Energieversorgungsinseln Energieverfahrenstechnik

Präsentation zum Thema: "Energieversorgungsinseln Energieverfahrenstechnik"—  Präsentation transkript:

1 Energieversorgungsinseln Energieverfahrenstechnik
Autarke Energieversorgungsinseln auf Basis Biomasse Dr. Dieter Stockburger Beratender Ingenieur Energieverfahrenstechnik TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann (

2 Biogene Kraftstoffe in der BRD
Vortrag in Trier (2006) : Biogene Kraftstoffe in der BRD Damaliges Fazit: Die Realisierungschancen für ein solches Konzept sind sehr gering Gründe: 1. Der Prozess ist sehr komplex und benötigt daher viele Mitspieler: Landwirtschaft, Mineralölwirtschaft, Energiewirtschaft, politische Parteien 2. Struktur unserer Gesellschaft Sie ist eine nahezu unüberwindliche Barriere für die Realisierung komplexer Prozesse mit einem strategischen Zeithorizont. 3. Die Ressourcen an freiem Kohlenstoff (ca Jahre) 4. Die Klimaveränderung Sie ist ein weiches Argument, das nach Belieben missbraucht werden kann. Die physikalischen Ursachen sind zwar eindeutig, nicht aber die sich daraus ergebenden Konsequenzen (Verlierer: Europa) 5. Der Elektroantrieb wird technisch möglich. TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

3 Alternative Strategie
Änderung der Rahmenbedingungen: 1. Drastische Verringerung der „Mitspieler“ 2. Beschränkung auf lokale Räume 3. Zeitnah spürbarer Nutzen 4. Bereitstellung aller Formen von Endenergie (el. Energie, Heizenergie, Kraftstoff ) Ein gangbarer Ansatz: „Schaffung autarker Energieinseln“ TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

4 Anforderungen an eine autarke Energieinsel
1. Alle Endenergieformen müssen herstellbar sein. 2. Die Produktion muss dem Bedarf flexibel angepasst werden können und zwar kurz - und langfristig. 3. Störfälle in der Produktion dürfen die Versorgung nicht unterbrechen. 4. Stoffkreisläufe müssen geschlossen werden (K,P,S u.a.). 5. Der Umweltschutz muss für alle Siedlungsformen gewährleistet sein. 6. Langfristig muss das Konzept ohne Subvention tragfähig sein (auch ohne EEG). 7. Biomasse muss überdurchschnittlich verfügbar sein. 8. Eine günstige Logistik (Wasserweg) muss gewährleistet sein. TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann (

5 Anforderungen an Biomasse zur energetischen Verwertung
1. Hoher Flächenertrag (Ackerflächen begrenzt verfügbar) 2. Hohe Ressourceneffizienz (Dünger, Wasser, Energie) 3. Rentabilität (Erzeugung und Verwertung) 4. Funktionierendes Logistikkonzept (geringe Energiedichte) 5. Regionale Erzeugung und Nutzung (Stoffkreisläufe, Wertschöpfung, Innovation…) 6. Umwelt- und Sozialverträglichkeit TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

6 Fazit 1. Miscanthus ist aktuell die günstigste Energiekultur
2. Miscanthus vereinigt höchste Erträge mit höchster Wasser-, Energie- und Nährstoffeffizienz. 3. Anbau und Logistik von Miscanthus sind geklärt (bei BICAL in England werden ha für die Ko-Verbrennung angebaut). 4. Umweltwirkungen sind minimal oder positiv Quelle: Freibauer A. (2003) TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

7 Ernte, Transport, Lagerung und Verarbeitung
Folgende Forderungen sind zu stellen: 1. Hohe Packungsdichte 2. Lagerung im Freien 3. Für die Verarbeitung einheitliche Partikelgröße und gute Fließfähigkeit Drei Verfahren sind im Einsatz oder in der Diskussion: 1. Mähhäckseln 2. Mähen, Ballenpressen, Ballenauflösung vor der Verarbeitung 3. Mähbinden, Häckseln vor der Verarbeitung Bewertung der Verfahren: ETL Verarbeiten ungünstig günstig günstig ungünstig günstig günstig TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

8 Blockschaltbild für die autarke Energieversorgung einer Energieinsel
Strom G TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

9 Blockschaltbild für die autarke Energieversorgung einer Energieinsel – Investitionsstufen-
Strom G G TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

10 Thermochemischer Vergaser
Grundforderungen: 1. Hoher C- Umwandlungsgrad von der Biomasse zur Endenergie 2 Niedrige spezifische Investitionskosten 3. Hohe Verfügbarkeit Daraus folgt ein Anlagenkonzept mit geringer Komplexität. Das bedeutet: 1. Geringe Anzahl von Verfahrensstufen 2. Ruhende Apparate statt Maschinen 3. Drucklos im Feststoffbereich 4. Temperaturniveau unter Ascheschmelzpunkt 5. Keine Kohlenwasserstoffe im Synthesegas Konsequenz: Entwicklung des TREMIS- Reaktors Er ist eine den Forderungen angepasste Wirbelschicht. TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

11 Kostensituation einer Energieinsel für ca. 10 000 Einwohner
1. Einsatzstoffkosten (Misc. 90€/to,Fremdstrom 40€/Mwh) 9,0 Mio. €/ a 2. Fertigungskosten ,5 Mio. €/ a 3. Herstellkosten ,5 Mio. €/ a 4. Erlöse ,5 Mio. €/ a 5. Überschuss Mio. €/ a 6. Investitionsvolumen (ohne Zuschüsse) ca Mio. € Die mittlere Rendite über die kalkulatorische Gesamtlaufzeit (15 a) liegt deutlich über 10% (EEG Einspeisevergütung einzige Subvention). TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

12 Bioenergiedorf TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

13 Vergleich Bioenergiedorf (B)
versus Autarkie-Insel (A) 1. Erzeugbare Endenergieformen B: el. Strom, Wärme (Bioenergiedorf) A: el.Strom, Wärme, Kraftstoff (Autarkie-Insel) 2. Flexibilität B: gering, da Strom- und Wärmeerzeugung starr gekoppelt sind und keine Speicherung möglich ist. A: hoch, da mit dem Methanoltank eine beliebig hohe Speicherung möglich ist. 3. Einsatzmöglichkeiten des Konzepts B: gering, da beschränkt auf kleine Gemeinden ohne Gasnetz. A: hoch, da für jede Gemeindegröße einsetzbar TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

14 Fortsetzung Vergleich B - A
4. Nachhaltigkeit des Konzeptes B: gering, da auf Nutzung des Nahwärmenetzes angewiesen. (Nahwärmenetz und Niedrigenergiehauskonzept widersprechen sich) Bei reiner Stromproduktion geringe C – Ausbeute Dauerhaft auf die Subvention durch das EEG angewiesen A: hoch, da die Produktion flexibel an den Bedarf angepasst werden kann Die Flexibilität kann noch erhöht werden, wenn Methanol als Chemierohstoff verkauft werden kann TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

15 Chemiestammbaum auf Basis Methanol
Alkene Aldehyde Alkohole Säuren Amine Alkane C1 (CH2) Formaldehyd CH3OH Armeisensäure Methylamin Methan C2 Äthen Äthenoxid Äthanol Essigsäure Athylamin Äthan C3 Propen Propionaldehyd Propanol Propionsäure Propylamin Propan C4 Buten Butyraldehyd Butanol Buttersäure Butylamin Butan TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

16 Kriterien für die Auswahl eines Modellstandortes
Einwohnerzahl Biomasse-Potential - Bodenzahl - Niederschlagsmenge - Jahresdurchschnittstemperatur - verfügbare Ackerfläche 3. Erfahrung mit Miscanthusanbau 4. Verkehrsinfrastruktur 5. Energieinfrastruktur 6. industrielle Infrastruktur TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

17 Platz Gemeinde Einwohner-zahl Landkreis Land
Ranking anhand von Internetdaten Platz Gemeinde Einwohner-zahl Landkreis Land 1. 2. 3. . Drochtersen Willstätt Karlstadt 11 800 9 700 12 000 Stade Ortenau Main-Spessart Niedersachsen Baden- Württemberg Bayern TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)

18 Gemeinde Drochtersen (Niedersachsen)
Die Gemeinde Drochtersen mit knapp Einwohnern entstand 1972 durch den Zusammenschluss der früheren Gemeinden Drochtersen, Assel und Hüll und umfasst bis auf das zu Stade gehörige Bützfleth große Teile Südkehdingens. Sie grenzt mit der einstigen Insel Krautsand auf etwa 15 km Länge an das seeschifffahrtstiefe Fahrwasser der Elbe große Teile des Kehdinger Moores umfassend. TREMIS Konzept Dr. Dieter Stockburger, (Consultant), Prof. Dr. Rainer Reimert (Engler-Bunte Institut, Karlsruhe), Dr. Karl Müller-Sämann ( Freiburg)