Effizienzsteigerung und Flexibilisierung von Bestandsanlagen Eine Antwort auf das EEG 2014

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1 Effizienzsteigerung und Flexibilisierung von Bestandsanlagen Eine Antwort auf das EEG 2014 Veranstaltung der Biogasanlagenbetreiber Bioenergieregion Weserbergland plus 19. Juni 2014, Stadtoldendorf G. Reinhold, Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Naumburger Str. 98, Jena

2 Agenda Entwicklung und Stand von Biogas in TH EEG 2014 und dessen Konsequenzen Gärrestlager Funktion, Bedarf, Potential Ökonomische Perspektiven für Neubau von BGA Neue GRL für den Bestand landwirtschaftlicher BGA Flexibilisierung als Perspektive?

3 BGA in Thüringen - Übersicht - > 90 % der BGA in den Landwirtschaftsbetrieben kaum Substrathandel u. keine Wirkung auf Pacht - kaum NAWARO/Trockenvergärungsanlagen > 75,6 % Wirtschaftsdünger am Substratmix - Nutzung von: 77 % der Rindergülle, 45 % der Schweinegülle 32 % des Stallmistes, 112 % des HTK (Importe) -Flächenverbrauch Summe: 52 Tha (ca. 6,5 % der LF) 105. Biogasanlage Großrudestedt Betreiber: AgroPower GmbH Co. KG Mais 27,7 Tha, AWS 7,2 Tha, Getreide 11,7 Tha GPS 4,8 Tha, ZR, K, 0,5 Tha - Versorgung von ca Haushalten mit Strom bei zunehmender Wärmenutzung Substrat: Rindergülle, Stallmist Sonstiges: Reine Wirtschaftsdüngervergärung Planer/Errichter: AgroPower GmbH Co. KG Inbetriebnahme: 2008 Größe: 1200 m³ Rührkessel 1200 m³ Nachgärer BHKW: 100 kw MAN BHKW (Gas-Otto- Motor) 241 BGA nach EEG( ), (436 kw/ landw. BGA) dar. 30 Satelliten BHKW plus 8 Abfall-BGA und 6 Methaneinspeiseanlagen 121 MW inst. = 0,15 kw/half

4 Kein Anlagenzubau Jährlicher Zubau BGA in TH 75 kw Gülle? Gülle NAWARO 500 kw 150kW BGA Einspeisung? + Bioabfall Trockenvergärung + 30 % Gülle Markt EEG 2000 EEG 2004 EEG 2009 EEG 2012 EEG 2014 Geltungsdauer: 4 Jahre 5 Jahre 3 Jahre 2,5 Jahre EEG-Novellen unstetiger Anlagenbau

5 Vom Eckpunktepapier Gabriel über den Referentenentwurf bis zum Gesetzentwurf BGA Ausbau max. 100 MW/a Brutto Einsatzstoffbonus I und II gestrichen - gestrichen Gasaufbereitungs-, u. Managementprämie sowie Grünstromprivileg gestrichen Formaldehydbonus bleibt für Bestand (Statt nur 5 a) Biomasse-Vergütung - 15 ct/kwh Wind 19/8 ct/kwh, Photo 10 ct/kwh - Biogas: 13,66 ct./kwh bis 150 kw 11,78 ct/kwh bis 500 kw, Direktvermarktung > 500 kw; > 250 kw, > 100 kw Pflicht (Neubau) Flexprämie Bestand nach EEG 2014 nach EEG 2012, aber Bestand max MW Zusatzleistung, Neubau 40 /kw = 0,9 ct/kwh = 68 % EEG 2012 Managementprämie 0,2 ct ((fest ohne Degression, schon eingepreist) Eigenstrom - EEG Umlage ist zu zahlen Industrieteilbefreiung 85 % = 1 ct + EEG Eigenstrom 60 % = 2,5 ct 26./27.6. Bundestag, Bundesrat In Kraft

6 Vergütung in BGA ohne kleine Gülleanlage, ohne Technologie- u. Formaldehyd Bonus; 35 % KWK; 25 % Prozesswärme; Fütterung: 50 % Mais, 30 % Rindergülle, 20 % GPS EEG 2009 Vergütung in ct/kwh kein BGA- Neubau ab EEG 2012 EEG Bemessungsleistung in kw TLL Jena 2012, Reinhold

7 Ökonomische Wirkung der EEG Stufen (60 % Mais, 40 % RG; 2,5 kg/m³d)

8 Wirtschaftlichkeit: Neubau 2014 kostenarme Reststoffe z.b. Gülle Kosten / Vergütung ct/kwh 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 kleine Gülleanlage (7 T /kw) BGA > 75 kw Gülle +20 % NAWARO Gülle 5000 m³ und Stallmist (1 /t) 67 kw 67 kw 150 kw 300 kw Güllemenge: 12200m³ 4000 m³ 5000 m³ 5000 m³ Bemessungsleistung Hauptursache für den Kostenanstieg bei 20 % NAWARO sind: - NAWARO-Kosten - Nicht-Befreiung von 150 d Verweilzeit Verwaltung/ sonstiges Hilfsstoffe, - leistungen Wartung Personal Biomasse Versicherung Kapitalbedingte Kosten Stromerlös Gesamterlöse ct/kwh

9 Weitere geplante Regelungen EEG 2014 Neuanlagen 100 % BHKW-Überbauung Vergütung von 50 % der installierten Leistung, 500 bis 1000 /kw investive Mehrkosten Altanlagen Höchstbemessungsleistung 2013 BGA = 90 (95?)% der installierten Leistung Problem für alle 2011 und 2012 Anlagen und für Erweiterung in 2012/2013 Bestandsschutz??? Klagewelle? Austausch des BHKW Bis zu welcher Größe? - Welches EEG gilt? - Wie wird die Vergütung ermittelt?

10 BGH-Urteil weiter Anlagenbegriff Vergütungsermittlung Zubau eines BHKW zur Flexibilisierung Inbetriebnahmejahr der Anlage EEG Novelle Zubaujahr des neuen BHWK Anzahl Degressionsstufen, neues BHKW ,09 ct/kwh 2 1 Degressionsstufen Bestandsanlage ,24 ct/kwh Gesamtvergütung 18,19 ct/kwh kw Bemessungsleistung Vergütung: übereinander gestapelt Strommenge des alten BHKW den ersten Vergütungsstufen zuordnen Strommenge des neuen BHKW in die höheren Stufen mit Degression Nach EEG 2014 endet Vergütung mit Ende Bestandsanlage

11 Wirtschaftliche Herausforderungen für Bestandsanlagen Vergütung ist fest ohne Inflationsausgleich Kosten senken Einnahmen erhöhen Wärmeverkauf steigern Anlage erweitern (neues Zusatz BHKW) Strompreis sinkt, Substratausnutzung sinkt Anlage flexibilisieren Bemessungsleistung bleibt Gärrestlager = Zusatzgasspeicher TLL Jena 2014, Reinhold

12 Kostengliederung BGA Afa, Zinsen Versicherung ct/kwh 5 8 (0,8 % v. Invest) Bemerkungen Größen- u. EEG-Abhängig (nicht mehr beeinflussbar) Personalkosten 1,5 Leichte Steigerung (Tariflohn) Wartung BHKW BGA 1,3 (0,5 2) 1,5 (0,8 2,3) größenabhängig, deutliche Steigerung, (da die 2. Lebenshälfte der BGA beginnt) Prozessstrom 0,9 1,1 steigende Strompreise, EEG Umlage Substratkosten 0 10 (14) gestiegene Agrarpreise, Maisknappheit (2013) Summe Kaum Kostensenkungspotential zu erkennen TLL Jena 2012, Reinhold

13 Faktor - Wärme Wärmenutzung 2011 (Vergütung 21,6 ct/kwh) 100% Wärmeverwertung in Thüringer BGA 2012 (57 von 226 BGA erfasst; ohne Prozesswärme; Mittel 44,2 %) 80% 60% 40% Mittelwert 2844,2 % % 20% 0% Aber: geringe Anreize zur Wärmenutzung im EEG 2012 und keine Anreize im EEG TLL Jena 2012, Reinhold

14 Ökonomische Wirkung Wärmeverkauf

15 Faktor - Nährstoffkreislauf 100 kg N/ha Zukauf gespart geschlossener P-Kreislauf

16 Gemeinsamkeiten zwischen Kuh und Betonkuh Vergleichbare Ansprüche Gleichbehandlung Heizung C Milchkuh (1 GV) Parameter BGA-Mais (1 kw) 0,5 ha/gv Grundfutter Flächenbedarf 0,5 0,55 ha/kw inst kg/gv 1) (120 kg/gv brutto) N-Anfall kg/kw kg/gv P-Ausscheidung kg/kw kg/gv K-Ausscheidung kg/kw 1) Stall- und Lagerverlust berücksichtigt

17 Veredlungsbesatz in den Landkreisen Niedersachsens 3,5 3,0 (GV + kw ) /ha LF 2,5 2,0 1,5 1,0 kwel./ha LF (NMELVL 2011) GV/ha LF (Landwirtschaftszählung 2010) 0,5 0,0 Wolfenbüttel Helmstedt Hildesheim Goslar Osterode Peine Uelzen Wolfsburg, Stadt Hannover Region Göttingen Gifhorn Holzminden Northeim Schaumburg Lüchow-Dannenberg Hameln-Pyrmont Harburg Celle Heidekreis Nienburg (Weser) Osnabrück Stadt Lüneburg Verden Wilhelmshaven Stadt Stade Aurich Diepholz Osterholz Wittmund Oldenburg (Oldb) Stadt Leer Friesland Wesermarsch Cuxhaven Ammerland Rotenburg (Wümme) Osnabrück Delmenhorst, Stadtr Oldenburg Emsland Grafschaft Bentheim Cloppenburg Vechta BGA erhöhen den GV+kW-Besatz um %

18 Ursachen für Maisanbau in Niedersachsen Tolerable Grenze ist überschritten Schweine und Puten Maisanbau wird bis auf Schweine- und Puten-Regionen durch GV- Besatz (bis 3 GV/ha) dominiert und weniger durch Biogas Keine direkte Beziehung zwischen BGA-Besatz (0,05 0,5 kw/ha) und Maisanbau

19 Prozessstrom (durch Strompreis moderate Prozessstrombedarf bis deutlich Steigerung) W/m³ Faulraum bzw. % der Erzeugung 20,00 15,00 10,00 5,00 Angstrührer Prozessstrombedarf W/m³ Faulraum Prozessstrombedarf % der Erzeugung 0,00 Mittelwerte: 8,6 W/m³ Faulraum bzw. 8,4 % der Erzeugung ,9 ct/kwh = 5 % der Vergütung, aber steigende Preise!!! neues GRL muss gerührt werden!! EEG -Umlage Netzparallelbetrieb (Überschusseinspeisung) überdenken TLL Jena 2012, Reinhold BGA

20 Aus der Geschichte: Dezember 2003 Vorbereitung des EEG 2004 EEG Umlage: -Prognose 2014 = 0,2 ct/kwh -IST 2014 = 6,24 ct/kwh Um Faktor 30 verschätzt

21 Altmeiers Strompreisbremse Gabriels EEG 2014 (Quelle: BEE Hintergrundpapier EEG Umlage, 2013) 20 % der Umlage Industriebefreiung 24 % der Umlage Merit-Order-Effekt (Börsenpreis)

22 Wartungskosten ( starke Steigerung) Wartungskosten (durch Altersstruktur der BGA, % Vergütung) 9,00 8,00 Kosten ct/kwh 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 Rührwerkshavarie Wartungskosten BGA Wartungskosten BHKW 1,00 0, Mittelwert: BHKW 1,3 ct/kwh Stromverkauf BGA 1,48 ct/kwh Stromverkauf = 3,86 % v. Invest (o. BHKW) BGA Mittel = 2,8 ct/kwh Achtung: starke Steigerung aufgrund des Alters der BGA TLL Jena 2012, Reinhold

23 Geplante biogasrelevante Änderungen in der Düngeverordnung Keine pauschale N-Obergrenze Schlagdokumentation mit einheitlichen Bedarfswerten 170 kg N-Grenze auch für Gärrest und Kompost mit jährlichen Ausnahmen bis 250 kg N, bei detailliertem Düngungsplan und max. 60 kg Saldo Verlängerung Sperrzeit: AL GL Herbstbegüllung (Grenze 80 kg N/ 40 kg NH4-N) nur zu: Raps, Zwischenfrucht, etabliertes Feldgras, W-Getreide nach Getreidevorfrucht, keine Gülle zur Strohrotte Lagerkapazität 180 d ab 3 GV/ha bzw. industrielle BGA 270 d Kreislaufwirtschaftsgesetz - Gülle kann zu Bioabfall im Vergärungsprozess werden

24 Konsequenzen und Chancen aus der Düngeverordnung kleinere Gaben (40 kg NH4-N im Herbst) und weniger Fläche mehr Frühjahrsbegüllung (weniger Feldarbeitstage) deutlich verkürzter Applikationszeitraum Größere Schlagkraft bei der Applikation nötig höhere Technikleistung erforderlich Höhere Kosten da geringere Technikauslastung, Lagerraumbedarf steigt, da weniger Herbstbegüllung Neubau von Gärrestlagern erforderlich Im Außenbereich (Entzerrung Arbeitsspitze) Gasdichtes GRL an der BGA Gasspeicherkapazität für Flexibilität

25 Gärrestanfallsermittlung über Massebilanz einer BGA Biogas 53 % CH4 1,30 kg/m³ * 1800 m³/d = 2,34 t/d Substrateinsatz 20 t Rindergülle 8 % TS 5 t Silomais 23% TS 2 t Trockenkot 45 % TS = 27 t/d (15 % TS, 82 % ots) BGA Gärrestanfall 27 t/d - 2,34 t/d = 24,7 t/d (0,15*27)-2,34 = 7 % TS 24,7 Masseabbau auf 91 %, aber Lagerbedarf steigt auf 123 % (durch Maissilage und Trockenkot) TLL Jena 2014, Reinhold

26 Ermittlung des Gärrestanfalls Fugatfaktoren (Konvertierung von Biomasse zu Biogas): Gülle 98 % Silage 75 % Stallmist 90 % GPS 70 % HTK 80 % Getreide 20 % Substrat Anfall, Inhaltsstoffe, Kosten und Wert der Biogasgülle Kalkulationstabellen "Substrat" und "Kalkulation" ermöglichen eine Ermittlung des Anfalls und der Inhaltsstoffe der in landwirtschaftlichen Biogasanlagen anfallenden Biogasgülle auf Basis der TLL- Richtwerten bei freier Auswahl der Inhaltsstoffe der Substrate und den KTBL Gaserträgen Hinweise zur Kalkulation Rechner Biogasgülle M E N U Kalkulation Bearbeiter: Dr. G. Reinhold g.reinhold@jena.tll.de Tel: ( ) Variante: BGA Musterdorf Versionsdatum (selbst gewählter Begriff zur Unterscheidung der Varianten) Quelle:

27 Doppelfunktion des GÄRRESTLAGERS Vorgrube Fermenter Nachgärer gasdichtes GRL offenes GRL NAWARO EEG d Hydraulische Verweilzeit Ziel: Vermeidung Methanemission 180 d nach Nitrat-RL Güllelagerkapazität Ziel: Vermeidung Nitrateinträge

28 Fermenter Nachgärer Gasdichtes GRL an der BGA oder als offenes Fledrandlager Anrechung für Störfallverordnung offenes Fledrandlager? gasdichtes GRL offenes GRL am Feldrand 150 d nach EEG 2012 Störfallverordnung gilt ab 10 t Gaslagerung Kurze Wege in der Applikationszeit Kosten, Gaslagerkapazität = Kuppel Fermenter / Nachgärer + Freibord + Kuppel GRL + Volumen GRL (da dieses mindestens an einem Tag im Jahr leer ist) Ab m³ Gaslagerkapazität Genehmigung nach Störfallverordnung nötig, da: 1 m³ Biogas = ca. 1,3 kg (50 % CH4 = 1,34 kg/m³; 55% CH4 = 1,28 kg/m³, 60 % = 1,21 kg/m³)

29 geschlossenes GRL Nutzung des Restgaspotentials übliche Verweilzeit von Gülleanlagen TLL, Reinhold 2013

30 Kosten GRL Abdeckung Bei Sanierung: - Reinigung - Fundament für Mittelstütze - Passiver Korrossionsschutz (bis zum Boden) - Rühreinrichtung - Anschluss an das Gassystem - Statik (?) /m³ Betriebskosten beachten!! - Homogenisieren TLL, Reinhold 2013

31 Bedarfsgerechte Stromproduktion techn. Voraussetzungen (EEG 2012) Biogasspeicher 30 /m³ G Vorgrube C Gärrest G 2. BHKW-Anlage 750 /kw Substrate: NAWARO + WD gut speicherbar Steuerung der Gaserzeugung Schlechte Auslastung Fermenter Zusatz BHKW-Kapazität Gasspeicherung Zusatz Speicher u. BHKW-Kapazität Wärmeverpflichtung beachten

32 Weg vom EEG zur Flexibilisierung 1. Direktvermarktung zum lernen Managementprämie Anteil Vermarkter Kosten (Vertragsprüfung, Box, ) + Mehrerlös am Markt 2. negativer Reserve-Leistung zum üben 2.1 MRL (Minuten-Reserve-Leistung) Anrufhäufigkeit je nach Konzept des Vermarkters x/a für min, Anmeldung in 4 h Scheiben, Reaktionszeit 15 min 2.2 SRL (Sekundär-Reserve-Leistung) Anrufhäufigkeit je nach Konzept des Vermarkters 2 5 x/d für 5 15 min, Anmeldung in HAT/NT-Zeiten, Reaktionszeit 5 min, (Rampe beachten 1 kw/min) 3. Flexibler Intervallbetrieb für Profis 3.1 Teillast oder Ein-Aus-Betrieb 3.2 Leistung reduzieren oder Bemessungsleistung steigern

33 Bedarfsgerechte Stromproduktion Umsetzungsfragen Rahmenbedingungen (EEG 2012) - Mind. 20 % aber Ziel > 50% - Je kleiner die BGA je höher der Technologieeffekt (Wirkungsgrad) - Ökonomie - Hohe Flexibilität anstreben - Technologieeffekt beachten - Genehmigungsgrenzen beachten - Systemdienstleistung anbieten - Teillastbetrieb: - Wirkungsgradverlust, nur % Flexibilität möglich - Ein/Aus-Betrieb: - Schaltgeschwindigkeit und häufigkeit beachten, - BHKW warm halten, Wärmeverpflichtung beachten - Wartungskosten

34 Flexibilisierungsvoraussetzungen Fernsteuerbarkeit Trafogröße, Einspeisepunkt Entschweflungskapazität Durchlass Gasleitungen, Gaskühlerleistung Ggf. Gasspeicher für gereinigtes Biogas Wärmespeicher/Wärmekonzept Sicherheitstechnik Genehmigungen Gasspeicherkapazität TLL, Reinhold 2014

35 Flexibilisierungsvoraussetzungen Nutzung der Gasspeicherkapazität von GRL für Flexibilisierung Verfügbare Speichergröße technologische Reserve (3 6 h) = Speicher für Flexibilisierung? 0 Rechner Flexprämie EEG i Flexibilitätsprämie Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz EEG) Konsolidierte (unverbindliche) Fassung des Gesetzestextes in der ab geltenden Fassung (Grundlage: Entwurf der Bundesregierung vom 6. Juni 2011 BT-Drucks. 17/6071 und Beschluss des Deutschen Bundestages vom 30. Juni 2011 BT-Drucks. 17/6363) Quelle: Autor: Dotzauer Schlagworte: Biogas, EEG Hinweise zum Rechner M E N U Auslegung Kalkulation Version Bearbeiter: M.Dotzauer martin.dotzauer@tll.thueringen.de Tel: ( ) Variante: Mustermann / Stand: (selbst gew ählter Begriff zur Unterscheidung der Varianten)

36 Flex-Prämie einer 300 kw -Anlage 1. Flexibilisierung in EEG 2014 (Installierte Leistung 300 kw; 2365 MWh/a) 1.1.Bestandsanlagen (wie 2012) maximal 10 Jahre, 270 kw HöBL Installierte Leistung: 600 kw 900 kw Großanlagen Prämie 130 /kw * 1,66 2,50 ct/kwh Leistung zurückfahren * auf die Zusatzleistung für Anlagen < 500 kw für Anlagen > 500 kw + Technologiegewinn: geringere spez. Investkosten, Substratkosten (bei einem größeren BHKW) Senkung Wartungskosten sparen Wirkungsgradgewinn - Mehrkosten Vertragsprüfung, Technik, Wartung?, Warmhaltung + Markterlös Börseneffekt??? 1.2 Neuanlagen (die aber nicht gebaut werden bis 20 Jahre), installierte Leistung 300 kw 600 kw Höchstbemessungsleistung 150 kw 150 kw Stromerzeugung 1314 MWh/a Prämie 40 /kw 0,913 ct/kwh 1,83 ct/kwh * auf installierte Leistung zu EEG 2012 = 55% =73 % gesetzliche Pflicht, kein Technologiegewinn, Mehrinvestition /kw

37 EEG-Einspeisung (Wind, Photo und Biomasse) Quelle: kaum Wind, aber Sonne 500 MW Biomasse kontinuierlich und Leistungsspitzen 0 4 GW Photo 0-2 GW Wind

38 EEG-Einspeisung (Wind, Photo und Biomasse) Quelle: Tage kaum Wind 500 MW Biomasse Kontinuierlich u. Leistungsspitzen 0 1,0 GW Photo 0 3,0 GW Wind

39 Schlussfolgerungen Eingriffe in den Bestandsschutz verhindern HöBL, Anlagenerweiterung, Neubau ist im EEG 2014 sehr schwierig Ausnahme ggf. BioAbf 43 und kleine Gülle 44 Bestand Erschließung der Effizienzreserven Wirkungsgrad, Prozessstrom, Wärmeverkauf, Substratkosten/Entsorgungserlöse Exakte Kostenkontrolle Flexibilisierung Direktvermarktung als Lernphase Anbieten von negative SLR und MLR leicht möglich Flexibler Betrieb für Profis (Wärme, Entschweflung, Leitungsquerschnitt, )