Effizienz künftiger Biomassenutzung - Möglichkeiten und Grenzen zur Integration in die Stromversorgung

Philip TafarteDepartment Bioenergie

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Grundsätzliche Idee:

• Biomasseverstromung hinsichtlich Stromgestehungskosten, Flächenverbrauch (und Treibhausgasminderungspotenzial) im Nachteil gegenüber regenerativen Erzeugern wie Wind und Photovoltaik (PV), aber fossiler Stromerzeugung vorzuziehen. (Referenzsystem)

• Im Gegensatz zu Wind und PV ist die Biomasse aber dargebotsunabhängigverfügbar und bedarfsabhängig regelbar.

• Versorgungslücken durch Wind und PV sollten deshalb möglichst durch Biomasse gedeckt werden, um fossile Erzeugung zu ersetzen.

• Können Wind und Sonne die Nachfrage decken, sollte die Verstromung von Biomasse eingestellt werden.Entsprechend sollte die Stromerzeugung aus Biomasse nachrangig zu Wind und Solarenergie erfolgen.

Daraus lässt sich die Anforderung zur Flexibilisierung der biogenen Stromerzeugung ableiten.

Biomasse, Wind, Solar PV und Systemeffizienz

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(flexible) Bioenergie

2030

starke Zunahme der Einspeisung

fluktuierender Erzeugung (Wind / PV)

Wärmespeicher absehbar

kostengünstiger als Stromspeicher

Bedarf an regelbarer und gesicherter

Erzeugung steigt,

Wind / PV nur eingeschränkt

regelbar

Grenzkosten der Stromerzeugung

bestehender Wind / PV

Anlagen 0

Stromgestehungs-kosten zwischen Wind / PV und

Biomasse werden weiter divergieren

(Lernkurve)Wärmenutzung begrenzt die Freiheitsgrade bei der

Flexibilisierung für die Strombereitstellung

Einige Rahmenbedingungen in der Perspektive 2030

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A: Effizienz der Biomasseverstromung im gesamten Stromversorgungssystem hängt also zunehmend von der zeitlichen Steuerung der Biomasseverstromung ab.

B: Das THG-Minderungspotenzial ist abhängig davon ob regenerative oder fossile Erzeuger durch Biomasseverstromung ersetzt werden.

Effizienz der Biomasseverstromung

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Herausforderungen in 2030

Bereits mittelfristig (2030) werden die Anforderungen an die Flexibilität der Stromerzeugung aufgrund weiter steigender Anteile von Wind und Solarstrom zunehmen und Biomasse die Fluktuationen nur mehr zu kleinen Teilen ausgleichen können.

Anforderungen an die Flexibilität wird stark zunehmen und wird neue Konzepte erfordern

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Beispiel anhand des Witterungsverlaufes im 4Q 2011

Datengrundlage: Zeitreihe des Verbrauchs- und Einspeiseverlaufs in 50Hz Netz; Einspeisung aus Wind und PV skaliert auf installierte Kapazitäten in 2030 laut Leitstudie 2011.Flexibilisierte Biomasseverstromung modelliert zur Minimierung der Residuallastschwankungen.

[MW

]

Hypothetischer Verbrauchs- und Einspeiseverlauf im Jahr 2030

Kalenderwochen 4Q 2011

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Herausforderungen in 2030

Herausforderung 1:

für eine weitest gehende Ausbalancierung der Erzeugung von Wind und PV wäre bis 2030 eine sehr starke Überbauung notwendig (13-fach um Wind und PV Kapazitäten vollständig zu ergänzen bzw. 8-fach für komplette Erbringung der gesicherten Kraftwerksleistung).Bei limitierter Verfügbarkeit von Biomasse führte dies zu sehr geringen Volllaststunden bei vollständigem monovalent-biogenem Betrieb (400-700h).

Analogie zu diskutiertem Kapazitätsmechanismus für gesicherte Leistung fossiler KW!?

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Herausforderungen in 2030

Herausforderung 2:

die Flexibilität der Biomasseverstromung sollte es ermöglichen die Strom-erzeugung für längere Dauer einstellen zu können in Phasen vollständiger Versorgung durch Wind und PV. (erforderte sehr große Biogas/Wärme-Speicher oder Biomethaneinspeisung in das Erdgasnetz, oder auch neue Konzepte wie die Kombination von BGA mit P2G )

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Herausforderungen in 2030

Herausforderung 3:

flexible Bioenergiekraftwerkskapazitäten (BGA) sollten als regelbare Erzeuger ihre gesamte flexibilisierte Anlagenleistung auch vollständig als gesicherte Kraftwerksleistung betreiben können, also zeitlich unbegrenzt ihre Leistung bereitstellen können. (erforderte sehr große Methanspeicher oder bivalenten Betrieb auch mit (fossilem) Erdgas/LPG)

weshalb sollte man hier nicht durch die Option eines bivalent-fossilen Betriebs der BGA diese zur Bereitstellung von gesicherter Leistung

nutzen (Debatte um Kapazitätsmärkte)?

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Herausforderungen in 2030

Herausforderung 4:

Die steigenden Anforderungen an die Flexibilität sollten nach Möglichkeit nicht zu Lasten der KWK in der Biomasseverstromung gehen.

(große saisonale Wärmespeicher, P2H?)

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Zusammenfassung

• Biomasseverstromung muss sich aus Sicht des Stromversorgungssystems weiter bedarfsgerecht flexibilisieren, sollte einen Beitrag zur gesicherten Stromversorgung leisten und dabei ihre hohe Effizienz durch KWK nicht verlieren.

• Viele Anforderungen sind über eine Kopplung mit dem Erdgasnetz zu erreichen, welche vom einfachen Anschluss zum Bezug von Erdgas zur Vorhaltung gesicherter Leistung, von der Einspeisung von Biomethan in Zeiten einer Vollversorgung durch Wind und PV bis zur Kombination von BGA mit P2G Konzepten reichen (2030+).

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Kontakt: Philip TafarteHelmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ+49 341 2434 594 philip.tafarte@ufz.de