Die Rolle des Biogases im Energiemix

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1 Die Rolle des Biogases im Energiemix 6 Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) [IWES] -8-1 Überschüsse: TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW -12 KTBL/FNR-Kongress: Biogas in der Landwirtschaft, Kassel

2 Inhaltsübersicht Was benötigt das Energiesystem? Was könnte Biogas leisten? Ausblick / Schlussfolgerung

3 Stromerzeugung erneuerbare Energien, TWh/a Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien nach den BMU-Leitszenarien Szenario 211 A - 49 Wasser Wind Onshore Wind Offshore Biomasse, biog. Abfälle 4 Fotovoltaik Geothermie Europäischer Verbund [Quelle: BMU Leitstudie 211] SZEN11/ STR-23;

4 Netzsituationen bei 1%EE

5 6 4 Ausgleichsenergiebedarf ohne e-mobility, Wärmepumpen und Klimaanlagen (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Bioenergie Deutschland: 4.5 GW / 3 TWh Biogas: (212) 3,18 GW / 22 TWh Überschüsse: TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Source: IWES-calculation for UBA Energy goal 1% electricity from RE 5

6 Überschüsse: TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh 4 Minimale Residuallast: GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh 4 Minimale Residuallast: GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh 4 Minimale Residuallast: GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW -12 Szenarienentwicklung Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) 1% EE-Anteil Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) EE-Anteil heute Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Szenario 1 Szenario 2 Szenario n 6

7 Energie [TWh] Energiemenge (TWh) Leistung [GW] Performance (GW) BMU Studie 211: beginnend in 23 werden bedeutende Stromüberschüsse für die Langzeitspeicherung erwartet Stundenausgleich stündlicher Ausgleich Tagesausgleich täglicher Ausgleich Wochenausgleich wöchentlicher Ausgleich sausgleich monatlicher Ausgleich Jahresausgleich jährlicher Ausgleich 7

8 Die Transformation

9 Fluktuationen im erneuerbaren Energiesystem - Ausgleichsbedarf nach Lastmanagement und PSW bei 1%EE 6 Residuallast nach allen Verbrauchern und Lastmanagement und PSW (Meteo-Jahr 29) Aufgabe von PtG Überschüsse: TWh Defizite: 82.6 TWh Minimale Residuallast: -6.7 GW Maximale Residuallast: 57.3 GW -12 Kapazität und Leistung Gasspeicher heute 42 Mio. E-KFZ Idealfall Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute FhG IWES 9

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

11 Mögliche Biogasanlagenkonzepte Bisheriges Anlagenkonzept: Anlage für eine bedarfsorientierte Verstromung: -6-

12 Erneuerbares Gas (PtG) Das Prinzip der Strom-Gasnetz Kopplung Quelle: Specht et al, 29 Sterner, 29

13 Biogasaufbereitung als CO2-Quelle für die Methanisierung

14 Direkte Methanisierung mit Biogas ELECTRICITY NETWORK NATURAL GAS NETWORK Wind Solar Andere Erneuerbare KWK, GuD, Gasturbine VERSTROMUNG STROMSPEICHERUNG - für Wärme - für Verkehr Gasspeicher H 2 O O 2 Elektrolyse, H 2 -Tank CH 4 /CO 2 -Tank (Biogas-Tank) Biomass, Biogasanlage Abfall CH 4 / CO 2 H 2 CH 4 Methanisierung Biogas Heat Quelle: Specht et al, 29 Sterner, 29

15 Power-to-Gas - 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

16 Technologische Einordnung von PtG Im Konzert der Ausgleichsmöglichkeiten Transport Netzausbau Europäisches Supergrid für Strom und Gas Erzeugungs- und Lastmanagment Gest. Erzeugung: Kombi-KW, flexible Biogaserzeugung Gesteuerter Verbrauch: E-KFZ, Wärmepumpen, Smart Grids Speicher Kurzzeit (Tage): Langzeit (Saisonal): Pumpspeicher, Druckluft, Batterien 1. (Pump-)Speicher in Skandinavien, 2. Wind / Solarstrom im Gasnetz als EE-Methan 3. als EE-Wasserstoff Bioenergie!!!!

17 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, Bioenergie) Räumliche Ausgleichsmaßnahmen Netzausbau Power-to-Gas Power-to-Gas (und Biomethan) bietet Möglichkeit für zeitlichen und räumlichen Ausgleich

18 Sektorübergreifende Zubau- und Einsatzoptimierung Eingangsgrößen Ergebnisse Brennstoffkosten Technologiekosten Potenziale/ Restriktionen Zeitreihen für Energiebedarfe (Strom, Wärme, Verkehr) Europa und/oder DE Kostenminimierung unter Einhaltung von Klimazielen Optimale Strommix Optimaler Wärmemix Energiemengengerüst und installierte Leistung CO 2 -Preis Märkte: Strommarkt Wärmemärkte (unt. Haustypen und Temperaturen Gasmarkt Mobilitätsprofile CO 2 -Markt Technologieportfolio: Windkraft, PV Stromspeicher Power-to-Gas BEV PHEV/REEV Laufwasser KWK Klimatisierung Kessel Oberleitungs-LKW Kondensations-KW Power-to-Heat Wärmepumpen 18

19 Erzeugung / Verbrauch [TWh] Deutschland 25 - Stromverbrauch und -erzeugung Optimale Strombilanz 25: Steigerung Nettostromverbrauch von Heute 557 TWh auf 793 TWh Rückwirkungen auf den EE-Ausbau Langfristig ist ein hoher PV-Anteil wirtschaftlich Mittelfristig müssen PV-Ausbauziele erhöht werden am Beispiel des Netzentwicklungsplanes Netzverluste Speicherverluste Oberleitungs-Lkw E-Pkw Klimatisierung Wärmepumpen Power-to-Heat / Industrie-WP Power-to-Gas Herkömml. Verbrauch EE-Abregelung Müll-HWK, Klärgas GT GuD KWK Netto-Import Laufwasser Wind-Offshore Wind-Onshore Erzeugung Verbraucher PV 19

20 Zusammenfassung Insbesondere vor dem Ziel einer 1% EE Versorgung wird ein Langzeitspeicher für erneuerbare Stromüberschüsse benötigt Kurzfristige Defizite tauchen schon bald auf: Flexibilisierung von BGA Nennenswerte Stromüberschüsse sind jedoch erst in einigen Jahren zu erwarten Derzeitig genutztes Biomassepotenzial ausreichend für diese Aufgabe! Biogenes CO 2 als geeignete CO 2 -Quelle Bereits heute nennenswertes Potenzial Zusätzliche Flexibilisierung von Biogasanlagen in Verbindung mit Power-to-Gas möglich Biogasanlagen bilden in Kombination mit PtG eine nachhaltige Lösung für die Langzeitspeicherung sowie zusätzliche Möglichkeiten für die Flexibilisierung von Stromerzeugung aus Biogas

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Hessisches Biogasforschungszentrum HBFZ, Bad Hersfeld