Die neue Flexibilität der Stromwirtschaft und die zukünftige Rolle der Abfallwirtschaft

• Uwe Holzhammer
• Manuel Stelzer
• Michael Nelles
• Frank Scholwin

Die Stromerzeugung aus Biogas mittels nachwachsender Rohstoffe (NawaRo), aber auch mittels organischen Reststoffen und Abfällen erfolgt derzeit im Jahresverlauf gleichmäßig. Dies ist bedingt durch die gesetzlich festgelegte Vergütungsstruktur der letzten Jahre (erst das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2012 etabliert mit der Flexibilitätsprämie einen neuen Ansatz) und dem damit verbundenen ökonomisch optimierten Anlagenbetrieb. Die Stromerzeugungsstruktur entspricht in etwa dem der konventionellen, fossilen Grundlastkraftwerke. Zunehmend spiegelt dieses Erzeugungsprofil nicht mehr den Strombedarf wider, da die fluktuierenden erneuerbaren Energien (fEE) (Wind und Sonne), die verbleibende, durch die restlichen Kraftwerke zu deckende Last (auch Residuallast genannt) in ihrer Struktur stark beeinflussen. Im Ergebnis werden immer mehr Stromerzeugungskapazitäten benötigt, die Strommengen flexibel am Bedarf orientiert erzeugen können. Die neuen Instrumente des Erneuerbare-Energien-Gesetzes 2014, aber auch schon des EEG 2012, greifen diesen Sachverhalt auf und setzen mit der Einführung neuer Vergütungsstrukturen den Anreiz, den Strom in Abhängigkeit des Strombedarfs zu erzeugen. Das EEG 2014 fokussiert, durch die Vergütungshöhen hervorgerufen, die Reststoff- und Abfallanlagen und insbesondere die Anlagen die organische Abfälle aus der "Biotonne" einsetzen. Die unterstellten Potenziale für die in dieser Arbeit betrachteten Rest- und Abfallstoffe, mit einer Nutzung dieser von ca. 75 %, lassen knapp 9 TWhel im Jahre 2030 erwarten. Ob diese Strommengen mit einer Anlagenkapazität von 1 GWel in Grundlast oder sogar mit bis zu 6 GWel dem Energiesystem zur Absicherung der fluktuierenden erneuerbaren Energien bereitgestellt werden, ist eine Frage der umgesetzten Flexibilität und der damit verbundenen Kosten. Aufgrund dessen wurden die dafür notwendigen Berechnungen zur Ermittlung der Kosten der spezifisch erzeugten Energieeinheit durchgeführt. Hierbei standen Anlagen im Fokus der Betrachtung die tierische Exkremente, Bio- und Grünabfälle sowie Ernterückstände als Substrate zur Vergärung nutzen. Im nachfolgenden Artikel fließen die Ergebnisse einer umfangreichen Simulation des nationalen Kraftwerksparks in Abhängigkeit unterschiedlicher Flexibilität der Stromerzeugung aus Biogas ein. Darauf aufbauend wird die jeweilige Gasspeicherkapazität und Start/Stopp-Häufigkeit ermittelt, die sich wiederum auf die Erzeugungskosten auswirken. Dadurch wird es möglich die Stromerzeugungskosten für Vergärungsanlagen, die die genannten Rest- und Abfallstoffe einsetzen, in Abhängigkeit deren Flexibilität zu ermitteln und für das Jahr 2030 mit 60 % EE-Anteil zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigen, dass mit Kostensteigerungen von unter 20 % bezogen auf die Stromerzeugungskosten in Grundlast enorm flexible Erzeugungsleistungen dem Energiesystem bereitgestellt werden können. Die Reststoff- und Abfallanlagen stellen eine CO₂-arme Flexibilitötsoption für das Energiesystem der Zukunft mit hohen Anteilen an fEE dar.

At present, the electrical power production from biogas made of energy crops, organic residues or wastes is equally distributed during the course of the year. This is due to the legal refund system of the last years (only the renewable energy act (EEG) of 2012 with its flexibility bonus established a new approach) and the optimum economical plant operation related to it. The structure of power generation is almost equal to conventional fossil based load power plants. Increasingly this production profile does not reflect the power requirement any longer, since the fluctuating renewable energies (fEE) (wind and solar) strongly influence the structure of the remaining load to be covered by the other power plants (also called residual load). As a result, more power production capacities are required that are able to flexibly produce electricy on demand. The new instruments of the reneweable energy act EEG 2014, but also EEG 2012 already, react to this fact and provide incentives to produce electricity on demand by introducing new remuneration structures. Due to the amount of payment, the EEG 2014 focusses on residue and waste plants and especially on plants that process organic wastes from the biowaste bin.