Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz

Präsentation zum Thema: "Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz"—  Präsentation transkript:

1 Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
aus technischer, wirtschaftlicher und rechtlicher Sicht auf nationaler und internationaler Ebene Wolf Thyssen | 10. Juni 2004 Prozess der Energiemarktliberalisierung in der Praxis

2 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[a] Motivation [b] Rechtliche Rahmenbedingungen [c] Aufbereitungstechniken [d] Wirtschaftlichkeit [e] Biogasanlagen in Deutschland [f] Wie machen es die Nachbarn ? [g] Fazit 2 / 44 Gliederung

3 Mehrstufigen Vergärungs- oder Faulungsprozess biogener
Was ist Biogas ? Entstehung Mehrstufigen Vergärungs- oder Faulungsprozess biogener Substanzen durch die Aktivität von anaeroben Mikroorganismen, d.h. unter Luft bzw. Sauerstoffausschluss. Hydrolyse  Säurebildung  Essigsäurebildung  Methan Zusammensetzung • 60 %vol Methan • ca. 40 %vol Kohlendioxid • bis zu mg/m³ Schwefelwasserstoff • Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak 3 / 44 [a] Motivation

4 Nutzbares Aufkommen von Biogas in Deutschland
1 m³ Biogas  0,6 l Heizöl  6 kWh Mist & Gülle PJ / a (22 TWh) Biomüll PJ / a (3 TWh) Energiepflanzen  200 PJ / a (55 TWh) insgesamt  290 PJ / a (80 TWh)  25 TWhel 4 / 44 [a] Motivation

5 Bestandsaufnahmen der Biogasanlagen in Europa
Quelle: SGC, 2001 5 / 44 [a] Motivation

6 Schemazeichnung A B [a] Motivation 6 / 44
Quelle: T. Schmalschläger, 2003 6 / 44 [a] Motivation

7 Gewinnung / Erzeugung von Biogas Vorreinigung
Nutzung von Biogas Variante A Gewinnung / Erzeugung von Biogas Vorreinigung a) Deckung von Eigenbedarf (BHKW, Fermenter, ...) b) Betrieb von kommerziellem BHKW Absatz von Strom & Wärme Variante B Gewinnung/Erzeugung von Biogas Aufbereitung auf Erdgasqualität a) Absatz / Einspeisung ins Erdgasnetz b) Einsatz als Treibstoff für Kraftfahrzeuge 7 / 44 [a] Motivation

8 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[a] Motivation [b] Rechtliche Rahmenbedingungen [c] Aufbereitungstechniken [d] Wirtschaftlichkeit [e] Biogasanlagen in Deutschland [f] Wie machen es die Nachbarn ? [g] Fazit 8 / 44 Gliederung

9 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
Abgabe und Vergütung von Biogas in Deutschland gesetzlich bislang nicht explizit geregelt periphere Regelungen in: • Erneuerbare-Energien-Gesetz • Biomasseverordnung • Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz • Energiewirtschaftsgesetz EU-Richtlinienentwurf (06/2002): diskriminierungsfreier Zugang für Biogas zum Gasnetz 9 / 44 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen

10 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ...regelt die Abnahme und Vergütung von Strom aus regenerativen Energiequellen • u.a. Biomasse einschließlich Biogas • Wärmeäquivalenzregel ...Gas ist Biogas, wenn das entnommene Gas an anderer Stelle wärmeäquivalent als Biogas eingespeist wurde • höhere Vergütung für Strom aus Biogas mit Erdgasqualität 10 / 44 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen

11 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
Biomasseverordnung ...regelt für das EEG, • welche Stoffe als Biomasse gelten,  Pflanzen, Pflanzenbestandteile, Abfälle & Nebenprodukte pflanzlicher & tierischer Herkunft aus Land-, Forst- und Fischwirtschaft sowie daraus erzeugtes Gas  nicht: Deponie- und Klärgase, Tierkörper • welche Verfahren zur Stromerzeugung anwendbar sind und • welche Umweltanforderungen dabei einzuhalten sind 11 / 44 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen

12 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) ...regelt u.a. technische Anforderungen an die Gasversorgung  Verweis auf die technischen Regeln des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) insbesondere • Arbeitsblatt G 260 (Gasbeschaffenheit) • Merkblatt G 262 (Nutzung von Deponie-, Klär- und Biogasen) 12 / 44 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen

13 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
DVGW G Anforderungen an die Erdgasbeschaffenheit Gruppe L Gruppe H Heizwert HS,n [kWh/m³] 8, ,1 relative Dichte [Gas/Luft] 0, ,75 Wobbe-Index (HS,n/d) [kWh/m³] 10, ,0 12, ,7 Sauerstoff - trockenes Netz [%] - feuchtes Netz [%] 3 0,5 Gesamtschwefel (nicht odoriert) [mg/m³] (kurzzeitig) Schwefelwasserstoff [mg/m³] (kurzzeitig) Quelle: DVGW G 260 13 / 44 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen

14 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
DVGW G Biogase ...Rohgase aus Biogasanlagen sind keine Brenngase im Sinne des DVGW G 260 CH4 [%vol] CO2 [%vol] O2/N2 [%vol] H2S [mg/m³] Biogas Rest Erdgas H > 96* keine besondere Festlegung O2 < 0,5 < 5 Erdgas L > 90* * Mindestmethangehalt nach Aufbereitung zur Gewährleistung des erforderlichen Wobbe-Indexes  Methananteil erhöhen & Schwefelwasserstoff entfernen 14 / 44 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen

15 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
Vergütungsmodell für Biogas Vorschlag des Fachverbandes für Biogas e.V. (2001) installierte thermische Leistung Mindestvergütung < 0,5 MW 10,2 ct/kWhth < 1,5 MW 7,7 ct/kWhth < 3,0 MW 6,6 ct/kWhth > 3,0 MW 5,1 ct/kWhth 15 / 44 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen

16 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[a] Motivation [b] Rechtliche Rahmenbedingungen [c] Aufbereitungstechniken [d] Wirtschaftlichkeit [e] Biogasanlagen in Deutschland [f] Wie machen es die Nachbarn ? [g] Fazit 16 / 44 Gliederung

17 [c] Aufbereitungstechniken
denkbare Varianten der Erdgasnetzeinspeisung a) als Austauschgas Biogas derart aufbereitet und verdichtet, dass es sich bei Brennwert und Wobbe-Index nur marginal vom Erdgas in der Transportleitung unterscheidet. b) zur Konditionierung aufbereitetes Biogas enthält noch höhere Anteile an CO2 sowie weitere Gasbegleitstoffe und ist nicht kompatibel, wird geringfügig beigemischt. 17 / 44 [c] Aufbereitungstechniken

18 [c] Aufbereitungstechniken
Voraussetzungen für die Einspeisung ins Erdgasnetz • Abscheiden fester/flüssiger Partikel • Trocknung • Entschwefelung • Methan-Anreicherung • Odorierung 18 / 44 [c] Aufbereitungstechniken

19 [c] ..Partikelabscheidung / Trocknung
Abscheiden fester/flüssiger Partikel Leiten des Biogases durch verschiedene Filterstufen • Kiestöpfe (Grobfilter, Entwässerung) • Patronenfilter (Feinfilter) Trocknung • Kältetrocknung (auch Adsorptions- und Drucktrocknung) • Unterschreiten des Taupunkts von Wasser  ein- oder zweistufig, abhängig vom Einsatz „trockener“ oder „nasser“ Gasreinigungstechniken 19 / 44 [c] ..Partikelabscheidung / Trocknung

20 • hauptsächlich chemische Adsorptionsverfahren
Entschwefelung Schwefelgehalt beeinträchtigt Lebensdauer von Leitungen und Verbrauchseinrichtungen • hauptsächlich chemische Adsorptionsverfahren katalytische Oxidation - Oxidation mit Eisenhydroxid • gewöhnliches Verfahren in der Landwirtschaft biologische Oxidation 20 / 44 [c] ..Entschwefelung

21 katalytische Oxidation
Umsetzung von Schwefelwasserstoff zu Schwefel an einem Katalysator 2 H2S + O S + 2 H2O Katalysator Oxidation mit Eisenhydroxid Reaktion von Schwefelwasserstoff mit Eisenhydroxid und Sauerstoff zu Schwefel. 2-stufige Reaktion mit den Zwischenprodukten Wasser und Eisen-III-Sulfid. Eisen-III-Sulfid oxidiert mit Sauerstoff zu Schwefel. 21 / 44 [c] ..Entschwefelung

22 biologische Oxidation
Reaktion von Schwefelwasserstoff mit Sauerstoff zu Schwefel 2 H2S + O2 2 S + 2 H2O • Zuführung von Luft in den Gasraum des Gärbehälters • auch extern durch Biofiltration im Rieselbett möglich • Reinigungsleistung schlechter als bei chemischen Verfahren • Reingaskonzentration max. < 50 ppm 22 / 44 [c] ..Entschwefelung

23 [c] ..Methananreicherung
Methananreicherung / Kohlendioxidabtrennung • Druckwäsche • Druckwechselverfahren (PSA = Pressure Swing Adsorption) • Membran-Trennverfahren • Gasverflüssigung 23 / 44 [c] ..Methananreicherung

24 [c] ..Methananreicherung
Druckwäsche „absorptives“ bzw. „nasses“ Verfahren zur Methananreicherung Prinzip: Ausnutzen der unterschiedlichen Wasserlöslichkeit von CO2 und Methan > 96 % CH4 Quelle: Weiland, Peter (2003) 24 / 44 [c] ..Methananreicherung

25 [c] ..Methananreicherung
Druckwechselverfahren (PSA) „adsorptives“ bzw. „trockenes“ Verfahren zur Kohlendioxidabtrennung Prinzip: Adsorption von CO2 an Molekularsieben auf Kohlenstoffbasis (Aktivkohle) 96 % CH4 Quelle: Widmer, Ch. 1999 25 / 44 [c] ..Methananreicherung

26 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[a] Motivation [b] Rechtliche Rahmenbedingungen [c] Aufbereitungstechniken [d] Wirtschaftlichkeit [e] Biogasanlagen in Deutschland [f] Wie machen es die Nachbarn ? [g] Fazit 26 / 44 Gliederung

27 [d] Wirtschaftlichkeit
Variante A Gewinnung / Erzeugung von Biogas Vorreinigung a) Deckung von Eigenbedarf (BHKW, Fermenter, ...) b) Betrieb von kommerziellem BHKW Absatz von Strom & Wärme Variante B Gewinnung/Erzeugung von Biogas Aufbereitung auf Erdgasqualität a) Absatz / Einspeisung ins Erdgasnetz b) Einsatz als Treibstoff für Kraftfahrzeuge 27 / 44 [d] Wirtschaftlichkeit

28 [d] Wirtschaftlichkeit
Aufbereitungskosten 1 Großvieheinheit (GVE)  1,5 m³ Biogas / Tag • 1 Rind • 6 Schweine • 150 Hühner Alternativen: Vergärung von Energiepflanzen, Biomüll 28 / 44 [d] Wirtschaftlichkeit

29 [d] Wirtschaftlichkeit
Aufbereitungskosten – Kalkulationsbeispiel Variante B Annahmen: • Verarbeitungskapazität: 50 m³/h sowie 400 m³/h • Aufbereitungsverfahren: Druckwäsche • Kühlwasserbedarf: m³/h aus eigenem Brunnen, Einleitung in Kanalisation • Strom: Opportunitätskosten für Strom aus Biogas-BHKW bei EEG-Vergütung • Auslastung: h/a 29 / 44 [d] Wirtschaftlichkeit

30 [d] Wirtschaftlichkeit
Aufbereitungskosten – Kalkulationsbeispiel Variante B 50 m³ / h 400 m³/h Investitionen ,00 ,00 € Personal & Betrieb 16.000,00 22.000,00 €/a Strom 10.660,00 50.000,00 Wasser 29.680,00 ,00 Sonstiges 1.000,00 8.000,00 Kapitalkosten 12.356,00 57.144,00 Betriebskosten 69.696,00 ,00 spezifische Kosten 2,70 1,40 ct/kWh 30 / 44 [d] Wirtschaftlichkeit

31 [d] Wirtschaftlichkeit
Aufbereitungskosten Variante B Bandbreite je nach Kühlwasserbedarfsdeckung (1. Leitungswasser, 2. eigener Brunnen, 3. keine Abwassergebühr) signifikante Einflüsse: • Leistungsklasse • Kühlwasserbedarfsdeckung 31 / 44 [d] Wirtschaftlichkeit

32 [d] Wirtschaftlichkeit
Gestehungskosten Variante B Vergleich: GASAG Einsteigertarif: 3,7 ct/kWh (Verbraucherseite) Beschaffungspreis = anlegbarer Preis Investitionskosten Leitung: 50 € / m (ländlicher Raum) Kosten für Gebläse, Wartung, etc. geringer als Kapitalkosten 32 / 44 [d] Wirtschaftlichkeit

33 [d] Wirtschaftlichkeit
Aufbereitungskosten Variante A BHKW 1 BHKW 2 Leistung el./therm. 241 / 326 412 / 557 kW Stromerzeugung 3.264 MWh nutzbare Wärme 2.784 Investition ,00 ,00 €/a spezifisch 950,00 880,00 €/kWhel Jahreskosten 52.400,00 74.860,00 Stromerlöse ,00 ,00 Wärmeerlöse 2,0 ct/kWh : 55.680,00 2,5 ct/kWh : 69.600,00 200 m³/h 33 / 44 [d] Wirtschaftlichkeit

34 [d] Wirtschaftlichkeit
Wärmeerlöse Variante A Entfernung BHKW 2 Wärmeerlös bei 2,0 ct / kWh 2,5 ct / kWh 0,5 km 16.369 30.289 1 km 13.420 27.340 2 km 7.522 21.442 3 km 1.624 15.544 4 km 9.646 5 km 3.748 10 km • Anlagen mit 400 m³/h auch bei 10 km Entfernung wirtschaftlich Externe Nutzung von Biogas i.A. günstiger als Aufbereitung und Einspeisung 34 / 44 [d] Wirtschaftlichkeit

35 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[a] Motivation [b] Rechtliche Rahmenbedingungen [c] Aufbereitungstechniken [d] Wirtschaftlichkeit [e] Biogasanlagen in Deutschland [f] Wie machen es die Nachbarn ? [g] Fazit 35 / 44 Gliederung

36 [e] Biogasanlagen in Deutschland
aktuell keine Anlage zur Biogaseinspeisung in Betrieb • Klärgasaufbereitung Kläranlage Stuttgart 5 Mio. m³ zwischen , H-Qualität, 4 Pf/kWh, lokales GVU • Klärgasaufbereitung Kläranlage Mönchengladbach 19,7 Mio. m³ zwischen , L-Qualität, lokales GVU • Biogasanlage Schleswig (Versuchsanlage, in Planung) 50 % Gülle/50 % Schlempe, 400 m³/d, H-Qualität Busbetrieb, Tankstellenverkauf, Einspeisung in lokales GVU-Netz 36 / 44 [e] Biogasanlagen in Deutschland

37 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[a] Motivation [b] Rechtliche Rahmenbedingungen [c] Aufbereitungstechniken [d] Wirtschaftlichkeit [e] Biogasanlagen in Deutschland [f] Wie machen es die Nachbarn ? [g] Fazit 37 / 44 Gliederung

38 [f] Wie machen es die Nachbarn ?
Schweden • Biogasaufbereitung und –einspeisung Laholm  ursprünglich zur Reduzierung der Bucht-Eutrophierung  t Gülle und t Bioabfälle jährlich  Aufbereitungskapazität 250 m³/h  Entschwefelung, CO2-Abtrennung, Addition von Propan  Nutzung in BHKW zur Wärmeerzeugung  Einspeisung in lokales Gasnetz, wenn Wärmelast absinkt 38 / 44 [f] Wie machen es die Nachbarn ?

39 [f] Wie machen es die Nachbarn ?
Schweden • Rahmenbedingungen  organischer Deponieabfall besteuert, ab 2005 verboten  Erdgasnetz gering ausgebaut  Qualität des Mischgases im Netz ausschlaggebend  Maximaleinspeisung durch Wobbe-Index gegeben  Einspeisung ohne Aufbereitung möglich (Dänemark) 39 / 44 [f] Wie machen es die Nachbarn ?

40 [f] Wie machen es die Nachbarn ?
Schweiz • Erdgas Zürich  Ende Anlagen mit bis zu t / a  Vergärung von biogenen Abfällen & Industrieabwässer  Entschwefelung, Gastrocknung, CO2-Abtrennung  Verwertung in BHKW, Aufbereitung je 50 %  geringere Beschränkungen der Biogas-Einspeisung in höhere Druckstufen (Transportnetz) 40 / 44 [f] Wie machen es die Nachbarn ?

41 [f] Wie machen es die Nachbarn ?
Niederlande • Deponiegasaufbereitung an 5 Standorten  EU-Forschungsprojekt ALTENER  Vergärung organischer Abfälle & Klärschlamm  Druckwasserwäsche  Einspeisung ins öffentliche Gasnetz 41 / 44 [f] Wie machen es die Nachbarn ?

42 [b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[a] Motivation [b] Rechtliche Rahmenbedingungen [c] Aufbereitungstechniken [d] Wirtschaftlichkeit [e] Biogasanlagen in Deutschland [f] Wie machen es die Nachbarn ? [g] Fazit 42 / 44 Gliederung

43 • gesetzliche Grundlagen noch in den Kinderschuhen
Fazit • gesetzliche Grundlagen noch in den Kinderschuhen • technisch sehr weit, innovative + funktionierende Systeme • unwirtschaftlich unter jetzigen Rahmenbedingungen bislang Nutzung in BHKW-Variante vorteilhafter • viel Potential, falls Gaseigenschaften nicht am Einspeisepunkt, sondern im Netz maßgeblich sind; wie in anderen europäischen Ländern • CO2-neutral 43 / 44 [g] Fazit

44 • bremer energie institut – gutachten, 06/2003
Quellen • bremer energie institut – gutachten, 06/2003 „Untersuchung zur Aufbereitung von Biogas zur Erweiterung der Nutzungsmöglichkeiten“ • T. Schmalschläger, 06/2003 „Aufbereitung von Biogas und Einspeisung ins Erdgasnetz“ • N. Dichtl, 2002 „Technische Voraussetzungen zur Einspeisung von Biogas ins Erdgasnetz“ • BMU, 2003 „Basisdaten Biogas Deutschland“ 44 / 44 Quellen