Studie Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz:
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Gülzow
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe
2006
|
| Schriftenreihe: | Nachwachsende-Rohstoffe.de
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 199 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 3000183469 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis 6
Tabellenverzeichnis 9
Abkürzungsverzeichnis 11
Glossar 12
1 Einleitung 15
2 Biogasbereitstellung, aufbereitung, einspeisung und transport 16
2.1 Biogasbereitstellung 16
2.1.1 Grundlagen der anaeroben Vergärung 16
2.1.2 Vor und Aufbereitung der Substrate 17
2.1.3 Biogaserzeugung durch Fermentation 21
2.2 Gasaufbereitung 25
2.2.1 Biogasentschwefelungsverfahren 26
2.2.2 Verfahren zur Methananreicherung im Biogas 34
2.2.3 Biogastrocknung und Biogasfeinreinigung 45
2.3 Gastransport, Einspeisung und Speicherung 49
2.3.1 Anschlussleitungen 50
2.3.2 Gasverdichtung 50
2.3.3 Gasspeicherung 53
2.3.4 Gasdruckmess und Regelanlagen 55
2.3.5 Gasbeschaffenheitsmessanlage 56
2.3.6 Odoriereinrichtungen 57
2.3.7 Konditionierungsanlagen und Gasmischanlagen 58
2.4 Erfahrungen im europäischen Ausland 59
2.4.1 Erfahrungen in der Schweiz 59
2.4.2 Erfahrungen in Schweden 60
3
1
Studie Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz
3 Einspeisemöglichkeiten 63
3.1 Technische Anforderungen 63
3.1.1 Zusammensetzung von Rohbiogasen aus fermentativen Prozessen 63 j
3.1.2 Gasbeschaffenheitsanforderungen und relevante Regelwerke 65 i
3.2 Charakterisierung des vorhandenen Erdgasnetzes 76
3.2.1 Einteilung nach Netzebenen 76
3.2.2 Einteilung nach Druckstufen 77
3.2.3 Technische Kriterien zur Einspeisung von Biogas 79
3.2.4 Restriktionen 85
3.3 Möglichkeiten und Grenzen der Gaseinspeisung
(Gutachten des DBI Netzsimulationsrechnung) 85
3.3.1 Netztechnische Grundlagen 85
3.3.2 Technische Einspeisemöglichkeiten 85
3.3.3 Verteilung der Gasbeschaffenheiten 89
3.3.4 Einschätzung der Biogaseinspeisemöglichkeiten 90
3.3.5 Zusammenfassung 91
4 Potenziale der Biogaserzeugung 92
4.1 Definitionen 92
4.2 Potenzialanalyse 93
4.2.1 Landwirtschaft 93
4.2.2 Industrie und Gewerbe 95
4.2.3 Kommunen 98
4.2.4 Technisches Potenzial 99
4.3 Potenzialeingrenzung 99
4.3.1 Regionale Verfügbarkeit des Biogaspotenziales 100
4.3.2 Theoretisches Standortpotenzial für Biogasanlagen 105
5 Einspeisepunkte 110
5.1 Standortbewertung 113
5.2 Ermittlung möglicher Standorte für Biogaserzeugung und Gaseinspeisung
anhand von Modellanlagen 115 j
5.2.1 Biogaserzeugung aus Gülle 115 j
5.2.2 Biogaserzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen (NaWaRo) 117
5.2.3 Biogaserzeugung aus Bioabfall 117
5.2.4 Festlegung der möglichen Einspeisegasqualitäten 118
6 Wirtschaftliche Analyse und Bewertung 127
6.1 Methodik 127
6.2 Kosten der einzelnen Module 129
6.2.1 Substratkosten 129
6.2.2 Biogasanlagen 131
6.2.3 Gastherme 134
6.2.4 Blockheizkraftwerk 135
6.2.5 Gastankstelle 136
6.2.6 Aufbereitung zu Erdgas H Qualität 136
62.7 Aufbereitung zu Erdgas L Qualität 137 i
6.2.8 Flüssiggas Zugabe 138 1
6.2.9 Zusatzgas Bereitstellung 138 ¦
Inhaltsverzeichnis
6.2.10 Einspeisung und Durchleitung 139
6.3 Energiegestehungskosten 140
6.3.1 Biogasgestehungskosten 140
6.3.2 Wärmeerzeugung 149
6.3.3 Stromerzeugung und Kraft Wärme Kopplung 152
6.3.4 Kraftstofferzeugung 159
7 Rechtliche Rahmenbedingungen 160
7.1 Einleitung 160
7.2 Energiewirtschaftsrechtliche Grundlagen 161
7.2.1 Ausgangslage auf Grundlage des bisherigen EnWG 161
7.2.2 Änderungen der Rechtslage 165
7.3 Spielräume zur Verbesserung der rechtlichen Rahmenbedingungen 170
7.3.1 Sind Vorrangregelungen und andere gezielte Verbesserungen für Biogas zulässig? 170
7.3.2 Vereinbarkeit mit den Vorgaben des EG Rechts 171
7.3.3 Vereinbarkeit mit den verfassungsrechtlichen Anforderungen 174
7.4 Rechtsfragen im Zusammenhang mit dem novellierten EEG 175
7.4.1 Überblick und Fragenkreise 175
7.4.2 Beschaffenheitsanforderungen für „Gas aus Biomasse 176
7.4.3 Das maßgebende „Gasnetz 177
7.4.4 „Technologiebonus und „KWK Bonus 180
7.4.5 „NaWaRo Gülle Bonus 181
7.4.6 Umstellung bestehender Stromerzeugungsanlagen 182
7.4.7 Ausschließlichkeitsprinzip 184
7.5 Ergebnisse 187
7.6 Anhang des Rechtsgutachten 190
8 Bewertung 191
9 Literaturverzeichnis 197
5
Abbildungs¬
verzeichnis
!
l
Abb. 2 1: Schematisierter Ablauf der anaeroben Vergärung 17
Abb. 2 2: Verfahrensablauf bei der Biogasgewinnung 18
Abb. 2 3: Liegender Tankfermenter mit Paddelrührwerk 22
Abb. 2 4: Stehender Fermenter mit Einbauten; Bild: Anlagen und Apparatebau Lüfhe GmbH 23
Abb. 2 5: Fließdiagramm eines Biowäschers (angelehnt am Thiopaq Prozess der Fa. Paques, NL 28
Abb. 2 6: Beispiel für ein Layout der Druckwasserwäsche von Biogas 39
Abb. 2 7: Permeabilitäten verschiedener Moleküle 42
Abb. 2 8: Mögliche Membranmodulkonfigurationen 44
Abb. 2 9: Prinzip der Gaspermeation 44
Abb. 2 10: Wasseraumahme verschiedener Adsorptionsmittel 47
Abb. 2 11: Gasdruckmess und Regelanlage 56
Abb. 2 12: Schematische Darstellung einer Odorieranlage nach G 280 57
Abb. 2 13: Darstellung einer Biogas Einspeisung 58
Abb. 2 14: Naturgas Tankstelle in der Schweiz 60
Abb. 2 15: PSA Aufbereitung in Otelfingen (Schweiz) 60
Abb. 2 16: Ansicht der Biogasaufbereitungsanlage Stockholm Henriksdal 61
Abb. 2 17: Kompaktbiogasaufbereitungsanlage Norrköping 61
Abb. 2 18: Biogastankstelle und mit Biogas betriebener Bus in Kristianstad 61
Abb. 2 19: Biogasanlage mit Biogasaufbereitung in Helsingborg 62
Abb. 3 1: Methanganglinie einer Biogasanlage im Rheinland 64
Abb. 3 2: Schwefelwasserstoffganglinie einer Biogasanlage im Rheinland 64 !
Abb. 3 3: Brennwerte und Wobbeindizes einheimischer Gasförderungen 67
Abb. 3 4: Bandbreiten der Wobbeindizes der Prüfgase und der Gase der 2. Gasfamilie 71
Abb. 3 5: L und H Gase nach G 260 mit Flüssiggaszumischung und Einordnung der Modellgase 71
Abb. 3 6: Gasgemische mit gleichen Wobbe Index (WSN = 10,5 kWh/m3) 72
Abb. 3 7: Gasgemische mit gleichen Wobbe Index (WSN = 12,8 kWh/m3) 73
Abb. 3 8: Einspeiseschnittstellen und relevantes Regelwerk 74
Abb. 3 9: Ferntransportleitungen der importierenden Ferngasgesellschaften 75
Abb. 3 10: Ferntransportleitungen der importierenden Ferngasgesellschaften 77
Abb. 3 11: In Deutschland zur Verteilung kommende Gase mit den wichtigsten Kennwerten 78
Abb. 3 12: Exemplarischer Tageslastgang mit ausgeprägten Verbrauchsspitzen 79
Abb. 3 13: Auf die Durchschnittswerte normierte Form eines Tageslastgangs 79 1
Abb. 3 14: Anzahl der Gasversorger unterteilt in Größenklassen 81 I
Abb. 3 15: Anzahl der Gasversorger unterteilt nach dem Verhältnis der Gasabnahme pro Tag 81 I
Abb. 3 16: Verteilung der GVU in die verschiedenen Klassen I
und Kennzeichnung der charakteristischen GVU 82 1
Abb. 3 17: Regionale HD Leitungen im OVU Gebiet (E.ON Hanse) 84 «
Abb. 3 18: Verteilung der Gasversorgungsunternehmen in Deutschland 84 M
6 M
Abbildungsverzeichnis
Abb. 3 19: Gasbedarf über ein Gaswirtschaftsjahr 86
Abb. 3 20: Regressionsgerade des Gasbezuges 86
Abb. 3 21: Druckverlauf 87
Abb. 3 22: Modellnetz 87
Abb. 3 23: Einspeisung Süd 88
Abb. 3 24: Einspeisung Südost 88
Abb. 3 25: Hochdruckleitung 89
Abb. 3 26: Gasbeschaffenheitsverteilung 89
Abb. 3 27: regionale Verfügbarkeit des Erdgasnetz nach Druckstufe HD 91
Abb. 4 1: Biogaspotenzial der Landwirtschaft 95
Abb. 4 2: Biogaspotenzial aus industriellen Reststoffen 96
Abb. 4 3: Biogaspotenzial aus organischen kommunalen Reststoffe 97
Abb. 4 4: Biogaspotenzialverteilung nach Stoffklassen 98
Abb. 4 5: Biogaspotenzial der Bundesländer 99
Abb. 4 6: Biogaspotenzialdichte der Bundesländer 100
Abb. 4 7: . landwirtschaftliche Betriebe pro Bundeslandfläche 101
Abb. 4 8: Durchschnittliche Größe landwirtschaftlicher Betriebe 102
Abb. 4 9: Prozentualer Anteil der landwirtschaftlichen Flächen an den Flächengrößenklassen 107
Abb. 4 10: Prozentualer Anteil des Rinderbestandes an den Bestandsgrößenklassen 107
Abb. 4 11: Prozentualer Anteil des Schweinebestandes an den Bestandsgrößenklassen 108
Abb. 4 12: Bestandsgrößenklasse 4 über 500 Großvieheinheiten regionale Verteilung 109
Abb. 5 1: Biogaspotenzial der Bundesländer 110
Abb. 5 2: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Erdgas H / Erdgas L Qualität mit PSA
für kleine Volumenströme (50 Nm3/h) 123
Abb. 5 3: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Erdgas H / Erdgas L Qualität mit PSA
für größere Volumenströme (250 und 500 Nm3/h) 123
Abb. 5 A: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Erdgas H Qualität mit DWW
für alle Volumenströme 124
| Abb. 5 5: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Erdgas L Qualität mit DWW
für alle Volumenströme 125
Abb. 5 6: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Zusatzgas Qualität für alle Volumenströme 126
Abb. 6 1: Module der Biogaserzeugung und Nutzung 130
Abb. 6 2: Stufen der Produktgaserzeugung 141
Abb. 6 3: Kosten des Rohbiogases 142
Abb. 6 4: Gestehungskosten Produktgas bei Erdgas H Qualität ohne Flüssiggas Zugabe 146
Abb. 6 5: Sensitivität der Biogasgestehungskosten bei der BG250 N 146
Abb. 6 6: Sensitivität der Biogasgestehungskosten bei der BG500 B 147
Abb. 6 7: Gestehungskosten Produktgas bei Erdgas H Qualität mit Flüssiggas Zugabe 148
Abb. 6 8: Gestehungskosten Produktgas bei Erdgas L Qualität 149
| Abb. 6 9: Gestehungskosten des Produktgases bei Zusatzgas Qualität 150
i Abb. 6 10: Vergleich der spezifischen Produktgaskosten einer BG250 G und BG250 N 150
Abb. 6 11: Wärmegestehungskosten 151
Abb. 6 12: Sensitivität Wärme Gestehungskosten 152
Abb. 6 13: spezifische Stromgestehungskosten und zu erwartende Vergütungen der betrachteten Pfade 155
Abb. 6 14: spezifische Stromgestehungskosten nach Bereinigung durch Wärmevergütungen 156
Abb. 6 15: spezifische Stromgestehungskosten bei verschiedenen zentralen BHKW Leistungen 157
Abb. 6 16: Sensitivität eines zentrales BHKW mit 500 kWd und Nutzung von Biogas aus NaWaRo 157
Abb. 6 17: spezifische Kraftstoffgestehungskosten in et pro kWh 158
| Abb. 6 18: Sensitivität der Kraftstoffgestehungskosten 158
Studie Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz ;
Abb. 8 1: Kosten des Rohbiogases pro kWhhj 193
Abb. 8 2: Gestehungskosten des Produktgases in Erdgasqualität (Biogasproduktion, Aufbereitung, ¦
Einspeisung und Durchleitung) 194
Abb. 8 3: Gestehungskosten der Wärmebereitstellung 194
Abb. 8 4: Gestehungskosten Strom 195
Abb. 8 5: Gestehungskosten der Kraftstorfbereitstellung 196
i
1
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Tabellenverzeichnis J :f^i
Tabelle 2 1: Lagerung von Substraten vor der Vergärung 19
Tabelle 2 2: Kennwerte und Einsatzparameter von stehenden Fermentern 22
Tabelle 2 3: Kennwerte und Einsatzparameter von Trockenfermentationsbehältern 23
Tabelle 2 4: Verfahren zur Gasaufbereitung 25
Tabelle 2 5: Bewertungsmatrix für unterschiedliche Entschwefelungsverfahren 33
Tabelle 2 6: Adsorptionsgleichgewichte ausgewählter binärer bzw. tertiärer Gasgemische 34
Tabelle 2 7: Mögliche Absorptionsverfahren zur Entfernung von Kohlendioxid und Schwefelverbindungen 38
Tabelle 2 8: Übersicht zu den Löslichkeiten unterschiedlicher Biogaskomponenten in Wasser
bei unterschiedlichen Temperaturen 39
Tabelle 2 9: Geeignete Membrantypen für die CH4 CO2 Gastrennung 43
Tabelle 2 10: Bewertungsmatrix für unterschiedliche Methananreicherungsverfahren 46
Tabelle 2 11: Übersicht Gasverdichter der Fa. „Gardner Denver Wittig GmbH Einsatzbereiche
und Eigenschaften von Verdichtern für Faulgas, Grubengas oder Erdgas 52
Tabelle 2 12: Bewertung unterschiedlicher Verdichterbauarten nach ausgewählten Kriterien 53
Tabelle 2 13: Druckbereiche der Biogasspeicherung 54
Tabelle 3 1: Biogaszusammensetzung, Schwankungsbreiten und Auslegungsgrunddaten 65
] Tabelle 3 2: Anforderungen an die Gasbeschaffenheit 67
Tabelle 3 3: Sättigungswassergehalte als Funktion des Druckes 68
Tabelle 3 4: Zulässige Gasbegleitstoffe 69
Tabelle 3 5: Beispielhafte Daten von verteilten Gasen nach G 260 H Gase 72
Tabelle 3 6: Beispielhafte Daten von verteilten Gasen nach G 260 L Gase 72
Tabelle 3 7: Daten zur Entwicklung des Erdgasnetzes 78
Tabelle 3 8: Klassifizierung nach Druckstufen 78
Tabelle 3 9: Durchschnittliche Gasabgabe im Jahr und im Sommer 80
Tabelle 3 10: Charakteristische GVU 82
Tabelle 3 11: Einspeisemengen für Austauschgas 82
Tabelle 3 12: Einspeisedruck der Biogasaufbereitungsanlage 88
Tabelle 3 13: Einspeisedruck der Biogasaufbereitungsanlage 89
Tabelle 3 14: Gasstatistik des BGW (Auszug) 90
Tabelle 4 1: Substratspezifische Biogaserträge 103
| Tabelle 4 2: Bestandsgrößenklassen für die einzelnen Tierarten 105
Tabelle 4 3: Flächengrößenklassen für landwirtschaftliche Nutzfläche 105
: Tabelle 4 4: Substrat Anlagenkonfiguration 106
| Tabelle 5 1: Biogaspotenzial unter Berücksichtigung von Transportrestriktionen 111
| Tabelle 5 2: Biogaspotenzial verglichen mit der durchschnittlichen Sommergrundlast 112
Tabelle 5 3: Biogaspotenzial verglichen mit der stündlichen Sommergrundlast 112
9
Studie Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz
Tabelle 5 4: Einspeisebeschränkungen für Zusatzgas 113
Tabelle 5 5: Primärindikatoren zur Einspeisung von Biogas und die Bedeutung
für die Biogaserzeugung, Biogaseinspeisung und Wirtschaftlichkeit 114
Tabelle 5 6: Überblick über die untersuchten Anlagen 115
Tabelle 5 7: Erdgaseigenschaften Gaszusammensetzung und brenntechnische Kenndaten [ISIO04] 119
Tabelle 5 8: Kenndaten der betrachteten Gaseinspeisefälle (ZG Zusatzgas, EG Erdgas) 120
Tabelle 6 1: Substrat und Brennstoffkosten 130
Tabelle 6 2: Lagerung von Maissilage im Fahrsilo 131
Tabelle 6 3: Substratkosten der Biogas Anlagen 131
Tabelle 6 4: Anlagen mit 90 % Güllevergärung (massebasiert) 133
Tabelle 6 5: Anlagen mit 90 % Maissilagevergärung (massebasiert) 133
Tabelle 6 6: Anlage mit 100 % Bioabfallvergärung 134
Tabelle 6 7: Aufteilung der Investitionskosten bei den Anlagen mit Biogas für eine weitere Aufbereitung 134
Tabelle 6 8: Investitiorts und Betriebskosten einer Gasbrennwerttherme 135
Tabelle 6 9: Investitions und Betriebskosten verschiedener BHKW Typen 135
Tabelle 6 10: Investitions und Betriebskosten einer Gastankstelle 136
Tabelle 6 11: Aufbereitung mit dem DWW Verfahren 137
Tabelle 6 12: Aufbereitung mit dem PSA Verfahren 137
Tabelle 6 13: Luftzugabe für Erdgas L Qualität 138
Tabelle 6 14: LPG Zugabe 138
Tabelle 6 15: Aufbereitung Zusatzgas 139
Tabelle 6 16: Kosten der Einspeisungsanlage 140
Tabelle 6 17: Nutzbare Biogasmenge und Energiegehalte von Rohbiogas und Produktgas 141
Tabelle 6 18: Jährliche Kosten bei der Bereitstellung von Biogas ins Erdgasnetz 143
Tabelle 6 19: spezifische Kosten des Produktgases bei Erdgas H Qualität 144
Tabelle 6 20: Prozentanteile der Kosten am Ausspeisepunkt 145
Tabelle 6 21: Produktgasmengen bei LPG Zugabe und Energiegehalt 148
Tabelle 6 22: Stromvergütungen nach dem EEG 153
Tabelle 6 23: spezifische Kosten der zentralen Stromerzeugung 154
Tabelle 6 24: spezifische Kosten der dezentralen Stromerzeugung 154
10
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| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis 6
Tabellenverzeichnis 9
Abkürzungsverzeichnis 11
Glossar 12
1 Einleitung 15
2 Biogasbereitstellung, aufbereitung, einspeisung und transport 16
2.1 Biogasbereitstellung 16
2.1.1 Grundlagen der anaeroben Vergärung 16
2.1.2 Vor und Aufbereitung der Substrate 17
2.1.3 Biogaserzeugung durch Fermentation 21
2.2 Gasaufbereitung 25
2.2.1 Biogasentschwefelungsverfahren 26
2.2.2 Verfahren zur Methananreicherung im Biogas 34
2.2.3 Biogastrocknung und Biogasfeinreinigung 45
2.3 Gastransport, Einspeisung und Speicherung 49
2.3.1 Anschlussleitungen 50
2.3.2 Gasverdichtung 50
2.3.3 Gasspeicherung 53
2.3.4 Gasdruckmess und Regelanlagen 55
2.3.5 Gasbeschaffenheitsmessanlage 56
2.3.6 Odoriereinrichtungen 57
2.3.7 Konditionierungsanlagen und Gasmischanlagen 58
2.4 Erfahrungen im europäischen Ausland 59
2.4.1 Erfahrungen in der Schweiz 59
2.4.2 Erfahrungen in Schweden 60
3
1
Studie Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz
3 Einspeisemöglichkeiten 63
3.1 Technische Anforderungen 63
3.1.1 Zusammensetzung von Rohbiogasen aus fermentativen Prozessen 63 j
3.1.2 Gasbeschaffenheitsanforderungen und relevante Regelwerke 65 i
3.2 Charakterisierung des vorhandenen Erdgasnetzes 76
3.2.1 Einteilung nach Netzebenen 76
3.2.2 Einteilung nach Druckstufen 77
3.2.3 Technische Kriterien zur Einspeisung von Biogas 79
3.2.4 Restriktionen 85
3.3 Möglichkeiten und Grenzen der Gaseinspeisung
(Gutachten des DBI Netzsimulationsrechnung) 85
3.3.1 Netztechnische Grundlagen 85
3.3.2 Technische Einspeisemöglichkeiten 85
3.3.3 Verteilung der Gasbeschaffenheiten 89
3.3.4 Einschätzung der Biogaseinspeisemöglichkeiten 90
3.3.5 Zusammenfassung 91
4 Potenziale der Biogaserzeugung 92
4.1 Definitionen 92
4.2 Potenzialanalyse 93
4.2.1 Landwirtschaft 93
4.2.2 Industrie und Gewerbe 95
4.2.3 Kommunen 98
4.2.4 Technisches Potenzial 99
4.3 Potenzialeingrenzung 99
4.3.1 Regionale Verfügbarkeit des Biogaspotenziales 100
4.3.2 Theoretisches Standortpotenzial für Biogasanlagen 105
5 Einspeisepunkte 110
5.1 Standortbewertung 113
5.2 Ermittlung möglicher Standorte für Biogaserzeugung und Gaseinspeisung
anhand von Modellanlagen 115 j
5.2.1 Biogaserzeugung aus Gülle 115 j
5.2.2 Biogaserzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen (NaWaRo) 117
5.2.3 Biogaserzeugung aus Bioabfall 117
5.2.4 Festlegung der möglichen Einspeisegasqualitäten 118
6 Wirtschaftliche Analyse und Bewertung 127
6.1 Methodik 127
6.2 Kosten der einzelnen Module 129
6.2.1 Substratkosten 129
6.2.2 Biogasanlagen 131
6.2.3 Gastherme 134
6.2.4 Blockheizkraftwerk 135
6.2.5 Gastankstelle 136
6.2.6 Aufbereitung zu Erdgas H Qualität 136
62.7 Aufbereitung zu Erdgas L Qualität 137 i
6.2.8 Flüssiggas Zugabe 138 1
6.2.9 Zusatzgas Bereitstellung 138 '¦
Inhaltsverzeichnis
6.2.10 Einspeisung und Durchleitung 139
6.3 Energiegestehungskosten 140
6.3.1 Biogasgestehungskosten 140
6.3.2 Wärmeerzeugung 149
6.3.3 Stromerzeugung und Kraft Wärme Kopplung 152
6.3.4 Kraftstofferzeugung 159
7 Rechtliche Rahmenbedingungen 160
7.1 Einleitung 160
7.2 Energiewirtschaftsrechtliche Grundlagen 161
7.2.1 Ausgangslage auf Grundlage des bisherigen EnWG 161
7.2.2 Änderungen der Rechtslage 165
7.3 Spielräume zur Verbesserung der rechtlichen Rahmenbedingungen 170
7.3.1 Sind Vorrangregelungen und andere gezielte Verbesserungen für Biogas zulässig? 170
7.3.2 Vereinbarkeit mit den Vorgaben des EG Rechts 171
7.3.3 Vereinbarkeit mit den verfassungsrechtlichen Anforderungen 174
7.4 Rechtsfragen im Zusammenhang mit dem novellierten EEG 175
7.4.1 Überblick und Fragenkreise 175
7.4.2 Beschaffenheitsanforderungen für „Gas aus Biomasse" 176
7.4.3 Das maßgebende „Gasnetz" 177
7.4.4 „Technologiebonus" und „KWK Bonus" 180
7.4.5 „NaWaRo Gülle Bonus" 181
7.4.6 Umstellung bestehender Stromerzeugungsanlagen 182
7.4.7 Ausschließlichkeitsprinzip 184
7.5 Ergebnisse 187
7.6 Anhang des Rechtsgutachten 190
8 Bewertung 191
9 Literaturverzeichnis 197
5
Abbildungs¬
verzeichnis
!
l
Abb. 2 1: Schematisierter Ablauf der anaeroben Vergärung 17
Abb. 2 2: Verfahrensablauf bei der Biogasgewinnung 18
Abb. 2 3: Liegender Tankfermenter mit Paddelrührwerk 22
Abb. 2 4: Stehender Fermenter mit Einbauten; Bild: Anlagen und Apparatebau Lüfhe GmbH 23
Abb. 2 5: Fließdiagramm eines Biowäschers (angelehnt am Thiopaq Prozess der Fa. Paques, NL 28
Abb. 2 6: Beispiel für ein Layout der Druckwasserwäsche von Biogas 39
Abb. 2 7: Permeabilitäten verschiedener Moleküle 42
Abb. 2 8: Mögliche Membranmodulkonfigurationen 44
Abb. 2 9: Prinzip der Gaspermeation 44
Abb. 2 10: Wasseraumahme verschiedener Adsorptionsmittel 47
Abb. 2 11: Gasdruckmess und Regelanlage 56
Abb. 2 12: Schematische Darstellung einer Odorieranlage nach G 280 57
Abb. 2 13: Darstellung einer Biogas Einspeisung 58
Abb. 2 14: Naturgas Tankstelle in der Schweiz 60
Abb. 2 15: PSA Aufbereitung in Otelfingen (Schweiz) 60
Abb. 2 16: Ansicht der Biogasaufbereitungsanlage Stockholm Henriksdal 61
Abb. 2 17: Kompaktbiogasaufbereitungsanlage Norrköping 61
Abb. 2 18: Biogastankstelle und mit Biogas betriebener Bus in Kristianstad 61
Abb. 2 19: Biogasanlage mit Biogasaufbereitung in Helsingborg 62
Abb. 3 1: Methanganglinie einer Biogasanlage im Rheinland 64
Abb. 3 2: Schwefelwasserstoffganglinie einer Biogasanlage im Rheinland 64 !
Abb. 3 3: Brennwerte und Wobbeindizes einheimischer Gasförderungen 67
Abb. 3 4: Bandbreiten der Wobbeindizes der Prüfgase und der Gase der 2. Gasfamilie 71
Abb. 3 5: L und H Gase nach G 260 mit Flüssiggaszumischung und Einordnung der Modellgase 71
Abb. 3 6: Gasgemische mit gleichen Wobbe Index (WSN = 10,5 kWh/m3) 72
Abb. 3 7: Gasgemische mit gleichen Wobbe Index (WSN = 12,8 kWh/m3) 73
Abb. 3 8: Einspeiseschnittstellen und relevantes Regelwerk 74
Abb. 3 9: Ferntransportleitungen der importierenden Ferngasgesellschaften 75
Abb. 3 10: Ferntransportleitungen der importierenden Ferngasgesellschaften 77
Abb. 3 11: In Deutschland zur Verteilung kommende Gase mit den wichtigsten Kennwerten 78
Abb. 3 12: Exemplarischer Tageslastgang mit ausgeprägten Verbrauchsspitzen 79
Abb. 3 13: Auf die Durchschnittswerte normierte Form eines Tageslastgangs 79 1
Abb. 3 14: Anzahl der Gasversorger unterteilt in Größenklassen 81 I
Abb. 3 15: Anzahl der Gasversorger unterteilt nach dem Verhältnis der Gasabnahme pro Tag 81 I
Abb. 3 16: Verteilung der GVU in die verschiedenen Klassen I
und Kennzeichnung der charakteristischen GVU 82 1
Abb. 3 17: Regionale HD Leitungen im OVU Gebiet (E.ON Hanse) 84 «
Abb. 3 18: Verteilung der Gasversorgungsunternehmen in Deutschland 84 M
6 M
Abbildungsverzeichnis
Abb. 3 19: Gasbedarf über ein Gaswirtschaftsjahr 86
Abb. 3 20: Regressionsgerade des Gasbezuges 86
Abb. 3 21: Druckverlauf 87
Abb. 3 22: Modellnetz 87
Abb. 3 23: Einspeisung Süd 88
Abb. 3 24: Einspeisung Südost 88
Abb. 3 25: Hochdruckleitung 89
Abb. 3 26: Gasbeschaffenheitsverteilung 89
Abb. 3 27: regionale Verfügbarkeit des Erdgasnetz nach Druckstufe HD 91
Abb. 4 1: Biogaspotenzial der Landwirtschaft 95
Abb. 4 2: Biogaspotenzial aus industriellen Reststoffen 96
Abb. 4 3: Biogaspotenzial aus organischen kommunalen Reststoffe 97
Abb. 4 4: Biogaspotenzialverteilung nach Stoffklassen 98
Abb. 4 5: Biogaspotenzial der Bundesländer 99
Abb. 4 6: Biogaspotenzialdichte der Bundesländer 100
Abb. 4 7: . landwirtschaftliche Betriebe pro Bundeslandfläche 101
Abb. 4 8: Durchschnittliche Größe landwirtschaftlicher Betriebe 102
Abb. 4 9: Prozentualer Anteil der landwirtschaftlichen Flächen an den Flächengrößenklassen 107
Abb. 4 10: Prozentualer Anteil des Rinderbestandes an den Bestandsgrößenklassen 107
Abb. 4 11: Prozentualer Anteil des Schweinebestandes an den Bestandsgrößenklassen 108
Abb. 4 12: Bestandsgrößenklasse 4 über 500 Großvieheinheiten regionale Verteilung 109
Abb. 5 1: Biogaspotenzial der Bundesländer 110
Abb. 5 2: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Erdgas H / Erdgas L Qualität mit PSA
für kleine Volumenströme (50 Nm3/h) 123
Abb. 5 3: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Erdgas H / Erdgas L Qualität mit PSA
für größere Volumenströme (250 und 500 Nm3/h) 123
Abb. 5 A: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Erdgas H Qualität mit DWW
für alle Volumenströme 124
| Abb. 5 5: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Erdgas L Qualität mit DWW
für alle Volumenströme 125
Abb. 5 6: Verfahrensschema zur Biogasaufbereitung zu Zusatzgas Qualität für alle Volumenströme 126
Abb. 6 1: Module der Biogaserzeugung und Nutzung 130
Abb. 6 2: Stufen der Produktgaserzeugung 141
Abb. 6 3: Kosten des Rohbiogases 142
Abb. 6 4: Gestehungskosten Produktgas bei Erdgas H Qualität ohne Flüssiggas Zugabe 146
Abb. 6 5: Sensitivität der Biogasgestehungskosten bei der BG250 N 146
Abb. 6 6: Sensitivität der Biogasgestehungskosten bei der BG500 B 147
Abb. 6 7: Gestehungskosten Produktgas bei Erdgas H Qualität mit Flüssiggas Zugabe 148
Abb. 6 8: Gestehungskosten Produktgas bei Erdgas L Qualität 149
| Abb. 6 9: Gestehungskosten des Produktgases bei Zusatzgas Qualität 150
i Abb. 6 10: Vergleich der spezifischen Produktgaskosten einer BG250 G und BG250 N 150
Abb. 6 11: Wärmegestehungskosten 151
Abb. 6 12: Sensitivität Wärme Gestehungskosten 152
Abb. 6 13: spezifische Stromgestehungskosten und zu erwartende Vergütungen der betrachteten Pfade 155
Abb. 6 14: spezifische Stromgestehungskosten nach Bereinigung durch Wärmevergütungen 156
Abb. 6 15: spezifische Stromgestehungskosten bei verschiedenen zentralen BHKW Leistungen 157
Abb. 6 16: Sensitivität eines zentrales BHKW mit 500 kWd und Nutzung von Biogas aus NaWaRo 157
Abb. 6 17: spezifische Kraftstoffgestehungskosten in et pro kWh 158
| Abb. 6 18: Sensitivität der Kraftstoffgestehungskosten 158
Studie Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz ;
Abb. 8 1: Kosten des Rohbiogases pro kWhhj 193
Abb. 8 2: Gestehungskosten des Produktgases in Erdgasqualität (Biogasproduktion, Aufbereitung, ¦
Einspeisung und Durchleitung) 194
Abb. 8 3: Gestehungskosten der Wärmebereitstellung 194
Abb. 8 4: Gestehungskosten Strom 195
Abb. 8 5: Gestehungskosten der Kraftstorfbereitstellung 196
i
1
•« 1 ¦ •¦ r
Tabellenverzeichnis J :f^i
Tabelle 2 1: Lagerung von Substraten vor der Vergärung 19
Tabelle 2 2: Kennwerte und Einsatzparameter von stehenden Fermentern 22
Tabelle 2 3: Kennwerte und Einsatzparameter von Trockenfermentationsbehältern 23
Tabelle 2 4: Verfahren zur Gasaufbereitung 25
Tabelle 2 5: Bewertungsmatrix für unterschiedliche Entschwefelungsverfahren 33
Tabelle 2 6: Adsorptionsgleichgewichte ausgewählter binärer bzw. tertiärer Gasgemische 34
Tabelle 2 7: Mögliche Absorptionsverfahren zur Entfernung von Kohlendioxid und Schwefelverbindungen 38
Tabelle 2 8: Übersicht zu den Löslichkeiten unterschiedlicher Biogaskomponenten in Wasser
bei unterschiedlichen Temperaturen 39
Tabelle 2 9: Geeignete Membrantypen für die CH4 CO2 Gastrennung 43
Tabelle 2 10: Bewertungsmatrix für unterschiedliche Methananreicherungsverfahren 46
Tabelle 2 11: Übersicht Gasverdichter der Fa. „Gardner Denver Wittig GmbH" Einsatzbereiche
und Eigenschaften von Verdichtern für Faulgas, Grubengas oder Erdgas 52
Tabelle 2 12: Bewertung unterschiedlicher Verdichterbauarten nach ausgewählten Kriterien 53
Tabelle 2 13: Druckbereiche der Biogasspeicherung 54
Tabelle 3 1: Biogaszusammensetzung, Schwankungsbreiten und Auslegungsgrunddaten 65
] Tabelle 3 2: Anforderungen an die Gasbeschaffenheit 67
Tabelle 3 3: Sättigungswassergehalte als Funktion des Druckes 68
Tabelle 3 4: Zulässige Gasbegleitstoffe 69
Tabelle 3 5: Beispielhafte Daten von verteilten Gasen nach G 260 H Gase 72
Tabelle 3 6: Beispielhafte Daten von verteilten Gasen nach G 260 L Gase 72
Tabelle 3 7: Daten zur Entwicklung des Erdgasnetzes 78
Tabelle 3 8: Klassifizierung nach Druckstufen 78
Tabelle 3 9: Durchschnittliche Gasabgabe im Jahr und im Sommer 80
Tabelle 3 10: Charakteristische GVU 82
Tabelle 3 11: Einspeisemengen für Austauschgas 82
Tabelle 3 12: Einspeisedruck der Biogasaufbereitungsanlage 88
Tabelle 3 13: Einspeisedruck der Biogasaufbereitungsanlage 89
Tabelle 3 14: Gasstatistik des BGW (Auszug) 90
Tabelle 4 1: Substratspezifische Biogaserträge 103
| Tabelle 4 2: Bestandsgrößenklassen für die einzelnen Tierarten 105
Tabelle 4 3: Flächengrößenklassen für landwirtschaftliche Nutzfläche 105
: Tabelle 4 4: Substrat Anlagenkonfiguration 106
| Tabelle 5 1: Biogaspotenzial unter Berücksichtigung von Transportrestriktionen 111
| Tabelle 5 2: Biogaspotenzial verglichen mit der durchschnittlichen Sommergrundlast 112
Tabelle 5 3: Biogaspotenzial verglichen mit der stündlichen Sommergrundlast 112
9
Studie Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz
Tabelle 5 4: Einspeisebeschränkungen für Zusatzgas 113
Tabelle 5 5: Primärindikatoren zur Einspeisung von Biogas und die Bedeutung
für die Biogaserzeugung, Biogaseinspeisung und Wirtschaftlichkeit 114
Tabelle 5 6: Überblick über die untersuchten Anlagen 115
Tabelle 5 7: Erdgaseigenschaften Gaszusammensetzung und brenntechnische Kenndaten [ISIO04] 119
Tabelle 5 8: Kenndaten der betrachteten Gaseinspeisefälle (ZG Zusatzgas, EG Erdgas) 120
Tabelle 6 1: Substrat und Brennstoffkosten 130
Tabelle 6 2: Lagerung von Maissilage im Fahrsilo 131
Tabelle 6 3: Substratkosten der Biogas Anlagen 131
Tabelle 6 4: Anlagen mit 90 % Güllevergärung (massebasiert) 133
Tabelle 6 5: Anlagen mit 90 % Maissilagevergärung (massebasiert) 133
Tabelle 6 6: Anlage mit 100 % Bioabfallvergärung 134
Tabelle 6 7: Aufteilung der Investitionskosten bei den Anlagen mit Biogas für eine weitere Aufbereitung 134
Tabelle 6 8: Investitiorts und Betriebskosten einer Gasbrennwerttherme 135
Tabelle 6 9: Investitions und Betriebskosten verschiedener BHKW Typen 135
Tabelle 6 10: Investitions und Betriebskosten einer Gastankstelle 136
Tabelle 6 11: Aufbereitung mit dem DWW Verfahren 137
Tabelle 6 12: Aufbereitung mit dem PSA Verfahren 137
Tabelle 6 13: Luftzugabe für Erdgas L Qualität 138
Tabelle 6 14: LPG Zugabe 138
Tabelle 6 15: Aufbereitung Zusatzgas 139
Tabelle 6 16: Kosten der Einspeisungsanlage 140
Tabelle 6 17: Nutzbare Biogasmenge und Energiegehalte von Rohbiogas und Produktgas 141
Tabelle 6 18: Jährliche Kosten bei der Bereitstellung von Biogas ins Erdgasnetz 143
Tabelle 6 19: spezifische Kosten des Produktgases bei Erdgas H Qualität 144
Tabelle 6 20: Prozentanteile der Kosten am Ausspeisepunkt 145
Tabelle 6 21: Produktgasmengen bei LPG Zugabe und Energiegehalt 148
Tabelle 6 22: Stromvergütungen nach dem EEG 153
Tabelle 6 23: spezifische Kosten der zentralen Stromerzeugung 154
Tabelle 6 24: spezifische Kosten der dezentralen Stromerzeugung 154
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