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Einspeisung ins Erdgasnetz – aber wie? - Energetische

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Gefördert durch
Koordiniert vom
Wissenschaftlich begleitet vom
Einspeisung ins Erdgasnetz – aber wie?
03KB068: MEGAS - Optimierung eines innovativen
Membranverfahrens zur Aufbereitung von Biogas
zur Einspeisung ins öffentliche Erdgasnetz
Workshop Best-Practice-Beispiele in der energetischen
Biomassenutzung - Bioenergie effizient nutzen!
Leipzig, den 1./2.10.2014
Dr. Elisa Dunkelberg, Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW)
Projektziele und Projektteam
• Weiterentwicklung eines innovativen Membranverfahrens zur
Aufbereitung von Biogas
• Ökologische und ökonomische Analyse verschiedener
Biogasaufbereitungsverfahren
Ingenieurbüro Buse GmbH
Tätigkeitsschwerpunkte:
Tätigkeitsschwerpunkte:
•
Verfahrenstechnik
•
Nachhaltigkeitsbewertung
•
Prozessautomatisierung
•
Evaluation von Politikinstrumenten
2Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
2
Institut für ökologische
Wirtschaftsforschung (IÖW)
Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Warum Einspeisung ins Gasnetz?
• Nutzung der Speicherfunktion der vorhandenen Infrastruktur
• Flexibler Einsatz in den Sektoren Strom, Wärme, Kraftstoffe
• Bei KWK-Nutzung höherer externer Wärmenutzungsgrad möglich
• Regelenergiebereitstellung  wichtig im zukünftigen Energiesystem
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Verfahren zur Aufbereitung von Biogas
• Druckwasserwäsche (DWW)
o
Absorption von CO2 in Wasser, hohe Beladungskapazität bei hohem Druck
• Chemische Wäsche / Aminwäsche
o
Chemische und/oder physikalische Bindung (Absorption) von CO2 in ein
Lösungsmittel, Desorption fordert häufig hohe Wärmezufuhr
• Druckwechseladsorption (PSA)
o
Adsorption von CO2 an ein Adsorbens bei hohem Druck
• Membranverfahren
o
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Gaspermeation / Trennung von CO2 und CH4 aufgrund unterschiedlicher
Löslichkeit und Diffusionsgeschwindigkeiten in der Membran
Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Verfahren zur Aufbereitung von Biogas
• Etwa 500 - 600 Millionen Nm³ Biogas werden jährlich eingespeist.
• Das sind etwa 9% des in der GasNetzV formulierten Ziels (6 Mrd Nm³ in 2020).
• Chemische Wäsche, DWW und PSA sind die häufigsten Verfahren.
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
EEG 2014: Biogasaufbereitung
• Zubaudeckel 100 MW Strom aus Biomasse
stellt in Frage ob innovationskräftiger Markt erhalten bleibt
• Streichung der Einsatzvergütung und des Gasaufbereitungsbonus
Folgen für die Wirtschaftlichkeit der KWK-Nutzung aus Biomethan
• Höchstbemessungsleistung
Unterbindung von Erweiterungen im Bestand
• Änderung Inbetriebnahmebegriff bei BHKW – Umstellung fossile
Energieträger zu Biomethan – EEG 2014
Rückgang des Biomethanabsatzes ab etwa 2020
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Verfahren der Ingenieurbüro Buse
Treibende Kraft des Prozesses ist das
Partialdruckgefälle zwischen den Medien
Biogas und Wasser.
Membran dient als hydrophobe
Austauschfläche zwischen Gas und Wasser.
Biogaswäsche:
Roh‐
biogas
CO2
Niederdruckverfahren
auf Gas- und Wasserseite
Wasser/Gas Kontaktbereich:
→ Undurchlässig für Wasser
→ Reiner Gasaustausch
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Wasser
Prinzip der Gaswäsche mit
Membrankontaktoren
Biomethan
CO2
Feinfilter Umgebungsluft
Entgasungsmembran
Gaswäschemembran
Vakuumpumpe
Wassertank
Pumpe Wasserkreislauf
CO2
CH4
H2O
Methodisches Vorgehen
• Klimaeffizienz
o
•
Treibhausgasbilanz als Teil der Lebenszyklusanalyse (Nm³, MJel)
Energieeffizienz
o
Kumulierter Energieaufwand (Nm³, MJel)
• Wirtschaftlichkeit
o
Gasgestehungskosten (Annuitätenmethode)
o
Gewinn/Verlust-Rechnung, Eigenkapitalrendite
• Regionale Wertschöpfung
o
Wertschöpfung
• (Netto-) Beschäftigteneinkommen,
• Unternehmensgewinne nach Steuern und
• Steuereinnahmen aus der Einkommen- und Gewinnbesteuerung.
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o
und Beschäftigung
o
Ermittlung mittels IÖW-Modell WeBEE (Hirschl et al. 2010, Hirschl et al. 2014)
Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Methodisches Vorgehen
•
•
•
•
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Vergleich: mit Aufbereitung und ohne Aufbereitung
Datenbasis: Literaturdaten sowie Herstellerbefragung
Substratmix: 90% Maissilage / 10% Gülle; Bioabfall
Referenzsysteme Strom und Wärme: s. Methodenhandbuch
Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Methodisches Vorgehen
Ohne Aufbereitung:
Fermenter
BHKW
Mit Aufbereitung und Einspeisung:
Aufbereitung
Fermenter
Gaskessel
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Gasnetz
BHKW
Gaskessel
Klimaeffizienz
Substratmix: Mais/Gülle
 Geringe Unterschiede zwischen den Verfahren, Großteil der Emissionen
stammen aus der Biogasbereitstellung
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Klimaeffizienz
Substratmix: Mais/Gülle
 Geringe Unterschiede zwischen den Verfahren, Großteil der Emissionen
stammen aus der Biogasbereitstellung
 Ausfall oder Fehlen der Schwachgasbehandlung kann zu sehr hohen
Methanemissionen führen.
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Klimaeffizienz
Substratmix: Mais/Gülle, Beispiel DWW
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Klimaeffizienz
Substratmix: Mais/Gülle
 Aufbereitung führt meist zu höherer THG-Einsparung als die direkte Nutzung von Biogas.
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Klimaeffizienz
Substratmix: Mais/Gülle
 Aufbereitung führt meist zu höherer THG-Einsparung als die direkte Nutzung von Biogas.
 Ausfall oder Fehlen der Schwachgasbehandlung kann zu einem schlechteren
Abschneiden der Situation mit Aufbereitung führen, Aminwäsche ist nicht betroffen
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Klimaeffizienz
Substratmix: Bioabfall
 Einsatz von Bioabfall führt generell zu höherer THG-Einsparung.
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Klimaeffizienz
Substratmix: Bioabfall
 Einsatz von Bioabfall führt generell zu höherer THG-Einsparung.
 Und zu einem besseren Abschneiden im Vergl. zur Situation ohne Aufbereitung
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Wirtschaftlichkeit
Erlös KWK nach EEG 2012
 Das neue Verfahren ist bis etwa 500 Nm³/h wettbewerbsfähig.
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Wirtschaftlichkeit
BHKW: 750 kW, EEG 2012
 Aufbereitung bei größeren Anlagen wirtschaftlich.
 Membranverfahren bis etwa 500 Nm³/h wettbewerbsfähig.
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Wirtschaftlichkeit
BHKW: 750 kW, EEG 2014
 KWK-Nutzung von Biomethan (NaWaRo) seit EEG 2014 unwirtschaftlich.
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Regionale Wertschöpfung
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Schlussfolgerungen
• Klimaeffizienz:
o
o
o
o
o
o
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KWK-Nutzung von aufbereitetem Biogas führt im Vergleich zu den fossilen
Referenzsystemen zu einer THG-Einsparung.
Im Vergleich zur KWK-Nutzung von nicht aufbereitetem Biogas ist die THGVermeidung meist höher.
Hohe Methanemissionen bei nicht vorhandener oder funktionstüchtiger
Schwachgasbehandlung können diesen Vorteil zunichte machen.
Die Unterschiede zwischen den Verfahren sind eher gering, allerdings ist
die Aminwäsche nicht anfällig gegenüber hohen Methanemissionen.
Das neue Membranverfahren der Firma Ingenieurbüro Buse führt zu
verhältnismäßig geringen Emissionen im Vergleich zu den bestehenden.
THG-Vermeidungsfaktoren sind keine geeigneten Indikatoren, um Vorteile
der Biogasaufbereitung wie Bereitstellung von Regelenergie abzubilden
(Energiesicherheit, Importunabhängigkeit).
Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Schlussfolgerungen
• Wirtschaftlichkeit und Wertschöpfung:
o
o
o
o
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Neues Membranverfahren ist bis etwa 500, in Kürze vermutlich bis 750
Nm³/h wettbewerbsfähig.
Wirtschaftlichkeit bei KWK-Nutzung war durch EEG-Boni gegeben, die
EEG-Novelle macht die KWK-Nutzung (NaWaRo) unwirtschaftlich.
Wärmemarkt und Transportsektor und der internationale Markt bleiben
mögliche Abnehmer.
Verfahren schneiden bzgl. Wertschöpfung und Beschäftigung ähnlich ab
 Daten fließen in den Online Rechner zu Wertschöpfung ein
 http://www.kommunal-erneuerbar.de/de/kommunale-wertschoepfung/rechner.html
Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
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Dr. Elisa Dunkelberg, DBFZ-Jahrestagung, Leipzig, 1.10.2014
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