Ergebnisse Projekt BE20plus - Potentiale, Langfristperspektiven und Strategien für Bioenergieanlagen zur Stromerzeugung nach 2020 - FNR
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Ergebnisse Projekt BE20plus Potentiale, Langfristperspektiven und Strategien für Bioenergieanlagen zur Stromerzeugung nach 2020 Tino Barchmann, Martin Dotzauer Online-Fachtagung - Biomasse in künftigen Energiesystemen – Post EEG – 30.03.2021
Agenda
• Die “Post-EEG”-Frage im größeren energiepolitischen Kontext
• Zielstellung, Forschungsfragen und untersuchte Geschäftsfelder des Projektes BE20plus
• Kernergebnisse aus den Teilvorhaben I bis VI
• Handlungsempfehlungen & Ausblick
2
Die „Post-EEG“-Frage im größeren energiepolitischen Kontext
CO2-Emissionsbudget Deutschland bis 2050
Klimaschutzplan 2050 (95 % Minderungspfad) Klimaschutzplan 2050 (80 % Minderungspfad)
2° Szenario KSZ – KS95
Historisch (UBA NIR)
1.300
1.200 • Übereinkommen von Paris
1.100
„deutlich unter 2°C“,
1.000
„möglichst 1,5°C“
Millionen t CO2-Äq.
900
800
700 • Dt. Klimaschutzplan bis
600
2020: - 40 %, bis 2030:
500
400
- 55 % (ggü. 1990)
300
200 • KlimaschutzG
100
-
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Quelle: Koch et al., 2018 4
Entwicklung der Biomasseanlagen
nach Art der Biomasse und der Summe der Brutto-Stromerzeugung in TWhel
• Install. ele. Leistung 2019:
8.919 MW (inkl. Biomethan,
Klär- / Deponiegas)
• Stromerzeugung (Brutto):
~ 45 TWh Strom (Brutto)
• ~ 70 % der
Bruttostromerzeugung
(~ 32 TWh) für Biogas inkl.
Biomethan
Quelle: Eigene Darstellung, DBFZ 2020. Datenbasis Zeitreihen
der AGEE-Stat von 1990 -2019 vgl. (BMWi 2020).
*Prognose für 2020 und 2021 nach Abschätzung DBFZ
(Biomasse ohne Biomethan) und dena (Biomethan).
5
Anlagenbetrieb im EEG
• Im Zuge der EEG-Novellen 2014 und 2017 wurden die Vergütungsanreize insbesondere für
Neuanlagen stark zurückgefahren
• Trendumkehr im EEG 2021 erkennbar, z. B. bzgl. Ausschreibungsvolumen, Höchstgebots-
preise für Neubau und Bestand, Güllekleinanlagen, Flexdeckel, Biomethanausschreibungen
• Sofern keine Neuanlagen gebaut werden und die Bestandsanlagen nach 20 außer Betrieb
gehen, sinkt der Gesamtbestand kontinuierlich
• Ein Weiterbertrieb für Bestandsanlagen kann diese Entwicklung zeitlich hinauszögern
• Das energie-, forst- und landwirtschaftliche Umfeld sind stark reguliert, wobei derzeit nur in
wenigen Fällen ein Anschlussbetrieb bei Bioenergie ohne staatliche Förderung möglich ist
6
Bioenergie in der Energiewende –
generelle Trends
• Strom: Fokus auf Flexibilisierung & System-DL (Wind & PV als Rückgrat der Stromproduktion),
steigende Qualitätskriterien einer bedarfsgerechter Strombereitstellung (täglich / saisonal)
• Wärme: mehr Wärme höherwertig nutzen & vermarkten (Erhöhung Gesamteffizienz)
• Fokus auf landwirt. Rest- und Abfallstoffe, Reduzierung Anteil NawaRo (Maisdeckel)
• THG-Reduktion: bessere Verwertung im landwirtschaftlichen Bereich & Effizienzsteigerung
• Flankierende Maßnahmen (Auswahl): CO2-Bepreisung für Verkehr & Wärme, EE-Richtlinie
(RED II), European Green Deal, Atom- und Kohleausstieg, etc.
7
„Post-EEG“-Frage – Was ist das?
• Wie weiter nach 20 Jahren EEG-Förderung (Verlängerung, neues Geschäftsfeld, Stilllegung)?
• Bioenergie soll, zumindest teilweise, nach 20 Jahren im Sinne der Nachhaltigkeit
zunehmend auf „eigenen marktwirtschaftlichen Füßen“ stehen
• Bei Laufzeitverlängerung nach EEG ist dies an steigende Anforderungen geknüpft
• Welches Geschäftsfeld passt zu „meiner“ bestehenden bzw. geplanten Bioenergieanlage?
• Welche Kompetenzen zeichnen Bioenergieanlagen aus und machen sie systemrelevant?
• Wo soll die Bioenergie zukünftig im Jahr 2030 und 2050 stehen & welche Rolle soll sie im
Energiesystem und in der Landwirtschaft kurz-, mittel- und langfristig ein- und übernehmen?
8
Bestandsentwicklung, steuerbare Leistung, THG-
Minderung, Wertschöpfung etc. – wie geht es weiter?
Bestandsentwicklung Bioenergie - Referenzszenario
9.000
Kumulierte installierte Leistung [MWel]
Altholzkraftwerke
8.000
(H)KW der Papier-
?
7.000 Zellstoffindustrie
Holz-(heiz-)kraftwerke
6.000
Güllekleinanlagen
5.000
P_Zusatz
4.000
NawaRo-Biogasanlage
3.000 Abfall-Biogasanlage
2.000 Biomethan-BHKW
1.000 Pflanzenöl-BHKW
0
Quelle: DBFZ, 2018
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035
9
Jahre
Projekt BE20plus
Potentiale, Langfristperspektiven und Strategien für
Anlagen zur Stromerzeugung nach 2020Projektportrait – BE20plus
• Projektdauer: 01.11.2017 – 31.08.2020
• Projektleitung:
• Projektpartner:
• Zuwendungsgeber:
11Zielstellung BE20plus
• Übergeordnetes Ziel des Projektes BE20plus ist „[…] auf Basis energiewirtschaftlicher und
technisch-ökonomischer Analysen verschiedene Geschäftsfelder zu entwickeln und zu
evaluieren, die Betriebsstrategien und Perspektiven für Bestandsanlagen adressieren.“
• Die Anlagenbetreibenden benötigen in der Regel mit ausreichendem Vorlauf Informationen
über zukünftige (Weiter-) Betriebsstrategien.
• Mit dem Ausschreibungsdesign im EEG wurde eine Möglichkeit für den (temporären
Weiterbetrieb) geschaffen, die aber sehr hohe Anforderungen an die Bestandsanlagen stellt
(technisch wie ökonomisch).
12Forschungsfragen
• Welche Geschäftsfelder können Anlagen prinzipiell bewirtschaften?
• Welche weiteren Faktoren beeinflussen den Anschlussbetrieb?
• Wie viele Anlagen können einen Folgebtrieb umsetzen?
• Wie sieht ein idealer Bioenergieanlagenbestand aus, welcher langfristig eine kostengünstige
erneuerbare Energieversorgung absichert?
• Welche Betriebsstrategien sind dazu geeignet, einen Anschlussbetrieb erfolgreich
umzusetzen?
• Welche regulatorischen Anpassungen sind ggf. notwendig, um die politischen Ziele zur
Energiewende effizient zu erreichen?
13Betriebsperspektive vs. Systemperspektive
Forschungsgegenstand:
Bioenergieanlage
Ziel:
Ziel:
• Ökonom. Bewertung für
einen 10-jährigen • Analyse der
Anschlussbetrieb Entwicklungspfade von
Bioenergietechnologien
• Prognose im Strom- und
Anlagenbestands- Wärmemarkt (Ausbau,
entwicklung Stromerzeugung, Kosten)
Quelle: DBFZ, 2016
• Zeithorizont: 2020 bis • Zeithorizont: 2020 bis
2035 2045
14Untersuchte Geschäftsfelder - Übersicht
Innovative
innovative
Geschäftsfelder 3.1 Verteilnetz-SDL / Regionale Flexibilität
(kumulativ)
Geschäftsfelder
(kumulativ)
3.2 Öko-SDL / Bienenschutz
3.3 Nitratentlastung / Wasserschutz
Optimierte Geschäftsfelder 2.1 Erhöhung KWK-Anteil
optimierte
(kumulativ)
Geschäftsfelder 2.2 EPEX-Spot
(kumulativ)
2.3 Regelleistung
Referenz-
Referenz-
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Geschäftsfelder
geschäftsfelder
Stilllegung §104* Eigenstrom Biomethan ASD -PBem ASD +Pinst
(alternativ)
(alternativ)
ASD = Ausschreibungsdesign
Pinst = installierte ele. Leistung
PBEM = Bemessungsleistung Status Quo
15
Quelle Grafik: DBFZ, 2019Kernergebnisse BE20plus
Eine Auswahl
Link zu Vorträgen der Doppelabschlussveranstaltung Bioenergie Post-EEG vom 19.02.2020 in Berlin:
https://www.dbfz.de/pressemediathek/weitere-publikationen/sonstige-vortraegeErgebnisse Teilvorhaben DBFZ – I
Priorisierte Geschäftsfelder Planzenöl HKW-Papier-/
Zellstoff
Gülle-BGA NawaRo-BGA Abfall-BGA Altholz & Holzheiz-KW Biomethan
Legende:
HKW_AH_10000
PZI_KWK_20000
HKW_H_10000
HKW_H_2000
HKW_H_5000
BHK_M_1000
BGA_N_1000
BGA_A_1000
BGA_A_2000
HKW_H_250
BHK_M_250
Prioritäre
BGA_G_150
BGA_N_250
BGA_N_500
BGA_N_750
BGA_A_750
BHK_P_250
HKW_H_50
BHK_M_50
BGA_G_75
Geschäfts- 1.0 - Stilllegung
felder
2021 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
1.1 - §104
2022 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1 Abs. 3 EEG 2017
2023 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
2024 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1 1.2 - Eigenstrom
2025 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
2026 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
2027 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
1.3 - Biomethan
2028 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
2029 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1 1.4 - ASD mit
2030 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1 Reduzierung PBEM
2031 1.2 1.0 1.5 1.5 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
2032 1.2 1.0 1.3 1.3 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
2033 1.2 1.0 1.3 1.3 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
1.5 - ASD mit
2034 1.2 1.0 1.3 1.3 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1 Erhöhung PInst
2035 1.2 1.0 1.3 1.3 1.5 1.4 1.0 1.4 1.4 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.2 1.4 1.4 1.1
Quelle: Schlussbericht BE20plus, 2021
17Ergebnisse Teilvorhaben DBFZ – II
Szenario S2_G2 – Bestandsentw. Bioenergie
• Erhalt von Anlagen bei fester
BE20plus: Variationen der Haupteinflussparameter
Biomasse und Abfallvergärung
Variation der Einsatzstoffpreise
S1: S2: S3:
niedrig mittel hoch
G3:
RGF+oGF+iGF S1_G3 S2_G3 S3_G3
Ausscheiden der
Stufen der
allermeisten NawaRo- Geschäfts- G2:
S2_G2
RGF+oGF S1_G2 S2_G2 S3_G2
BGA nach EEG 2017 feldkaskade
G1:
RGF S1_G1 S2_G1 S3_G1
Quelle: Schlussbericht BE20plus, 2021
18Ergebnisse Teilvorhaben IZES - I
Mögliche Pläne nach der EEG-Laufzeit
(Mehrfachnennung möglich [n = 33])
Umfrage Betreibende:
Betrieb der BGA aufgeben
Betriebsaufgabe vor Auslaufen des EEGs
Pläne und Konsequenzen „Post EEG Biogas“!
Ausschreibungsdesign
Biomethanproduktion
Habe ich mir noch keine Gedanken… Konsequenzen bei Aufgabe der Biogasanlage für
0 5 10 15 20 den Betrieb. (Mehrfachnennungen möglich [n=37])
Anzahl [n]
Verlust eines bedeutenden Standbeins
Wegfall des Wärmeverkaufs (z.B.Wärmenetz)
Wegfall der Eigenwärmenutzung
Wegfall von Arbeitsplätzen
Aufgabe der Flächen (Acker und Grünland)
Gülle (Eigene oder Zukauf) wird zukünftig…
Quelle: Schlussbericht BE20plus, 2021 0 5 10 15 20 25 30
Anzahl [n]
19Ergebnisse Teilvorhaben IZES - II
Anteile von in Deutschland produziertem Biomethan und e-Methan in 2030,
bezogen auf den dt. Gasverbrauch in 2018
Methan-potential 2030 bottom- Anteil am dt.
up – top-down-Analyse Erdgasverbrauch 2018
(Durchschnitt)
bio-CH4 24,9 – 32,5 TWh 2,7 – 3,5 %
e-CH4 41,5 TWh 4,5 %
bio-CH4 + e-CH4 66,4 – 74,0 TWh 7,2 – 8,0 %
Quelle: Matschoss, P., Steubing. M., Pertagnol, J., Zheng, Y., Wern, B., Dotzauer, M., Thrän, D.: A consolidated potential
analysis of bio-methane and e-methane using two different methods for a medium-term renewable gas supply in Germany.
Energy, Sustainability and Sustainability, erarbeitet innerhalb von BE20Plus
20Ergebnisse Teilvorhaben IER - I
Entwicklung des Strommixes in Deutschland zwischen
2020 und 2045 für die REF- und Trendszenarien I und II
(Trend II: 15 % Reduktion der Rohbiogaskosten)
Quelle: Schlussbericht BE20plus, 2021
21Ergebnisse Teilvorhaben IER - II
Bruttostromerzeugung aus Biogas für Referenz- und Trendszenarien
• Dekarbonisierung führt zu höherer
Stromerzeugung aus BGA-Repowering-
und BGA-Neubau (flexibel): mehr
Strom aus Neubau Ausgleich des
Braun- und Steinkohleausstiegs
• Weiterbetrieb BGA durch Repowering
und Flexibilisierung ist aus
Systemperspektive kostengünstiger
Quelle: Schlussbericht BE20plus, 2021Ergebnisse Teilvorhaben UHH
• Stand der Anlagen mehrheitlich gut (teilweise bereits flexibilisiert, Substrate in Umstellung,
technisch / biologisch größtenteils in Ordnung)
• BGA bei 85 % der Betriebe Haupteinnahmequelle und stark mit dem Gesamtbetrieb /
Umgebung verwoben (Gülleverwertung, Wärmelieferung) Rückbau sehr aufwendig
• Belastbarkeits-/ Komplexitätsgrenze der Betreibenden ist erreicht
• Ohne BGA würden die Betreibenden die LW ausbauen und die Behälter als Güllelager nutzen
• Aber: Ungenutzte Potentiale bei Wärmevergütung und Anlageneffizienz (Prozessbiologie,
Messtechnik, Leckagen)
• Erfolgversprechende Geschäftsideen sahen die Betreibenden nur wenige
• Die Betreibenden wünschen sich Planungssicherheit, weniger Bürokratie & faire Entlohnung
23Ergebnisse Teilvorhaben UFZ - I
Zwei untersuchte Nahwärmenetzoptionen
• Option A: Nahwärmenetz ab Anlage
Anwendbar für alle Bioenergieanlagen
Suchradius für Wärmesenke: 1.500 m
• Option B: Mikrobiogasleitung + BHKW am
Standort der Wärmesenke
Anwendbar nur für Biogasanlagen
Suchradius Wärmesenke: 1.500 - 5.000 m
• Rund 50 % aller Anlagen haben geeignete
Wärmesenken im Umkreis von max. 5 km
Größtes Potenzial im Industrie- und
Gewerbesektor (ca. 106 TWh!)
Weitere Informationen: 24
Steubing, M., Dotzauer, M., Zakaluk, T. et al. (2020) Bioenergy plants’ potential for contributing to heat generation in Germany. Energ Sustain Soc 10, 14Ergebnisse Teilvorhaben UFZ - II
• Bildung von Anlagenpools
Anlagen ab min. 375 kW
Max. 10 km zu Gasleitung und
möglichem Einspeisepunkt
Mind. 5 MW gepoolte Leistung
• 1.683 Biogasanlagen in 225 Pools
Entspricht rund 19 % der BGA in D
• Gesamte inst. Leistung: 1,12 GW
• ~ 2,5 Mrd. m³/a Biomethan
Weitere Informationen:
Matschoss, P., Steubing, M., Pertagnol, J. et al. (2020) A consolidated potential analysis of bio-methane and e-methane using two different 25
methods for a medium-term renewable gas supply in Germany. Energ Sustain Soc 10, 41Ergebnisse Teilvorhaben NEXT
• Flexible Biogasanlagen sind in der Lage, lokale
Netzengpässe zu reduzieren
• Das Potential ist, je nach Gebiet, unterschiedlich
• Aktuell ist jedoch noch kein Marktplatz für lokale
Flexibilität vorhanden
• Analyse der Kurzfristmärkte: Bei einer
Optimierung der Einspeisung über alle
Kurzfristmärkte, können Mehrerlöse durch den
Einsatz der Flexibilität erzielt werden
Quelle: Schlussbericht BE20plus, 2021 26Handlungsempfehlungen
& AusblickGemeinsame Handlungsempfehlungen
• (1) Systemdienstleistungen (Strom / Wärme): Flexibilität und Versorgungssicherheit im
Strom- und Wärmesektor, Optimierung der Gesamt-Energiesystemkosten
• (2) Ökosystemdienstleistungen: Wasserschutz & Naturschutz (z. B. Bienenpfennig) können
zusätzliche Einkommen in Größenordnungen von jeweils 10 – 30 €/MWh generieren
• (3) Einsatzstoffmix optimieren: Erhöhung des Einsatzes landwirtschaftlicher Rest- und
Abfallstoffe (Stroh, Gülle, Festmist, Rübenblatt, Trester, etc.)
• (4) Anlagentechnik / Betrieb: Rechtssicherer Weiterbetrieb, Umbau- und
Anpassungsmaßnahmen für den flexiblen Anlagenbetrieb, Analyse der eigenen Kosten- und
Erlöseffizienz, Auseinandersetzung mit der Thematik Post-EEG und Anschlussoptionen
28Gemeinsame Handlungsempfehlungen
• (5) Sonstige Systemwirkungen: Bioenergie und Tourismusförderung, individuelle Lösungen
und direkte Ansprache der örtlichen Akteure sind gefragt
• (6) Gasaufbereitung / Biomethan:
Einspeise- und Speicherpotentiale des Erdgasnetzes nutzen
Umstellung von Vor-Ort-Verstromung auf Biomethanproduktion sollte geprüft werden
Anlagen-Pooling und gemeinsame Aufbereitung von Biomethan sind Möglichkeiten für
eine Direktvermarktung von Biomethan an die Industrie.
• (7) Wärme(-auskopplung): Mögliche Wärmeabnehmende im Umfeld der Anlagen sollten
ermittelt und dieses Potential bei entsprechender Eignung genutzt werden. Das größte
Potential besteht im Bereich Gewerbe und Industrie.
29Zusammenfassung & Ausblick
• Bis zur Novelle des EEG 2021 passte der Regulierungsrahmen (vor allem das EEG 2017) für
Bioenergie eher nicht zu den pol. Zielen (Klimaschutzprogramm 2030: 8,4 GWel / 42 TWhel)
• Im Detail kann eine Umstrukturierung des Geschäftsfeldes hohe Hürden haben
Eigenstromversorgung: hohe rechtliche und administrative Herausforderungen
Umrüstung auf Biomethaneinspeisung mit hohen Investitionen verbunden
Herausforderungen des EEG 2021 (z. B. Flexzuschlag, endogene Mengensteuerung)
Konkurrenz unter den Anlagen steigt ab Mitte der 20er Jahre bei Ausschreibungen
• Der Weiterbetrieb bleibt für viele Anlagen betriebswirtschaftlich ambitioniert
• “Weiche” Faktoren wurden nicht explizit berücksichtigt, spielen aber dennoch eine
erhebliche Rolle bzgl. einer Laufzeitverlängerung & der Wahl des Geschäftsfeldes
30Smart Bioenergy – Innovationen für eine nachhaltige Zukunft
Ansprechpartner DBFZ Deutsches
Tino Barchmann Biomasseforschungszentrum
tino.barchmann@dbfz.de gemeinnützige GmbH
+49 341 2434 375 Torgauer Straße 116
D-04347 Leipzig
Martin Dotzauer
Tel.: +49 (0)341 2434-112
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