Betriebskonzepte für die bedarfsorientierte Stromerzeugung aus Biogas

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1 Betriebskonzepte für die bedarfsorientierte Stromerzeugung aus Biogas Dipl.-Ing. Patrick Hochloff Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) F&E-Bereich Energiewirtschaft und Netzbetrieb

2 Inhalt Zukunft der Stromerzeugung aus Biogas Rechtlicher Hintergrund Betriebskonzepte

3 Zukunft der Stromerzeugung aus Biogas Erneuerbaren Energien ändern Anforderungen an Kraftwerkspark Weniger Bedarf an Grundlastkraftwerken Mehr Bedarf an flexiblen Spitzenlastkraftwerken Stromverbrauch: Spitze am Mittag Residuallast: Spitzen am Morgen und Abend

4 Zukunft der Stromerzeugung aus Biogas Derzeit Biogasanlagen mit ca. 3,2 GW el überwiegend in Grundlast Zukunft: Biogasanlagen als Spitzenlastkraftwerke Flexible Stromerzeugung aus Biogas bei höherem Bedarf Grundlasterzeugung verdrängt durch hohe Windeinspeisung

5 Zukunft der Stromerzeugung aus Biogas Vergrößerung der BHKW-Leistung z. B. bei Generalüberholung Vergrößerung der Speicherkapazität Vergrößerung der Netzanschlussleistung Substratmenge bzw. jährliche Energieproduktion bleibt gleich: z. B. 8 VLS 4 VLS

6 Zukunft der Stromerzeugung aus Biogas Flexible Biogasanlagen (mit Marktprämie preisunabhängig in Merit- Order) drücken Preisspitzen V1 215 V2 215 V3 215 V1 22 V2 22 V3+ 22 Preisspread 22 ohne flexible BGA Preisspread 22 mit flexiblen BGA Base-Peak-Differenz 12h-Base-Differenz 8h-Base-Differenz 4h-Base-Differenz

7 Rechtlicher Hintergrund Rechtliche Grundlage für den bedarfsorientierten Betrieb von Biogasanlagen ist die Direktvermarktung mit Marktprämie + Flexibilitätsprämie Marktprämie Flexibilitätsprämie Finanzieller Ausgleich der entgangenen Einspeisevergütung mit Baseload-Preis als Maßstab für Einnahmen von Biogasanlagen Zuzahlung zu Investitionen in Überkapazitäten von BHKW und Gasspeicher für bedarfsorientierten Betrieb

8 Rechtlicher Hintergrund Direktvermarktung mit Marktprämie + Flexibilitätsprämie Kosten Überkapazität Anreiz Vermarktung Kosten Vermarktung Rendite Flexibilitätsprämie Zusatzerlöse Markt Managementprämie EEG-Satz Marktprämie Kosten Biogasanlage Markterlös Baseload

9 Rechtlicher Hintergrund Flexibilitätsprämie = 13 /kw x Zusatzkapazität Anrechenbare Zusatzkapazität abhängig von Bemessungsleistung: 6 Biogasanlage, 1 MW inst. Leistung 5 anrechenbare Zusatzkapazität [kw] Bemessungsleistung [kw]

10 Rechtlicher Hintergrund durchschn. Anlagenleistung (kw) Inanspruchnahme der Flexibilitätsprämie nach 33 i gesamte Anlagenleis Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug durch. Anlagenleistung Zubau (Monat) gesamte Anlagenleistung & Anlagenzahl

11 Betriebskonzepte Bedarfsorientierte Erzeugung nach Spotmarktpreisen [Euro/MWh] spotmarket prices Volatile Marktpreise in Abhängigkeit von Angebot und Nachfrage 2 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep [MW] power generation 1 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep Stromerzeugung bei hohen Preisen erhöht Einnahmen [MWh] gas storage level 15 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep Biogasspeicher hält Gasproduktion während niedrigen Preisen zurück

12 Betriebskonzepte verschiedene Anlagen-/Betriebskonzepte am Spotmarkt [MW] 1 power generation [MW].75 power generation [MW] 1.5 power generation 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep gas storage level gas storage level 2 gas storage level [MWh] 15 [MWh] 1 [MWh] 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep 2-fache Leistung 12 h-speicher 1,5-fache Leistung 8 h-speichern 3-fache Leistung 16 h-speichern

13 Betriebskonzepte Vergleich der Anlagenkonzepte, Szenario kw BHKW 8 h-speicher 1 kw BHKW 12 h-speicher 15 kw BHKW 16 h-speicher Zusatzerlöse Kosten Zwischensumme Flexibilitätsprämie Summe Kleine Zusatzleistung kleiner Gewinn, kleines Risiko Hohe Zusatzleistung hoher Gewinn, hohes Risiko

14 Betriebskonzepte Bedarfsorientierte Erzeugung nach Spotmarktpreisen + Minutenreserve Minutenreserve als weiteres vermarktbares Produkt (täglich 6 x 4h-Produkte) Fahrplan mit optimalem Angebot für alle Produkte [Euro/MW] [MW] 8 neg. MR pos. MR Spotmarkt Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep 1 neg. Reserve pos. Reserve Erzeugung 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep [MWh] 15 Füllstand Gasspeicher 1.Sep 2.Sep 3.Sep 4.Sep 5.Sep 6.Sep 7.Sep 8.Sep

15 Betriebskonzepte Bedarfsorientierte Erzeugung nach Spotmarktpreisen + Sekundärregelleistung Sekundärregelleistung als weiteres vermarktbares Produkt (wöchentliche HT/NT-Produkte) Fahrplan mit optimalem Angebot für alle Produkte [Euro/MW] 2 neg. SR pos. SR 1 4.Jun 5.Jun 6.Jun 7.Jun 8.Jun 9.Jun 1.Jun 11.Jun [Euro/MWh] [MW] 8 6 Spotmarkt Jun 5.Jun 6.Jun 7.Jun 8.Jun 9.Jun 1.Jun 11.Jun 1 neg. Reserve pos. Reserve Erzeugung 4.Jun 5.Jun 6.Jun 7.Jun 8.Jun 9.Jun 1.Jun 11.Jun [MWh] 15 Füllstand Gasspeicher 4.Jun 5.Jun 6.Jun 7.Jun 8.Jun 9.Jun 1.Jun 11.Jun

16 Betriebskonzepte Vergleich der Betriebskonzepte (1 MW, 12 h-speicher), Sz. 212 Spotmarkt Spotmarkt + Minutenreserve Spotmarkt + Sekundärregelleistung Zusatzerlöse Kosten Zwischensumme Flexibilitätsprämie Summe Aufwand für Minutenreserve mit geringem Mehrerlös Aufwand für Sekundärregelleistung mit deutlichem Mehrerlös

17 Betriebskonzepte Erweitertes Anlagen-/Betriebskonzept mit Power-to-Gas H 2 - Speicher Kompressor Elektrolyse Spotmarkt Strom Preis in [EUR/MWh] 1-1 EEX Energy Spot Price EEX Natural Gas Daily Reference Price (NCG) Methanisierung Spotmarkt Gas Leistung in [kw] 2-2 elektrische Verbrauchsleistung Elektrolyseur H 2 -Gasstrom Direkt H 2 -Gasstrom Speicher 2 Energie in [kwh] Speicherinhalt Wasserstoffzwischenspeicher Biomethan Leistung in [kw] 1-1 H 2 -Gasstrom Direkt H 2 -Gasstrom Speicher Produktgasstrom Methansynthesereaktor Fermenter Dec-23 Dec-25 Dec-27 Dec-29 Dec-31 Jan-2 Jan-4 Jan-6 Jan-8 Jan-1

18 Betriebskonzepte 1 Strompreis und Vor-Ort-Verstromung /MWh 5 H 2 - Speicher Kompressor 7.Nov 8.Nov 9.Nov 1.Nov 11.Nov 12.Nov 13.Nov 14.Nov 15.Nov 16.Nov Elektrolyse Spotmarkt Strom Anlagenbetrieb BHKW Methanreaktor Elektrolyseur 2.75 Methanisierung BHKW Methan MW Biogas- Speicher CH 4 - Speicher 7.Nov 8.Nov 9.Nov 1.Nov 11.Nov 12.Nov 13.Nov 14.Nov 15.Nov 16.Nov Speicherfüllstand Biogas Methan Wasserstoff Fermenter BHKW Biogas, Methan Füllstand [%] Nov 8.Nov 9.Nov 1.Nov 11.Nov 12.Nov 13.Nov 14.Nov 15.Nov 16.Nov

19 Zusammenfassung Biomasse v. a. Biogas ergänzt anteilig Wind- und Solarenergie Mehr Anlagentechnik bei gleicher Ressourcennutzung Integration in Spotmärkte für effizienten Beitrag im Stromsystem Kleine Überkapazitäten basierend auf Kosten/Markterlös-Verhältnis Sekundärregelleistung bietet (derzeit noch) hohe Zusatzerlöse

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystetechnik (IWES) Dipl.-Ing. Patrick Hochloff Königstor 59, Kassel