eMikroBGAA Technisch ökonomisches Potenzial für kleine ...

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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

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Projektvorstellung

Biogaspartner Jahreskonferenz 2016

Berlin, 01.12.2016

eMikroBGAA

effiziente Mikro-Biogasaufbereitungsanlagen

[IWES] [IWES] [IWES]

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Inhalt

Projektvorstellung

Potenziale: Biogas- und Substratpotenziale

Kosten Biogasaufbereitung

Kosten Biomethaneinspeisung

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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.

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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)

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Praxis: Typische Akteursgrenzen

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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

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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?

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Projekt-Systemgrenzen: Kosten

+ (+)

Ermittlung von vollkostenoptimierten Varianten aus (BGA)-BGAA-BGEA-EGN

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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?

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Projekt-Systemgrenzen: Potenziale

Ermittlung von Biogas- und Erdgasnetzpotenzialen für die identifizierten

vollkostenoptimierten Einspeisekonstellationen

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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

14 Source: enet, 2012

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)

16 Quelle: DBFZ, 2016 , Zwischenergebnisse eMikroBGAA

Tierische Exkremente Energiepflanzen

Maissilage, Getreide-GPS, Grünland,

Ackergras*, Körnermais, Zuckerrüben,

Getreidekorn (Roggen, Gerste, Triticale)

17

Substrat-

Gegenwärtige Potenziale – Biogas

vs. IST-Nutzung

• 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))

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Kosten BGAA

+

Spezifische Kosten der Biogasaufbereitung zu

Biomethan (Herstellerangaben)

20

Relevant für Kleinst-aufbereitungsanlagen

Quelle: FNR, Leitfaden Biogasaufbereitung und –einspeisung, 2014 Datenbasis 2012

Darstellung basierend auf Kostendaten 2012!

Aktualisierung durch aktuelle Herstellerbefragung 11/2016

Kosten der Biomethanbereitstellung

(betriebswirtschaftliche Betrachtung)

21

Datenbasis 2012

Quelle: FNR, Leitfaden Biogasaufbereitung und –einspeisung, 2014

Darstellung zeigt Energiepflanzen basierte Biomethanproduktion;

Abfallbasiertes Biomethan ~1-3 ct/kWhHs geringer

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Kosten BGEA

+

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Absolute Aufteilung der Investition von

Biogaseinspeiseanlagen als minimale und maximale

Kosten pro Position nach Herstellerangaben.

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Absolute Aufteilung der Investition von

Biogaseinspeiseanlagen als minimale und maximale

Kosten pro Position (ohne Verdichtung) nach

Herstellerangaben.

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Kosten der Investition von Biogaseinspeiseanlagen

verschiedener Konstellationen im Kapazitätsbereich

25 – 250 mn³/h

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Definition Produktgasdrücke BGAA und

Erdgasnetzdruckstufen

Die Produktgasdrücke der BGAA werden auf Basis einer in 2016

durchgeführten Herstellerbefragung wie folgt definiert:

Aminwäsche: 0,15 bar

PSA (Niederdruckvariante): 1 bar

Druckwasserwäsche: 4,5 bar

Membran: 14 bar

Für die weitere Auswertung wurden folgende Erdgasnetzdruckstufen

ausgewählt:

1 bar

4 bar

16 bar

25 bar

70 bar

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Aufteilung der Einspeisenetzdruckstufen von 50

Biogaseinspeiseanlagen in Deutschland

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Spezifische Prozessstrombedarfe BGAA

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Spezifische Prozessstrombedarfe BGAA und

Verdichterarbeit BGEA (250 mn³/h BG)

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Potenziale: Erdgasnetz

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Ermittlung der Netzkapazitäten: MinFlow

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Verfügbarkeit [h]

geordnete Jahresdauerlinie 2013 - Beispiellandkreis

MinFlow - ganzjährig verfügbare Einspeiseleistung

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Ermittlung der Netzkapazitäten: MinFlow+

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An

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jährliche Verfügbarkeit [%]

jährliche Einspeisekapazität - Beispiellandkreis 2013

Einspeisekapazität Vollast

Einspeisekapazität Volllast+Teillast

Anlagenleistung

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Vielen Dank!

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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

[email protected]

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Kostenbestandteile einer BGEA mit einer

Einspeisekapazität von 125 mn³/h zur Einspeisung in ein

Nieder-/Mitteldrucknetz

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Kostenbestandteile einer BGEA mit einer

Einspeisekapazität von 125 mn³/h zur Einspeisung in ein

Hochdrucknetz