Perspektiven für neue technische Konzepte der
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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