Perspektiven für neue technische Konzepte der

Perspektiven für neue technische
Konzepte der Biomasse-KWK
Peter Heinrich
Fichtner GmbH & Co. KG, Stuttgart
Technologieforum zur
Biomasseverstromung
Wartenberg, 11.Mai 2006
Dokumentnummer
Themen
z Das „Multitalent“ Biomasse (Anwendungsfälle)
z Status der Bioenergienutzung in Deutschland
z Technologien
z Entwicklungsstand und Entwicklungsbedarf
z Rahmenbedingungen als Einflußparameter für
technische Entwicklungen
z Brennstoffalternativen
z Perspektiven - Ein Blick 6 Jahre zurück
z Fazit
Dokumentnummer
Anwendungsbereiche „Multitalent“ Biomasse
Wärme
Abnehmer
Betreiber
elektrischer
Netze
Wärme und/oder Strom
(Heiz-)
Kraftwerke
Zusätzlich: Kraftstoffe
Industriebetriebe
Industrielle
Heiz(kraft)werke
Kleinverbraucher
Heiz(kraft)werke für
Kleinverbraucher
Heiz(kraft)werke für Nah- und
Fernwärme
Haushalte
Hausheizungen,
Kachelöfen...
10 kW
100 kW
1 MW
Anlagengröße (thermisch)
Dokumentnummer
10 MW
100 MW
Bioenergienutzung in Deutschland (2005)
Anteil der erneuerbaren
Energien an der
Endenergie-Bereitstellung
Strom
Wärme
Kraftstoffe
GESAMT
10,2 %
5,4 %
3,4 %
6,4 %
Umsatz im Bioenergie-Sektor
(Anlagenherstellung und Betrieb):
Beschäftigte im Bioenergie-Sektor :
Dokumentnummer
Anteil der
Biomasse
16 %
94 %
100 %
65 %
5,850 Mrd. EUR
60,000
Aktueller Status der Stromerzeugung aus fester Biomasse (1)
Zur Anwendung kommenden Technologien:
z Dampfkraftprozess
z ORC-Prozess
Übliche Leistungsgröße: 0,5 - 20 MWel
Typische Anwendungen, Betreiber:
z KWK-Anlagen in der Holzindustrie mit
Wärmeauskopplung zu Prozessdampfzwecken Bildnachweis: Biomasse-KW Mannheim, MVV Energie AG
z „EEG-Anlagen“ zur ausschließlichen
Stromerzeugung
z Sich derzeit entwickelnde Marktnische (seit der Novellierung des EEG) :
kleine, dezentrale KWK-Anlagen für kommunale Nahwärme
Zum Einsatz kommende Hölzer:
z Derzeit überwiegend Rest- und Althölzer
z Seit der Novellierung des EEG: zunehmend Waldrestholz (NawaRo-Bonus)
z mittel-/langfristig: Waldrestholz, land-, forstwirtschaftliche Primärprodukte
Dokumentnummer
Aktueller Status der Stromerzeugung aus fester Biomasse (2)
z Ca. 130 Holzgefeuerte Kraftwerke und Heizkraftwerke in Betrieb:
790 MWe (Dec. 2005)
45
40
2000
Dec 2005
Number of Plants
35
30
25
20
15
10
5
0
<1
1-5
5 - 10
10 - 20
Electric Power in MW
z ca.25 Anlagen in Planung, davon 40% ORC
z Projektentwicklung: 50 - 60 Anlagen; Umsetzungserwartung für 20 - 30 Anl.
Dokumentnummer
Technologien zur Stromerzeugung aus festen Biomassen
Thermochem.
Umwandlung
Brennstoff
aus Biomasse
Arbeitsmaschine/
Prozess
Dampfkraftprozess
Staubmotor/turbine
Verbrennung
ORC-Prozess
Heißgasmotor/
geschlossene
Gasturbine
Feste Biomassen
(nach Aufbereitung)
Vergasung mit
Gasaufbereitung
Produktgas
Gas-/
Dieselmotor
Gasturbine
Pyrolyse
Dokumentnummer
Pyrolyseöl
Brennstoffzelle
Entwicklungsstand der Prozesse
Versuchsstadien
Konzepte mit Verbrennung
Dampfkraftprozess
Staubmotor/-turbine
ORC-Prozess
Stirlingmotor
Heißgasturbine
Vergasungskonzepte
Gas-/Diesel-Motor
Gasturbine
Brennstoffzelle
Pyrolysekonzepte
Gas-Diesel-Motor
Gasturbine
Dokumentnummer
Pilotanlage
DemoAnlage
Marktreife
Herausforderungen Biomasse-Vergasung
BiomasseVergaser
Gasreinigung
20 °C
470 °C 580 °C
G
120 °C
BHKW-Motor
90 °C
70 °C
Dokumentnummer
Pilot-/Demoanlagen Holzvergaser-(H)KW in D (> 100 kWel)
Anlage
Anlage Boizenburg
Elektr. Leistung
3.300 kW
Verfahren
Status/Bemerkungen
Easymod-V.
Anlage steht seit 2000 still
EVN, BHKW Domsland, Eckernförde
180 kW
Doppelfeuerv.
IBS 2000, mehrmaliger Umbau
Fa. Choren, Freiberg
180 kW
Carbo-V-Verf.
Motorbetrieb in 2001 über 600 h
1.000 kW
Ehem. Juch-V.
Anlage wurde stillgelegt
500 kW
Fluidyne-Verf.
IBS 2002, Status unbekannt
Energiezentrum Espenhain
BHKW Fürstenwalde
Blauer Turm, Herten
D.M.2 (Gestufte Gaserzeugung seit 2001,
Reformierung) Motorbetrieb in Planung
UMSICHT, Oberhausen
500 kW
Wirbelschichtvergasung
Motorbetrieb seit 2000
Picker Meyer GmbH, Herbstein
100 kW
Kuntschar +
Schlüter
Status unbekannt (Ref.liste K+S)
Pfalzfeld
Mothermik
In Betrieb seit 2005
Über 20 Anlagen
Diverse
In Entwicklung/Planung (Realisierung jedoch ungewiss)
Dokumentnummer
Herausforderungen ORC-Prozess
300 °C
300 °C - 350 °C
BiomasseFeuerung
250 °C
120 °C
0,8 bar
ThermoölKreislauf
G
90 °C
ORCKreislauf
Dokumentnummer
70 °C
Holzbefeuerte ORC-Anlagen in Deutschland
Anlage
Elektr. Leistung
Status
GMK, Biomasse-KW Friedland
500 kW
IBS 2001
Heberndorfer Leistenfabrik, Wurzbach
500 kW
IBS 2002
Zukunfts-Energie-Sauerlach
500 kW
IBS 2002
Erdenwerk Ziegler, Plößberg
1.100 kW
IBS 2004
HKW Scharnhauser Park, Ostfildern
1.000 kW
IBS 2004
Stadtwerke Neckarsulm
1.000 kW
IBS 2004
Bezirksklinikum Mainkofen, Deggerdorf
500 kW
IBS 2004
HKW Altötting
900 kW
IBS 2005
1.500 kW
IBS 2005
Stadtwerke Oerlinghausen
500 kW
IBS 2005
Holzwerke Gmach, Pösing
1.500 kW
IBS 2005
450 kW
IBS 2005
Sägewerk Schwaiger, Hengersberg
HKW Wolnzach
Weitere ca. 10 Anlagen in
Im Bau
Weitere ca. 10 Anlagen in
In Entwicklung/ Planung
Dokumentnummer
Herausforderungen Stirlingmotor-Prozess
20 °C
500 °C
900 °C
120 °C
BiomasseFeuerung
90 °C
G
Stirling-Motor
70 °C
Dokumentnummer
Pilot-/Demoanlagen holzbefeuerter Stirlingmotorprozess
Anlage
Status
Bemerkungen
400 kW
IBS 1999
Geringe Laufzeit (300 h in den
ersten beiden Betriebsjahren)
10 kW
IBS 2001
Versuchsanlage
In Betrieb
Versuchsanlage für Pellets
3 kW
IBS 1995
Versuchsanlage
35 kW
IBS 1999
Versuchsanlage mit vorgesch.
Vergaser
2 kW
IBS 1998
Zuverlässigkeit nicht ausreichend
HKW Burghotel, A-Oberlech
35 kW
IBS 2003
Stirlingmotor-Entwicklung der
TU-Denmark
EU-Projekt BIO-Stirling
75 kW
IBS 2003
Stirlingmotor-Entwicklung der
TU-Denmark
HKW Krailing, Fa. Südwärme
Kleinst-BHKW, Fh Bingen, TSB
Fa. SOLO, Sindelfingen
Joanneum Research, A-Graz
TU Denmark
Ökozentrum, CH-Langenbruck
Einige wenige Anlagen
Dokumentnummer
Elektr. Leistung
2 - 9 kW
In Planung/
Entwicklung
Rahmenbedingungen - EEG Novelle 2004
Basisvergütung 2004:
Elektrische Leistung bis 150 kW
Elektrische Leistung bis 500 kW
Elektrische Leistung bis 5 MW
Elektrische Leistung ab 5 MW
11,5
9,9
8,9
8,4
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
Jährliche Absenkung der Basisvergütung
1,5
%/a
(Mit-)Nutzung von A III, A IV (IBS ab 30.06.05)
3,9
ct/kWh
Zusatzvergütung:
Nutzung naturbelassener Biomasse
- elektrische Leistung bis 500 kW
- elektrische Leistung bis 5 MW, Holz
- elektrische Leistung bis 5 MW, sonstige Biom.
KWK-Strom
Einsatz innovativer Technologien bis 5 MW (nur mit KWK)
6,0
2,5
4,0
2,0
2,0
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
Dokumentnummer
Rahmenbedingungen - Effekte der EEG-Novelle 2004
200
Stromerzeugungskosten, 5 MW-Modellfall
Stromerlös gemäß 'altem' EEG
Kosten/Erlöse (€/MWh)
175
Stromerlös novell. EEG mit KWK- und NAWARO-Zuschlag
150
125
100
75
Wärmepreis 20 €/MWh
50
15
20
25
30
35
Brennstoffpreis (€/t)
Dokumentnummer
40
45
50
Brennstoffalternativen
z Umrüstung auf Ersatzbrennstoffe aus gemischten Siedlungsabfällen
(EBS)
z Erzeugung von EBS: mechanisch-biologische Aufbereitung (MBA),
mechanisch-biologische Stabilisierung (MBS), mechanisch-physikalische
Stabilisierung (MPS)
z Motivation: Gesetzliche Vorgaben (Abfallablagerungs-, Deponieverordnung, TASi)
z Potential: 2 Mio. t/a EBS Erzeugung (Schätzung für 2006)
z Voraussetzung für Umrüstung bisheriger EEG-Anlagen: Technisch und
genehmigungsrechtlich machbar
z Wirtschaftlichkeit (Gesichtspunkte):
z Zuzahlungen in Höhe von 30 - 50 €/t für EBS anstelle Kosten für
Holzbeschaffung
z verminderte Stromvergütung (Marktpreis anstelle EEG-Vergütung);
ggf. Anrechnung vermiedener Strombezugskosten
Dokumentnummer
Perspektiven - Ein Blick 6 Jahre zurück
Modellfall 4 MW th
Investitionskosten in TDM pro kW
Nutzwärmeleistung
5000
VergTu
Stirling
4000
VergBZ
PyrTu
PyrMo
VergMo
3000
ORC
2000
DKP
Anlegbare Invest.kosten (Vergleich mit
reiner Wärmeerzeugung)
Heißgt
1000
0
5
10
15
20
25
30
Elektrischer Wirkungsgrad in %
Dokumentnummer
Quelle: Fichtner, 2000
Fazit (1)
z Derzeit stellen der Dampfkraft- und der ORC-Prozess die einzigen
marktreifen Technologie zur Stromerzeugung aus fester Biomasse dar.
z Politische Rahmenbedingungen beeinflussen die Technologieentwicklung
maßgeblich; die Bewertung der Lenkungswirkung der EEG-Novelle 2004
steht noch aus.
z Durch die Regelungen des novellierten EEG können kleine, dezentrale
KWK-Anlagen für die kommunale Nahwärme (als derzeit sich erst
entwickelnde Marktnische) bei günstigen Standortbedingungen
wirtschaftlich betrieben werden.
z Verschiedene innovative Stromerzeugungstechnologien besitzen
prinzipiell das Potential, diese Marktnische weiter zu erschließen. Dies
setzt jedoch voraus, dass
z die teils nicht unerheblichen technischen Problematiken gelöst werden
z bei Vorliegen der Marktreife die Wettbewerbsfähigkeit - sowohl in
Relation zum Dampfkraftprozess als auch zur reinen
Wärmeerzeugung - gegeben ist
Dokumentnummer
Fazit (2)
z KWK und Stromerzeugung aus Biomasse stehen in Konkurrenz
z aktuell/kurzfristig zur reinen Wärmeerzeugung, insbesondere im
kleinen Leistungsbereich
z mittelfristig ggf. auch zur Kraftstofferzeugung aus Biomasse
Dokumentnummer
Links/Literatur
z Leitfaden Bioenergie - Planung, Betrieb und Wirschaftlichkeit von
Bioenergieanlagen (Aktualisierung 2005)
Bestellung/Downlaod: www.bio-energie.de
z "Innovative Verfahren zur Wärme- und Stromerzeugung aus
Biomasse”
Herausgeber: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe
ISBN-Nummer 3-7843-3171-8.
z www.fichtner.de
Dokumentnummer