emikrobgaa Technisch ökonomisches Potenzial für kleine Biogasaufbereitungsanlagen

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1 emikrobgaa Technisch ökonomisches Potenzial für kleine Biogasaufbereitungsanlagen dena Biogaspartner: Jahreskonferenz 2016: Klimaschutz mit Biomethan national und regional 01. Dezember 2016, Berlin Gemeinschaftsvortrag für das gesamte Projektkonsortium: Michael Beil Fraunhofer IWES Jaqueline Daniel-Gromke DBFZ

2 emikrobgaa effiziente Mikro-Biogasaufbereitungsanlagen Projektvorstellung Biogaspartner Jahreskonferenz 2016 Berlin, [IWES] [IWES] [IWES]

3 Inhalt Projektvorstellung Potenziale: Biogas- und Substratpotenziale Kosten Biogasaufbereitung Kosten Biomethaneinspeisung

4 Projektpartner Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) Deutsches Biomasseforschungszentrum ggmbh (DBFZ) DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) Das Projekt wird vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR) gefördert.

5 Hintergrund Zu hohe Kosten der Einspeisung von Biomethan: Durchschnittlich ca. 2-3 Cent/kWh Bisher kaum wahrgenommen zumindest nicht wahrnehmbar diskutiert Problem: Zu geringe (betriebswirtschaftliche) Anreize die Vollkosten der Einspeisung zu reduzieren Potentiell falsche Anreize, aufgrund Umlagefähigkeit GasNZV hat Hürden abgebaut aber auch (ungewollt) zu Kostenerhöhungen geführt (Bsp. Verfügbarkeit, kapazitätserw. Maßnahmen)

6 Praxis: Typische Akteursgrenzen

7 Ansatz Ursprünglich/Basis Einspeisung in ND/MD-Netze : Fokus auf BGAA-Verfahren mit sehr niedrigen Prozessdrücken Deutlich geringere Druckerhöhung Dadurch geringerer Stromverbrauch Folge: Kostenreduktion bei Invest und Betrieb Fragen: Vollkosten und Potenzial in ND/MD-Netzen? Final: Modularisierte Betrachtung der gesamten Prozesskette: (BGA)-BGAA- BGEA-EGN Vollkostenbasierte Betrachtung Technologieoffen Fokussierung auf kleinere Kapazitäten auch im Hinblick auf Repowering von VOV-BGA

8 Zielstellung ist die Beantwortung folgender Fragestellungen: 1. Unter welchen Rahmenbedingungen ist die Aufbereitung und Einspeisung von vergleichsweise kleinen Biogasmengen, insbesondere durch das Repowering von Vor-Ort- Verstromungsanlagen mit geringer Wärmenutzung, aus volkswirtschaftlicher Sicht sinnvoll? 2. Wie groß ist das Potenzial für Standorte mit einer solchen Konstellation in Deutschland?

9 Projekt-Systemgrenzen: Kosten (+) + Ermittlung von vollkostenoptimierten Varianten aus (BGA)-BGAA-BGEA-EGN

10 Zielstellung ist die Beantwortung folgender Fragestellungen: 1. Unter welchen Rahmenbedingungen ist die Aufbereitung und Einspeisung von vergleichsweise kleinen Biogasmengen, insbesondere durch das Repowering von Vor-Ort- Verstromungsanlagen mit geringer Wärmenutzung, aus volkswirtschaftlicher Sicht sinnvoll? 2. Wie groß ist das Potenzial für Standorte mit einer solchen Konstellation in Deutschland?

11 Projekt-Systemgrenzen: Potenziale Ermittlung von Biogas- und Erdgasnetzpotenzialen für die identifizierten vollkostenoptimierten Einspeisekonstellationen

12 Potenziale: Biogas

13 emikrobgaa Potenzialanalyse und ökonomische Bewertung Jaqueline Daniel-Gromke, Georgia Erdmann, Nadja Rensberg, Velina Denysenko dena Jahreskonferenz Biomethan, Berlin

14 Potenzial von Kleinst-Aufbereitungsanlagen in Deutschland? Fokus des Projektes emicrobgaa : Abschätzung des Potenzials für volkswirtschaftlich optimierte Kleinstaufbereitungsanlagen zur Produktion von Biomethan Methodik Verschneidung des Einspeisepotenzials auf Verteilnetzebene (DBI) mit den Einspeiseinformationen hinsichtlich der Standorte der Biogasanlagen (DBFZ) und des Biomassepotenzials (DBFZ/DBI) Bandbreite des Potenzials (min/max) für Kleinst- Aufbereitungsanlagen in Deutschland Bewertung des Umrüstungspotenzials bestehender Biogasanlagen (Vor-Ort-Verstromung und geringer externer Wärmenutzung) und des Potenzials für den Neubau von Aufbereitungsanlagen kleiner Leistungsgrößen Source: enet,

15 AP 5 Potenzialabschätzung - Vorgehensweise Ermittlung der Netzeinspeisepotenziale für emikrobgaa in Deutschland (DBI) Ermittlung des Potenzials von bestehenden Vor-Ort-Verstromungsanlagen (VOV) mit geringer Wärmenutzung zur Umstellung auf Biogasaufbereitungsanlagen in Form von MikroBGAA Ermittlung der landwirtschaftlichen, kommunalen und industriellen Biomassepotenziale Abgleich des bereits genutzten Biomassepotenzials (IST-Nutzung) auf der Basis der Biogasanlagenstandorte (DBFZ Datenbank) Ableitung des verfügbaren gegenwärtigen Biomassepotenzials Ableitung des verfügbaren zukünftigen Biomassepotenzials (2020/2030) Zusammenführung der Erkenntnisse durch einen GIS-gestützten Abgleich der Netzgebiete, der Standorte von bestehenden VOV-Anlagen und noch verfügbarer Biomassepotenziale 15

16 AP 5 Landwirtschaftliche Biogaspotenziale (2015) Tierische Exkremente Energiepflanzen Maissilage, Getreide-GPS, Grünland, Ackergras*, Körnermais, Zuckerrüben, Getreidekorn (Roggen, Gerste, Triticale) Quelle: DBFZ, 2016, Zwischenergebnisse emikrobgaa 16

17 Gegenwärtige Potenziale Biogas vs. IST-Nutzung Substrat- ermitteltes technisches Biogaspotenzial: ca. 358 PJ/a (99 TWh) gegenwärtig Keine Berücksichtigung der Nutzungskonkurrenzen (Strom, Wärme, Kraftstoffe) ~ Hälfte der berechneten Biogaspotenziale derzeit genutzt DBFZ 2014, (Datenbasis: Potenzialerhebung Biogas im Rahmen Leitfaden Biogasaufbereitung und einspeisung (FNR, 2014); Substratverteilung im Rahmen Stromerzeugung aus Biomasse (BMU)) 17

18 Kosten BGAA +

19 Spezifische Kosten der Biogasaufbereitung zu Biomethan (Herstellerangaben) Relevant für Kleinstaufbereitungsanlagen Darstellung basierend auf Kostendaten 2012! Aktualisierung durch aktuelle Herstellerbefragung 11/2016 Quelle: FNR, Leitfaden Biogasaufbereitung und einspeisung, 2014 Datenbasis

20 Kosten der Biomethanbereitstellung (betriebswirtschaftliche Betrachtung) Darstellung zeigt Energiepflanzen basierte Biomethanproduktion; Abfallbasiertes Biomethan ~1-3 ct/kwh Hs geringer Quelle: FNR, Leitfaden Biogasaufbereitung und einspeisung, 2014 Datenbasis

21 Kosten BGEA +

22 Absolute Aufteilung der Investition von Biogaseinspeiseanlagen als minimale und maximale Kosten pro Position nach Herstellerangaben.

23 Absolute Aufteilung der Investition von Biogaseinspeiseanlagen als minimale und maximale Kosten pro Position (ohne Verdichtung) nach Herstellerangaben.

24 Kosten der Investition von Biogaseinspeiseanlagen verschiedener Konstellationen im Kapazitätsbereich m n ³/h

25 Definition Produktgasdrücke BGAA und Erdgasnetzdruckstufen Die Produktgasdrücke der BGAA werden auf Basis einer in 2016 durchgeführten Herstellerbefragung wie folgt definiert: Aminwäsche: PSA (Niederdruckvariante): Druckwasserwäsche: Membran: 0,15 bar 1 bar 4,5 bar 14 bar Für die weitere Auswertung wurden folgende Erdgasnetzdruckstufen ausgewählt: 1 bar 4 bar 16 bar 25 bar 70 bar

26 Aufteilung der Einspeisenetzdruckstufen von 50 Biogaseinspeiseanlagen in Deutschland

27 Spezifische Prozessstrombedarfe BGAA

28 Spezifische Prozessstrombedarfe BGAA und Verdichterarbeit BGEA (250 m n ³/h BG)

29 Potenziale: Erdgasnetz

30 mögliche Einspeisemenge [MWh/h] Ermittlung der Netzkapazitäten: MinFlow geordnete Jahresdauerlinie Beispiellandkreis MinFlow - ganzjährig verfügbare Einspeiseleistung Verfügbarkeit [h]

31 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Einspeisekapazität [MWh/a] Anlagenleistung [MW] Ermittlung der Netzkapazitäten: MinFlow jährliche Einspeisekapazität - Beispiellandkreis 2013 Einspeisekapazität Vollast Einspeisekapazität Volllast+Teillast Anlagenleistung jährliche Verfügbarkeit [%]

32 Vielen Dank!

33 Kontakt Michael Beil Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES Bereich Energieverfahrenstechnik Abteilung Bioenergie-Systemtechnik Gasaufbereitung, -einspeisung und -netze Königstor Kassel Tel.: +49 (0)

34 Kostenbestandteile einer BGEA mit einer Einspeisekapazität von 125 mn³/h zur Einspeisung in ein Nieder-/Mitteldrucknetz

35 Kostenbestandteile einer BGEA mit einer Einspeisekapazität von 125 mn³/h zur Einspeisung in ein Hochdrucknetz