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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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MW
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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
lag
en
leis
tun
g [
MW
]
Ein
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ap
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ät
[MW
h/a
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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
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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
