Biogas in einer zukünftigen Energieversorgungsstruktur mit hohen Anteilen fluktuierender Erneuerbarer Energien:
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Rostock
Universität Rostock
2015
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| Series: | Schriftenreihe Umweltingenieurwesen
56 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Problemstellung und Lösungskonzept: Stromerzeugung
mit Erneuerbaren Energien.................................................17
l 1 Herausforderungen einer Energieversorgung mit hohen Anteilen
an Emeuerbaren Energien...............................................17
1.2 Thesen dieser Arbeit..................................................19
1.3 Zielsetzung der Arbeit............................................ 20
1.4 Vorgehensweise........................................................21
2 Fokussierter Blick: Stromerzeugung mittels Biogas.........................23
2.1 Was ist Strom aus Biogas?.............................................23
2.2 Entwicklung der Stromerzeugung aus Biogas in Deutschland..............25
2.3 Aktueller Stand der Stromerzeugung aus Biogas.........................26
2.4 Ausprägung der zukünftigen Strommengenentwicklung aus Biogas..........28
2.4.1 Geringe Strommengen aus Biogas (Minimalszenario)................29
2.4.2 Hohe Strommengen aus Biogas (Maximalszenario)..................31
3 Rahmenbedingungen und Methoden: Untersuchungen des Energie-
systems unter Einfluss flexibler Strommengen des BiogasParks..............33
3.1 Modellierungskonzept, Annahmen und Mengengerüst......................33
3.2 Flexibilität der Stromproduktion......................................42
3.3 Methodik der Kostenermittlung.........................................45
3.4 Ermittlung der Referenzanlage........................................51
3.4.1 Festlegungen zur Biogasanlagentechnologie als Teil
der Referenzanlage..............................................55
3.4.2 Festlegungen zur Biomethantechnologie als Teil
der Referenzanlage..............................................57
4 Stromerzeugungstechnik mittels Biogas (Einzelanlage)......................59
4.1 Technische Prozesskette Biogasanlagentechnologie (Vor-Ort-Verstromung).... 59
4.1.1 Prozessabschnitt 1: Biogasproduktionsanlage (BGA)...............60
4.1.2 Prozessabschnitt 2: BHKW (Strom- und Wärmeproduktion)...........65
4.1.3 Exkurs Reststoffanlage........................................ 66
4.2 Technische Prozesskette Biomethantechnologie (Erdgasnetzeinspeisung).67
4.2.1 Prozessabschnitt 1: Biogasproduktionsanlage (BGA)...............68
4.2.2 Prozessabschnitt 2: Biogasaufbereitungsanlage (BGAA)............68
4.2.3 Prozessabschnitt 3: Biomethaneinspeiseanlage (BMEA).............70
4.2.4 Prozessabschnitt 4: Erdgasnetz und Transport.................... 71
4.2.5 Prozessabschnitt 5: Erdgasspeicher............................. 73
4.2.6 Prozessabschnitt 6: BHKW (Strom und Wärmeproduktion)............73
43 Vertiefung: Ermittlung Gasspeicherbedarf in Abhängigkeit der Flexibilität.74
5 Kostenstruktur der Stromerzeugung mittels Biogas (Einzelanlage)................79
5.1.1 Kapitalgebundene Kosten.........................................79
5.1.2 Bedarfsgebundene Kosten.................... ....................84
5.13 Betriebsgebundene Kosten............................................87
5.1.4 Sonstige Kosten.................................................89
5.1.5 Gesamtkosten Biogastechnologie in zwei Prozessschritten.........90
5.1.6 Gesamtkosten der Biomethantechnologie in 6 Prozessabschnitten.......100
6 Betrachtungsänderung: Von der Einzelanlage zum BiogasPark......................117
6.1 Flexibilität und Kosten der Einzelanlage..................................117
6.2 Flexibilität und Kosten des BiogasParks...................................120
7 Zusammenführung: BiogasPark trifft auf den konventionellen
KraftwerksPark - technische Auswirkungen......................................125
7.1 Betriebene konventionelle Kraftwerksleistung..............................125
7.2 Brennstoffbedarf und Volllaststunden der betriebenen konventionellen
Kraftwerksleistung...................................................129
7.3 Start- und Stopp-Verhalten des konventionellen KraftwerksParks.......133
7.4 Zusätzlich direkt nutzbare emeuerbare Strommengen durch
den flexiblen BiogasPark.............................................135
7.5 Treibhausgasemissionen des konventionellen KraftwerksParks
zur Residuallastversorgung...........................................139
8 Konsequenz: Kostenveränderung der residualen Lastversorgung durch
die flexible Stromproduktion des BiogasParks.............................143
8.1 Veränderungen der nicht mehr betriebenen Kraftwerkskapazitäten und
deren Auswirkung auf die Gesamtkosten................................143
8.1.1 Stilllegung von konventionellen Kraftwerken....................144
8.1.2 Reduzierung Neubau konventioneller Kraftwerke..................147
8.1.3 Kosteneinsparungspotentiale durch Stilllegung und Neubaureduktion. 149
8.2 Konsequenzen für die Brennstoffkosten des konventionellen
KraftwerksParks......................................................151
8.3 Einfluss auf das Start und Stopp Verhalten des konventionellen
KraftwerksParks als Kostenposition...................................155
8.4 Kostenveränderung durch zusätzlich direkt nutzbare emeuerbare Strommengen
mittels der Flexibilisierung des BiogasParks.........................158
8.4.1 Änderung der zu speichernden EE-Strommengen....................158
8.4.2 Kostenveränderung durch Vermeidung von Verlusten und
Überschüssen...................................................159
8.5 Einfluss der Treibhausgasemissionen auf die Kosten...................161
9 Ergebnis: Optimales Verhalten des BiogasParks im Energiesystem
ermittelt durch Zusammenführung der Kostenveränderungen................167
10 Auswirkungen der Ergebnisse auf den BiogasPark sowie
auf die Einzelanlage...................................................177
10.1 Technische Zielkenngrößen für den BiogasPark......................177
10.2 Auswirkung auf die individuelle Anlagentechnik der Einzelanlage...178
10.2.1 Biogasanlagentechnologie....................................178
10.2.2 Biomethantechnologie........................................183
10.3 Mögliche Hemmnisse bei der Umsetzung..............................185
11 Fazit: Empfehlung, Diskussion und Forschungsbedarf....................187
11.1 Empfehlung im Kontext der Einflussgrößen........................ 187
11.2 Diskussion der Empfehlung.........................................191
11.3 Zukünftiger Forschungsbedarf.................................... 195
12 Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse und Ausblick..............197
12.1 Kurzzusammenfassung............................................. 197
12.2 Der BiogasPark - Zukünftige Entwicklung, Synergien, Visionen......199
13 Verzeichnisse.........................................................203
13.1 Abkürzungsverzeichnis.............................................203
13.2 Abbildungsverzeichnis........................................... 207
13.3 Tabellenübersicht............................................. 218
14 Literatur........................................................... 223
15 Anhang................................................................235
Zusätzliche vertiefende Informationen, Zahlen und Erklärungen.............235
Eidesstattliche Erklärung............................................... 263
Thesen....................................................................264
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