Flexible Bioenergie - Anforderungen des Energiesystems und Entwicklung der Rohstoffpotentiale Martin Dotzauer Anklam Bioethanol GmbH 26.10.2016 Bad Hersfeld Abschlussworkshop - BioOpti
Agenda Rolle der Bioenergie im deutschen Energiesystem Politische Zielstellungen Anforderungen des Energiesystems Potentiale biogener Rohstoffe Technische Herausforderungen 2
Bioenergie im deutschen Energiesystem 3
Bioenergie im deutschen Stromsystem 4
Bioenergie im deutschen Energiesystem 5
Bioenergie im deutschen Stromsystem Überproportional hoher Beitrag zur Stromerzeugung wegen hoher Anlagenauslastung, sowie Beitrag zur erneuerbaren Wärmeerzeugung Die Flexibilisierung von Bioenergieanlagen soll einen Beitrag zur Systemintegration fluktuierender EE wie Wind und PV leisten Ein Großteil der Bioenergieanalgen befindet sich in der Direktvermarktung und bietet z.t. Regelenergie an BGA mit insgesamt ca. 1.800 MW nehmen die Flexibilitätsprämie in Anspruch und stellen dabei ca. 600 MW zusätzliche Leistung bereit Niedrige Zubaupfade und Degression der Vergütungsätze für Biomasse im EEG 2014 und 2017, um die Kostendynamik zu bremsen 6
Politische Zielstellungen Kosteneffizienter Ausbau der Erneuerbaren Energien Energetische Biomassenutzung vorrangig auf Basis von Rest- und Abfallstoffen Einbindung der Bioenergie in Nutzungskaskaden Bioökonomie Vermeidung von Nutzungskonkurrenzen in den Bereichen Forst- und Agrarwirtschaft Bioenergie als erneuerbare Flexibilitätsoption erschließen 7
Fluktuierende und steuerbare Erzeugung see ~ 20GW fee ~ 89GW Quelle: DBFZ 2016, M.Dotzauer, Auf Basis der BNetzA-Kraftwerksliste 2015 8
Volatilität der Residuallast Quelle: eigene Abbildung, 2016 DBFZ, Datenbasis ENTSOE: https://www.entsoe.eu/data/data-portal/pages/default.aspx 9
Verteilung der Residuallast 2015 Stunden\Woche 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Rasterdiagramm der Residuallast für Deutschland im Jahr 2015 Quelle: eigene Abbildung, 2016 DBFZ, Datenbasis ENTSOE: https://www.entsoe.eu/data/data-portal/pages/default.aspx 10
Implikationen für die Biomasseverstromung Zeiträume in denen die Erzeugung aus fee den Bedarf überwiegend deckt oder übersteigt nehmen mittelfristig zu Trotz guter Transportkapazitäten für Überschüsse in die Nachbarländer müssen sog. Must-Run-Kapazitäten abgebaut werden Biomasse sollte von der bisherigen Bandeinspeisung wenn möglich zu einer flexiblen und bedarfsgerechten Betriebsweise übergehen Herausforderungen für Bioenergieanlagen durch Flexibilisierung Technische Anpassungen (Überbauung, Speicher, MSR) Verringerung der Auslastung und damit Steigerung der spez. Kosten Zielkonflikten bei KWK bzw. zusätzlicher Aufwand Wärmespeicher oder Spitzenlastkessel die Deckungslücken ausgleichen 11
Bewertung der Konversionstechnologien hinsichtlich Flexibilisierbarkeit Biogas Vor Ort Verstromung Die Erweiterung der Verstromungskapazität ist obligatorisch um eine Überbauung zu erreichen (P installiert >> P Bemessung ) Gute kurzfristige Flexibilisierbarkeit über Gasspeicher, längerfristige Flexibilisierung über gesteuerte Gasproduktion Hohe KWK-Anteile lassen sich nur mit zusätzlichen Wärmespeichern oder geeigneten zeitunabhängigen Wärmesenken erreichen Biogaseinspeisung und dezentrale Verstromung Sehr gute Entkoppelung von Gaserzeugung und Gasnutzung, hohe KWK-Anforderungen erfordern analog zu anderen KWK- Anwendungen eine Entkoppelung der Strom- und 12
Bewertung der Konversionstechnologien hinsichtlich Flexibilisierbarkeit Kondensationskraftwerke und Vergaser mit nachgeschaltetem Motor-BHKW auf Basis fester Biomasse Kurzfristig schlecht flexibilisierbar, da der Verbrennungs- Vergasungsprozess nur vergleichsweise träge steuerbar ist langfristig gut adaptierbar unter Berücksichtigung der KWK- Anforderungen Pflanzenöl-BHKW Sehr gut flexibilisierbar aber auf Grund geänderter Rahmenbedingungen Auslaufmodell KWK-Anforderungen auch hier einschränkend 13
Einsatzstoffverteilung (Ergebnisse EBFE) Quelle: eigene Abbildung, 2016 DBFZ 14
Rohstoffseitige Herausforderungen Heute bildet sowohl masse- als auch energiebezogen Anbaubiomasse den größten Beitrag zur Stromerzeugung aus Biomasse Zukünftig sollen vorrangig Koppelprodukte, Rest- sowie Abfallstoffe eingesetzt werden um Nutzungskonkurrenzen zu vermeiden Es leiten sich daraus drei zentrale Fragestellungen ab: 1. Welche Potentiale sind für Koppelprodukte sowie Abfall- und Reststoffe vorhanden? 2. Wie lassen sich diese Potentiale effizient erschließen? 3. Welchen bisherigen Stoffströme lassen sich mit einer energetischen Nutzung verbinden bzw. lassen sich dorthin umleiten? 15
Potentiale biogener Rohstoffe Ergebnisse der Studie BIOPOT Differenz zur Studie EBFE ca. 10% Gründe für Unterschiede Unterschiedliche Berechnungsmethodik (top-down vs. bottom-up) Unterschiedliche Bezugsjahre Quelle: Brosowski et.al., 2015 Biomassepotentiale von Rest- und Abfallstoffen 16
Ungenutzte Biomassepotentiale Quelle: Brosowski et.al., 2015 Biomassepotentiale von Rest- und Abfallstoffen 17
Biomassepotentiale Abfälle und Reststoffe Quelle: Brosowski et.al., 2015 Biomassepotentiale von Rest- und Abfallstoffen 18
Herausforderungen - Potentialerschließung Logistik: Konzentration dezentraler Aufkommen Bestehende Stoffströme / Nutzungen Heterogene Datenlage zum Aufkommen und den Verwertungswegen, vor allem von Abfall- und Reststoffen Gesetzliche Vorgaben befördern oder erschweren die Erschließung der Potentiale Akzeptanz und Partizipation (z.b. Reduktion von Fehlwürfen, Verzicht Kunststoffbeutel in der braunen Tonne) 19
Herausforderungen - Konversion Abfall- und Reststoffe haben zum Teil weder optimale Verbrennungsnoch optimale Vergärungseigenschaften Hohe Aschegehalte, Schadstofffrachten Störstoffe die den Prozess behindern Saisonal schwankende Mengen und Qualitäten Genehmigungsrechtliche Fragen in Abhängigkeit der Abfallkategorie 20
Herausforderung - Systemintegration Ist die zwingende Flexibilisierung auch von Abfallbiogasanalgen notwendig wie es zur Zeit im EEG gefordert ist? Flexibilisierung von Abfallvergärungsanlagen erfordert analog zu Landwirtschaftlichen BGA: Eine Überbauung der Anlagen (Pinstalliert >> PBemessung) Vorhaltung von Gasspeicher für 6 18h der Gasproduktion Für die übertägige Flexibilisierung sollte geprüft werden inwieweit auch im Abfallbereich die Gasproduktion steuerbar ist Bei Kraft-Wärme-Koppelung ist auch das Wärmekonzept für einen flexiblen Betrieb anzupassen (Wärmespeicher, Spitzenlastkessel) 21
Zusammenfassung Bioenergieanlagen sind eine der zukünftigen erneuerbaren Flexibilitätsoptionen zum Ausgleich fluktuierender EE Bioenergieanalgen erbringen darüber hinaus einen Beitrag zur erneuerbaren Strom- und Wärmeproduktion Erhebliche Biomassepotentiale aus dem Bereichen Koppelprodukte, Abfall- und Reststoffe vorhanden Umfang dieser Potentiale ist z.t. nicht genau bestimmbar Die Erschließung der Potentiale erfordert die Überwindung logistischer technischer und regulatorischer Hemmnisse 22
Smart Bioenergy Innovationen für eine nachhaltige Zukunft Ansprechpartner M.Sc. Martin Dotzauer Tel. +49 (0)341 2434 385 E-Mail: martin.dotzauer@dbfz.de DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D-04347 Leipzig Tel.: +49 (0)341 2434 112 E-Mail: info@dbfz.de www.dbfz.de
Input-Output-Analyse Bioenergie Quelle: eigene Abbildung, 2016 DBFZ 24