Schlussbericht Benchmarking Biogas 2015

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1 Schlussbericht Benchmarking Biogas 2015

2 Projektverantwortung: Genossenschaft Ökostrom Schweiz Oberwil 61, CH-8500 Frauenfeld Tel , Fax Projektleitung: Dr. Victor Anspach Genossenschaft Ökostrom Schweiz Oberwil 61, CH-8500 Frauenfeld Tel , Fax Autoren: Victor Anspach, Simon Bolli Frauenfeld, Vertragsnummer: SI/ Quelle Bild Titelseite: Ökostrom Schweiz 2

3 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Ergebnisse des Benchmarking Biogas Regionale Verteilung der teilnehmenden Biogasanlagen Inbetriebnahme der Biogasanlagen Installierte elektrische Leistung Entwicklung der Stromproduktion Anlagenproduktivität Wärmenutzungskonzepte und Grad der Wärmenutzung Substrateinsatz Eigenstromverbrauch Jahresnutzungsgrade Stromausbeuten aus den Substraten Verweilzeiten und Raumbelastung Biogasproduktivität Zusammenfassung der Resultate

4 Tabellenverzeichnis: Tabelle 1: Installierte elektrische Nennleistung der erhobenen Anlagen Tabelle 2: Stromproduktion in der Betriebsphase... 8 Tabelle 3: Benchmarking Volllaststunden... 9 Tabelle 4: Entwicklung der Anlagenproduktivität (BGA bis 150kW)... 9 Tabelle 5: Entwicklung der Anlagenproduktivität (BGA über 150kW) Tabelle 6: Benchmarking Eigenstromverbrauch Tabelle 7: Benchmarking energetische Jahresnutzungsgrade Tabelle 8: Stromausbeuten aus den Substraten Tabelle 9: Verweilzeiten im gasdichten System (Fermenter und Nachgärer) Tabelle 10: Raumbelastung der Gärbehälter Tabelle 11: Biogasproduktion aus den Substraten Abbildungsverzeichnis: Abbildung 1: Regionale Verteilung der Biogasanlagen im Benchmarking... 6 Abbildung 2: Jahr der Inbetriebnahme der Biogasanlagen... 7 Abbildung 3: Entwicklung Stromerzeugung 2012 bis 2015 nach Grössenklassen... 8 Abbildung 4: Entwicklung der Wärmenutzung (ohne Wärmebedarf der Biogasanlage).. 11 Abbildung 5: Substrateinsatz der Biogasanlagen in Betriebsphase I (massebezogen) Abbildung 6: Substrateinsatz der Biogasanlagen in Betriebsphase I (energiebezogen)

5 1. Einleitung Die Biogaserzeugung etabliert sich zunehmend als neuer Betriebszweig in der Landwirtschaft. In der Schweiz sind derzeit rund 100 landwirtschaftliche Biogasanlagen in Betrieb und jährlich kommen neue dazu. Ziel des Benchmarking Biogas ist es, die Produktivität, die Effizienz und den Erfolg der Biogaserzeugung systematisch über die Zeit zu untersuchen. Was ist unter Benchmarking Biogas zu verstehen? Im Benchmarking werden systematisch betriebswirtschaftliche und produktionstechnische Daten erhoben und daraus biologische, technische und ökonomische Produktions- und Effizienzkennzahlen für jede teilnehmende Biogasanlage gebildet. Die Datenerhebung und die Bildung von Kennzahlen erfolgt jährlich. Dadurch kann sich jede Biogasanlage über die Jahre sowohl mit sich selbst vergleichen als auch mit den anderen teilnehmenden Biogasanlagen. Was sind die Ziele und die Vorteile des Benchmarking? Die inner- und überbetrieblichen Vergleiche von Kennzahlen sowie der direkte Austausch zwischen Berufskollegen an den jährlich wiederkehrenden Workshops (Biogashöcks) fördern die Erfolgskontrolle und Optimierung der Biogasanlagen. Das Benchmarking soll somit einen kontinuierlichen Optimierungsprozess der Biogasanlagen unterstützen und zu einer höheren Produktivität und Effizienz sowie einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit beitragen. Pilotphasen I-III Das Benchmarking Biogas wurde im Rahmen einer Pilotphase zwischen November 2013 und Dezember 2015 erstmalig durchgeführt. Während dieser Zeit wurden drei Erhebungen (Pilotphase I-III) pro Biogasanlage durchgeführt. Dabei konnten von jeder Pilotanlage die technischen und betriebswirtschaftlichen Daten von 2012, 2013 und 2014 erhoben werden. Die Ergebnisse der Pilotphasen wurden in einem Projektbericht publiziert, dieser ist verfügbar unter oder (in Deutsch). In diesem Projektbericht finden sich auch Hintergründe und Grundlagen zur Methodik des Benchmarking. Betriebsphase I Nach Beendigung der Pilotphase ging das Benchmarking ab 2016 in die Betriebsphase über. Die Erfassung der Betriebsdaten erfolgt einmal jährlich auf Basis der Buchführung des vorangegangenen Jahres. Der vorliegende Bericht umfasst die wichtigsten Ergebnisse von technischen und biologischen Kennzahlen sowie allgemeine Ergebnisse aus der Betriebsphase I auf Basis der Datengrundlagen von

6 2. Ergebnisse des Benchmarking Biogas Bericht Benchmarking Biogas Regionale Verteilung der teilnehmenden Biogasanlagen In der Betriebsphase I nahmen 29 landwirtschaftliche Biogasanlagen an der systematischen Erhebung teil. In Abbildung 1 ist die regionale Verteilung der am Benchmarking teilnehmenden Biogasanlagen dargestellt. Die teilnehmenden Biogasanlagen sind relativ gleichmässig über die Schweiz verteilt. Abbildung 1: Regionale Verteilung der Biogasanlagen im Benchmarking Quelle: Eigene Darstellung (Karte: Wikipedia) 2.2 Inbetriebnahme der Biogasanlagen In Abbildung 2 ist das Jahr der Inbetriebnahme der teilnehmenden Biogasanlagen dargestellt. Rund 14 % der Anlagen sind vor 2005 in Betrieb genommen worden. Rund 36 % wurden zwischen 2005 und 2007, rund 18 % zwischen 2008 und 2010 und rund ein Drittel der Anlagen nach 2011 errichtet. Die jüngsten Biogasanlagen im Benchmarking wurden 2014 in Betrieb genommen. Anhand der Altersverteilung lässt sich sagen, dass ein Grossteil der am Benchmarking teilnehmenden Anlagenbetreiber bereits langjährige Erfahrungen mit der Biogasproduktion hat. Alle älteren Biogasanlagen wurden nach der Inbetriebnahme laufend im Rahmen von Nachinvestitionen erweitert und modernisiert. Diese Erweiterungen und Neuerungen wurden ebenfalls systematisch erhoben und ausgewertet. 6

7 Abbildung 2: Jahr der Inbetriebnahme der Biogasanlagen 2.3 Installierte elektrische Leistung Bei den untersuchten Anlagen handelt es sich ausnahmslos um Anlagetypen mit einem dem Biogasprozess nachgelagerten Verstromungsprozess. Die installierte elektrische Nennleistung bei den am Benchmarking teilnehmenden Biogasanlagen lag 2015 im Durchschnitt bei rund 228 kwel. Insgesamt betrug die installierte Leistung rund 6.6 MWel, dabei entfallen über 80 % der installierten Leistung auf Anlagen mit einer Nennleistung von über 150 kwel. Tabelle 1: Installierte elektrische Nennleistung der erhobenen Anlagen 2015 Betriebsphase I Leistungsklassen der Biogasanlagen Anzahl BGA installierte Leistung (kw) bis 150 kwel 13 1'281 über 150 kwel 16 5'325 Gesamt 29 6'606 Durchschnittliche Leistung (KW) 228 7

8 2.4 Entwicklung der Stromproduktion Bericht Benchmarking Biogas 2015 Die Stromproduktion der teilnehmenden Biogasanlagen lag in Betriebsphase I bei rund 34.7 Gigawattstunden. Dies entspricht rund 45 % der gesamten Stromproduktion der landwirtschaftlichen Biogasanlagen in der Schweiz. Tabelle 2: Stromproduktion in der Betriebsphase Stromproduktion der BGA BGA im Benchmarking (2015) Stromproduktion (kwh) 34'684'320 Stromproduktion (MWh) 34'684 Stromproduktion (GWh) 34.7 Betrachtet man die Entwicklung der Stromerzeugung nach Grössenklassen zeigt sich, dass die grösseren Anlagen (>150 kw) 2015 einen Anteil von rund 75 % der Stromerzeugung ausmachten. Wie Abbildung 3 zeigt, stieg die Bedeutung der Stromproduktion aus grösseren Anlagen im Benchmarking über die Jahre. Ein direkter Vergleich zwischen den Daten aus den Pilotphasen und jenen der Betriebsphase ist jedoch nicht zulässig, da 2015 zusätzliche neue Anlagen in das Benchmarking aufgenommen wurden, während in den Vorjahren identische Anlagen untersucht und verglichen wurden. Abbildung 3: Entwicklung Stromerzeugung 2012 bis 2015 nach Grössenklassen 8

9 2.5 Anlagenproduktivität Die durchschnittliche Arbeitsauslastung der BHKW gemessen in Volllaststunden lag in Betriebsphase I bei rund Jahresstunden. Damit hat sich die BHKW Auslastung gegenüber Pilotphase III um rund -5 % reduziert. Der Kennzahlenvergleich zeigt jedoch, dass die Spannweite bei der Arbeitsauslastung der BHKW sehr gross ist. Während im oberen Quartil rund Jahresstunden erreicht wurden, lag die BHKW Auslastung im unteren Quartil bei rund Jahresstunden. Wie auch im Durchschnitt der Biogasanlagen reduzierte sich in den Quartilen die Auslastung gegenüber dem Vorjahr. Tabelle 3: Benchmarking Volllaststunden Benchmarking technische Kennzahlen: Biogasanlagen +25% Ø -25% Einfacher Kennzahlenvergleich Volllaststunden (h/a) 8'126 6'344 4'087 Volllaststunden Veränderung 14/15 (%) -4.2% -5.0% -9.3% Bezüglich der Anlagenproduktivität (gemessen in Volllaststunden) weisen die kleineren Biogasanlagen (<150 kw) in Betriebsphase I rund Volllaststunden auf. Im Vergleich zu den kleinen Anlagen in den Vorjahren ist damit die Anlagenproduktivität leicht rückläufig, wobei auch hier darauf hingewiesen werden muss, dass die Anlagen 2015 nicht identisch mit den Vorjahren waren. Bei einer installierten Leistung von durchschnittlich rund 100 kwel erreichen die kleineren Anlagen eine äquivalente Leistung von rund 80 kwel. Dies entspricht einem BHKW Ausnützungsgrad von rund 80 %, was als gutes Ergebnis bewertet werden kann. Tabelle 4: Entwicklung der Anlagenproduktivität (BGA bis 150kW) Anlagenproduktivität Betriebsphase I (2015) Pilotphase III (2014) BGA bis 150 kw Pilotphase II (2013) Pilotphase I (2012) Veränderung 14/15 (in %) BGA bis 150 kw Veränderung 13/14 (in %) Dagegen erreichen die grösseren Biogasanlagen (>150 kw) in Betriebsphase I durchschnittlich rund Volllaststunden. Dieses Ergebnis entspricht der Auswertung der grösseren Anlagen in Pilotphase III. Die durchschnittliche installierte Leistung der grösseren Biogasanlagen betrug 333 kwel und lag damit deutlich höher als in den Vorjahren. Auch die äquivalente Leistung war in 2015 mit rund 210 kwel höher als in den Vorjahren, der BHKW Auslastungsgrad lag mit rund 63 % dagegen unter dem Ergebnis des Vorjahres. In den Pilotphasen II und III investierten einige Anlagenbetreiber in grössere BHKW und damit in eine Leistungserweiterung, was sich in einer Reduktion der Volllaststunden ausdrückte. In den Ergebnissen von Betriebsphase I zeigt sich, dass die Leistungserweiterungen auch in eine zunehmende äquivalente Leistung umgesetzt werden konnten. Damit setzt sich bei den grösseren Biogasanlagen der Trend aus den Pilotphasen fort. Veränderung 12/13 (in %) Volllaststunden (h) 6'918 7'506 6'805 6' Installierte Leistung (KW) Äquivalente Leistung (KW) BHKW Ausnützunggrad (%)

10 Tabelle 5: Entwicklung der Anlagenproduktivität (BGA über 150kW) Anlagenproduktivität Betriebsphase I (2015) Pilotphase III (2014) BGA über 150 kw Pilotphase II (2013) Pilotphase I (2012) Veränderung 14/15 (in %) BGA über 150 kw Veränderung 13/14 (in %) Veränderung 12/13 (in %) Volllaststunden (h) 5'878 5'932 5'130 5' Installierte Leistung (KW) Äquivalente Leistung (KW) BHKW Ausnützunggrad (%) Wärmenutzungskonzepte und Grad der Wärmenutzung Die Wärmenutzung lässt sich grundsätzlich unter Ausschluss des Eigenwärmebedarfs der Biogasanlage in eine interne und eine externe Wärmenutzung unterscheiden. In der internen Wärmenutzung wird die Wärme hauptsächlich für das Heizen der Wohnhäuser am Standortbetrieb der Biogasanlage, der Betriebsgebäude und der Ställe (vor allem Schweine- und Geflügelställe), der Warmwasserbereitung für den Landwirtschaftsbetrieb, der Heu- und der Holztrocknung genutzt. Die Wärme wird in der internen, betriebseigenen Nutzung in der Regel nicht verkauft. Da die interne Wärmenutzung bei einigen Biogasanlagen nicht gemessen wird, wurde deren Energiebedarf anhand der Wärmenutzungspfade berechnet. Im Gegensatz zur internen Wärmenutzung wird die externe Wärmenutzung über den effektiven Verkauf der Wärme meist über einen Wärmezähler erfasst. In der externen Wärmenutzung sind die wichtigsten Wärmenutzungspfade Nahwärmenetze an Privat- und Gewerbekunden. Dabei reicht die Spanne des Nahwärmenetzes von der Lieferung an ein Nachbarwohnhaus bis hin zu umfangreichen Nahwärmenetzen mit einer Länge von bis zu Metern. Zudem wird die Wärme extern in Gewächshäusern und der Holztrocknung genutzt. Die Wärmenutzung hat bei den untersuchten Biogasanlagen eine zunehmende Bedeutung. Während in Pilotphase I rund 75% der Anlagen eine Wärmenutzung installiert hatten, stieg der Anteil in Pilotphase II und III auf jeweils 85% der Biogasanlagen (identische Anlagen). In Betriebsphase I lag der Anteil der Biogasanlagen mit Wärmenutzung bei rund 90%. Insgesamt wurde der Grad der Wärmenutzung über die Jahre kontinuierlich gesteigert und erreichte in 2015 insgesamt rund 13.9 GWh (ohne Eigenwärmebedarf). Bezogen auf eine gesamte Bruttowärmeproduktion der Biogasanlagen im Benchmarking von rund 45.8 GWh entspricht der Anteil der genutzten Wärme rund 30.4%. Dabei hat sich insbesondere die externe Wärmenutzung positiv entwickelt. Die interne Wärmenutzung wurde dagegen kaum ausgebaut, was darauf schliessen lässt, dass dieses Potential bereits mehrheitlich ausgeschöpft wird. Der Anteil der externen Wärmenutzung an der gesamten Wärmenutzung betrug in Betriebsphase I bereits rund 63 %. In Abbildung 4 ist die absolute Entwicklung der Wärmenutzung (ohne Eigenwärmebedarf der Biogasanlage) detailliert für alle Pilot- und Betriebsphasen dargestellt. Der Eigenwärmebedarf der Biogasanlagen zur Beheizung der Fermenter und Nachgärer (Prozesswärmebedarf) kann im Benchmarking nicht erfasst werden, da keine teilnehmende Anlage über entsprechende Wärmemengenzähler verfügt. Wird jedoch auf Basis von Literaturangaben 10

11 ein Prozesswärmebedarf von durchschnittlich 30 % unterstellt (Annahme 20-40% Prozesswärmebedarf), entspricht die gesamte Wärmenutzung einem Anteil von über 60 % der Bruttowärmeproduktion. In Anbetracht dessen, dass vornehmlich in den Sommermonaten oftmals die konstanten Wärmesenken (Wärmeabnehmer) fehlen, ist ein Gesamtnutzungsgrad der Wärme von über 60% als äusserst hoch zu bewerten. Abbildung 4: Entwicklung der Wärmenutzung (ohne Eigenwärmebedarf Biogasanlage) 2.7 Substrateinsatz In Abbildung 5 und 6 ist der Substrateinsatz der teilnehmenden Biogasanlagen in Betriebsphase I masse- und energiebezogen dargestellt. Die Einteilung der Substrate folgt nicht der Systematik gemäss Energieverordnung (EnV) Anhang 1.5 Biomasse, insbesondere erfolgt keine Unterscheidung in Substrate landwirtschaftlicher und nicht landwirtschaftlicher Herkunft. Insgesamt wurden in Betriebsphase I rund Tonnen Substrate (inkl. Hofdünger) in den teilnehmenden Anlagen verarbeitet. Hofdünger hatten dabei massebezogen mit rund 81 % den grössten Anteil. Neben dem Hofdünger wurden auch landwirtschaftliche Substrate wie Zwischenfrüchte, Maisstroh und Futterreste verarbeitet, welche jedoch mit einem Anteil von rund 1 % eine untergeordnete Bedeutung aufwiesen. Rund 18 % der total eingesetzten Substrate waren organische Abfallstoffe landwirtschaftlicher und nicht landwirtschaftlicher Herkunft. Die eingesetzten organischen Abfallstoffe setzten sich zusammen aus Gemüse- und Obstresten (3.5 %), Grüngut und Rasenschnitt (nur die vergärbaren Fraktionen; 2.2 %) sowie Gastro- und Lebensmittelabfälle (2.8 %). Unter der Sammelrubrik sonstige pflanzliche Substrate (3.32%) fallen Substrate unterschiedlichster pflanzlicher Herkunft (z.b. Kaffeesatz, Tee, Melasse, Brennereiabfälle). Unter sonstigen tierischen Substraten (1.0 %) sind unterschiedliche Substrate wie z.b. Milch, Molke, Permeat oder Panseninhalt zusammengefasst. Energiereiche pflanzliche Flüssigsubstrate haben einen Mengenanteil von 2.7 %, Getreide und Getreideabfälle einen Anteil von 2.3 %. 11

12 Bericht Benchmarking Biogas 2015 Abbildung 5: Substrateinsatz der Biogasanlagen in Betriebsphase I (massebezogen) Energiebezogen sinkt die relative Bedeutung der Hofdünger auf einen Anteil von rund 38 % (vgl. Abbildung 6). Aus Co-Substraten wird rechnerisch in Summe rund 61 % der Energie produziert. Insbesondere Getreide und Getreideabfälle sowie energiereiche pflanzliche Flüssigsubstrate tragen dabei mit rund 16 % bzw. 18 % zur Energieerzeugung bei. Abbildung 6: Substrateinsatz der Biogasanlagen in Betriebsphase I (energiebezogen) 12

13 2.8 Eigenstromverbrauch Die Höhe des Eigenstromverbrauchs hat eine grosse Bedeutung für den erfolgreichen Betrieb einer Biogasanlage. Die Ergebnisse des Benchmarking zeigen, dass der Eigenstromverbrauch in Betriebsphase I durchschnittlich bei 10.6 % lag. Gegenüber dem Vorjahr erhöhte sich der Eigenstromverbrauch um rund 5 %. Anlagen im oberen Quartil wiesen einen Eigenstromverbrauch von 5.2 %, Anlagen im unteren Quartil einen von 18.1 % auf. Auch in den Quartilen erhöhte sich der Eigenstromverbrauch gegenüber dem Vorjahr. Tabelle 6: Benchmarking Eigenstromverbrauch Benchmarking technische Kennzahlen: Biogasanlagen +25% Ø -25% Einfacher Kennzahlenvergleich Eigenstrombedarf (%) 5.2% 10.6% 18.1% Eigenstrombedarf Veränderung 14/15 (%) 2.6% 4.9% 10.4% 2.9 Jahresnutzungsgrade Die Jahresnutzungsgrade sind Kennzahlen für das Verhältnis der elektrisch und thermisch nutzbaren (und somit abgegebenen) Energie (=produzierte und genutzte Nettoenergiemenge) zur gesamten zugeführten theoretischen Brennstoffenergie. Es wird mit der Kennzahl beschrieben, wie viel Prozent des theoretischen Energiegehaltes der Substrate tatsächlich genutzt werden. Die Kennzahl lässt damit Rückschlüsse auf die energetische Effizienz der Biogasanlage zu. Nicht berücksichtigt wird bei den Jahresnutzungsgraden der Wärmebedarf für die Beheizung der Fermenter und Nachgärer, da diese Nutzenergie von keiner Biogasanlage im Benchmarking gemessen werden kann. Eine Schätzung des Wärmebedarfs ist sehr schwierig, da dieser sowohl von den Behälterkapazitäten, dem Substratinput (vor allem den Hofdüngeranteilen) sowie vielen weiteren Parametern (z.b. Jahreszeit und Witterung) abhängt. Aufgrund dessen sind die errechneten Jahresnutzungsgrade als Grössenordnungen und nicht als absolute Werte zu verstehen. Tabelle 7: Benchmarking energetische Jahresnutzungsgrade Benchmarking technische Kennzahlen: Biogasanlagen +25% Ø -25% Einfacher Kennzahlenvergleich Elektrischer Jahresnutzungsgrad extern genutzt (%) 45.9% 40.3% 34.7% Elektrischer Jahresnutzungsgrad Eigenstrombedarf (%) 2.1% 4.7% 8.1% Thermischer Jahresnutzungsgrad genutzt (%) 34.6% 17.8% 4.6% Gesamter Jahresnutzungsgrad genutzt (%) 78.7% 62.8% 50.2% Veränderung elektrischer Jahresnutzungsgrad 14/15 (%) -7.2% -3.2% -1.9% Veränderung Jahresnutzungsgrad Eigenstrombedarf 14/15 (%) -11.9% 2.7% 4.9% Veränderung thermischer Jahresnutzungsgrad genutzt 14/15 (%) 16.3% 9.8% 33.5% Veränderung gesamter Jahresnutzungsgrad genutzt 14/15 (%) 0.1% 0.6% 2.8% Im Durchschnitt der Anlagen lag der gesamte Jahresnutzungsgrad bei rund 62.8 %. Die Spanne reichte dabei im Kennzahlenvergleich von 78.7 % im oberen Quartil bis 50.2 % im unteren Quartil. Im Vergleich zum Vorjahr konnte der Gesamtjahresnutzungsgrad sowohl im Durchschnitt als auch in den Quartilen leicht erhöht werden. Diese Steigerung ist auf die zunehmende Wärmenutzung der Biogasanlagen zurückzuführen. 13

14 2.10 Stromausbeuten aus den Substraten Bericht Benchmarking Biogas 2015 Die Stromausbeute aus den zugeführten Substraten lag in Betriebsphase I bei 149 kwh bezogen auf eine Tonne Frischmasse. Die Spanne kam dabei im Kennzahlenvergleich zwischen 91 kwh im unteren Quartil und 253 kwh im oberen Quartil zu stehen. Damit hat sich die Spannbreite zwischen den Quartilen gegenüber dem Vorjahr vergrössert. Tabelle 8: Stromausbeuten aus den Substraten Benchmarking technische Kennzahlen: Biogasanlagen +25% Ø -25% Einfacher Kennzahlenvergleich Stromausbeute (kwhel/t FS) Veränderung 14/15 (%) 2.2% -3.0% -0.5% 2.11 Verweilzeiten und Raumbelastung Als Verweilzeit wird die durchschnittliche Dauer bezeichnet, während der ein Substrat die Behälter der Biogasanlage im geschlossenen (gasdichten) System durchläuft. Im Benchmarking wird die Kennzahl Verweilzeit im geschlossenen System (Fermenter und Nachgärer) ausgewiesen, da hier die biologische Umsetzung der Substrate stattfindet. Grundsätzlich ist im Sinne der maximalen biologischen Umsetzung eine möglichst hohe Verweilzeit anzustreben. Unterschiedliche Substrate benötigen unterschiedlich lange Mindestverweilzeiten. Während bspw. flüssige Hofdünger und leicht vergärbare biogene Reststoffe bereits nach wenigen Tagen bis Wochen umgesetzt werden können, benötigen strukturreiche organische Abfallstoffe und Mist oft deutlich höhere Verweilzeiten. Je niedriger die Verweilzeit desto grösser ist die Gefahr, dass die Gasausbeute signifikant abfällt und unvergorenes biogenes Material ausgeschwemmt wird. Hohe Verweilzeiten sind dagegen aus betriebswirtschaftlichen Gründen limitiert, da der Bau von Behälterkapazitäten mit hohen Investitionskosten verbunden ist. Demnach gilt es unter Praxisbedingungen den optimalen Bereich zwischen Raumbelastung [kg*m 3 *d -1 ] und Biogasausbeute [m 3 *kg -1 ] sowie der Biogasbildungsrate [m 3 *m -3 *d -1 ] zu finden. Tabelle 9: Verweilzeiten im gasdichten System (Fermenter und Nachgärer) Benchmarking biologische Kennzahlen: Biogasanlagen +25% Ø -25% Einfacher Kennzahlenvergleich Hydraulische Verweilzeit im gasdichten System (Tage) Veränderung 14/15 (%) -2.5% 3.3% 10.0% In Betriebsphase I lag die durchschnittliche Verweilzeit (bemessen an durchschnittlicher Verweildauer im gasdichten Raum) bei 61 Tagen. Die Spannweite zwischen den Anlagen im oberen und unteren Quartil ist sehr gross. Im oberen Quartil lag die Verweilzeit bei rund 99 Tagen. Im unteren Quartil dagegen beträgt die mittlere Verweilzeit 26 Tage. Im Zusammenhang mit der Verweilzeit steht die Raumbelastung der Biogasanlagen. Die Raumbelastung wird im Benchmarking gemessen als durchschnittlicher Input an organischer Trockensubstanz je m³ Fermenter oder geschlossenen (gasdichten) System (Fermenter und Nachgärer) und Tag. Die durchschnittliche berechnete Raumbelastung im gasdichten System lag bei rund 2.5 kg ots/m³. Bei Anlagen im oberen Quartil war die Raumbelastung mit 1.2 kg ots deutlich 14

15 niedriger als im unteren Quartil mit 4.5 kg ots. Im Vergleich zum Vorjahr reduzierte sich die mittlere Raumbelastung im gasdichten System um rund 7 %. Bei den Anlagen im oberen und unteren Quartil erhöhte sich dagegen die Raumbelastung im gasdichten System um rund 9 % bzw. rund 4 % im unteren Quartil. Tabelle 10: Raumbelastung der Gärbehälter Benchmarking biologische Kennzahlen: Biogasanlagen +25% Ø -25% Einfacher Kennzahlenvergleich Raumbelastung Fermenter (kg ots/m³) Raumbelastung Fermenter und Nachgärer (kg ots/m³) Veränderung Raumbelastung Fermenter 14/15 (%) -11.5% 14.6% 41.2% Veränderung Raumbelastung Fermenter und Nachgärer 14/15 (%) 8.9% -7.1% 4.0% 2.12 Biogasproduktivität Die Biogasproduktivität ist eine wichtige Kennzahl, da sie die potentielle Ausbeute an Brennstoff aus den Substraten beschreibt. Da die tatsächliche Biogasproduktion an keiner Biogasanlage im Benchmarking gemessen werden kann, wird diese theoretisch über den jährlichen Substratinput berechnet. Im Benchmarking betrug die durchschnittliche Biogasausbeute je Tonne (t) Frischsubstanz rund 71 Nm³. Im oberen Quartil erreichten die Anlagen 120 Nm³ und im unteren Quartil 40 Nm³. Im Vergleich zum Vorjahr erhöhte sich die durchschnittliche Produktivität um 4.2 %. Dabei lag die Steigerung im oberen Quartil bei 16.0 %, im unteren Quartil dagegen wurde ein Rückgang um -3.0 % verbucht. Während die Anlagen im oberen Quartil damit eine starke Produktivitätssteigerung zeigten, büssten die Anlagen im unteren Quartil Produktivität ein. Bezüglich der Biogasproduktion aus der organischen Trockensubstanz lag der Durchschnitt der Anlagen bei rund 559 Nm³, im oberen Quartil bei 720 Nm³ und im unteren Quartil bei 442 Nm³. Im Durchschnitt aller Anlagen ist die Biogasproduktivität aus der Trockensubstanz gegenüber der Pilotphase III deutlich gestiegen. Bezieht man die Biogasproduktivität auf das Volumen des Fermenters wurden durchschnittlich 2.6 Nm³ je m³ Fermenter erreicht. Tabelle 11: Biogasproduktion aus den Substraten Benchmarking biologische Kennzahlen: Biogasanlagen +25% Ø -25% Einfacher Kennzahlenvergleich Biogasproduktion je t Frischsubstanz (Nm³) Biogasproduktion je t org. Trockensubstanz (Nm³) Biogasproduktion pro m³ Fermentervolumen und Tag (Nm³) Veränderung Biogas je t FM 14/15 (%) 16.0% 5.7% -3.2% Veränderung Biogas je t ots 14/15 (%) 13.2% 4.2% -0.3% Veränderung Biogas je m³ Fermenter 14/15 (%) 41.6% 17.8% -12.5% 15

16 3. Zusammenfassung der Resultate Bericht Benchmarking Biogas 2015 In der Betriebsphase I konnte die Anzahl teilnehmender Biogasanalgen am Benchmarking Biogas deutlich gesteigert werden. Rund ein Drittel der landwirtschaftlichen Biogasanlagen, welche Mitglied in der Genossenschaft Ökostrom Schweiz sind, beteiligen sich mittlerweile am Benchmarking Biogas. Hinsichtlich regionaler Verteilung der Anlagen, installierter elektrischer Leistung und dem Einsatz von Substraten kann davon ausgegangen werden, dass die betrachtete Stichprobe bereits eine relativ gute Repräsentativität für die landwirtschaftliche Biogasbranche in der Schweiz insgesamt darstellt. In der Betriebsphase I konnten viele neuere, kleine und mittelgrosse Biogasanlagen sowie Anlagen aus der Romandie für das Benchmarking gewonnen werden. Aufgrund des stetig wachsenden Anlagenpools ist die Vergleichbarkeit der Kennzahlen zwischen den Jahren jedoch etwas eingeschränkt und bei der Interpretation der Entwicklung der Resultate über die Zeit ist entsprechend noch Vorsicht geboten. Die Ergebnisse der Betriebsphase I dokumentieren den aktuellen Stand der landwirtschaftlichen Biogasproduktion und zeigen sowohl positive Entwicklungen innerhalb der Gesamtbranche auf, als auch Entwicklungspotentiale der teilnehmenden Einzelanlagen. Dies zeigt sich in den zum Teil recht grossen Spannweiten zwischen den Biogasanlagen bei einigen Kennzahlen. Die Ergebnisse des Benchmarking zeigen, dass die landwirtschaftlichen Anlagenbetreiber kontinuierlich an einer Steigerung der Produktivität und Effizienz ihrer Biogasanlagen arbeiten. Im Durchschnitt der Biogasanlagen betrug der energetische Jahresnutzungsgrad rund 63 % ohne Berücksichtigung des eigenen Prozesswärmebedarfs. Die Anlagen im oberen Quartil zeigen eindrücklich, dass es mittels einem intelligenten Wärmenutzungskonzept möglich ist, nahezu die gesamte theoretisch verfügbare Energie aus den Substraten in Nutzenergie umzuwandeln und einzusetzen. Bei energetischen Jahresnutzungsgraden von bis zu rund 78 %(ohne Prozesswärme) kann von einer annähernd vollständigen energetischen Ausnutzung der theoretischen Inputenergie gesprochen werden. Bei diesen Anlagen bestehen kaum Potenziale für weitere Steigerungen der Ausnutzungsgrade, ohne einen Ausbau bzw. Erweiterung der Biogasanlage. Es bestehen jedoch bei einigen Biogasanlagen auch noch deutliche Entwicklungspotenziale. Diese Potenziale können sowohl über eine verstärkte Wärmenutzung als auch Stromproduktion gehoben werden. Die Stromproduktion der Biogasanlagen steigt kontinuierlich, sowohl hinsichtlich der installierten als auch der äquivalenten Leistung. In den vergangenen Jahren erfolgten bei zahlreichen Biogasanlagen deutliche Ausbauschritte, welche zu einer Steigerung der Stromerzeugung beitrugen. Daneben entwickelte sich aber auch die Wärmenutzung in den zurückliegenden Jahren stark. Vor allem vor dem Hintergrund, dass auf Landwirtschaftsbetrieben an dezentralen Standorten oftmals nur erschwert ausgeklügelte Wärmenutzungspfade entwickelt werden können, die zum einen relativ konstant hohe Wärmemengen benötigen und zum anderen möglichst auch im Sommerhalbjahr Wärme abnehmen, ist diese Entwicklung sehr positiv zu beurteilen. Bereits während der Pilotphasen wurde die Wärmenutzung sehr deutlich entwickelt, dieser Trend setzte sich in Betriebsphase 1 fort. Dabei wurde sowohl die Wärmenutzung auf den Landwirtschaftsbetrieben ausgebaut, also die innerbetriebliche Wärmenutzung, vor allem aber die externe Wärmenutzung an be- 16

17 triebsfremde Abnehmer. Es erfolgten massive Investitionen in die Wärmenutzung, vor allem in den Ausbau lokaler Nahwärmenetze. Rund zwei Drittel der genutzten Wärme wurden bereits extern verkauft. Insgesamt werden über 50 %, der über den Prozesswärmebedarf hinaus zur Verfügung stehenden Wärme, genutzt. Die Substratbasis der Biogasanlagen besteht zu über 80 % aus Hofdünger. Der Hofdüngereinsatz hat sich gegenüber den Vorjahren sowohl absolut als auch relativ stetig erhöht. Der zunehmende Einsatz von Hofdünger ist aus umwelt- und klimapolitischen Gründen sehr zu begrüssen, Hofdünger sind aber im Vergleich zu organischen Abfallstoffen oder Zwischenfrüchten wenig energiereich. Dies muss über den Einsatz energiereicher organischer Abfallstoffe, sogenannter Co-Substrate, kompensiert werden. Die Stromausbeute aus den Substraten entwickelte sich aufgrund des steigenden Hofdüngereinsatzes insgesamt leicht rückläufig und lag bei rund 149 kwh je Tonne Frischmasse Inputsubstrat. Dass bei vielen Biogasanlagen noch weitere Optimierungsmöglichkeiten bestehen, zeigen exemplarisch die Kennzahlen zum Eigenstromverbrauch und dem BHKW Ausnutzungsgrad bzw. der Volllaststunden. Der Eigenstromverbrauch von durchschnittlich 10.6 % ist akzeptabel, im europäischen Vergleich erfahrungsgemäss jedoch eher als hoch einzuschätzen, was unter anderem auf die sich unterscheidende Zusammensetzungen des Substratmix und des damit einhergehenden Substrathandlings (Rühren, Pumpen, etc.) zurückzuführen ist. Während der Eigenstrombedarf in der Pilotphase bei der Betrachtung identischer Anlagen kontinuierlich sank, stieg er in der Betriebsphase I wieder leicht an. Dieser Anstieg kann auf die Aufnahme neuer Biogasanlagen zurückgeführt werden. Insgesamt ist die Spannweite im Eigenstromverbrauch zwischen den Anlagen besonders hoch und stellt damit eine wichtige Stellschraube bei betriebsspezifischen Optimierungsansätzen dar. Je höher der Ausnutzungsgrad, desto mehr Volllaststunden stehen der Produktion grundsätzlich zur Verfügung. Wie die Auswertungen zeigen, ist die Arbeitsauslastung bei den Biogasanlagen äusserst heterogen. Der Ausnutzungsgrad lag für die kleineren Biogasanlagen bei durchschnittlich rund 80 %. Die grösseren Anlagen zeigten dagegen einen Ausnutzungsgrad von rund 63 %. Gegenüber dem Vorjahr sanken sowohl die Ausnutzungsgrade als auch die Volllaststunden der BHKW. Der geringe Auslastungsgrad der grösseren Biogasanlagen steht im Zusammenhang mit einigen BHKW Erweiterungen (Ersatz-BHKW, Revision alter BHKW mit Leistungserhöhung, Installation Zweit-BHKW). Investitionen in zusätzliche BHKW-Leistungen beeinflussen die Kennzahlen zur Auslastung (Vollaststunden- Arbeitsauslastung) erheblich, da dadurch Leistungssteigerungen einhergehen und sich die Steigerung der Biogasproduktion in der Praxis in den meisten Fällen nur schrittweise erhöhen lässt. Den BHKW Erweiterungen müssen in den folgenden Jahren nach und nach weitere betriebliche und organisatorische Optimierungen folgen, um die äquivalente Leistung allmählich zu steigern. 17