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Soll Biogas ins Erdgasnetz eingeleitet werden?
Vortrag im Rahmen der Lehrveranstaltung„Energiesysteme und Energiewirtschaft“
18. November 2005Frédéric Fanen
José Luis Corrales Ciganda
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•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)
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Biogas Herstellung
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Vergärungsprozess im Fermenter
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Beispiel eines Fermenters
Geschwindigkeitsfaktoren:- Durchmischung (bis 6000 m3)- Heizung
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Substrate
• Wirtschaftsdünger Exkremente • Rindergülle, Schweinemist…
• Nachwachsende Rohstoffe• Maissilage, Zuckerrüben…
• Substrate aus Reststoffe der Industrie• Biertreber, Getreideschlempe…
• Organische Reststoffe der Kommunen• Biotonne, Marktabfälle…
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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
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Erdgasnetze in Deutschland: Eigenschaften
• Einteilung nach Netzebenen (international, national, regional, lokal)
• Einteilung nach Druckstufen
• (Hochdruck, Mitteldruck, Niederdruck)
• >700 Gasversorgungsunternehmen arbeiten Bundesweit
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Klassifizierung der Netze nach Druckstufe
Drucknennwert Anteil im deutschen Netz
Niederdruck < 100 mbar 35%
Mitteldruck 100 mbar- 1bar 38%
Hochdruck 1-120 bar 27%
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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)
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Anforderungen an die Gasbeschaffenheit
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Zulässige Gasbegleitstoffe
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Biogas Eigenschaften
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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.)
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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
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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
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Biogaseinspeisung nach Druckniveau
• Wenig Einspeisung im ND Gasnetz(Schwankungen zwischen Sommer- und Winterzeit)
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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
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Wie viel Biogas kann man einspeisen?
?
Erschließbares Potenzial
Technisches Potenzial
Gesamtpotenzial
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Gesamt- und technisches Potential von Biogas in Deutschland
Gesamtpotenzial: ca. 260 PJ/a
Technische Potenzial (Zugang zum Einspeisepunkt eingeschränkt): 190 PJ/a
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Potenzialverteilung nach Stoffklassen
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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..)
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Indikatoren zur Einspeisung
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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
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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.
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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
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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
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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
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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)
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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
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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