15_20 06_16_06 06_16_16 06_17_02 06_17_12 06_17_22 06_18_08 06_18_18 06_19_04 06_19_14 06_20_00 06_20_10 06_20_20 06_21_06 06_21_16 Minimale Systemgesamtkosten Knotenscharfe Erzeugungsprofile Elektrizitätspreise CO 2 Kosten, etc. 13

14 Szenariorahmen Szenario A - Referenzszenario Alle BGA in D als Grundlastkraftwerke Szenario B Flexible Biogasanlagen Alle BGA in D > 500 kw el Flexibilität mit 5 x P Bem 40% Anteil EE am Bruttostromverbrauch in D 1 Jahr optimiert mit Stunden Begrenzte Übertragungskapazitäten ohne Lastflussberechnung Elektrizitätsaustausch mit Nachbarländern 14

15 Elektrizitätserzeugung [GWh/a] Installierte Leistung [kwel] Stromerzeugung aus Biogas in BW im Vergleich 4500 Bruttostromerzeugung Biomasse [GWh/a] Installierte flexible Leistung Biogas [kw] 1000 Installierte Leistung Biogas [kw] Installierte Leistung Biomasse sonstige [kw] Szenario A Szenario B Szenario A Szenario B 0 R_EnBW1 R_EnBW2 15

16 Auswertung Szenarien Residuallast BW 16

17 Auswertung Szenarien - Deutschland Szenario A Szenario B System-Gesamtkosten 100 % -0,67 % An- und Abfahrvorgänge Konventionelle Kraftwerke (incl. Brennstoffkosten) Investition in neue konventionelle Kraftwerke 100 % -11,8 % 100 % -1,9 % Einfluss Netzausbau - - Anfahrvorgänge Biogas 0 10 pro Jahr 13 bis 19 pro Woche Die Erweiterung der installierten Leistung von Biogasanlagen zur Flexibilisierung senkt die Gesamtkosten des Elektrizitätserzeugungssystems 17

18 Ausblick Die Auswertung der Szenarien A + B konnte einen positiven Beitrag flexibler Biogasanlagen im Elektrizitätssystem bestätigen. Für eine genauere Bewertung werden weitere Szenarien analysiert und bewertet. Mögliche Szenarien: Steigerung des Anteils fee auf 60% bis 80% (100%) Bewertung der Kraft-Wärme-Kopplung Senkung der Gestehungskosten für Biogas durch wirtschaftliche Optimierungsmaßnahmen Betrachtung weiterer technischer Flexibilitätsoptionen in der Biomassenutzung 18

19 Fazit (I) 1. Die Flexibilisierung von Biogasanlagen kann zu Einsparungen bei Anfahrkosten konventioneller Kraftwerke und zur Reduktion von Brennstoffkosten beitragen und den zukünftigen Investitionsbedarf in konventionelle Spitzenlastkraftwerke senken. 2. Flexible konventionelle Spitzenlastkraftwerke können sich schon heute nicht mehr am Elektrizitätsmarkt refinanzieren, werden aber für die Gewährleistung der Versorgungssicherheit als Reserve im System gehalten (ResKV), davon 870 MW in BW. (BG flex -Potenzial in BW: MW) Dezentral erzeugende flexible Biogasanlagen könnten einen Beitrag zur Sicherheit und Zuverlässigkeit des Elektrizitätsversorgungssystems als Teil der Netzreserve unter Berücksichtigung der anerkannten Regeln der Technik leisten. 19

20 Fazit (II) Flexible Biogasanlagen können einen wichtigen Beitrag zur Deckung von Residuallastspitzen und zur Beherrschung von Lastgradienten leisten Flexible Biogasanlagen haben das Potenzial, am Markt und im Energiesystem auch gegenüber anderen flexiblen Technologien Flexibilität bereitzustellen Mit zunehmender Marktintegration werden sich wirtschaftlich optimierte und effiziente Flexibilitätskonzepte durchsetzen Innovative Flexibilitätskonzepte öffnen neue Entwicklungs- und Erlöspotenziale, die weniger auf den weiteren Ausbau der Biomassenutzung, sondern mehr auf eine Integration in das Energiesystem ausgerichtet sind 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) Abteilung Systemanalyse und Erneuerbare Energien (SEE) Benjamin Fleischer Tel.: Diese Arbeit ist Teil des im Rahmen des Programms Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherheit (BWPLUS) mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg geförderten Projektes Speicherung und flexible Betriebsmodi zur Schonung wertvoller Ressourcen und zum Ausgleich von Stromschwankungen bei hohen Anteilen erneuerbarer Energien in Baden-Württemberg (BioenergieFlexBW) 21