Mit Fütterungsteuerung zur hochflexiblen Stromerzeugung!

Auch an ihrer Biogasanlage!

Flexibilisierte Anlagen nutzen bisher meist nur den Gasspeicher, um den Strom bedarfsgerechter zu erzeugen. Per Fütterungssteuerung ist eine deutlich höhere Flexibilität möglich – durch einen Sommer- Winter-Betrieb, Wochenfahrplan oder im besten Fall einen Tagesfahrplan. Neben höheren Erträgen wird auch ein zusätzlicher Nutzen für die Versorgungssicherheit geleistet. In Dunkelflauten sinkt die verfügbare Leistung von Biogasanlagen mit dem leeren des Gasspeichers nicht ab, sondern kann auf höherem Niveau gehalten werden. Der Bedarf an Reservekraftwerken, wie Erdgas-Wasserstoff- Kraftwerken, sinkt.

Einleitung

Flexibilisierte Anlagen mit zusätzlicher BHKW-Leistung können nicht nur auf den Gasspeicher, sondern zusätzlich auf eine flexible Fütterung setzen, um den Strom dann zu produzieren, wenn er am besten vergütet wird. – Oft sind deutliche Mehrerträge möglich. Zudem leisten Sie einen Beitrag zu einer kostengünstigeren Energiewende, weil weniger Back-up-Erdgaskraftwerke für intensive Dunkelflauten benötigt werden.

Jahrelang war eine möglichst hohe und gleichmäßige Stromerzeugung das Ziel, um so eine hohe BHKW-Auslastung und maximale Erträge aus der fixen Stromvergütung zu erzielen.

Heute sind möglichst hohe Flexibilitäten bei der Strom- und Wärmebereitstellung gefordert. An Biogasanlagen mit überbauter BHKW-Leistung wird in der Regel durch ein vergrößertes Gasspeichervolumen und vergrößerte Pufferspeicher eine gewisse Flexibilität bei Strom und Wärme erreicht.

Ein großes, meist ungenutztes Potenzial besteht in der erweiterten Flexibilisierung durch eine Fütterungssteuerung (flexible Fütterung). Beim Errichten der Anlage vor 15 bis 20 Jahren war wenig über die Prozessbiologie bekannt. Deswegen wurden Puffer für Störungen eingeplant, z. B. beim Fermentervolumen. Dieses „überschüssige“ Volumen kann heute mit der richtigen Fütterungsstrategie und einer Aktivierung der Prozessbiologie gezielt erschlossen werden.

Sommer-Winter-Betrieb

Im einfachsten Fall erfolgt ein sogenannter Sommer-Winter-Betrieb (saisonale Flexibilisierung, vgl. Abb. 1), bei dem die Fütterung im Sommer reduziert und im Winter erhöht wird. Wesentlicher Vorteil ist, dass im Sommer weniger Abwärme ungenutzt bleibt, sondern verstärkt im Winter anfällt, wenn der Bedarf hoch ist. Abhängig vom jeweiligen Biogasanlagenkonzept kann eine deutliche Leistungsverschiebung möglich sein.

Abbildung 1: Die saisonale Flexibilisierung kann eine deutlich bessere Wärmenutzung ermöglichen.

Wochenfahrplan

Komplexer ist ein sogenannter Wochenfahrplan. Am Wochenende sinkt der Strombedarf tendenziell – und damit auch der Strompreis. Über das flexible Gasspeichervolumen kann zumindest ein Teil des

Abbildung 2: Abbaukinetik verschiedener Substrate in Batchversuchen, 30 Tage (Quelle: Schlussbericht UBEDB, Fraunhofer IEE 2018)

Abbildung 3: Abbaukinetik verschiedener Substrate in Batchversuchen, 5 Tage (Quelle: Schlussbericht UBEDB, Fraunhofer IEE 2018)

Biogases am Wochenende gespeichert werden und braucht erst in der Arbeitswoche verstromt werden. Eine deutlich bessere Verschiebung ist durch eine Fütterungssteuerung möglich. Im Wochenfahrplan wird die Fütterung der Substrate entsprechend ihrer Abbaubarkeit geplant (vgl. Abb. 2 und 3). Zu Beginn der Arbeitswoche sind dies überwiegend langsam abbaubare Substrate, wie z. B. Rindermist oder Silphie (vgl. Abb. 4). Zum Ende der Arbeitswoche werden schnell abbaubare Substrate, wie Zuckerrübensilage oder Getreideschrot gefüttert. Am Wochenende sinkt dadurch der Gasertrag deutlich – die BHKWs brauchen weniger oder gar nicht laufen, da das Gasspeichervolumen bis zum Montag ausreicht.

Abbildung 4: Beispiel für einen wöchentlichen Fütterungsplan im Versuch mit Silphie und Getreideschrot (Quelle: Schlussbericht UBEDB, Fraunhofer IEE 2018)

Tagesfahrplan

Der Tagesfahrplan ist die Weiterentwicklung des Wochenfahrplans. Durch den Ausbau der volatilen Erneuerbaren Energien (Wind und Photovoltaik) ist der Strompreis nicht primär vom sinkenden Strombedarf am Wochenende abhängig. Verstärkt schwankt er auch durch die wechselnde, nicht steuerbare Verfügbarkeit von Wind- und PV-Strom über die gesamte Woche. Über Wetter- und Strombedarfsprognosen erfolgen längerfristige Preisprognosen für die Strombörse. Wird die Biogasproduktion an den tageweisen Schwankungen ausgerichtet, werden höhere Stromerlöse erzielt. Herausforderung des Tagesfahrplans ist die Unregelmäßigkeit, verglichen mit dem Wochenfahrplan. Die Fütterung muss exakter geplant werden. Vorteilhaft ist ein hoher Anteil gut verfügbarer (schnell umsetzbarer) Substrate, um die Gasproduktion kurzfristig nachjustieren zu können. Für den Tagesfahrplan gewinnt die Dynamik der Fermenterbiologie nochmals an Bedeutung.

Biogasanlagen in der Dunkelflaute

Eine besondere Herausforderung der Energiewende sind Dunkelflauten. In länger anhaltende Phasen mit wenig Wind- und Sonnenstrom werden steuerbare Kraftwerkskapazitäten benötigt. In der Kraftwerksstrategie der Bundesregierung vom 05.02.2024 wird insbesondere auf Erdgaskraftwerke gesetzt, die zu einem späteren Zeitpunkt auf Wasserstoff umgerüstet werden sollen.

Biogasanlagen werden in der Strategie bisher nicht berücksichtigt. Ein Manko – auch von flexibilisierten Biogasanlagen – ist, dass die verfügbare Leistung absinkt, sobald der Gasspeicher nach einigen Stunden geleert ist. Insbesondere Biogasanlagen mit starkem BHKW-Überbau können ihre Leistung nur noch einige Stunden pro Tag bereitstellen.

Biogasanlagen mit Fütterungssteuerung dagegen haben den Vorteil, dass sie auch in längeren Dunkelflauten eine erhöhte Leistung bereitstellen können. Je höher diese Leistungssteigerung ist, desto mehr „Erdgaskraftwerk-Leistung“ kann ersetzt werden und desto wertvoller ist die Biogasanlage in den Dunkelflauten.

Mit der „Flex-Prämie“ wird die Flexibilisierung von Biogasanlagen unterstützt. Je stärker die BHKW- Leistung überbaut wird, desto höher ist die Prämie. Die Wirkung der Flex-Prämie für eine sichere Stromversorgung ist eine ähnliche wie die finanzielle Unterstützung der geplanten Erdgas-Wasserstoff- Kraftwerke. Zielführender wäre es, wenn die Flex-Prämie insbesondere die Verfügbarkeit von Biogasstrom in Dunkelflaute fordern und fördern würde. Bisher fehlt der Anreiz für die Biogasanlagenbetreiber, ihre Anlagen nicht nur auf hoch- bis höchstflexibel umzurüsten, sondern auch gezielt möglichst „dunkelflautefähig“ zu machen. Ein besonderer Vorteil von Biogasanlagen ist, dass sie relativ kurzfristig umgerüstet werden könnten – während Planung und Bau von Erdgas-Wasserstoff- Kraftwerke viele Jahre Vorlauf benötigten.

Abbildung 5: Durch flexible Fütterung kann in der Dunkelflaute mehr Strom erzeugt werden – auch wenn der Gasspeicher geleert ist (Quelle: Agorameter auf www.agora-energiewende.de + eigene Ergänzungen)

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Kontakt:

Biogas Brookman
Heiner Brookman
Am Feldkamp 57
49843 Halle-Hardingen
Tel. +49 (0) 5941 / 20 56 234
Mob. +49 (0) 177 2 1234 41