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
emikrobgaa effiziente Mikro-Biogasaufbereitungsanlagen Projektvorstellung Biogaspartner Jahreskonferenz 2016 Berlin, 01.12.2016 [IWES] [IWES] [IWES]
Inhalt Projektvorstellung Potenziale: Biogas- und Substratpotenziale Kosten Biogasaufbereitung Kosten Biomethaneinspeisung
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.
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)
Praxis: Typische Akteursgrenzen
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
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?
Projekt-Systemgrenzen: Kosten (+) + Ermittlung von vollkostenoptimierten Varianten aus (BGA)-BGAA-BGEA-EGN
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?
Projekt-Systemgrenzen: Potenziale Ermittlung von Biogas- und Erdgasnetzpotenzialen für die identifizierten vollkostenoptimierten Einspeisekonstellationen
Potenziale: Biogas
emikrobgaa Potenzialanalyse und ökonomische Bewertung Jaqueline Daniel-Gromke, Georgia Erdmann, Nadja Rensberg, Velina Denysenko 01.12.2016 dena Jahreskonferenz Biomethan, Berlin
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, 2012 14
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
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
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
Kosten BGAA +
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 2012 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 2012 21
Kosten BGEA +
Absolute Aufteilung der Investition von Biogaseinspeiseanlagen als minimale und maximale Kosten pro Position nach Herstellerangaben.
Absolute Aufteilung der Investition von Biogaseinspeiseanlagen als minimale und maximale Kosten pro Position (ohne Verdichtung) nach Herstellerangaben.
Kosten der Investition von Biogaseinspeiseanlagen verschiedener Konstellationen im Kapazitätsbereich 25 250 m n ³/h
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
Aufteilung der Einspeisenetzdruckstufen von 50 Biogaseinspeiseanlagen in Deutschland
Spezifische Prozessstrombedarfe BGAA
Spezifische Prozessstrombedarfe BGAA und Verdichterarbeit BGEA (250 m n ³/h BG)
Potenziale: Erdgasnetz
8760 8520 8280 8040 7800 7560 7320 7080 6840 6600 6360 6120 5880 5640 5400 5160 4920 4680 4440 4200 3960 3720 3480 3240 3000 2760 2520 2280 2040 1800 1560 1320 1080 840 600 360 120 mögliche Einspeisemenge [MWh/h] Ermittlung der Netzkapazitäten: MinFlow 2.000 geordnete Jahresdauerlinie 2013 - Beispiellandkreis 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 MinFlow - ganzjährig verfügbare Einspeiseleistung 600 400 200 0 Verfügbarkeit [h]
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 + 6.000.000 5.000.000 4.000.000 3.000.000 2.000.000 1.000.000 jährliche Einspeisekapazität - Beispiellandkreis 2013 Einspeisekapazität Vollast Einspeisekapazität Volllast+Teillast Anlagenleistung 2.000 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 0 0 jährliche Verfügbarkeit [%]
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Kontakt Michael Beil Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES Bereich Energieverfahrenstechnik Abteilung Bioenergie-Systemtechnik Gasaufbereitung, -einspeisung und -netze Königstor 59 34119 Kassel Tel.: +49 (0) 561 7294-421 Michael.Beil@iwes.fraunhofer.de
Kostenbestandteile einer BGEA mit einer Einspeisekapazität von 125 mn³/h zur Einspeisung in ein Nieder-/Mitteldrucknetz
Kostenbestandteile einer BGEA mit einer Einspeisekapazität von 125 mn³/h zur Einspeisung in ein Hochdrucknetz