Systemintegration Biogasverstromung Flexibilität und Systemdienstleistungen M.Sc. Martin Dotzauer

Systemintegration Biogasverstromung Flexibilität und Systemdienstleistungen M.Sc. Martin Dotzauer

Agenda Kurzportrait DBFZ Technologiepfade Biogasnutzung Biogaspotential in Deutschland Bedarfsgerechte Biogasverstromung Systemdienstleistungen 2

Kurzportrait DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ) Forschung zur energetischen Biomassenutzung in den Bereichen Bioenergiesysteme Biochemische Konversion Thermochemische Konversion Bioraffinerien Kompetenzfelder U.a. Bedarfsgerechte Bioenergiebereitstellung Labore, Prüfstände, Technika, Forschungsbiogasanlage 3

Technologiepfad - Vor Ort Verstromung Substrate NawaRo Reststoffe Abfall Vergärung kontinuierlich diskontinuierlich Aufbereitung Rohgasreinigung Nutzung KWK 4 Quelle: DBFZ, M.Dotzauer (2013)

Technologiepfad - Vor-Ort-Verstromung Gasproduktion aus regional verfügbaren Substraten (Gülle, Mist, Reststoffe, Energiepflanzen) Biogaskonditionierung : Entfeuchtung Entschwefelung Vor-Ort-Verstromung in BHKW oder Mikrogasturbinen Optionale Nutzung der Wärme (KWK) in ländlichen Regionen fehlen flächendeckende Wärmesenken Dezentrale Stromeinspeisung in ländlichen Gebieten (räumlicher Bezug zu anderen EE wie Wind und Photovoltaik) 5

Technologiepfad - Biomethaneinspeisung Substrate NawaRo Reststoffe Abfall Vergärung kontinuierlich diskontinuierlich Aufbereitung Rohgasreinigung Biomethan-Aufbereitung Nutzung KWK Wärme Mobilität 6 Quelle: DBFZ, M.Dotzauer (2013)

Technologiepfad - Biomethaneinspeisung Gaserzeugung in größeren Anlagen auf Basis von Energiepflanzen Biogasaufbereitung : 7 Entfeuchtung, Trocknung CO 2 Abtrennung Verdichtung, Brennwertanpassung, Odorierung Virtueller Transport über das Gasnetz Absatzoptionen: Wärmeerzeugung, Biokraftstoff, KWK KWK-Verstromung an Wärmesenken, EEG-Vergütung Dezentrale Stromeinspeisung in urbanen Gebieten (räumlicher Bezug zu den Verbrauchsschwerpunkten)

Biogaspotential in Deutschland Status Quo 8 Biogas-Vor-Ort-Verstromungsanlagen, 2012; Quelle: DBFZ

Biogaspotential in Deutschland Status Quo 9 Biomethan-Einspeiseanlagen, 2012; Quelle: DBFZ

NawaRo-Potential in Deutschland Status Quo 10 Anbauflächen für Agrar-NawaRo, 2012; Quelle: FNR

Biogaspotential in Deutschland Faktoren für den die Ausdehnung der Biogaserzeugung Erschließungsgrad bei Abfällen (bereits sehr hoch) Mobilisierung landwirtschaftlicher Reststoffe (Gülle, Stroh) Flächenverfügbarkeit und Anbauverhältnisse für NawaRo Agrarpreisniveau Quantitativer Zuwachs begrenzt, Qualitative Reserven Durch Flexibilisierung kann mit gleicher Primärenergie mehr Leistung bereit gestellt werden (verdichtete Produktion) 11

Biogaspotential in Deutschland bis 2020 Quelle: DLR-Leitstudie 2010 (Nitsch. J. et al, 2010) 12 2012 wurden in Deutschland bereits 21,1 TWh el aus Biogas erzeugt

Rolle der Bioenergie im Stromsystem 13

Bedarfsgerechte Biogasverstromung Lastfluss in der Regelzone 50 Hertz Juli 2013 9 000 7 000 Leistung [MW] 5 000 3 000 1 000 Netzlast [MW] Photovoltaik [MW] Biomasse [MW] Wind [MW] Wasser [MW] Gas [MW] Geothermie [MW] -1 000 14-3 000 Quelle: Daten: 50Hertz, Abbildung: DBFZ, M.Dotzauer (2013)

Bedarfsgerechte Biogasverstromung Rahmenbedingungen Biomassepotential begrenzt und nur kostenabhängig verfügbar Biomasse ist spezifisch teurer als Wind bzw. Photovoltaik Bedarf an steuerbarer Erzeugungsleistung nimmt zu Anlagenflexibilisierung technisch erprobt und schnell umsetzbar Strom aus Biogas ist zukünftig stärker bedarfsgerecht zu erzeugen 15

Bedarfsgerechte Biogasverstromung 16 Quelle: DBFZ, M.Dotzauer (2013)

Bedarfsgerechte Biogasverstromung 17 Quelle: DBFZ, M.Dotzauer (2013)

Bedarfsgerechte Biogasverstromung 18 Quelle: DBFZ, A.Krautz (2012)

Leistungsbilanz im Übertragungsnetz Regelzonen deutsches Übertragungsnetz (220kV / 380kV) 50 Hertz Ostdeutschland und Hamburg viele erneuerbare Energien Große fossile Kapazitäten (Braunkohle/Grundlast) Geringer Verbrauch Nettostromexport 19 Quelle: Wikimedia, Francis McLloyd, CC-BY-SA

Leistungsbilanz im Übertragungsnetz 9 000 Regelzone 50 Hertz 01.07 2013 bei statischer Bioenergie 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 Netzlast EE Photovoltaik [MW] Wind [MW] Biomasse [MW] Wasser [MW] Titel 0:15 1:00 1:45 2:30 3:15 4:00 4:45 5:30 6:15 7:00 7:45 8:30 9:15 10:00 10:45 11:30 12:15 13:00 13:45 14:30 15:15 16:00 16:45 17:30 18:15 19:00 19:45 20:30 21:15 22:00 22:45 23:30 20 Quelle: DBFZ, M.Dotzauer (2013)

Leistungsbilanz bei flexibler Biomasse (0-200%) 9 000 Regelzone 50 Hertz 01.07 2013 bei flexibler Bioenergie 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 Netzlast EE_geglättet Photovoltaik [MW] Biomasse gesteuert Wind [MW] Wasser [MW] 1 000 0 Leistung [MW] 0:15 1:00 1:45 2:30 3:15 4:00 4:45 5:30 6:15 7:00 7:45 8:30 9:15 10:00 10:45 11:30 12:15 13:00 13:45 14:30 15:15 16:00 16:45 17:30 18:15 19:00 19:45 20:30 21:15 22:00 22:45 23:30 21 Quelle: DBFZ, M.Dotzauer (2013)

Systemdienstleistungen Systemdienstleistungen (SDL) parallel zum energy-only -Markt Dienen im Stromnetz zur Spannungs-/ Frequenzhaltung Blindleistung Deckung von Ausgleichs- und Verlustenergie Schwarzstartfähigkeit Bioenergieanlagen können verschiedene SDL erbringen 22

Systemdienstleistungen - Regelenergie Synchronfrequenz im zentraleuropäischen Verbundnetz (Union for the Coordination of Transmission of Electricity -UCTE) Konstant wenn Erzeugung = Verbrauch Abweichungen führen zur Frequenzänderung Zur Stabilisierung wird Regelenergie eingesetzt Kurzzeitig aktivierbare Leistungsreserven Positive Regelenergie (+) Negative Regelenergie (-) 23

Systemdienstleistungen - Regelenergie 24 Quelle: DBFZ, M.Dotzauer (2013)

Systemdienstleistungen - Regelenergie Biomasseanlagen können grundsätzlich Regelleistung anbieten Primärregelung weiterhin fossil bzw. über Batteriespeicher Sekundärregelung und Minutenreserve technisch möglich Vermarktung von Regelleistung als zusätzliches Produkt Bestehende Kapazitäten könnten bereits einen großen Teil des heutigen Bedarfs decken 25

Systemdienstleistungen Regelenergie Biogas 26 Quelle: Schnell-Motoren AG, (2012)

Zusammenfassung Biomasseanlagen sind zukünftig stärker zu flexibilisieren Flexibilisierungspotential Kurzfristig: Biogas- und Pflanzenölanlagen Mittel- bis langfristig: Feststoffanlagen Biogasanalgen können schon heute bedarfsgerecht Strom erzeugen Biogasanlagen können Systemdienstleistungen erbringen Dezentrale Verteilung der Anlagen und die bereits installierte Infrastruktur bieten großes Potential zur Systemintegration 27

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit Martin Dotzauer DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D-04347 Leipzig Martin.Dotzauer@dbfz.de Durchwahl: Tel. +49 341 2434-385 Fax +049 341 2434-133 www.dbfz.de

Rolle der Bioenergie im Stromsystem 29

Bedarfsgerechte Biogasverstromung Lastfluss in der Regelzone 50 Hertz Januar 2013 9 000 7 000 Leistung [MW] 5 000 3 000 1 000 Wasser [MW] Gas [MW] Biomasse [MW] Geothermie [MW] Wind [MW] Photovoltaik [MW] Netzlast -1 000 30-3 000 Quelle: DBFZ, M.Dotzauer (2013)

Bedarfsgerechte Biogasverstromung Technische Anforderungen Erweiterung der BHKW-Kapazität Erweiterung des Gasspeichers Ertüchtigung der Anlagenperipherie (Gasleitungen, Verdichter, Gaskühlung) Strukturelle Restriktionen Wärmenutzungskonzepte Netzkapazitäten am Einspeisepunkt Rechtliche Rahmenbedingungen 31