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Biogasprojekte in Deutschland

Interview mit Marie-Luise Schaller zu Kriterien für den Erfolg von Biogasprojekten, September 2016


Deutsch-französisches Büro für die Energiewende (DFBEW)
: Welche Kriterien sind für den Erfolg von Biogasprojekten entscheidend?

Marie-Luise Schaller (ML Schaller): Erfolgreiche Projekte erreichen ein Optimum hinsichtlich der Erfolgskriterien Wirtschaftlichkeit, Qualität und Zeit. Die Rentabilität einer Anlage hängt nicht nur von Einspeisevergütungen, sondern vor allem von einem gelungenen Gesamtkonzept ab, das auf den jeweiligen Standort und die aktuellen Konditionen zugeschnitten ist. Die vielfach anzutreffende Meinung, dass generell die Größe der Anlage die Rentabilität bestimmt, kann somit auch nicht bestätigt werden. Selbst kleine Einrichtungen, wie z.B. Güllekleinanlagen, sind mittlerweile in Deutschland als rentabel zu betreiben, wenn auch nicht in jedem Fall. Große Anlagen haben sich wiederum in einigen Fällen als unrentabel erwiesen.


DFBEW:
Welche Entwicklung hat es bei den Biogasprojekten in Deutschland gegeben und welche Auswirkungen hat diese Entwicklung auf das Erfolgskriterium Rentabilität?

ML Schaller: Bestanden die Projekte anfänglich aus der einfachen Verwertung in der Vor-Ort-Verstromung, so entwickelt man inzwischen komplexere Verbundprojekte. Elemente wie Biomethanerzeugung, Stromproduktion in KWK-Anlagen am geeigneten Ort für eine bessere Wärmenutzung sowie die Verwertung des Biomethans als Kraftstoff werden hierbei verknüpft, um alle Potenziale auszuschöpfen. Hierdurch verschlechtert sich im Laufe der langwierigen Projektentwicklung oftmals die Rentabilität, da z.B. in der Zwischenzeit neue, für den Betreiber ungünstigere Vergütungskonditionen eingeführt werden. Volkswirtschaftliche Vorteile der Biogastechnologie, wie höherwertige Wärmeversorgung, Beitrag zur Netzstabilität, Unabhängigkeit von Importen, werden bisher nicht monetär bewertet.

DFBEW: Wovon hängt im Wesentlichen die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen ab und welche Stärken weisen Good Practice Anlagen auf?

ML Schaller: Die Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage wird im Wesentlichen von den drei folgenden Säulen getragen: Biologie (Substrate und eine optimale Gasausbeute), Technik (eine geeignete Anlagentechnik und Betriebsweise) und System (rentable, Standort optimierte Verwertungsmodelle für die erzeugten Produkte Biogas, Strom und Wärme sowie ggf. für das Gärprodukt). So zeigten die Untersuchungen auch die folgenden Verbesserungspotenziale bzw. Stärken der Good Practice Anlagen: Die Sicherung der Belieferung mit Substraten, insbesondere für Stoffe mit hohen Gaserträgen, und die Berücksichtigung von Alternativen für den Fall von Preisanstiegen oder Engpässen; die Ausstattung mit geeignetem Equipment für die Aufbereitung der eingesetzten Rohstoffe und für die Vermischung im Fermenter zur Vermeidung von Störungen; die Berücksichtigung einer ausreichenden Verweilzeit (>100 Tagen bei NawaRo-Einsatz), das heißt, Investition in genügend Fermentervolumen, Ausführung möglichst zweistufig; die Abdeckung der Gärrestläger, zur Erfassung und Verwertung der Restgasmengen; eine Optimierung der Instandhaltung der BHKW und der sonstigen Einrichtungen; einen möglichst guten Wärmeabsatz.

DFBEW: Die Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) hat im Jahr 2009 eine Studie zum Thema mit dem Titel „Biogas-Messprogramm II“ veröffentlicht, bei der 63 Biogasanlagen miteinander verglichen wurden. Welche Zielkriterien wurden definiert und welche Schlussfolgerungen können aus dieser Studie anhand der Zielkriterien gezogen werden?

ML Schaller: Die 63 als repräsentativ erachteten Anlagen wurden in einem ausführlichen einjährigen Messprogramm sehr detailliert untersucht. Die abschließende vergleichende Bewertung der Untersuchungsergebnisse konnte für 59 der Anlagen anhand der folgenden 6 Zielkriterien durchgeführt werden: Methanausbeute (> 371 Nm³CH4/toTR), Spez. Stromproduktion (> 1.296 kWhel/toTR), Elektrische Auslastung (> 85%), Relatives Restgaspotenzial (<2,1 % d. CH4-Ausbeute), Kalkulatorisches Betriebszweigergebnis (Gewinn o. Verlust) (> 2,9 c€/kWhel), Wärmenutzung/thermische Auslastung (>23%).
Aus der Studie lassen sich für die als repräsentativ zu betrachtenden Anlagen und unter den zum Betrachtungszeitpunkt geltenden Bedingungen und Auflagen folgende Schlussfolgerungen ziehen: 1) Ein rentabler Betrieb der Anlagen ist unter den damaligen Förderkonditionen (Einspeisevergütung 16 - 19,1 c€/kWh) grundsätzlich möglich; 2) Es gibt im untersuchten Anlagenbestand keine Abhängigkeit der Erträge von der Höhe der installierten Leistung, d. h. bei hohen Leistungen sind nicht unbedingt beste Erträge erzielt worden - auch kleine Anlagen erwirtschaften gute Gewinne, wenn sie die Zielkriterien erfüllen; 3) Bei der Erfüllung von 5-6 Zielkriterien, also einer optimalen Projektqualität, wurde ein spezifischer Gewinn von über 3 c€/kWh erzielt, maximal ergab sich ein Gewinn von 7 c€/kWh.

DFBEW: Welche Auswirkungen hatten die Änderungen der rechtlichen Rahmenbedingungen und welche Möglichkeiten ergeben sich innerhalb der aktuellen Rahmenbedingungen für die Zukunft der Biogasbranche?

ML Schaller: Ausgehend von der reinen Einspeisevergütung unter definierten, langfristig gesicherten Konditionen sind flexiblere Vermarktungssysteme geschaffen worden. Ihre Anwendung bietet ebenfalls interessante Konzeptmöglichkeiten. Rund 2.700 Biogasanlagen betreiben bereits Direktvermarktung. Bis 2017 soll dann auch in Biogasprojekten (wie bei anderen erneuerbaren Energien) zum Ausschreibungsverfahren gewechselt werden. Im Hinblick auf zukunftweisende Möglichkeiten zur Integration innovativer Ansätze, wie z. B. die CO2-Verwertung in Power-to-Gas-Anlagen, sind noch betriebsreife und rentable Lösungen zu erarbeiten. Das Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (kurz Erneuerbare-Energien-Gesetz, EEG) aus dem Jahre 2000 wurde bisher insgesamt fünfmal novelliert. In der Vergangenheit hat die besondere Förderung des Einsatzes von NawaRo in Deutschland einen Bauboom für Biogasanlagen ausgelöst, allerdings mit großen regionalen Unterschieden hinsichtlich Anlagengröße und -technologie. Die Wegnahme der Begünstigungen durch die Novelle von 2012 bewirkte einen massiven Rückgang der Neubauten. Seit der 4. Novelle 2014 ist die Entwicklung des Ausbaus fast zum Stillstand gekommen. Während des Aufschwungs der Biogasbranche in den Jahren 2004 bis 2011 kam es zu einem starken Zuwachs an Firmen, Knowhow und Arbeitsplätzen. Diese Entwicklung wurde u.a. durch geringere Vergütungen im Rahmen der letzten EEG-Novellen gebremst. Von etwa 63.000 Arbeitsplätzen in 2011 ging in 2012 mit rund 20.000 bereits ein knappes Drittel verloren. Derzeit liegt die Zahl der Arbeitsplätze bei ca. 44.000 laut Angaben des Fachverbandes Biogas e. V. vom November 2015.

DFBEW: Welche Schlussfolgerungen lassen sich aus den Untersuchungen zur Ermittlung der Wirtschaftlichkeit von Güllekleinanlagen (Anlagen mit einer installierten elektrischen Leistung von bis zu 75 kW und mit mindestens 80% Gülle- bzw. Festmistanteil bei den Substraten) ziehen?

ML Schaller: Damit Güllekleinanlagen unter den gegebenen Rahmenbedingungen wirtschaftlich arbeiten, müssen folgende Anforderungen erfüllt sein: Relativ geringe Investitionen; Robuste, einfache Betriebsweise und gleichzeitig ausreichender Sicherheit; Niedrige Betriebskosten (Arbeitszeit, Betriebsmittel, Instandhaltung). Reine Gülleanlagen haben hinsichtlich der Investitionen den Vorteil, dass hier im EEG die Ausnahme von der Vorschrift gewährt wird, eine gasdichte Abdeckung der Gärrestläger und eine Mindestverweilzeit im System von 150 Tagen einzuhalten. Ungünstiger verhält es sich mit der Gasausbeute. Daher wird zur Verwertung der Restausgasung empfohlen, neu zu bauende Behälter immer mit Abdeckung zu versehen. Oft ergeben sich kalkulatorische Einsparungen für die Biogasanlage, wenn die vorhandene oder ohnehin zu bauende Gülleinfrastruktur genutzt werden soll oder kann. Nachteilig im Hinblick auf die Gülleverwertung ist, dass der Eigenwärmebedarf von reinen Gülleanlagen im Winter sehr hoch ist, so dass u. U. kaum Wärme anderweitig zu verwerten oder zusätzlicher Aufwand für Behälterisolierung erforderlich ist. Wenn demgegenüber die Möglichkeit genutzt wird, 20% der Substrate in Form von NawaRo zuzugeben, erhöhen sich die Gaserträge, aber auch die Investitionen aufgrund der aufwändigeren Eintragstechnik, der größeren Behälter und der Abdeckung.

DFBEW: Welche Erfahrungen wurden bei Biogasprojekten in Deutschland im Bereich des Kriteriums Qualität gemacht?

ML Schaller: Hier wurden kontinuierlich Fortschritte erzielt. Diese beruhen sowohl auf positiven als auch negativen Erfahrungen wie Leistungseinbußen und Schadensereignissen. Mit steigender Anlagen – und Betreiberanzahl kommt es zwangsläufig zu einer Zunahme an Schadensfällen. Diese Erfahrungen münden in eine Verbesserung der Anlagenkonzeption, aber auch in eine Ausweitung der sicherheits- und umweltrelevanten Auflagen. Dadurch erhöht sich der Aufwand für Planung, Anlageninvestition und Betrieb allmählich. Spezielle Regelwerke für den Bau und Betrieb von Biogasanlagen werden neu geschaffen oder weiterentwickelt. Zurzeit sind über 40 Gesetze, Landesgesetze, Verordnungen, Technische Regeln, etc. relevant. Zudem gibt es bei einzelnen Ausführungsvorschriften unterschiedliche Regeln in den einzelnen Bundesländern.

DFBEW: Das vorhin bereits erwähnte „Biogas-Messprogramm II“ wurde durch das Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) auf Schadenshäufigkeit ausgewertet. Welche Schlussfolgerungen lassen sich aus der Auswertung des KTBL ziehen?

ML Schaller: Dabei ergab sich, dass 78% der Störungen und Schäden bei BHKW-Aggregaten, Feststoffeinträgen, Pumpen und Rohrleitungen sowie im Biogasprozess auftraten. Den weitaus größten Anteil machen die Probleme mit den BHKW aus: Es kommt zu Motorschäden., z.B. durch Gasunreinheiten, Feuchtigkeitseintrag, Übersäuerung des Öls wegen zu langer Wartungsintervalle, Kühlungsprobleme (falsches Kühlmittel), Steuerungsprobleme, Überlastung, Fehlbedienung (Ignorieren von Störungsanzeigen). Meist lassen sich diese Probleme durch ein ordnungsgemäßes Betriebsmanagement vermeiden. Etwa ein Drittel der übrigen Probleme besteht aus Schäden, die i. d. R. mit der schlechten Anpassung der Anlagenkomponenten an die Substrate zusammenhängen. Besonderes Augenmerk sollte man auch auf die Stellen richten, an denen Gas austreten kann. Nach Aussagen von Fachleuten kann davon ausgegangen werden, dass durch Undichtigkeiten etwa 1,8% des erzeugten Biogases verloren geht. Höher sind die Verluste, wenn Gärrestläger nicht abgedeckt sind oder durch fehlerhafte Wartung von Ausrüstungen wie Seildurchführungen, Über-/Unterdruck­sicherungen, etc.

DFBEW: Wie ist es um die Sicherheit von Biogasanlagen in Deutschland allgemein bestellt?

ML Schaller: Dramatischere Ereignisse wie Brandschäden, Explosionen/Berstungen oder Umweltschäden treten nach Auskunft der Versicherer relativ selten auf. Sie verursachen aber wesentlich höhere Schadenssummen in Millionenhöhe. Sturmschäden spielen nur eine nachgeordnete Rolle. Hier kommt es zu Schäden in Höhe von durchschnittlich jeweils 25.000 €. Diese positive Situation ist auch dem wachsenden Sicherheitsbewusstsein und Fortschritt der Branche zu verdanken, aber auch die immissionsrechtlichen Vorschriften haben sich in den vergangenen Jahren stetig weiterentwickelt. Die Folge waren neue genehmigungsrechtliche Verfahren und höhere Auflagen. Umfangreiche Zusatzanforderungen – vor allem für größere Anlagen – wurden im Hinblick auf Gefahrenanalysen und Dokumentationspflichten der Betreiber gestellt. Dadurch erhöhte sich der Planungs-, Genehmigungs- und Verwaltungsaufwand entsprechend. Im Zuge der Änderung der 4. BImSchV wurden bisher baurechtlich genehmigungsfähige Anlagen zu einem Verfahren nach BImSchG verpflichtet, das bei manchen bereits genehmigten Anlagen ein weiteres Verfahren mit umfangreicheren Antragsunterlagen erforderte.

DFBEW: Das Ministerium für Umwelt, Klima, Energiewirtschaft Baden-Württemberg hat 2015 eine Studie zum Thema „Überwachungsaktion der Gewerbeaufsicht – Biogasanlagen sicher betreiben“ veröffentlicht. Welche Schlussfolgerungen lassen sich aus dieser Studie ziehen?

ML Schaller: Von den 850 BGA in Baden-Württemberg wurden 721 (84%) im Zeitraum März 2013 bis Februar 2015 geprüft. Insgesamt wurden an 42% der Anlagen Mängel festgestellt, vor allem bauliche oder leistungserhöhende Maßnahmen ohne die erforderliche Zulassung. Bei 11% der Anlagen wurden Bauschäden oder Mängel in Bezug auf Brandschutzvorbeugung oder ungenehmigte bauliche Veränderungen festgestellt. Knapp 7% wiesen nicht behobene Mängel im Hinblick auf den Explosionsschutz auf. In 6,5% der Fälle konnte keine Betriebsanleitung in deutscher Sprache vorgelegt werden. Im Hinblick auf die Unfallzahlen kann belegt werden, dass die Zahl der Unfälle im Bereich der Biogasanlagen nur halb so hoch ist wie die der landwirtschaftlichen Betriebe allgemein.

DFBEW: Welche Bilanz lässt sich zur Qualitätsentwicklung bei Biogasanlagenprojekten in Deutschland ziehen?

ML Schaller: Der Aufwand für die Planung und Organisation des Sicherheitsmanagements ist nicht zu vernachlässigen, auch angesichts der fortlaufenden Überarbeitung und Verschärfung von Vorschriften. Damit haben sich zusätzliche technische Anlagenbestandteile ergeben (Leckageüberwachungen, Umwallungen, Einzäunungen und genügend Flächen für die Versickerung bzw. für das Auffangen von Gärrestmassen, Leitplanken als Anfahrschutz, etc.). So wurde ein anspruchsvoller technischer Standard entwickelt, der von den erfahrenen Planern und Anlagenherstellern beherrscht wird.

DFBEW: Welche innovativen Möglichkeiten gibt es für eine erfolgreiche Zukunft der Biogasbranche?

ML Schaller: Vier Möglichkeiten sind besonders hervorzuheben:
Zuerst das Repowering: Aufgrund des Fortschrittes der Branche haben sich mittlerweile auch zahlreiche Möglichkeiten ergeben, bestehende Anlagen zu optimieren. Viele Biogasanlagenhersteller haben sich angesichts zurückgehender Neubauten auf die Verbesserung der Produktivität bestehender Anlagen spezialisiert, das sogenannte Repowering. Mit der Betriebsdauer sinkt der Wirkungsgrad von BHKW und anderen Aggregaten auch bei regelmäßiger Wartung. Wenn die BHKW nach 10 Jahren auszutauschen oder zu überholen sind, ergibt sich die Möglichkeit einer Leistungserhöhung durch modernere, leistungsstärkere Aggregate. Zwischenzeitlich hat man die Dauerstandfestigkeit verbessert und Wartungsintervalle gleichzeitig verlängert. Oft wird dabei auch überlegt, Leistung aufzustocken und die Ausrüstung für den flexiblen Betrieb anzupassen, um dadurch an der Direktvermarktung teilnehmen zu können.

Zweitens Wärmespeicher, wie die Latentwärmespeicher: Eine nützliche Technologie zur Verbesserung der Möglichkeiten der Wärmeverwertung ist mit Latentwärmespeichern entwickelt worden. Durch den Transport der Wärme von Standort der BHKW an eine Wärmesenke in mobilen Wärme-Akkus besteht eine große Flexibilität zur Versorgung von Wärmekunden.

Drittens das Power-to-Gas ist angesichts des Speicherbedarfs für die fluktuierenden Erneuerbaren Energien eine vieldiskutierte Lösung. Das Überangebot an Strom aus Wind- und Sonnen­energie wird dabei genutzt, um in Elektrolyseaggregaten Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Der Wasserstoff kann in das Erdgasnetz eingespeist werden oder in einer eigenen Infrastruktur der Nutzung in Industrie oder Transport zugeführt werden. Da diese Möglichkeiten beschränkt sind, kann die weitere Verarbeitung zu Methan sinnvoll sein. Dafür ist die Anbindung an eine Biogasaufbereitungsanlage vorteilhaft. Mit dem dort abgeführten CO2 kann der Wasserstoff in einer Methanisierungsanlage zu synthetischem Methan umgewandelt werden. Die wirtschaftliche Weiterentwicklung von Power-to-Gas ist sehr wahrscheinlich, da ein zunehmender Bedarf besteht, den überschüssigen Strom zu speichern. Vorteilhaft ist bei dieser Technologie, dass dabei die bereits jetzt vorhandene Gasinfrastruktur genutzt werden kann. Schon heute kann durch unterirdische Gasspeicher ein Äquivalent von etwa 200 TWh Energie aufgenommen werden.

Eine vierte Möglichkeit sind die Düngeanwendungen für CO2, wie Algenkulturen: Andere innovative Anknüpfpunkte im
Sinne von Kreislaufkonzepten ergeben sich möglicherweise durch Nutzung des CO2 in Algenkulturen, in denen wiederum Substrate für die Biogaserzeugung produziert werden können.

 

Kontakt:
Eur Ing Marie-Luise Schaller
Projektingenieurin Erneuerbare Energien, Deutsch-französische Beraterin
Postfach 1233, D-50363 Erftstadt
Tel.: +49 (0) 22 35 68 69 37
Mobiltel.: +49 (0) 177 2 60 58 48
mls@mlschaller.com

 

Interview durchgeführt von:
Julian Risler
Referent
Deutsch-französisches Büro für die Energiewende (DFBEW)
MEEM/DGEC/27.30
92055 La Défense Cedex
Tel.: +33 (0)1 40 81 93 15
julian.risler@developpement-durable.gouv.fr

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