Soll Biogas ins Erdgasnetz eingeleitet werden?

Vortrag im Rahmen der Lehrveranstaltung„Energiesysteme und Energiewirtschaft“

18. November 2005Frédéric Fanen

José Luis Corrales Ciganda

•Was ist Biogas?

• Gasgemisch 50-70% aus Methan

• Durch anaerobe, mikrobielle Abbau von organischen Substanzen erhalten

• Unreinheiten (Methan)• Kohlendioxid (CO2)• Schwefelwasserstoff (H2S)• Stickstoff (N2)• Wasserstoff (H2)• Kohlenmonoxid(CO)

Biogas Herstellung

Vergärungsprozess im Fermenter

Beispiel eines Fermenters

Geschwindigkeitsfaktoren:- Durchmischung (bis 6000 m3)- Heizung

Substrate

• Wirtschaftsdünger Exkremente • Rindergülle, Schweinemist…

• Nachwachsende Rohstoffe• Maissilage, Zuckerrüben…

• Substrate aus Reststoffe der Industrie• Biertreber, Getreideschlempe…

• Organische Reststoffe der Kommunen• Biotonne, Marktabfälle…

Möglichkeiten für die Benutzung von Biogas

Warum Einspeisung?

Um Biogas im größerem Maßstab zu nutzbar zu machen, und Wärme und Strom zu erzeugen wo es notwendig ist.

Biogasanlage

Blockheizkraftwerk(Strom+ Wärme)

Wärmeerzeugung(kochen, Heizung)

Stromerzeugung(Motoren, Turbinen)

Gasaufbereitung

Einspeisung und Durchleitung

Gasnutzung

BHKW Tankstelle Gastherme

Erdgasnetze in Deutschland: Eigenschaften

• Einteilung nach Netzebenen (international, national, regional, lokal)

• Einteilung nach Druckstufen

• (Hochdruck, Mitteldruck, Niederdruck)

• >700 Gasversorgungsunternehmen arbeiten Bundesweit

Klassifizierung der Netze nach Druckstufe

Drucknennwert Anteil im deutschen Netz

Niederdruck < 100 mbar 35%

Mitteldruck 100 mbar- 1bar 38%

Hochdruck 1-120 bar 27%

Rechtliche Anforderungen für Erdgas aus dem Netz

• In Arbeitsblatt G260 des Technischen Regelwerkes des Deutschen Vereines für Gas und Wasser

• 4 Gasfamilien• Wasserstoffreiche Gase

• Methanreiche Gase :

• Flüssiggase

• Kohlenwasserstoff-Luft-Gemisch

Gruppe L: 10,5-13kWh/m3 (Wobbe-Index)

Gruppe H: 12,8-15kWh/m3 (Wobbe-Index)

Anforderungen an die Gasbeschaffenheit

Zulässige Gasbegleitstoffe

Biogas Eigenschaften

Aufbereitung auf Erdgasqualität für Einspeisung• Die Aufbereitung erfolgt in mehreren Schritten

• Entfernung fester und flüssiger Bestandteile und Trocknung des Gases

• Entschwefelung• Methananreicherung (>98%) und CO2-Abtrennung• Entfernung von weiteren Gasbegleitstoffen (Silizium,

Ammoniak, usw.)

Können wir jetzt das Biogas einspeisen??In Erdgasnetze, gibt es zwei Einspeisungsmöglichkeiten(Nach Arbeitsblattes G260 von DV)

• ZusatzgasUnterschiedlicheZusammensetzungundBrenntechnischeKenndaten

• Eingeschränkte Einspeisung

• Austauschgas• Gleich Brennverhalten wie

Grundgas• Verschiedene Zusammensetzung

und Verbrennungstechnischen Kenndaten

• Keine eingeschränkte Einspeisung

Nach der Gasvorbereitung kann Biogas als Austauschgas direkt ins Gasnetz eingespeist werden

Technische Kriterien zur Biogaseinspeisung

• Es ist möglich aus beliebiger Biogasqualität die Gasqualität des Ortnetzes (H-Netz oder L-Netz) erreichen

• Biogas nach der Vorbereitungsanlage hat 6-12 bar druck (einfach Einspeisung in HD-Netz, möglich bei MD und ND)

Gasseitig

Netzseitig Verbraucherseitig

Biogaseinspeisung nach Druckniveau

• Wenig Einspeisung im ND Gasnetz(Schwankungen zwischen Sommer- und Winterzeit)

Restriktionen bei Gasnetzaufnahme Kapazität

• Wenn aufbereitetes Biogas als Austauschgas eingespeist wird, es gibt keine praktische Beschränkung an Menge.

• Beschränkungen im Fall der Zusatzgaseinspeisung (keine Kohlendioxidabtrennung)

• Immer das Einzelfall zu betrachten• Selten bei niedrig Druck sinnvoll• Trotzdem, ist auch in den nächsten Jahren mit

Grenzen nicht zu rechnen

Wie viel Biogas kann man einspeisen?

?

Erschließbares Potenzial

Technisches Potenzial

Gesamtpotenzial

Gesamt- und technisches Potential von Biogas in Deutschland

Gesamtpotenzial: ca. 260 PJ/a

Technische Potenzial (Zugang zum Einspeisepunkt eingeschränkt): 190 PJ/a

Potenzialverteilung nach Stoffklassen

Bedeutung des TechnischenPotenzials• Technisches Potenzial: Anteil des Theoretischen Potenzials, das unter

technischer, struktureller und ökologischer Restriktionen nutzbar ist.

Erschließbares Potenzial: rentable Anteil des technischen Potenzials (Subventionen vom Staat..)

Indikatoren zur Einspeisung

Wirtschaftliche Bewertung

• Unterschiedlicher Aufwand und verbundenen Kosten für Vorbereitung• Kosten hängen von der Biogasanlagegröße ab• Kosten sind auch von Substratart abhängig

G: GülleN: nachwachsende RohstoffeB: BioabfallZahl-> Aufbereitungsvolum

PSA: Druckwechsel-Adsorptions-VerfahrenDWW: Druckwasserwäsche

Rechtliche Aspekte

• Einspeisung erlaubt wenn Erfordernisse der Gasqualität erfüllt werden

(Gasqualitäten je nach ort unterschiedlich)

• Biogas kann als Erdgas-Substitut nach EEG vergütet werden, wenn es zur Stromproduktion verwendet wird

(Ausreichende Große der Anlage, Vertragliche Koppelung)

• Zusätzliche Technologiebonus (2ct/kwhel) für verstromtes auf Erdgasqualität aufbereitetes Biogas.

Erfahrungen in Europa

• Es gibt zur Zeit keine Erfahrung in Deutschland

• Zwei Vorfahren in der Vergangenheit konnten nicht realisiert werden

• Derzeit mindestens 4 Staaten wo Biogas auf Erdgasqualität aufbereitet wird: Schweden, Schweiz, Niederlande und Frankreich

• In der Schweiz, Niederlande und Schweden wird ein Teil des aufbereiteten Biogas in das Erdgasnetz eingespeist

Erfahrungen in der Schweiz

• 10 Jahre Erfahrungen

• Nutzung von hochwertigen Substraten (Bioabfälle)

• 6 Anlage

• 14 „Naturgastankstelle“

• Ziel in 2006: 100 „Naturgastankstelle“

• Gute Zusammenarbeit zwischen Gaslieferanten, Gasherstellern und Kunden

Erfahrungen in Schweden

• Derzeit 20 Vorbereitungsanlagen

(1/2 aus Kläranlage und ½ aus industrielle Reststoffe)

• Beispiel: Stockholm Henriksdal (Kommunale Wasserversorgung)

- 4 BHKW à 700kWel

- Parallel 600 N/m3 Biogas

auf Erdgasqualität (Biogastankstelle, Wärme

und Kochgasversorgung)

• Erzeugungskosten:

0,65€/Nm3 aufbereitetes Reingas

• Anlagen werden von den Betreibern als sehr zuverlässig beurteilt

Erfahrung in Österreich

• Ziel: Aufbereiteter Biogas mit Erdgasqualität in einer Erdgasleitung einspeisen

• Biogasanlage: Demonstrationsanlage mit ca. 10m3/h Biogasleistung

• Basis für die Erstellung von zukünftige Betreibermodellen

•Erste Prototyp in Österreich (Basis für Potenzialabschätzungen)

Zusammenfassung

• Technisch ist die Einspeisung von Biogas in Erdgasnetze möglich und betriebsbereit

• Nur im Einzelfälle ist die Einspeisung im Erdgasnetze wirtschaftlich attraktiver als dezentrale Nutzung mit BHKW (z.B. zentrale Strömproduktion mit hohen Wärmeerlosen)

• Rechtlich ist es möglich und reguliert (mögliche Vergütung)

• Großes technisches Potenzial

• Diverse Erfahrungen

• Energiewirtschaftgesetz und Netzugangs-Anordnung werden zur Zeit überarbeitet

Literatur

• http://home.fhtw-berlin.de/~s0501373

• www.profaktor.at

• www.uni-protokolle.de

• Biogaseinspeisung ins Gasnetz

Stadtwerke Edlingen am Nekar, 2005

• http://www.tarmstedter-ausstellung.de/lu7d6q7x43wm4/artikel_a.php

• Evaluierung der Möglichkeiten zur Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, 2005