Betriebskonzepte für die bedarfsorientierte Stromerzeugung aus Biogas Dipl.-Ing. Patrick Hochloff Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) F&E-Bereich Energiewirtschaft und Netzbetrieb
Inhalt Zukunft der Stromerzeugung aus Biogas Rechtlicher Hintergrund Betriebskonzepte
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
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
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
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
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
Rechtlicher Hintergrund Direktvermarktung mit Marktprämie + Flexibilitätsprämie Kosten Überkapazität Anreiz Vermarktung Kosten Vermarktung Rendite Flexibilitätsprämie Zusatzerlöse Markt Managementprämie EEG-Satz Marktprämie Kosten Biogasanlage Markterlös Baseload
Rechtlicher Hintergrund Flexibilitätsprämie = 13 /kw x Zusatzkapazität Anrechenbare Zusatzkapazität abhängig von Bemessungsleistung: 6 Biogasanlage, 1 MW inst. Leistung 5 anrechenbare Zusatzkapazität [kw] 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Bemessungsleistung [kw]
Rechtlicher Hintergrund durchschn. Anlagenleistung (kw) 25 2 15 1 Inanspruchnahme der Flexibilitätsprämie nach 33 i gesamte Anlagenleis 1 8 6 4 5 3 7 12 13 16 2 21 23 25 28 31 52 175 186 189 194 1 21 211 4 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug 212 213 durch. Anlagenleistung Zubau (Monat) gesamte Anlagenleistung & Anlagenzahl 223 2 -
Betriebskonzepte Bedarfsorientierte Erzeugung nach Spotmarktpreisen [Euro/MWh] 8 6 4 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
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
Betriebskonzepte Vergleich der Anlagenkonzepte, Szenario 212 75 kw BHKW 8 h-speicher 1 kw BHKW 12 h-speicher 15 kw BHKW 16 h-speicher Zusatzerlöse 27.2 38.9 51.5 - Kosten 38.5 63.2 12.8 Zwischensumme - 11.3-24.3-51.3 + Flexibilitätsprämie 29.8 62.3 97.5 Summe 18.5 38. 46.2 Kleine Zusatzleistung kleiner Gewinn, kleines Risiko Hohe Zusatzleistung hoher Gewinn, hohes Risiko
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 6 4 2 1.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
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 4 2 4.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
Betriebskonzepte Vergleich der Betriebskonzepte (1 MW, 12 h-speicher), Sz. 212 Spotmarkt Spotmarkt + Minutenreserve Spotmarkt + Sekundärregelleistung Zusatzerlöse 38.9 44.8 59.9 - Kosten 63.2 62.9 62.3 Zwischensumme - 24.3-18.1-2.4 + Flexibilitätsprämie 62.3 62.4 62.9 Summe 38. 44.4 6.5 Aufwand für Minutenreserve mit geringem Mehrerlös Aufwand für Sekundärregelleistung mit deutlichem Mehrerlös
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] 15 1 5 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
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 1.64 1.5 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 [%] 1 5 7.Nov 8.Nov 9.Nov 1.Nov 11.Nov 12.Nov 13.Nov 14.Nov 15.Nov 16.Nov
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
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystetechnik (IWES) Dipl.-Ing. Patrick Hochloff Königstor 59, 34119 Kassel patrick.hochloff@iwes.fraunhofer.de