Aufgaben der Bioenergie bei der Energiewende Dr. B. Krautkremer. Residuallast (GW)

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1 Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Defizite (Last > EE-Einspeisung) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -12 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Aufgaben der Bioenergie bei der Energiewende Dr. B. Krautkremer Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast (GW) [IWES] M t Energie, Ernährung und Gesellschaft Die Rolle der Biomasse im Kontext einer nachhaltigen Entwicklung, , Göttingen Inhaltsübersicht 1% EE-Szenarien Residuallasten Die Transformation des Energiesystems Die Rolle der Bioenergie Ausblick / Schlussfolgerung 1

2 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien nach den BMU-Leitszenarien Szenario 211 A - 49 Stromerzeugung erneuerbare Energien, TWh/a Wasser Fotovoltaik 13 Wind Onshore Geothermie Wind Offshore Europäischer Verbund 235 Biomasse, biog. Abfälle SZEN11/ STR-23; [Quelle: BMU Leitstudie 211] Netzsituationen bei 1%EE 2

3 Residuallastverläufe 6 4 Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Bioenergie Deutschland (212): 4.5 GW / 3 TWh Biogas: (212) 3,18 GW / 22 TWh 2 Residuallast (GW) Überschüsse: TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW 21 Defizite (Last > EE-Einspeisung) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -12 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: IWES-Berechnung für UBA. Energieziel: 1% elektrische Energie aus EE 5 Die Transformation 3

4 BMU Studie 211: beginnend in 23 werden bedeutende Stromüberschüsse für die Langzeitspeicherung erwartet Energiemenge [TWh] (TWh) Leistung Performance [GW] (GW) Stundenausgleich stündlicher Ausgleich Tagesausgleich täglicher Ausgleich Wochenausgleich wöchentlicher Ausgleich Monatsausgleich monatlicher Ausgleich Jahresausgleich jährlicher Ausgleich 7 Fluktuationen im erneuerbaren Energiesystem - Ausgleichsbedarf nach Lastmanagement und PSW bei 1%EE 6 Residuallast nach allen Verbrauchern und Lastmanagement und PSW (Meteo-Jahr 29) 4 2 Residuallast (GW) Aufgabe von PtG -8-1 Überschüsse: TWh Defizite: 82.6 TWh Minimale Residuallast: -6.7 GW Maximale Residuallast: 57.3 GW Defizite (Last > EE-Einspeisung) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -12 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat FhG IWES 8 Kapazität und Leistung Gasspeicher heute 42 Mio. E-KFZ Idealfall Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute 4

5 Maßnahmenkatalog Transport Netzausbau Europäisches Supergrid für Strom und Gas Erzeugungs- und Lastmanagment Speicher Gest. Erzeugung: Kombi-KW, flexible Biogaserzeugung Gesteuerter Verbrauch: E-KFZ, Wärmepumpen, Smart Grids Kurzzeit (Tage): Pumpspeicher, Druckluft, Batterien, Biogasanlagen vor Ort Verstromung Langzeit (Saisonal): 1. (Pump-)Speicher in Skandinavien, 2. Wind / Solarstrom/Biomethan im Gasnetz als EE-Methan 3. als EE-Wasserstoff Mögliche Biogasanlagenkonzepte Bisheriges Anlagenkonzept: Anlage für eine bedarfsorientierte Verstromung: -6-5

6 ReBi-Biogasanlagenverfahren Ziele des Forschungsprojektes ReBi: Flexible, an der Residuallast orientierte, Biogasproduktion mit dem ReBi-Verfahren Vergleichende Gegenüberstellung der Ergebnisse mit denen alternativer Biogasbereitstellungskonzepten. Förderzeitraum: 16 Monate (Projektbeginn ) Projektkonsortium: FG Neutec, HAWK-Göttingen: Versuchsdurchführung + Betrieb der Versuchsanlage Fraunhofer IWES: Energiesystemtechnische Begleitung Fördergeber: Im Rahmen des Energie und Klimafonds. Versuchsergebnisse Flexible Biogasproduktion Erforderlicher nutzbarer Gasspeicherbedarf

7 Versuchsergebnisse Flexible Biogasproduktion Erprobung der Prozessstabilität bzw. Zyklenfestigkeit Gasproduktion mehrere Tage -11- Erneuerbares Gas (PtG) Das Prinzip der Strom-Gasnetz Kopplung Quelle: Specht et al, 29 Sterner, 29 7

8 Biogasaufbereitung als CO2-Quelle für die Methanisierung Potenzial heutiger Biomethananlagen als CO 2 -Quelle zur Methanisierung Ende 212: ca. 12 Biomethananlagen mittlere Einspeisung 64 m n ³/h Mittlere Power-to-Gas Anlagengröße: 6,8 MW el CO 2 -Potenzial für ca. 7 MW el Power-to-Gas (Biogas 213 ca. 3GW) 8

9 Direkte Methanisierung mit Biogas Quelle: Specht et al, 29 Sterner, 29 Die Netze wachsen zusammen - Chancen der Energiespeicherung durch Kopplung der Energienetze Stromnetz Gasnetz Übertragungskapazität Einstellige GW Zweistellige GW,4 TWh el Speicherkapazität 22 TWh th Vor- und Nachteile + Hochwertige Energie Hochpreisige Energie - Strom kaum speicherbar + Direkte Nutzung hocheffizient - AC-Übertragungsverluste 3-1% / 1km + Universeller Energieträger Niedrigpreisige Energie + Große Speicher - Umwandlungsverluste hoch + Übertragungsverluste,5% / 1 km H 2 Grenzen heute: 2% KFZ; 1% Gas-KW und Speicher 9

10 Erhöhter Ausgleichsbedarf im zunehmend erneuerbaren Energiesystem Zeitliche Ausgleichsmaßnahmen Flexibilisierung der Erzeugung (Verringerung von Must-Run Erzeugung) Lastmanagement (Industrie, Haushalte, E-KFZ) Speicher (PSW, Druckluft, Power-to-Gas) Räumliche Ausgleichsmaßnahmen Netzausbau Power-to-Gas Power-to-Gas bietet Möglichkeit für zeitlichen und räumlichen Ausgleich Die Summe der Eigenschaften bestimmt den Wert! Zusammenfassung I Bei einer 1% EE Versorgung (und auf dem Weg dahin!) wird ein Ausgleich von Defiziten und Überschüssen im Strombereich benötigt Nennenswerte Stromüberschüsse sind jedoch erst in einigen Jahren zu erwarten lokal kann das schon früher eintreten Der kurzfristige Ausgleichsbedarf wird sich früher einstellen als der langfristige Ansatzpunkt für die Flexibilisierung von Biogasanlagen Das heute, energetisch genutzte Biomassepotenzial könnte, im Biogasbereich eingesetzt, einen großen Teil der anstehenden Aufgaben lösen 1

11 Zusammenfassung II Nutzungskonkurrenzen (Nahrung, Energie, Stoff), Nachhaltigkeitsüberlegungen und Akzeptanzprobleme beeinflussen die verfügbare Biomassemenge permanenter Prozess, der auch nach Abschluss der Energiewende weitergeführt werden muss Die Bioenergie stellt einen wichtigen Baustein zum Gelingen der Energiewende dar Flexibilisierung ist heute die wichtigste Aufgabe Die Biogastechnologie ist wertvoll für die Transformation, weil sie wandlungsfähig ist und einen guten Anschluss für Ersatztechnologien bietet (PtG, PtL) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Hessisches Biogasforschungszentrum HBFZ, Bad Hersfeld 11