Die Rolle von Biogas im zukünftigen Stromversorgungssystem
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- Hella Schuster
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1 Die Rolle von Biogas im zukünftigen Stromversorgungssystem Vortrag zur Tagung Biogas in der Energiewende die bedarfsgerechte Stromproduktion Stuttgart, den 24. Juli 2013 Prof. Dr. Uwe Leprich Institut für ZukunftsEnergieSysteme (IZES)
2 2 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart] Die IZES ggmbh
3 Szenarien: mögliche Beiträge von Biogas 3 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
4 Leitstudie 2011 (Primärenergie) Biomasse: rund 20% des Energieverbrauchs in 2050 Quelle: DLR/IWES/IFNE [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
5 Zur stofflichen Verfügbarkeit Potentialseitig besteht derzeit angesichts der aktuellen Untersuchungen - kein Grund, an den bisherigen absoluten Festlegungen der Leitstudie (z.b. 4,2 Mio. ha nutzbarer Agrarfläche) zu rütteln. Klärungsbedarf ergibt sich jedoch hinsichtlich der Widmung von Agrarflächen für die Mobilität (2,3 Mio. ha), den Biogasbereich (0,9 Mio. ha = Stand 2012) und KUF (ca. 1 Mio. ha) Eine Aktualisierung der Potenzialansätze im Kontext globaler Rahmenbedingungen wird derzeit im BMU-Projekt Meilensteine 2030 durchgeführt; belastbare Ergebnisse sind frühestens Anfang 2014 zu erwarten 5 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
6 Leitstudie 2011 (Strom) Biomasse: rund 10% Anteil am Stromverbrauch in 2050 Quelle: DLR/IWES/IFNE [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
7 Leitstudie 2011 (Strom aus Biomasse) Biogas: rund 10 TWh in 2050 Quelle: DLR/IWES/IFNE [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
8 Die Biogasnutzung ist sicherlich nicht das Herzstück der Energiewende, aber eine willkommene Ergänzung des Erzeugungs-Portfolios 8 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
9 Zur Rolle des Biogases im künftigen Stromsystem 9 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
10 Quelle: Monitoring-Bericht 2012 Die Ziele der Energiewende 10 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
11 Das strompolitische Zieldreieck für % (39%) Erneuerbare Sonstiger Rahmen 3 weitere AKWs vom Netz kein signifikanter Speicherzubau Netzrestriktionen beseitigt? 10% (0%) Reduktion 25% (28%) KWK 11 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
12 Das künftige Stromsystem 52 GW PV Hypothese Die FEE (Wind, PV, Wasser) werden mittelfristig bis zur Hälfte der gesamten Stromerzeugung abdecken dadurch bestimmen sie die Rationalität des Systems GW Onshore Fluktuierende Erneuerbare Energien 5-8 GW Offshore Unsicherheiten Hält die Bundesregierung an den Ausbauzielen für die Erneuerbaren fest? Reichen die heutigen Speicher dafür aus? Hält der Netzausbau damit Schritt? 12 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
13 Das künftige Stromsystem Fluktuierende Erneuerbare Energien 13 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
14 14 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart] Die neue Welt der Residuallast
15 Die Auflösung der Grundlast Quelle: IWES 2010 erfordert eine starke Flexibilisierung des Systems! 15 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
16 Das künftige Stromsystem Quelle: IZES [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
17 17 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart] Ansatzpunkte des Biogases
18 Flexibilitätsoptionen in den unterschiedlichen Zeitrastern 18 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
19 Sehr kurzfristige Flexibilitätsoptionen Ausgleich im Sekunden-/Minutenbereich: Regelenergie durch bestehende Anlagen und Kraftwerke neue flexible Kraftwerke, v.a. KWK, Gaskraftwerke regelbare erneuerbare Energien (REE) Lastmanagement / Demand Side Management bestehende Speicher und neue Kurzfristspeicher Abregeln von FEE-Anlagen (negative Regelenergie) 19 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
20 Flexibilitätsoptionen für den Stunden-/Tagesausgleich bestehende Anlagen und Kraftwerke neue flexible Kraftwerke, v.a. KWK, Gaskraftwerke regelbare erneuerbare Energien (REE) z.t. Lastmanagement / DSM plus 20 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
21 Flexibilitätsoptionen für den saisonalen Ausgleich Wasserstoff und Gasnetz als Speicher Europäisches Verbundsystem 21 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
22 22 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart] Biogas als Flexibilitätsoption
23 Mögliche Flexibilisierungsbeiträge von Bioenergieanlagen 1. Erbringung von Residuallast (positiv und negativ) 2. Bereitstellung von Flexibilität im Falle negativer Börsenpreise 3. Bereitstellung von Systemdienstleistungen Regelenergie weitere Systemdienstleistungen 23 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
24 1. Zur Residuallastbereitstellung Die Bereitstellung negativer Residuallast spielt bis zum Jahr 2020 nur eine untergeordnete Rolle. Stattdessen werden noch viele Intervalle auftreten, in denen große Teile der Bioenergie wegen der positiven Residuallast (inkl. der ausgekoppelten Wärme) benötigt werden. 24 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
25 Notwendige Mengen negativer Residuallast in 2020 gemäß BET-Studie für BEE dargestellt jeweils in %-Punkten der höchsten Residuallast in 2020 von 81,78 GW. Gemäß den Berechnungen von BET treten im Jahr Stunden mit FEE-bedingten negativen Residuallasten auf. Diese verteilen sich auf 23 ein-oder mehrstündige Intervalle an 23 Tagen im Jahr. Dies entspricht 0,12 % der Stunden und 6,3% der Tage. Graphik IZES auf Basis von Daten von BET [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
26 Aktuell gibt es noch Grundlastbänder! 26 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
27 2. Zur Vermeidung negativer Börsenpreise Bioenergie könnte negative Residuallast bereitstellen, wenn negative Preise drohen. Dies könnte positive Effekte für die Höhe der EEG-Umlage haben und die öffentliche Akzeptanz erhöhen. Aber: Zuerst sollte genau analysiert werden, warum negative Preise auftreten und welchen Einfluss netz- oder regelenergiebedingtes Must-run- Verhalten beim Auftreten negativer Preise haben. Ebenso muss detailliert erarbeitet werden, wer negative Preise tatsächlich zahlt und wer von ihnen profitiert. Gegebenenfalls sind Regeln zur Eindämmung negativer Preise notwendig, so z.b. eine weitere Limitierung des unteren Preisniveaus 27 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
28 3. Mögliche Systemdienstleistungsbereitstellung Frequenzregelung / Regelenergie Primärregelung Sekundärregelung Minutenreserve Bereitstellung von Blindleistung Versorgungswiederaufbau / Schwarzstartfähigkeit 28 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
29 Systemdienstleistungen von Bioenergie: operate and serve Bioenergieanlagen können und sollen bereits heute verstärkt netztechnische Must-Run-Funktionen zur Aufrechterhaltung der Systemsicherheit übernehmen. Einige hiervon sind schon Bestandteil der Netzcodes oder der technischen Anschlussbedingungen. Gerade Bioenergieanlagen mit hohen Vollbenutzungsstunden wegen der Wärmeauskopplung erscheinen zur Erbringung von PRL und SRL als gut geeignet, da hier hohe Abrufzahlen auftreten. Die notwendigen technischen Umrüstungen erfordern nicht unbedingt eine vollumfängliche Flexibilisierung. Es besteht Forschungsbedarf in Bezug auf partielle Flexibilisierungen sowie deren marktbasierte Refinanzierung (v.a. Regelenergiemärkte) oder die Notwendigkeit einer (ggf. modifizierten) Flexibilitätsprämie. 29 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
30 Zwischenfazit: Biogas als Flexibilitätsoption (1) Die umfängliche Aktivierung der Flexibilitätsoption Biogas ist langfristig anzulegen (Zeithorizont 2030) Die Weichenstellung hierfür sind jedoch heute notwendig! Flexibilisierung soll bedeuten, einerseits für den Bestand und andererseits für Neuanlagen jeweils technisch angepasste Maßnahmen zu konzipieren, die zu vertretbaren Kosten einen größtmöglichen Nutzen in Bezug auf die Transformation des Stromsystems erbringen können. 30 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
31 Zwischenfazit : Biogas als Flexibilitätsoption (2) Ein rapider Kapazitätsausbau bei den Bestandsanlagen im Rahmen der Systemtransformation bis 2020 ist nicht die dringlichste Priorität. Hier sollten andere Schwerpunkte gesetzt werden: so z.b. der partiellen Flexibilisierung die verstärkte Einsatzfähigkeit z.b. in den Regelenergiemärkten als Ersatz fossiler Must-Run-Anlagen Bei Neuanlagen hingegen können höhere Anforderungen an die Flexibilisierung gestellt werden. Auch hier ist jedoch zu fragen, inwieweit hier prinzipiell v.a. der Spitzenresiduallastbereich gefördert werden soll oder gestufte Konzepte (z.b. nach Größenklassen) zur partiellen Flexibilisierung. 31 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
32 Mögliche Flexibilisierungsbeiträge von Bioenergieanlagen auf der Zeitachse 32 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
33 Zur Finanzierung von Flexibilitätsoptionen 33 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
34 Merit-Order der Bioenergieanlagen nach installierter Leistung Quelle: IZES [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
35 Die Finanzierungssegmente des Stromsystems / Systemdesign Fluktuierende Erneuerbare Energien Quelle: IZES [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
36 1. Residuallastbereitstellung Im heutigen Großhandelsmarkt sind Bioenergieerzeuger gegenüber den konventionellen Stromerzeugern zudem im Hintertreffen, da sie zumeist höhere Grenzkosten aufweisen als die fossil-nuklearen Anlagen Es ist in den allermeisten Fällen nicht davon auszugehen, dass eine Finanzierung der Bioenergieanlagen über den Großhandelsmarkt (Spot-, Terminmarkt) möglich ist 36 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
37 Futurepreise und Phelix Base 2010 bis Phelix Base Futures Folgejahr 30 Periode gleit. Mittelw. (Phelix Base) Quelle: Eigene Darstellung; Daten: EEX [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
38 2. Regelenergiebereitstellung Primärregeleistung (PRL) können Bioenergieanlagen nicht alleine erbringen. Aus Sicht der Systemtransformation bedarf es hierfür eines Zusammenspiels aus verschiedenen EE-Kraftwerken und deren Leistungselektronik und später auch Speichern. Sekundärregelleistung (SRL) hat lange Bereitstellungsfristen (1 Woche); nicht-flexibilisierte Bioenergieanlagen haben hier ein Marktzutrittsproblem Minutenreserveleistung (MRL) hat deutlich kürzere Bereitstellungsfristen (4 Stunden), aber auch weitaus geringere Abrufzahlen und Preise Selbst wenn alle Marktzutrittshemmnisse für Bioenergieanlagen abgeschafft werden, sind die Erlösaussichten an den Regelenergiemärkten eher verhalten 38 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
39 Marktvolumen Systemdienstleistungsbereitstellung Quelle: Monitoringbericht BNetzA [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
40 Entwicklung Marktvolumen Regelenergie Quelle: TSB [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
41 Zwischenfazit: Finanzierungsperspektiven von Biogas als Flexibilitätsoption Die Refinanzierung von Bioenergieanlagen allein über den Großhandelsmarkt (Spot-, Terminmarkt) erscheint aktuell und perspektivisch eher unwahrscheinlich Erlöse aus der Bereitstellung negativer Residuallast und von Systemdienstleistungen (v.a. Regelenergie) sollten ermöglicht werden, reichen aber nicht aus, um die vollständige Refinanzierung zu ermöglichen Die Kostendiskussion im Bereich der Bioenergie sollte daher dringend den zusätzlichen Nutzen aufgreifen, welcher abseits der Strombereitstellung durch die Biomasse initiiert wird (Klimaschutz im Agrarsektor, Gewässerschutz, Entwicklung ländlicher Räume, etc.) 41 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
42 Absicherung von Biogas durch Finanzierungs-Mix Agrarsektor Forstsektor energiewirtschaftliche Vergütungen Entsorgungssektor landwirtschaftliche Zuwendungen abfallrechtliche Regelungen staatliche/ kommunale Finanzierung 42 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
43 Ausblick (1) Die Rolle von Biogas im künftigen Stromsystem ist die einer Flexibilitätsoption, d.h. die Anlagen sollten stromorientiert betrieben werden Bei Neuanlagen sollten hohe Anforderungen an die Flexibilität der Anlagen gestellt werden, möglicherweise nach Größenklassen gestuft Bei Bestandsanlagen sind partielle Flexibilisierungsansätze zu entwickeln, die kostenseitig gut darstellbar sind Grundsätzlich sollte Bioenergieanlagen der Zugang zu allen Regelenergiemärkten geöffnet werden, um dort fossile Must Run-Anlagen sukzessive zu ersetzen 43 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
44 Ausblick (2) Das gilt auch für die Berücksichtigung beim aktuellen Kraftwerks-Redispatch als auch für künftige Reservemärkte (Winterreserve/Kaltreserve, strategische Reserve etc.) Insgesamt sollte die CO2-Neutralität sowie die hohe Systemfähigkeit von Biogas ihren aktuellen Nachteil in der Wettbewerbsfähigkeit kompensieren 44 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
45 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Institut für ZukunftsEnergieSysteme (IZES) Altenkesselerstr. 17, Gebäude A Saarbrücken Tel Fax Homepage 45 [Leprich, 24. Juli 2013, Stuttgart]
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