Biogasanlagen in Baden-Württemberg

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1 Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Biogasanlagen in Baden-Württemberg Stand der Technik, wirtschaftliche Aspekte, Klimarelevanz und Optimierungspotenziale - Ergebnisse aus einer Umfrage für das Betriebsjahr Universität Stuttgart

2 Das Projekt wurde durch das Land Baden-Württemberg und das Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz mit Mitteln der Baden-Württemberg Stiftung gefördert. Herausgeber Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER), Marlies Härdtlein, Maria Stenull, Ludger Eltrop Heßbrühlstraße 49a Stuttgart Kooperationspartner Staatliche Biogasberatung Baden-Württemberg Manfred Dederer, Jörg Messner Bilder Deckblatt Ludger Eltrop (Versuchsstation für Tierhaltung, Tierzüchtung und Kleintierzucht, Unterer Lindenhof; Biogasanlage Schwäbisch-Hall), Manfred Dederer (Biogasanlagen in Schlierbach und Hesselbronn) Layout Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) Oktober 2013

3 Inhalt I Zusammenfassung der Umfrageergebnisse 4 II Ergebnisse im Detail 7 1 Eingesetzte Substrate 8 2 Verweilzeiten 9 3 Abdeckung Gärbehälter und Gärrestlager 10 4 Biogasausbeuten 11 5 Ausfälle an Anlagenkomponenten 12 6 Auslastung der BHKW 13 7 Wärmenutzung 14 8 Investitionskosten 15 9 Nachrüstungsmaßnahmen Substratkosten 17 III Empfehlungen und Fazit 18 3

4 I Zusammenfassung der Umfrageergebnisse Der Bestand an Biogasanlagen in Baden Württemberg (BW) belief sich Ende des Jahres 2012 auf 824 Biogasanlagen mit einer installierten Gesamtleistung von 274,5 MW el /Staatl. Biogasberatung 2013/. Viele Biogasanlagen sind bereits über mehrere Jahre in Betrieb und die Anlagenbetreiber haben im Laufe der Jahre vielfältige Erfahrungen gesammelt, wie zum Beispiel in Bezug auf eingesetzte Substrate oder die Steigerung der Effi zienz der Biogasanlagen. Weiterhin wurden Nachrüstungen an Anlagenkomponenten vorgenommen oder die Anlagen im Laufe der Jahre erweitert. Darüber hinaus wurden seit dem Jahr 2004 mit jeder Überarbeitung des EEG jeweils spezifi sche Anforderungen an den Betrieb der Biogasanlagen formuliert. Beispielsweise werden im Rahmen des EEG 2012 die Biogasanlagenbetreiber, die ab 2012 ans Netz gehen verpfl ichtet, mindestens 60% der erzeugten Wärme zu nutzen oder durchschnittlich mindestens 60% Gülle (Masseprozent) einzusetzen. Darüber hinaus werden im EEG 2012 Rahmenbedingungen zur Direktvermarktung von Strom aus erneuerbaren Energien gesetzt und Fördermaßnahmen für Biogasanlagen angeboten. Um vor diesem Hintergrund den aktuellen Stand der Biogasanlagen in BW zu erheben und Optimierungs- und Entwicklungspotenziale aufzuzeigen, wurde für das Betriebsjahr 2012 eine Umfrage unter Biogasanlagenbetreibern durchgeführt. An dieser Umfrage haben sich 146 Biogasanlagenbetreiber beteiligt. Dies entspricht einem Anteil von knapp 18% des Biogasanlagenbestandes in BW (Stand Dezember 2012). Die vorliegende Broschüre beinhaltet wesentliche Ergebnisse dieser Umfrage. Weiterhin zeigt sie Entwicklungstendenzen auf, die sich aus dem Vergleich mit früheren Umfragen unter Biogasanlagenbetreibern in BW für die Betriebsjahre 2008 und 2009 /Stenull et al. 2011/ ableiten lassen. In Bezug auf die eingesetzten Substrate zeigt die Umfrage 2012 das gleiche Bild wie 2008/2009. Zu den am häufi gsten eingesetzten Substraten gehören nach wie vor Silomais, Grassilage, Gülle und Festmist. Im Schnitt aller ausgewerteten Biogasanlagen wurden auf die Frischmasse bezogen 31% Gülle, 6% Festmist, 41% Silomais, 10% Grassilage und 5% Ganzpfl anzensilage (GPS) eingebracht. Den Rest der eingebrachten Substrate machen unter anderem Getreidekörner, Ackerfutter, Grünroggen und Pferdemist aus. Mit steigender Anlagengröße sinken die Anteile an Gülle und Festmist, entsprechend nimmt dafür der Anteil an Silomais zu. Der Anteil an Grassilage beträgt unabhängig von der Größenklasse rund 10% an der Substratzusammensetzung. 4 Die Verweilzeiten im gasdichten System liegen bei rund 50% der hierfür ausgewerteten 140 Betriebe über 150 Tage, ebenfalls rund 50% der Betriebe weisen Verweilzeiten von unter 150 Tagen auf. Von letzteren haben 44 Betriebe eine Verweilzeit von unter 120 Tagen. Die Verweilzeiten der einzelnen Betriebe zeigen in Abhängigkeit der Anlagenkonfi guration deutliche Abweichungen von den Durchschnittswerten. Der Anteil der gasdicht abgedeckten Gärrestlager am gesamten Gärrestlagerbestand ist mit 35% noch vergleichsweise gering, obwohl im Vergleich zu 2008/2009 ein höherer Anteil an gasdicht abgedeckten Gärrestlagern zu verzeichnen ist.

5 Die vorherrschende Abdeckung der Fermenter stellt nach wie vor die Betondecke dar (rund 65% der Fermenter haben eine Betondecke; für knapp die Hälfte dieser Fälle wurde von den Anlagenbetreibern aber das Vorhandensein eines externen Speichers angegeben). Rund 35% der Fermenter weisen einen Gasspeicher auf. In diesen Fällen werden Biolene und Tragluftdach zu fast gleichen Anteilen von den Anlagenbetreibern eingesetzt. Dies trifft auch für die Gasspeicherung über dem Nachgärer zu. Zur Gasspeicherung über dem Gärrestlager wird das Tragluftdach bevorzugt. Die durchschnittliche gemessene Biogasausbeute, die von den Anlagenbetreibern angegeben wurde, lag im Bereich von 530 bis 612 Nm³/t ots bei den Größenklassen 150 und kw el und stieg auf 655 bis 683 Nm³/t ots bei Anlagen der Größenklassen und 501 kw el an (Stichprobenzahl 64). Die aus der Substratzusammensetzung errechnete Biogasausbeute lag zwischen 585 und 628 Nm³/t ots (Stichprobenzahl 137), wobei sich nennenswerte Abweichungen vom gemessenen Wert insbesondere in den Größenklassen 150 kw el und kw el ergaben. Der Energiegehalt stieg ebenfalls mit der Anlagengröße von 1,23 auf 1,48 kwh el /kg otm an. Es wird das Ergebnis der Umfrage 2009 bestätigt, dass in Hinblick auf die Stromeffi zienz die größeren Anlagen besser zu bewerten sind, da sie spezifi sch weniger organische Trockensubstanz benötigen, um 1 kwh Strom zu erzeugen. Dies ist unter anderem mit der unterschiedlichen Substratzusammensetzung der kleinen und großen Anlagen (unterschiedliche Energiegehalte des Substratmixes: bei kleinen Anlagen mehr Gülle) zu erklären. Ein weiterer Grund sind die höheren Wirkungsgrade der großen im Vergleich zu den kleinen Anlagen. Bei den großen Anlagen beträgt der BHKW-Wirkungsgrad im Durchschnitt knapp 41%, bei den kleinen Anlagen im Schnitt 34%. Anlagen mit einem installierten BHKW weisen eine hohe Auslastung auf. Gut 75% dieser Anlagen haben eine Auslastung von über 90%, was sowohl in Hinblick auf die Effi zienz als auch die Wirtschaftlichkeit als positiv einzustufen ist. Die Auslastung in Betrieben mit zwei oder drei installierten BHKW ist im Vergleich hierzu geringer. Nur knapp 50% der Betriebe weisen eine Auslastung von über 90% auf. Gut 50% der Betriebe sind durch eine z.t. deutlich geringere Auslastung gekennzeichnet. Hier sind auch die Sonderfälle mit eingerechnet, in denen Biogasanlagenbetreiber ihr zweites oder drittes installiertes BHKW als back-up BHKW nutzen, d.h. nur mit geringer Betriebsstundenzahl einsetzen. Ungenutzte BHKW-Kapazitäten können von den Anlagenbetreibern z.b. für eine fl exible Strombereitstellung herangezogen werden. Im Vergleich mit der früheren Umfrage für das Betriebsjahr 2009 /Stenull et al. 2011/ zeigt sich für 2012 eine deutliche Zunahme der internen und externen Wärmenutzung. Im Durchschnitt aller an der Umfrage 2012 beteiligten Betriebe (d.h. auch derjenigen, die keine Angaben zur Wärmenutzung gemacht haben bzw. keine Wärmenutzung vorliegen haben) wurden 9% der anfallenden Wärme intern (ohne Fermenterwärmebedarf) und 34% der anfallenden Wärme extern genutzt. Rechnet man pauschal einen Fermenterwärmebedarf von 20% hinzu, so wird im Durchschnitt ein Anteil von 5

6 gut 60% der anfallenden Wärme genutzt. Insbesondere in den Größenklassen kw el und 501 kw el ist der Anteil der Wärmenutzung sehr hoch. In der Umfrage 2012 wurden Investitionen zum Zeitpunkt der Erstinbetriebnahme der Biogasanlagen und Investitionen für Nachrüstungsmaßnahmen (d.h. Ersatz, Modernisierung, Erweiterung) nachgefragt. Die Summe der spezifi schen Investitionsausgaben für Erstinbetriebnahme und bereits getätigte Nachrüstungen liegt für Biogasbetriebe 150 kw el bei rund pro kw el aktuell installierter Leistung und sinkt auf rund pro kw el in der Größenklasse 501 kw el. Haben die Anlagenbetreiber seit der Inbetriebnahme ihrer Anlage u.a. einen Ersatz oder eine Modernisierung ihres BHKW vorgenommen oder ihre Anlage gezielt erweitert, so fi el der größte Teil der Nachrüstungsinvestitionen auf Ausgaben für BHKWs sowie auf bauliche Maßnahmen wie beispielsweise den Bau von Fermentern oder Fahrsilos. An dritter Stelle folgten Ausgaben für die Wärmenutzung. Hieran schlossen sich in der Reihenfolge die Ausgaben für Feststoffeinbringtechnik und Rührwerke an. Haben Anlagenbetreiber seit Inbetriebnahme der Anlagen weder Investitionen an den BHKW vorgenommen noch die Anlagen erweitert, so sind dennoch häufi g Zusatzinvestitionen wie zum Beispiel der Bau eines Fahrsilos oder der Ausbau der Wärmenutzung angefallen. Zudem waren Nachrüstungen beispielsweise im Bereich der Feststoffeinbringung oder der Rührwerke erforderlich. Die durchschnittlichen Substratkosten für Energiepfl anzen sind innerhalb der letzten Jahre nennenswert gestiegen. Während beispielsweise im Jahr 2009 die Kosten für selbst erzeugten Silomais im Schnitt 28 /Tonne und für zugekauften Silomais im Schnitt 29 /Tonne Frischmasse frei Anlage betrugen, sind die Angaben in der Umfrage 2012 auf knapp 35 /Tonne für selbst erzeugten und knapp 38 /Tonne für zugekauften Silomais angestiegen. Im Vergleich mit der Umfrage 2009 sind die Kosten für Rindergülle weitgehend gleich geblieben und betrugen im Schnitt 2,7 /Tonne FM für eigenes Substrat (Stichprobenzahl 11) und 4,5 /Tonne FM im Falle des Zukaufs (Stichprobenzahl 24). Insgesamt haben die Biogasanlagenbetreiber in den letzten Jahren umfangreiche Maßnahmen durchgeführt zur Steigerung der Effi zienz, zur Erweiterung der Anlagen oder zur Einhaltung neuer Rahmenbedingungen und Anforderungen. Sie haben damit trotz weiterer vorhandener Optimierungspotenziale einen aktiven Beitrag zur Verbesserung des Biogasanlagenbestandes in BW geleistet. 6

7 II Ergebnisse im Detail Nachfolgend werden wesentliche Ergebnisse der Umfrage 2012 detaillierter dargestellt und erläutert. Dies sind: eingesetzte Substrate und ihre Transportwege, Anlagencharakteristik und Betrieb (Verweilzeiten, Abdeckung Gärbehälter und Gärrestlager, Biogasausbeute, Ausfälle an Anlagenkomponenten, Auslastung), die Wärmenutzung, die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen (Investitionskosten, Nachrüstungsmaßnahmen, Substratkosten). Für die Datenauswertung wurde in Anlehnung an die EEG-Förderung folgende Gruppierung der ausgewerteten Biogasanlagen in vier Größenklassen vorgenommen: 150 kw el, kw el, kw el und 501 kw el. In die Größenklasse 150 kw el fi elen 18 Biogasanlagen, in die Größenklasse kw el 57 Anlagen, in die Größenklasse kw el 39 Anlagen und in die Größenklasse 501 kw el 32 Anlagen. 7

8 1 Eingesetzte Substrate Substratzusammensetzung der Biogasanlagen nach verschiedenen Größenklassen. Die durchschnittliche Substratzusammensetzung (in % der Frischmasse) der an der Umfrage beteiligten Anlagen beträgt 37% Gülle und Festmist, 41% Silomais. 10% Grassilage, 5% Ganzpfl anzensilage (GPS) sowie gut 5% Getreidekörner, Ackerfutter und Sonstiges (Stichprobenzahl 140 Betriebe). Stellt man die eingesetzten Substrate in Beziehung zur Anlagengröße, so wird die Aussage der Umfrage 2009 /Stenull et al. 2011/ bestätigt, dass anteilig mit steigender Anlagengröße mehr Silomais eingesetzt wird. Entsprechend nimmt der Anteil an Gülle mit steigender Anlagengröße ab. Während die Anlagen 150 kw el im Durchschnitt gut 50% Gülle einsetzen, liegt dieser Anteil bei Anlagen im Größenbereich von kw el bei 30%. Der Anteil an Silomais steigt entsprechend von gut 15% bei den kleinen auf gut 40 bis 50% bei den größeren Anlagen an. Der Anteil an Grassilage liegt in jeder Größenklasse bei rund 10% und zeigt sich damit unabhängig von der Anlagengröße. Insgesamt wurden 40% der Substrate zugekauft und 60% eigene Substrate genutzt. Die durchschnittlichen Transportwege für zugekaufte Energiepfl anzen liegen bei 5,7 km (GPS) bis 6,8 km (Silomais). Mit zunehmender Anlagengröße erhöht sich in der Tendenz auch die durchschnittliche Transportentfernung, Die Transportentfernung für Silomais stieg von durchschnittlich 6,3 km in der Größenklasse kw el auf rund 10 km in der Größenklasse 501 kw el an (Stichprobenzahl 84 Betriebe). Die Abweichungen von den Durchschnittsangaben können bei einzelnen Betrieben variieren. So gaben einige Betriebe Transportdistanzen von 20 km und mehr für den Silomaistransport an. Die durchschnittlichen Transportentfernungen für Rindergülle lagen im Durchschnitt zwischen 2,8 km und 4 km, als weiteste Transportdistanz wurden 7 km angegeben (33 Betriebe haben Angaben zu Transportentfernungen gemacht). Transportdistanzen bis rund 4 km sind aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten positiv zu bewerten. 8

9 2 Verweilzeiten Gesamt Größenklasse [kw el ] Durchschnittliche Verweilzeit [Tage] gasdichtes System Fermenter + Nachgärer Fermenter Durchschnittliche Verweilzeit (in Tagen) unterschieden nach Fermenter, Fermenter + Nachgärer sowie gasdichtes System. Die Kombination aus Gärbehältern (Fermenter und Nachgärer) und offenen Gärrestlagern stellt die im Moment noch vorherrschende Anlagenkonfi guration bei den Biogasanlagen dar. Bei den Anlagen 150 kw el sind gut 10%, in der Größenklasse kw el knapp 30%, in der Größenklasse kw el gut 50% und in der Größenklasse 501 kw el rd. 45% der Gärrestlager gasdicht abgedeckt. Im Schnitt sind damit gut 35% der Gärrestlager aus der Umfrage gasdicht abgedeckt. In der Umfrage 2008/2009 betrug dieser Anteil nur 25%. Die durchschnittliche Verweilzeit des Substrates im Fermenter liegt für alle Biogasanlagen bei 69 Tagen. Betrachtet man das beheizte System (d.h. Fermenter und Nachgärer), so steigt die durchschnittliche Verweilzeit auf 113 Tage an. Die durchschnittliche Verweilzeit bei zusätzlicher Berücksichtigung der gasdicht abgedeckten Gärrestlager (d.h. gasdichtes System) beträgt 162 Tage. Betrachtet man lediglich den Fermenter bzw. das beheizte System, sinkt die durchschnittliche Verweilzeit mit der Anlagengröße (73 bzw. 118 Tage für kleine Anlagen, 63 bzw. 103 Tage für große Anlagen). Berücksichtigt man zusätzlich die gasdicht abgedeckten Gärrestlager, so sind keine eindeutigen Tendenzen in Abhängigkeit der Größenklasse festzustellen. Die durchschnittlichen Verweilzeiten liegen zwischen 135 und 177 Tagen, wobei hier die mittleren Größenklassen im Durchschnitt die längeren Verweilzeiten aufweisen. Je nach Anlagenkonfi guration weichen die betriebsspezifi schen Werte deutlich von obigen Durchschnittswerten ab. 69 der hierfür ausgewerteten 140 Betriebe (rund 50%) haben Verweilzeiten von über 150 Tagen im gasdichten System, 71 Betriebe (rund 50%) weisen Verweilzeiten unter 150 Tagen auf. Von letzteren haben 44 Betriebe eine Verweilzeit von unter 120 Tagen. Das Vorhandensein von gasdicht abgedeckten Gärrestlagern und deren Volumen hat betriebsspezifi sch einen großen Einfl uss auf das Ergebnis. 9

10 3 Abdeckung Gärbehälter und Gärrestlager Anzahl an Betondecken und Gasspeichern über Fermenter, Nachgärer und Gärrestlager (Mehrfachangaben pro Betrieb, da zum Teil mehrere Fermenter, Nachgärer und Gärrestlager je Betrieb). Die vorherrschende Abdeckung der Fermenter stellt momentan die Betondecke dar (knapp 120 Fermenter, d.h. rund 65% der Fermenter). In knapp der Hälfte dieser Fälle (d.h. bei 57 Fermentern) haben die Anlagenbetreiber aber auch das Vorhandensein eines externen Biogasspeichers angegeben. Zur Gasspeicherung über dem Fermenter werden Biolene (über 34 Fermenter) und Tragluftdach (über 28 Fermenter) eingesetzt. Die Bevorzugung einer der beiden Optionen lässt die Auswertung nicht erkennen. Fast 45% der Nachgärer (d.h. 51 Nachgärer) sind mit einer Betondecke versehen, Biolene und Tragluftdach als Gasspeicher sind mit fast 28% jeweils zu gleichen Anteilen vertreten. Wurden die Gärrestlager mit Gasspeichern versehen, so zeigt sich die Tendenz, dass eher Tragluftdächer als Biolene gewählt wurden. Die anhand der Angaben der Anlagenbetreiber durchgeführten Berechnungen zeigen den Anstieg des durchschnittlichen Gasspeichervolumens mit zunehmender Größenklasse. Während beispielsweise die Gasspeicherkapazität in der Größenklasse kw el im Durchschnitt knapp 800 m³ je Betrieb beträgt, liegt sie in der Größenklasse 501 kw el bei knapp m³. Gründe hierfür sind unter anderem die zunehmende Biogasproduktion und die Vorhaltung entsprechender Speicherkapazitäten mit steigender Leistung. Die Bewertung der Gasspeicherkapazität kann aber nur individuell für jeden Betrieb erfolgen. Berechnungen zeigen, dass es deutliche Unterschiede zwischen den Betrieben gibt. Die errechnete Gasspeicherdauer für die Betriebe reicht von weniger als einer Stunde bis hin zu Speicherkapazitäten von ca. 16 Stunden, die sich bei einigen Betrieben ergeben. 10

11 4 Biogasausbeuten Durchschnittliche gemessene und errechnete Biogasausbeuten in den untersuchten Biogasanlagen. Der durchschnittliche Methangehalt im Biogas liegt nach Angaben der Biogasanlagenbetreiber bei 52% (Stichprobenzahl 122). Die auf den jährlichen Messungen der Biogasmengen beruhende gemessene Biogasausbeute, die von den Anlagenbetreibern angegeben wurde, liegt im Bereich von 530 Nm³/toTS bei kleinen Anlagen (wobei hier nur für fünf Biogasanlagen Daten verfügbar waren) und 655 Nm³/toTS bei großen Anlagen (Angaben von 14 Betrieben). Die aus der Substratzusammensetzung errechnete Biogasausbeute liegt zwischen 585 und 628 Nm³/t ots 1. In beiden Fällen ist mit Ausnahme der Größenklasse 501 kw el ein Anstieg der Biogasausbeute mit zunehmender Anlagengröße zu erkennen. Die tatsächlich gemessene Biogasausbeute liegt insgesamt gesehen relativ nahe an den Werten der berechneten Biogasausbeute, die anhand der Substratzusammensetzung ermittelt wurde. Größere Abweichungen fi nden sich in den Größenklassen 150 kw el und kw el, die auch nur eine geringe Stichprobenzahl bei der gemessenen Biogasausbeute aufweisen. Insgesamt gesehen beträgt die Stichprobenzahl der gemessenen Biogasausbeute nur 64 von 146 Anlagen, die sich an der Umfrage beteiligt haben. Die erzeugte Biogasmenge wurde somit nur in knapp 45% der Anlagen gemessen. Messgeräte zur kontinuierlichen Ermittlung von Menge und Qualität des erzeugten Biogases sind ein wichtiges Instrument unter anderem in Hinblick auf die Kontrolle und Verbesserung der Effi zienz des Produktionsprozesses und des Biogasbetriebes. Jedoch sind verlässliche Messgeräte zu angemessenen Preisen für Biogasanlagenbetreiber momentan (noch) nicht bzw. kaum am Markt verfügbar (vgl. /Biogas Forum 2012/). 1 Für die nach der Substratzusammensetzung berechnete Biogasausbeute wurden gemäß den Erfahrungswerten der Staatlichen Biogasberatung BW 10% höhere Werte gegenüber /KTBL 2007/ gesetzt (vgl. auch /Stenull et al. 2011/). 11

12 5 Ausfälle an Anlagenkomponenten Häufi gkeit der Störungen an den Biogasanlagen durch Ausfälle an Pumpsystem, Prozessbiologie, Rührwerken, BHKW und Feststoffeinbringung. Störungen an den BHKW wurden von den Anlagenbetreibern häufi g genannt. Bei einer Stichprobenzahl von 139 Betrieben haben fast 80% der Biogasanlagenbetreiber angegeben, dass mindestens einmal im Betriebsjahr 2012 Störungen bei ihren BHKW aufgetreten sind. Diese Angaben schließen aber auch sehr kurzzeitige Ausfälle und Störungen ein, die von den Anlagenbetreibern rasch behoben werden konnten. Rund 60% der Biogasanlagenbetreiber haben Störungen an der Feststoffeinbringung angegeben. Rührwerksausfälle und Störungen am Pumpsystem wurden von gut 45% bzw. 40% der Anlagenbetreiber genannt. Insgesamt lassen sich in Bezug auf die Häufi gkeit der Ausfälle keine eindeutigen Tendenzen im Vergleich der Größenklassen ableiten. Setzt man die Häufi gkeit der Ausfälle in Bezug zum Inbetriebnahmejahr der Anlagen so zeigt sich bei Rührwerken und Pumpsystemen in der Tendenz eine Zunahme der Störanfälligkeit mit zunehmendem Alter der Biogasanlage. Es ist aber zu beachten, dass gerade bei älteren Biogasanlagen häufi g bereits Ersatzmaßnahmen an Rührwerken, Feststoffeinbringung etc. stattgefunden haben. Hinsichtlich der Stillstandzeiten, die durch die oben genannten Störungen verursacht werden, ergeben sich im Jahresmittel vergleichbare Werte für Pumpsystem, Rührwerke und Feststoffeinbringung. Diese liegen im Durchschnitt bei 21, 22 bzw. 34 Stunden pro Jahr. Deutlich höher liegen die durch Störungen verursachten BHKW-Stillstandzeiten. Im Durchschnitt haben die Anlagenbetreiber knapp 75 Stunden BHKW-Stillstandzeiten pro Jahr angegeben, wobei die Angaben je nach Betrieb sehr unterschiedlich sind. 12

13 6 Auslastung der BHKW 100% 1 BHKW 2 oder 3 BHKW 100% Anteil am Anlagenbestand 80% 60% 40% 20% 0% 33% 40% 61% 55% 67% 22% 20% 22% 23% 20% 22% 33% 12% 22% 10% 20% 6% 9% Gesamt Anteil am Anlagenbestand 80% 60% 40% 20% 0% 22% 25% 28% 25% 38% 13% 22% 24% 27% 19% 78% 17% 63% 23% 31% 33% 12% Gesamt Größenklasse [kw el ] Größenklasse [kw el ] <=80% 90% - 80% 95% - 90% 100% bis 95% Auslastung Auslastung unterschieden nach Betrieben mit einem installierten BHKW (links) und zwei oder drei installierten BHKW (rechts). 50% der 146 ausgewerteten Betriebe verfügen über ein installiertes BHKW, rund 40% der Betriebe haben zwei und rund 10% der Betriebe drei BHKW. Mit zunehmender Anlagengröße steigt der Anteil der Betriebe mit mehreren installierten BHKW. Die Auswertung zeigt folgende Anlagenauslastung: Anlagen mit einem BHKW weisen insgesamt eine sehr hohe Auslastung auf. In der Summe erreichen über 75% dieser Anlagen eine Auslastung von über 90%. Besonders gilt dies für die Anlagen der Größenklasse kw el und 501 kw el. Diese können im Hinblick auf die Effi zienz zu den besten Anlagen gezählt werden. Bei Anlagen mit 2 oder 3 BHKW weisen 47% der Betriebe (d.h. 34 Anlagen) eine Auslastung von über 90% auf. Bei Betrieben mit einem BHKW wurde dessen Dimensionierung meist optimal an die Fermenterleistung und Biogasproduktion angepasst. Im Falle des Vorhandenseins mehrerer BHKW hat die Auswertung verschiedene Konstellationen aufgezeigt: (1) Einige Betriebe fahren ihre zwei bzw. drei BHKW gleichermaßen mit hoher Auslastung. (2) Einige Betriebe fahren ihre zwei bzw. drei BHKW gleichermaßen mit mittlerer Auslastung. Bei diesen Betrieben kann in dem einen oder anderen Fall vermutet werden, dass Kapazitäten für eine Erweiterung vorgehalten werden. (3) Weiterhin haben einige Betriebe bei Erweiterungsmaßnahmen oder dem Neukauf eines BHKW das alte BHKW als Reserve-BHKW (mit niedrigen Betriebsstundenzahlen) zurückbehalten. Damit trägt das Reserve- BHKW nicht unmittelbar zur Stromerzeugung bei, muss aber bei der Beurteilung des Betriebes mit in die Wertung einbezogen werden. Da mehr Betriebe im Vergleich zur Umfrage 2008/2009 ein zweites oder drittes BHKW besitzen, ist die Auslastung des Anlagenbestands gesunken. Insgesamt zeigt sich bei Betrieben mit zwei oder drei BHKW, dass durchaus Potenzial für eine Erhöhung der Auslastung vorhanden, aber noch nicht ausgeschöpft ist oder aufgrund ungenutzter BHKW-Kapazitäten Möglichkeiten für einen fl exiblen Anlagenbetrieb und damit eine fl exible Strombereitstellung gegeben sind. 13

14 7 Wärmenutzung Anteile der inner- und außerbetrieblichen Wärmenutzung an der erzeugten Gesamtwärmemenge in den Betrieben (Durchschnitt aller 146 Betriebe). Die Fermenterheizung wurde bei der innerbetrieblichen Wärmenutzung nicht berücksichtigt. Im Durchschnitt aller an der Umfrage beteiligten Betriebe zeigt sich, dass 9% der erzeugten Wärme innerbetrieblich genutzt wurde (ohne Fermenterwärmebedarf) und 34% der Wärme verkauft wurde. Rechnet man pauschal einen Fermenterwärmebedarf von 20% dazu, so liegt die Wärmenutzung im Durchschnitt bei 63%. Die Unterschiede zwischen den Größenklassen sind dabei erheblich. In der Größenklasse 150 kw el nutzten Betriebe im Durchschnitt 25% der Wärme für den Eigenbedarf (ohne Fermenterheizung). Neben der Beheizung von Gebäuden wurde hier auch häufi g die Getreidetrocknung als Option zur Wärmenutzung genannt. Verkauft wurde im Durchschnitt nur 2% der Wärme. Auch die Anlagen der Größenklasse kw el verkauften nur einen geringen Teil der anfallenden Wärme (17%). Anlagen dieser Größenklasse sind meist noch zu klein für umfassende Wärmenutzungskonzepte zur Versorgung zum Beispiel größerer Wohngebiete oder öffentlicher Abnehmer. In den Größenklassen kw el und 501 kw el nimmt der Wärmeverkauf eine bedeutendere Rolle ein. Hier werden im Durchschnitt 34% bzw. 48% der insgesamt anfallenden Wärme (abzüglich Fermenterwärmeheizung) verkauft. Insgesamt sind die Anteile der außerbetrieblichen Wärmenutzung vor allem in diesen Größenklassen im Vergleich zur Umfrage 2009 gestiegen. Wärme wird von den Anlagenbetreibern im Wesentlichen zur Beheizung von Wohnhäusern bereitgestellt. Investiert der Anlagenbetreiber selbst, d.h. baut er das Wärmenetz auf eigene Kosten, so erzielt er laut Angaben der Anlagenbetreiber Wärmeerlöse in Höhe von rund 2 bis 6,5 Cent/kWh th je nach Konstellation und Rahmenbedingungen vor Ort sowie entsprechend der jeweiligen Vertragsverhandlungen. Wird das Wärmenetz durch die Wärmeabnehmer bzw. durch externe Investoren errichtet, so erhält der Anlagenbetreiber oftmals bis die Investition der Wärmeabnehmer getilgt ist keine Zahlungen der Wärmeabnehmer und damit auch keine Erlöse bzw. die Erlöse liegen maximal im Bereich bis rund 1 Cent/kWh th. 14

15 8 Investitionskosten Durchschnittliche spezifi sche Erstinvestitionskosten für Biogasanlagen und bisher angefallene Investitionskosten für Nachrüstungsmaßnahmen (Ersatz, Modernisierung, Erweiterung) bezogen auf die aktuell installierte Leistung. Die durchschnittlichen spezifi schen Investitionskosten in /kw el aktuell installierter Leistung beinhalten die Erstinvestitionen zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Anlagen sowie die Investitionen für Nachrüstungen, die bis zum Jahr 2012 getätigt wurden (d.h Ersatz-, Modernisierungs- oder Erweiterungsmaßnahmen). Letztere stellen eine Momentaufnahme dar, da für die nächsten Jahre mit weiteren Nachrüstungsinvestitionen an den Biogasanlagen gerechnet werden kann. Angaben zur Höhe der Erstinvestitionen liegen für 134 Betriebe vor. 101 dieser Betriebe haben bis Ende 2012 Nachrüstungsmaßnahmen durchgeführt und Investitionskosten angegeben. In die Auswertung wurden alle 134 Betriebe einbezogen und damit berücksichtigt, dass für einige Betriebe bisher keine zusätzlichen Investitionen angefallen sind. Die spezifi schen Erstinvestitionskosten der Anlagen lagen je nach Größenklasse im Schnitt zwischen rund und pro kw el aktuell installierter elektrischer Leistung. Durch hohe spezifi sche Investitionskosten sind die Anlagen in der Größenklasse kw el gekennzeichnet. In dieser Größenklasse befi ndet sich der größte Anteil der neueren Anlagen, d.h. 41 von 62 Anlagen aus der Umfrage, die erst seit 2009 in Betrieb sind. Diese Anlagen sind technisch aufwändiger und umfangreicher ausgerüstet als die älteren Anlagen, wodurch sich die höheren spezifi schen Investitionskosten begründen lassen. Bei den anderen Größenklassen haben sich vermehrt ältere Anlagen an der Umfrage beteiligt, d.h. Anlagen, die vor dem Jahr 2009 in Betrieb gegangen sind. Die spezifi schen Investitionskosten für Nachrüstungsmaßnahmen fallen in der Größenklasse kw el unter anderem aufgrund des höheren Anteils an neuen Anlagen erwartungsgemäß geringer aus (rd. 350 /kw el ) während sie für die anderen Größenklassen bei 640 bis 880 /kw el liegen. Der Anteil der Investitionen für Nachrüstungsmaßnahmen an den gesamten bisher getätigten Investitionen liegt für diese Anlagen zwischen rund 20 und 25%. 15

16 9 Nachrüstungsmaßnahmen Betriebe mit Ersatz/Erweiterung BHKW Betriebe ohne Ersatz/Erweiterung BHKW Investitionsausgaben für Nachrüstungsmaßnahmen (in % der gesamten Nachrüstinvestitionen bzw. Durchschnitt in Mio. Euro je Betrieb) unterschieden nach Betrieben, die einen Ersatz ihres BHKW oder eine Erweiterung ihrer Anlage vorgenommen haben (links) bzw. Betrieben, die keinen Ersatz oder Erweiterung des BHKW vorgenommen haben (rechts). 76 Betriebe (d.h. gut 50%) haben angegeben, seit Inbetriebnahme ihrer Anlage im Rahmen von Nachrüstungsmaßnahmen u.a. ihr BHKW ersetzt oder gezielt ihre Anlage erweitert zu haben. 29 Betriebe (d.h. knapp 20%) haben Nachrüstungen durchgeführt, die bisher keinen Ersatz oder Erweiterung des BHKW umfassten (zum Beispiel Ausbau Wärmenutzung oder Ersatz Rührwerke). Für 41 Betriebe liegen keine Angaben zu Nachrüstungsinvestitionen vor. Es haben sich an der Umfrage 2012 aber rund 60 Anlagen beteiligt, die 2009 oder später in Betrieb gegangen sind. Vor allem Betreiber dieser Anlagen haben keine Angaben zu Nachrüstungsinvestitionen gemacht. Nachrüstungsmaßnahmen, die unter anderem den Ersatz des BHKW oder die Vergrößerung des Biogasbetriebs umfassten, haben die Anlagenbetreiber im Schnitt 0,41 Mio. je Betrieb gekostet (Abbildung links). Die Betreiber der kleinen Anlagen haben im Schnitt 0,12 Mio. und die Betreiber der großen Anlagen 0,64 Mio. pro Betrieb für unterschiedliche Nachrüstungsmaßnahmen ausgegeben. Die höchsten Anteile der Nachrüstinvestitionen entfi elen mit durchschnittlich 36% auf Ausgaben für BHKW und mit gut 30% auf bauliche Maßnahmen wie z.b. den Neubau von Fermentern oder Fahrsilos. An dritter Stelle folgen - bezogen auf alle 76 Betriebe - Investitionen in die Wärmenutzung (gut 10%). Hieran schließen sich Nachrüstungen an Feststoffeinbringung und Rührwerken an. Nachrüstungsmaßnahmen in Betrieben, die bisher keinen Ersatz bzw. keine Erweiterung des BHKW vorgenommen haben, bedingten im Schnitt Investitionen in Höhe von 0,09 Mio. je Betrieb (Abbildung rechts). Die höchsten Anteile der Nachrüstinvestitionen entfi elen mit jeweils durchschnittlich rund 30% auf Ausgaben für Baumaßnahmen und die Wärmenutzung. Hieran schließen sich die Investitionsausgaben für die Feststoffeinbringtechnik und Rührwerke an. 16

17 10 Substratkosten Durchschnittliche Substratkosten der Biogasbetriebe für eigen erzeugte und zugekaufte Substrate. Die Kosten für eigen erzeugten Silomais betrugen im Schnitt knapp 35 /Tonne, für zugekauften Mais knapp 38 /Tonne Frischmasse (FM) frei Anlage. Für selbst erzeugte Ganzpfl anzensilage (GPS) beliefen sich die Kosten im Schnitt auf fast 37 /Tonne, für die zugekaufte GPS zahlten die Biogasanlagenbetreiber fast 39 /Tonne FM frei Anlage. Die Kosten für eigene und zugekaufte Grassilage betrugen 28 bzw. 33 /Tonne FM. Es lassen sich keine Unterschiede oder Tendenzen zwischen den vier verschiedenen Größenklassen feststellen. Im Vergleich zur Umfrage 2009 sind die durchschnittlichen Substratkosten aber deutlich gestiegen (vgl. /Stenull et al. 2011/). So betrugen beispielsweise in der Umfrage 2009 die Kosten für eigen erzeugten Silomais im Schnitt 28 /Tonne und für zugekauften Mais 29 /Tonne FM frei Anlage. Als Durchschnitt der Angaben von insgesamt 11 Biogasanlagenbetreibern kostete die Rindergülle im Schnitt 2,7 /Tonne FM für eigenes Substrat. Für den Zukauf von Rindergülle gaben 24 Biogasanlagenbetreiber im Durchschnitt 4,5 /Tonne FM als Kosten an. Dies entspricht weitgehend den Kostenangaben aus der Umfrage Die Auswertung der durchschnittlichen spezifi schen Substratkosten in /kwh el berücksichtigt den Substratmix in den Biogasanlagen. Im Durchschnitt aller Anlagen aus der Umfrage betrugen die spezifi schen Substratkosten (inklusive Gülle) 7,5 Cent/kWh el. Die Bandbreite der durchschnittlichen Kosten liegt zwischen 7,2 Cent/kWh el für die Größenklasse 501 kw el und 8,1 Cent/kWh el für die Größenklasse 150 kw el. In der Umfrage 2009 lag die Bandbreite zwischen 6,3 und 7,5 Cent/kWh el. Die Kosten sind mit gewissen Vorbehalten zu bewerten, da die Substrate aus steuerlichen Gründen oft anders bewertet werden. 17

18 III Empfehlungen und Fazit Mit der Umfrage 2012 wurde das Monitoring baden-württembergischer Biogasanlagen, das bereits für die Betriebsjahre 2008 und 2009 vorliegt, weitergeführt. Anhand der aktuellen Auswertungsergebnisse sowie dem Vergleich mit den früheren Umfragen können Entwicklungen des Biogasanlagenbestandes in Baden-Württemberg aufgezeigt sowie Empfehlungen für Verbesserungspotenziale der befragten Biogasanlagen abgeleitet werden. Zusammenfassend lassen sich insbesondere folgende Entwicklungen, Schwachstellen und Verbesserungspotenziale identifi zieren. Wie in den früheren Umfragen so zeigt auch die Umfrage 2012 noch häufi ge Störungen am BHKW sowie bei der Feststoffeinbringung, den Rührwerken und Pumpen. Dies hat einerseits ungeplante Stillstandzeiten, andererseits zusätzliche Investitionen für Nachrüstungen (z.b. Feststoffeinbringung, Rührwerke) zur Folge. Hier zeigt sich ein wichtiges Feld für eine Beratung und Sensibilisierung der Anlagenbetreiber zum Beispiel bezüglich der Dimensionierung und Auswahl dieser Anlagenteile, um einen störungsarmen und letztlich auch effi zienten Betrieb der Biogasanlagen zu gewährleisten. Der Anteil an gasdicht abgedeckten Gärrestlagern ist insgesamt gesehen noch vergleichsweise gering (35% aller Gärrestlager sind gasdicht abgedeckt). Die Verweilzeiten im gasdichten System liegen bei rund 30% der ausgewerteten Betriebe noch unter 120 Tagen. Hier können Optimierungsmaßnahmen ansetzen, um die Klimawirkung der Biogasanlagen zu verbessern. Die Umfrage 2012 hat explizit zwischen Anlagen mit einem und mehreren installierten BHKW unterschieden. Verbesserungspotenziale konnten für Anlagen mit mehreren BHKW abgeleitet werden. Bei gut der Hälfte dieser Anlagen lag die durchschnittliche Auslastung unter 90%. Für diese Betriebe ist Potenzial für eine Erhöhung der Auslastung und Effi zienz vorhanden. Auch besteht die Option für eine Flexibilisierung des Anlagenbetriebs nach EEG Hier sollte eine Beratung gezielt ansetzen und die Betriebskonstellation zusammen mit den Anlagenbetreibern kritisch geprüft werden. In der aktuellen Umfrage wurden von weniger als 50% der Betriebe Angaben zur erzeugten Biogasmenge gemacht. Dies zeigt, dass nach wie vor das Biogasmonitoring an den Anlagen verbessert werden muss. Wesentliche Vorrausetzung hierfür ist das Vorhandensein geeigneter, kostengünstiger Gasmengenzähler, die einerseits eine entsprechende Genauigkeit bieten und andererseits für die Landwirte bezahlbar sind. Im Bereich der Wärmenutzung hat in den letzten Jahren ein erheblicher Ausbau stattgefunden. Dies betrifft alle Größenklassen, vor allem aber von kw el und 501 kw el. Die Wärmenutzungskonzepte sind vielfältig. Im Falle der externen Wärmenutzung investieren Anlagenbetreiber häufi g selbst in den Ausbau der Wärmenetze. In den Größenklassen 150 kw el und kw el stellt sich der Ausbau der Wärmenutzung schwieriger dar, da diese Betriebe oft noch zu klein für umfassende Wärmenutzungskonzepte sind. Hier bieten sich Ansatzpunkte für die Entwicklung individueller und standortspezifi scher Nutzungskonzepte, um auch in diesen Größenklassen die Wärmenutzung voranzubringen. 18

19 Anhand der Umfrage 2012 können rückblickend Schlussfolgerungen über die Wirksamkeit des EEG 2009 gezogen werden, da bis auf eine Anlage (die im Jahr 2012 in Betrieb gegangen ist) alle weiteren an der Umfrage beteiligten Anlagen EEG-Förderung und Boni nach dem EEG 2009 oder 2004 beziehen. Die unmittelbare Übertragung der Ergebnisse in Empfehlungen zur künftigen Ausgestaltung des EEG ist schwierig, da mit dem EEG 2012 die Förderung der Stromerzeugung aus Biogas neu strukturiert wurde. Zusätzlich zur Basisvergütung spielen für Biogasanlagenbetreiber der NawaRo-Bonus, der Güllebonus und der KWK-Bonus (2 bzw. 3 Cent/kWh el ) die wesentliche Rolle, um eine Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen zu erzielen. Die Mehrzahl der befragten Anlagenbetreiber nimmt diese drei Boni in Anspruch. Der Technologiebonus spielt eine untergeordnete Rolle und der Landschaftspfl egebonus ist so gut wie nicht relevant. Stellt man den NawaRo-Bonus in Höhe von 7 Cent/kWh el in Bezug zu den für 2012 ermittelten Substratkosten, so zeigt sich, dass die spezifi schen Substratkosten mit im Durchschnitt etwa 7,5 Cent/kWh el über der Höhe des NawaRo-Bonus liegen. Durch die in den letzten Jahren im Durchschnitt gestiegenen Substratkosten hat sich hier eine Deckungslücke ergeben. In Hinblick auf den Güllebonus konnte weder anhand des Gesamtvergleichs der Umfragen 2008/2009 und 2012 noch anhand des expliziten Vergleichs der 53 Betriebe, die sich an beiden Umfragen beteiligt haben, eine Erhöhung des Anteils an Gülle an der Substratzusammensetzung festgestellt werden. Vermutlich haben viele Anlagen bereits im Vorfeld der Einführung des Güllebonus die Voraussetzung des 30%igen Anteils von Gülle an der Substratzusammensetzung erfüllt und daher den Anteil an Gülle nicht mehr erhöht (diese Tendenz hat auch die Umfrage 2009 gezeigt). Die Umfrage 2012 zeigt weiterhin, dass der Zukauf von Gülle in den Anlagen bis 500 kw el eine verhältnismäßig geringe Rolle spielt. In der Größenklasse 150 kw el wurden durchschnittlich 6%, in den Größenklassen bis 500 kw el im Durchschnitt rund 25% der Gülle zugekauft, ansonsten vorwiegend eigene Güllesubstrate genutzt. In der Größenklasse 501 kw el betrug demgegenüber der Anteil an zugekaufter Rindergülle gut 45%. Der erhöhte KWK-Bonus im EEG 2009 hat vermutlich wesentlich dazu beigetragen, den Ausbau der Wärmenutzung bei Biogasanlagen zu fördern. Sowohl die Auswertungen zum Anteil der Wärmenutzung in der aktuellen und in den früheren Umfragen als auch die Daten der Anlagenbetreiber zu Nachrüstungsinvestitionen zeigen, dass dies ein intensives Betätigungsfeld der Anlagenbetreiber in den letzten Jahren war. 19

20 Literatur /Biogas Forum 2012/ Biogas Forum Bayern 2012: Empfehlungen für die messtechnische Ausstattung landwirtschaftlicher Biogasanlagen. Nr. IV 7/2012 /DBFZ 2012/ Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ): Monitoring zur Wirkung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) auf die Entwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse. DBFZ Report Nr. 12. Leipzig /KTBL 2009/ Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft: Faustzahlen Biogas, 2. Aufl age, Herausgeber: Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft, Darmstadt, (2009). /MLR 2012/ Entwicklung der Biogasanlagen in Baden-Württemberg sowie den Stadt- und Landkreisen. MLR Ref. 51 und Staatliche Biogasberatung Baden-Württemberg 2004 bis Bearbeitung LEL Schwäbisch-Gmünd. Verfügbar als Excel-Sheet im Internet unter zuletzt besucht im Juli 2013 /Staatliche Biogasberatung BW 2013/ Staatliche Biogasberatung Baden-Württemberg: Interne Datensammlung, Angaben zur durchschnittlichen Leistung der Biogasanlagen in BW bezogen auf Größenklassen /Stenull et al. 2011/ Mobilisierung von Effi zienzreserven aus Biogasanlagen in Baden-Württemberg - Ergebnisse aus einer Umfrage für das Betriebsjahr Im Internet: Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER), Universität Stuttgart. Der ausführliche Bericht ist verfügbar auf der Website der Bioenergieforschungsplattform Baden-Württemberg des Ministeriums für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz (MLR). 20