BioStrom: Potenzial zum Lastmanagement
Neue Erkenntnisse zur steuerbaren, bedarfsgerechten Stromerzeugung durch Biogasanlagen.
Mit dem Ausbau der erneuerbaren, jedoch fluktuierenden Stromerzeugung durch Wind- und Solarenergie steigen die Anforderungen an die Versorgungssicherheit und Zuverlässigkeit. Um die Netzstabilität in Zukunft sicherzustellen, müssen Potenziale im Bereich des Lastmanagements und neuer Speichertechnologien erschlossen werden. Das Fördervorhaben „BioStrom: Steuerbare Stromerzeugung mit Biogasanlagen“ hat Konzepte zum flexiblen Betrieb von Biogasanlagen erarbeitet und zeigt so das große Potenzial dieser Technologie auf.
Die Forscher des Instituts für neue Energie-Systeme (InES) der Technischen Hochschule Ingolstadt und die Ingenieure der UTS Biogastechnik GmbH verfolgten das Ziel, bereits bestehende Biogasanlagen in die Lage zu versetzen, als steuerbare Stromerzeuger zu arbeiten und damit zur Erhöhung der Netzstabilität beizutragen. Es wurden konkrete Lösungen sowohl im technischen als auch im (genehmigungs-)rechtlichen Kontext erarbeitet. Biogasanlagen können somit Lastmanagement betreiben und als steuerbare Stromerzeuger in Aktion treten. Das Vorhaben „BioStrom“ wird im Rahmen des Programms „Energetische Biomassenutzung“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.
Zur Steuerung der flexiblen Stromerzeugung eignen sich Energy-only-Märkte, wie die Spotmärkte der European Power Exchange (EPEX Spot) in Paris. Die Preise an Energy-only-Märkten bilden sich anhand von Angebot und Nachfrage sowie von Verbrauchs- und Erzeugungsprognosen. Der Verlauf der Preise gibt die notwendige Flexibilität vor, nach denen Biogasanlagen Strom erzeugen sollten. Um diese Aufgabe zu erfüllen, müssten Bestandsanlagen umgerüstet und erweitert werden. Die von einer Umrüstung betroffenen Komponenten wurden im Vorhaben vergleichend analysiert und z. T. im praktischen Betrieb getestet. Zur Demonstration der steuerbaren Stromerzeugung diente die Biogasanlage „BGA Zellerfeld“ in Egling an der Paar, die 2012 in Betrieb ging.
Ganz konkret wurden in Vorbereitung auf den flexiblen Betrieb die BHKWs mit einer Kühlwasservorwärmung sowie einer Vorschmiereinheit ausgestattet. Die Forschungen hatten ergeben, dass bei einer Taktung mit diesen Maßnahmen ein Verschleiß der BHKWs abgemildert werden kann. Weiterhin sind ein Anlassersystem, ein Kondensatabscheider sowie das Beachten der Mindestlaufzeit von Vorteil, ermittelten die Ingenieure aus Ingolstadt. Im Vergleich der Gasspeichertechnologien empfiehlt sich für einen flexiblen Betrieb der Biogasanlage ein Doppelmembran-Tragluftspeicher, der in Zellerfeld schon vor der Umrüstung vorhanden war. Mit der Installation eines zusätzlichen BHKWs stieg die maximale Gasentnahme von ca. 250 Nm³ Biogas/h auf ca. 750 Nm³ Biogas/h. Um die Stabilität des Gasspeichers bei maximaler Gasentnahme zu gewährleisten, wurde die Leistung der Tragluftgebläse (Abb. 1) angepasst.
Ein bestehendes Seilzugsystem zur Füllstandsüberwachung wurde um ein Schlauchwaagensystem erweitert, da dieses genauere Aussagen zum Gasvolumen macht. Darüber hinaus formulierten die Ingolstädter Maschinenbauer Handlungsempfehlungen für das Gasspeichermanagement und die Wärmenutzung. Innerhalb einer Parameterstudie entwickelten sie verschiedene Gesamtkonzepte zur steuerbaren Stromerzeugung. Mittels Simulationen erstellten die Wissenschaftler optimierte Fahrpläne für verschiedene Anlagenkonzepte.
„Leider ist die Wirtschaftlichkeit bei der Flexibilisierung von Biogasanlagen als mäßig einzustufen“, konstatiert Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner vom Institut für neue Energie-Systeme in Ingolstadt. Eine positive Rendite ist für den Anlagenbetreiber nur erzielbar, wenn bloß ein zusätzliches BHKW und dessen Peripherie-Komponenten installiert werden. Die Investition in einen zusätzlichen Gasspeicher lässt sich unter derzeitigen Bedingungen nur schwer wirtschaftlich darstellen.Wagt man einen Ausblick auf die Entwicklung der Erneuerbaren Energien, haben flexible Biogasanlagen unter netztechnischen Gesichtspunkten ein beachtliches Potenzial zur Lastensteuerung. Für die Zeit nach Ablauf der EEG-Vergütungen müssen Betreiber von Biogasanlagen Möglichkeiten nutzen, Strom und Wärme möglichst sinnvoll zu erzeugen und zu veräußern. Die im Vorhaben „BioStrom“ erarbeiteten Konzepte zeigen auf, welche zukünftigen Betriebsstrategien von Biogasanlagen erfolgversprechend sind.
Definitionen
Lastmanagement
Lastmanagement ist die flexible Steuerung der Stromaufnahme in elektrischen Prozessen, sowohl zur Optimierung des eigenen Strombezugs als auch für den übergeordneten Einsatz im Energieversorgungssystem. (dena)
Energy-only-Markt
Der Energy-only-Markt bezeichnet die Art Energiemarkt, der Kraftwerksbetreibern ausschließlich die bereitgestellte Energiemenge (Stromproduktion) vergütet. Die Vorhaltung von Erzeugungskapazitäten wird dabei nicht entlohnt. (agora Energiewende)
Residuallast
Die Residuallast stellt die Restnachfrage (nachgefragte Leistung abzüglich des Anteils fluktuierender Einspeisung von dargebotsabhängigen Erzeugern) dar, welche von regelbaren Kraftwerken gedeckt werden muss.
Weitere Informationen
Das Vorhaben “BioStrom” (FKZ: 03KB061) mit einem Projektvolumen von über 470 000 Euro wurde über drei Jahre durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.
