Flexible und dezentrale Wärme- und Stromerzeugung mit Bioenergieanlagen 3 WINDENERGIE. SMART POWER Dezentrale Flexible Erzeugung PHOTOVOLTAIK 1 Überblck 0 CUBE? 1 Bioenergie heute und morgen 2 Marktintegration 3 Regionale Erzeugung 4 Praxis Beispiel 5 Zusammenfassung 2
Wer ist CUBE? Unabhängiges Ingenieurbüro für erneuerbare Energien, akkreditiert 20 Jahre Erfahrung > 4000 Projekte mit > 15.000MW inst. Leistung Hauptsitz in Kassel, weitere Büros in Hannover und Hamburg Enge Kooperationen mit IWES, EMD, deenet, IdE Mitarbeit in Forschungsprojekte zur Energiewende > 65 Mitarbeiter 3 3 CUBE Dienstleistungen für Biogas- Biomethan- und KWK-Anlagen 1. FlexAnalyse, Varianten Berechnung: Modellierung + Simulation mit Zeitreihen optimale Konfiguration der Anlage BHKW Größe Biogasspeicher Wärmespeicher 2. Eigenstromversorgung Modellierung + Simulation mit Zeitreihen optimale Konfiguration der Anlage BHKW Größe Biogasspeicher Wärmespeicher 3. FlexTOP, Optimaler täglicher Fahrplan, Einsatzoptimierung für den tägl. Betrieb (Wärmeprognose, Preisprognose) 4
Bioenergie heute und morgen Bioenergieeinsatz 2012 Quelle: 5 Bioenergie heute und morgen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien 2011 Quellen: 6
Bioenergie heute und morgen Bioenergie: Biogasanlagen (Verstromung vor Ort) Biomethananlagen (Aufbereitung und Durchleitung Biogas, Verstromung dezentral verteilt) Biomasseheizkraftwerke (Dampferzeugung -> Strom und Wärme) Quellen: 7 Bioenergie heute und morgen Stromgestehungskosten Erzeugungsanlagen Teuerste EE Staatl. Unterstützung [ /MWh] 8 Biogas-, Biomethan Biomasse Deponie-, Klär-, Grubengas Quellen: und eigene Daten
Bioenergie heute und morgen Biogas und Biomethananlagen (Substrateinsatz) 9 Bioenergie heute und morgen Bioenergie Stromeinspeisung (eine Woche 15-21.6.2013) Bioenergie: Überwiegend unflexible Konstante Einspeisung Stromverbrauch Quelle: Agora Energiewende 10
Bioenergie heute und morgen Warum Flexibilisierung von steuerbaren Anlagen, Szenario 2030 GW Fast keine fossilen Kraftwerke 20-30 GW fossile Kraftwerke Stromnachfrage 80 Photovoltaik 60 Fossile Kraftwerke 40 Wasser 20 Wind Onshore/Offshore Mo Di Mi Do Fr Sa So Biomasse Quelle: Agora Energiewende (2012) 11 Bioenergie heute und morgen Unflexible Erzeugung heute 12
Bioenergie heute und morgen Unflexible Erzeugung Flexible Erzeugung (größeres BHKW, Gasspeicher, Wärmespeicher) Quellen: 13 Marktintegration Flexibilisierung durch Direktvermarktung und Flexibilitätsprämie EEG 2012 Beispiel Biogasanlage: Bemessungsleistung 500kWel, inst. Leistung 550kW, Zusatzleistung 500kW, Bösenpreise 2011 Flexibilitätsprämie 130 /kwzusatzleistung über 10 Jahre 14 ct/kwh 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 EEG-Festvergütung Marktprämie Markt- & Flexprämie Direktvermarktung Händler Netzbetreiber Flexprämie Mehrerlös EPEX Managementprämie Gleitende Prämie Referenzmarktwert EEG- Vergütung
Marktintegration Steuerbare Erzeugungsanlagen müssen entsprechend Strom-Angebot und Nachfrage einspeisen. 15 Börsenpreis als Indikator für zusätzlichen Strombedarf zu Wind, PV, und Wasserkraft 100 80 60 40 20 0-20 -40-60 -80-100 EPEX-Spot Börsenpreis [ /MWh] 1.1 8.1 15.1 22.1 29.1 5.2 12.2 19.2 26.2 5.3 12.3 19.3 26.3 2.4 9.4 16.4 23.4 30.4 7.5 14.5 21.5 28.5 4.6 11.6 18.6 25.6 2.7 9.7 16.7 23.7 30.7 6.8 13.8 20.8 27.8 Quelle EPEX Marktintegration Einfluss Erneuerbare Energie auf den Strompreis (Merit Order Effekt) -Preise Spot-Markt(Base) /MWh: 2008: 65,9, ; 2009: 38,8 ; 2010: 44,5 ; 2011: 51,1 ; 2012: 43,0; 1-8 2013: 37,5 Strompreisbildung für jede Stunde im Jahr am Spot-Markt (pay as bid) Nachfrage Erneuerb. Energien Grenzkosten Kraftwerke 2008 16 Quelle: FfE und eigene Darstellungen 16
Marktintegration Beispielwoche 15-22.6 2013 Direktvermarktung des Stroms gibt Anreize steuerbare Anlagen abzuschalten Stromverbrauch 100 /MWh 80 60 40 20 0 15.6 16.6 17.6 18.6 19.6 20.6 21.6 22.6-20 Strompreis -40-60 -80-100 17 Regionale Erzeugung Regionalen Wärmebedarf mit Wärmespeicher abdecken, Strommarktorientiert Stromeinspeisen Biogas/Biomethan Börsenpreis Wärmebedarf Stromerzeugung Quelle: Wärmespeicher Und eigene Darst. 18
Regionale Erzeugung Regionale Wertschöpfung (Substitution fossiler Brennstoffe) Pachteinnahmen Gewerbesteuer Direkte Arbeitsplätze Aufträge für regionale Baufirmen Landwirtschaft Regionale Banken, Indirekte Arbeitsplätze Kommunalwerke Ökonomische Anreize für regionale Vermarktung: Stromsteuerbefreiung Eigenstromabdeckung Grünstromprivileg 19 Quelle MUT Energiesysteme Regionale Erzeugung Beispiel Dänemark: Kommunale Wärmeversorgung Status DK 2008 Maximale Lastspitze: 3.700 MW Großkraftwerke: Windenergieanlagen: Verteilte KWK Anlagen >200: Gesamte Leistung 3.400 MW 3.100 MW 1.700 MW 8.200MW 20
Praxis Beispiel Flexibilisierung und regionale Wärmeversorgung einer Kaserne Biomethananlage: Strom 100% Netzeinspeisung, Wärme 100% regionale Versorgung 420kW 1.166kW 1.562kW 1.948kW 21 Praxis Beispiel Flexibilisierung und regionale Wärmeversorgung einer Kaserne Klassische Auslegung: 420kW, 6800h/Jahr 22
Praxis Beispiel Ausgangssituation: Biomethan für 420kWel 6800h Auslegung 45% Wärmeabdeckung (evtl. Rückgang Wärmebedarf) Einspeisevergütung EEG-Festvergütung 20ct/kWh Brennstoffkosten 8ct/kWh, Wärmepreis 3ct/kWh 10 Jahre, 5% Zinsen Variante A-D Direktvermarktung Varianten Flexibilisierung: Variante: A 420kW B 1166kW C 1562kW D 1948kW installierte Leistung BHKW [kw] 420 1166 1562 1.948 Bemessungsleistung [kw] 326 624 683 679 el. Wirkungsgrad [%] 41,0 41,3 41,5 41,6 Erzeugte Strommenge [MWh] 2.850 5.464 5.987 5.947 Erzeugte Wärmemenge [MWh] 3.100 6.106 6.589 6.582 Wärmeabdeckung durch KWK 45% 87% 94% 94% Betriebsstunden 6.800 4.686 3.833 3.053 23 23 Praxis Beispiel 24 24 Ökonomische Ergebnisse inkl. Investition in Flexibilisierung: Variante A 420kW B 1166kW C 1562kW D 1948kW Zusatz BHKW [kw] 420 1166 1562 1.948 Investition [ ] 131.728 711.728 791.728 881.728 Annuität Investition [ /a] 16.259 87.846 97.720 108.828 Stromhandel [ /a] 5.660 13.513 16.131 17.384 Wartungskosten [ /a] 848 5.725 9.575 14.493 Brennstoffkosten [ /a] 576.471 1.057.911 1.154.500 1.144.264 Summe betrieblicher Kosten [ /a] 599.238 1.164.995 1.277.926 1.284.969 Flexbilitätsprämie [ /a] 21.844 60.899 112.027 Managementprämie [ /a] 8.867 16.392 17.961 17.842 Marktprämie [ /a] 439.657 814.344 892.738 886.941 EPEX [ /a] 156.735 295.823 327.058 328.126 Wärmeerlös [ /a] 96.266 183.176 197.668 197.468 Betriebliche Einnahmen [ /a] 701.525 1.331.579 1.496.324 1.542.404 Stromerlös Referenz [ /a] 570.000 570.000 570.000 570.000 Wärmeerlös Referenz [ /a] 92.799 92.799 92.799 92.799 Erlösveränderung [ /a] 38.726 668.780 833.525 879.605 Betriebsergebnis [ /a] -4.512 59.785 111.599 150.636 Cashflow [ /a] 11.747 147.631 209.319 259.464 ROI in % der Investition 9% 21% 26% 29% Mehrerlöse [ct/kwh] -0,15 1,09 1,86 2,53
Praxis Beispiel Ergebnisse: /Jahr 160.000 140.000 120.000 Betriebsergebnis [ /a] Mehrerlöse [ct/kwh] Zusatzerlöse pro Jahr 111.599 150.636 ct/kwh 8,0 7,0 6,0 100.000 5,0 80.000 60.000 59.785 4,0 3,0 40.000 1,9 2,5 2,0 20.000 0-20.000-4.512 1,1-0,2 A 420kW B 1166kW C 1562kW D 1948kW 1,0 0,0-1,0 25 25 Praxis Beispiel Winterwoche Unflexibel (420kW) flexibel (1948kW) 26
Praxis Beispiel Sommerwoche Unflexibel (420kW) flexibel (1948kW) 27 28 Fazit Flexibilisierung von Biogas- und Biomethananlagen ist ein wichtiger Baustein der Energiewende Flexibilisierung bedeutet größere/zusätzliches BHKW, große Wärmespeicher und ggf. Gasspeicher. Marktintegration ist zur bedarfsgerechten Stromeinspeisung notwendig Regionale Wärmesenken sind mit Kraftwärmekopplung zu erschließen Flexibilitätsprämie nach EEG 2012 gibt ökonomisch interessante Anreize zur Flexibilisierung (individuelle Analysen notwendig) Mit der Flexibilisierung ist eine höhere Wärmeabdeckung mit BHKW möglich (Effizienzsteigerung und neue Wärmesenken erschließbar!) Individuelle Analyse mit intelligenten Softwaretools notwendig Anreize für Wärmespeicher im KWKG nutzen Ausweitung auf fossile flexible KWK empfehlenswert
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