Wirkung der EEG-Novelle · AgroPower GmbH Co. KG Inbetriebnahme: 2008 - angepasste Mehrreaktoranlagen(20 kW bis 2.500 kW), 105. Biogasanlage Großrudestedt-> 95 % d. BGA in Landwirtschaft

1

Thüringer Landesanstalt für LandwirtschaftNaumburger Str. 98, 07743 Jena

G. Reinhold

Baulehrschau: Perspektiven von güllebetonten (Klein-) Biogasanlagen im EEG 2012 13. Dezember 2011 – Eichhof

Biogasanlagen mit hohen WD-AnteilenWelche Empfehlungen ergeben sich für die Praxis?

TLL Jena 2010, Reinhold

18.04.2011 8

Zubau von Anlagen und installierter el. Leistung pro Jahr

Stromeinspeisegesetz

EEG-Novellen unstetiger Anlagenbau

Wirkung der EEG-Novelle

Wind Gülle NAWARO 150kW BGA Einspeisung+ Bioabfall 500 kW + 30 % Gülle Marktprämie

EEG 2012

Zubau wird sich um

50…70 % verringert!

(nach FfB)

75 kW Gülle

2


Anbaufläche Energiepflanzen• 1,96 Mio. ha = 85 % der NAWARO (2011) = 16 % der AF• Anstieg in 2011 um 150 Tha (SP Biogas ca. 800 Tha, 44,5 T AK )• Maisanbau (2010) 2,3 Mio. ha, davon ca. 21 % für Biogas (0,5

Mio. ha)

Probleme:- Tank–Teller Diskussion- „Vermaisung“- Flächenkonkurrenz- Pachtpreisdiskussion- Gärrestverwertung- Agrarpreisschwankungen--


Summe: 680 Tha Potenzial Nutzung zz. ca. 12 ...15 %600.000 ha mögliche Flächenentlastung

Flächenpotenzial der Wirtschaftsdünger (90 % Nutzung, 38 % Wirkungsgrad, Viehzählung 2007)

611 MW 220 MW 436 MW 48 MW

314 Tha

224 Tha

113 Tha

25 Tha

0

100

200

300

400

Rindergülle Schweinegülle Stallmist HTK

erse

tzba

re M

ais-

Fläc

he T

ha A

F.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Erz

eugb

are

Leis

tung

MW

.

BGA-Leistung (MW)

ersetzbare (Mais-) Fläche (Tha)

3


Intensitäten in: Tierhaltung Maisanbaus BGA-Besatz

GV /ha % der LF kW/ha LF

Güstrow Penkun geringer Güllenutzung besonders bei

BGA Bau in Veredlungsregionen (> 1,5 GV und > 20 % Mais) Wirkung von einzelnen

Großanlagen


Inst. Leistung

Ver-weilzeit

n kW d % WD % Mais ha LF BetriebSüd BW 34 250 89 29% 38% 0,76 30

BY 120 278 93 28% 52% 0,95 33 Nord- SH 15 540 86 23% 60% 1,05 75West NS 55 641 91 22% 70% 1,14 75

Ost SN 21 693 47 79% 11% 0,54 78TH 12 799 58 81% 11% 0,47 100

FM BezugRegion

GV pro

Substrateinsatz und Anlagenauslegung in Regionen (Datenquelle EEG Monitoring 2011)

Regionen mit hohem Tierbesatz (= Gülleanfall) nutzen wenig Gülle und haben den höchsten Maiseinsatz

BGA zu groß gebaut u. EEG 2004-Wirkung

4


Substrateinsatz in den Bundesländern (Quelle EEG Monitoring 2011)


Agrarstruktur und Anlagengrößebedingt Substrateinsatz

• Problem: 100 GV Milch entspricht 15 kWelektrisch• Lösung: Biogasanlagen an Tierbesatz, d. h. Gülleanteil anpassen

84%

80%

77%

62%

47%

42%

22%

15%

4%

8%

12%

21%

24%

34%

50%

53%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

0 - 150 kW

151 - 325 kW

326 - 500 kW

> 500 kW

0 - 150 kW

151 - 325 kW

326 - 500 kW

> 500 kW

Substrat (% FM)

GülleMist +HTKMaisAWSGetreideGPSsonstiges

Anlagengröße (kW)

Thüringen 500 kW/BGA(Quelle: Reinhold TLL 2010)

Baden-Württemberg 264 kW/BGA(Quelle: Stenull IER Stuttgart 2010)

5


Quelle: www.tll.de/ainfo

Betreiber: AgroPower GmbH Co. KG

Größe:1200 m³ Rührkessel1200 m³ Nachgärer

BHKW: 100 kW MAN BHKW (Gas-Otto-Motor)

Substrat:Rindergülle, StallmistSonstiges: Reine WirtschaftsdüngervergärungPlaner/Errichter: AgroPower GmbH Co. KGInbetriebnahme: 2008

105. Biogasanlage Großrudestedt- angepasste Mehrreaktoranlagen (20 kW bis 2.500 kW), - > 95 % d. BGA in Landwirtschaft mit geringen Tierbesatz

(mit 80 % Pachtfläche, 0,45 GV/ha) aber große TPAkaum Substrathandel u. keine Wirkung auf Pacht

- kaum NAWARO/Trockenvergärungsanlagen ->75 % Wirtschaftsdünger am Substratmix- keine 100 % Gülleanlagen, da Nutzung von Restfütter, Stallmist, …- Nutzung:

47 % der Rindergülle (D = 12 %)31 % der Schweinegülle (D = 12 %)

10 % des Stallmistes (D = 12 %)

> 95 % GOM, zunehmende Wärmenutzung

163 Standorte (1.1.2011)181 BGA nach EEG

ca. 500 kW/Standort85 MWinstalliert


Flächenkonkurrenz in Veredlungsregionen

Ursache: hoher GV-Besatz + NAWARO BGAProbleme: Mais-Bereitstellung und Gärrestverwertung

hoher Tierbesatz und zu große BGA bzw. BGA–Dichteknappe Fläche

Synergiewirkung Tier + BGA wirkt nicht

Lösungsweg: Umrechnung von BGA in GV1 kW = 1 GV, da 1 kW = ca. 0,5 ha Flächenbedarf 1 kW = Grundfutterbedarf von ca. 1 GV 1 kW = ca. 80 kg N im Gärrest = Anfall 1 GV

Begrenzung des Besatzes auf 2 GV/ha (BGA + Tiere) und Gleichbehandlung Gärrest und Wirtschaftsdünger

6


47%

31%

9%12,6%

9,3% 11,6%

47%

2,6%

42%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

Rindergülle 1) Schweinegülle Gülle gesamt Trockenkot undTiefstreu 2)

Stallmist 1)

Nut

zung

sant

eil

Thüringen

Deutschland 112 % (Importe)

Nutzung des Wirtschaftsdüngerpotenzials Quellen: Thüringen TLL 2010, Deutschland Firma bioreact 2010

Wirkung des EEG 2009 Anstieg der Güllenutzung


Rückblick zur Gülle-Monovergärung in Berlstedt 1985

500 m³ Faulraum, 35 °C, Gas-Homogenisierung, Biogasleitungen (0,8 u. 1,7 km) zur Gasverbrennung in

der Tierproduktionsanlage (Heizölsubstitution)

Substrate 37 m³/dRG: 5…7 % TS,SG: 3…7 % TS,

Fettsäure:RG/SG 6,9/16,3 g/lSubstrat 12,6 g/l Gärrest 3,6 g/l

7


Leistung bei Gülle-Mono-Vergärung BGA Berlstedt (500 m³ Faulraum):

Rinder + Schweinegülle 6,3 % TS, 12,6 g/l Fettsäure

2,321,561,61,99m³/m³ dGasbildungsrate115777999kWelkt.Vergleichsleistung

0,360,430,330,26m³/kgGasausbeute6,863,944,975,93kg/m³ dBelastung

8,313109,1dVerweilzeit(ca. 20.000 m³ Gülle/a)

Best-Dekade

1996Jan-Mai

1985Juni-Dez.

1985Jan-Mai

ZeitEinheit

Parameter

Verfahrensziel: Investitionsausnutzung Quelle: Reinhold 1988


Monovergärung von Güllerealisierbare Leistung aus 1000 m³ Gülle in

Abhängigkeit vom TS Gehalt

012345678

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%TS - Gehalt

mitt

lere

Lei

stun

g kW

/100

00 m

³

RindergülleSchweinegülle

ca. 3…7 kW/1000 m³

TS- und Fettsäure-Gehalt sind entscheidend

Zum Vergleich:Mais

32% TS45 kW/1000 t

z.B.4000 m³ RG=24 kW +1000 t Mais= 45 kW = 75 kW insalliert

8


Anteil der Fettsäuren an der GasbildungFettsäuregehalte:RG = 8…10 g/l SG = 10…18 g/l(15-30 % d. oTS)

Substratinhaltsstoffe

13

25

12,6

25

0

20

40

60

80

g/l

fl. Säuren

oTS(vergärbar)

oTS (Ligniu.ä.)

Asche

Belastung (oTS + FS)

Gasbildungsrate

Quelle: Reinhold 1988

Substratinhalts-stoffe

13

25

12,6

25

0

20

40

60

80

g/l fl. Säuren

oTS(vergärbar)

oTS (Ligniu.ä.)

Asche


Beziehung zwischen TS- und Fettsäuregehalt (Mischgülle Berlstedt 1984-1988)

y = 0,4271x + 9,8809R2 = 0,0411

02468

1012141618

0 2 4 6 8 10TS-Gehalte %

Fetts

äure

geha

lte g

/l

je niedriger TS-Gehalt und Abbau je stärker ist der Einfluss der Fettsäuren

9


Prozesswärmebedarf Gülle-Mono-Vergärung BGA Berlstedt 1988: 500 m³ Fermenter, 30-55 m³/d Rinder +

Schweinegülle 6,3 % TS, 12,6 g/l Fettsäure

82841027072kWWärmeanfall

Werte bei einer fiktiven Stromerzeugung

66 %70 %65 %71 %69 %%Prozesswärme

7273896163kWStromerzeugung

5459665050kW Wärme

Prozesswärme

205209256174180kW Heizwert

Biogaserzeugung

Mittel1996198519841)1983ZeitEinheit

Parameter

1) ohne Schwachlastphase


Gülle-, Erd- und Lufttemperaturen (Berlstedt 1984)

Mindest TS-Gehalte (Wirkungsgrad 35/40 % elektrisch/thermisch) um Prozesswärme ohne Zuheizung ist möglich ab:

– Rindergülle > 7 %– Schweinegülle > 6 %

Lufttemperatur.

Gülle-temperatur

Erdtem

perat

ur

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40

Gülletemperatur

Erdtemperatur

Lufttemperatur

Quelle: Reinhold 1988Quelle: Reinhold 1988

10


Rindergülle Mono-

vergärung

Prozesswärmeebedarf 1000 m³ Fermenter 35% / 40 % Wirkungsgrad

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Leis

tung

kW

Aufheizung 45,4%

Wärmeverlust 10,0%

Wäremeanfall

10.000 m³ RG 10 % TS, --> 66 kWelHRT 36 d, Belastung: 2,2 kg/m³ d

Prozesswärmeebedarf 1000 m³ Fermenter 35% / 40 % Wirkungsgrad

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Leis

tung

kW

Aufheizung 75,6%

Wärmeverlust 16,7%

Wäremeanfall

10.000 m³ RG 6 % TS, --> 40 kWelHRT 36 d, Belastung: 1,32 kg/m³ d

Benachteiligung von Gülle im EEG 2012,

Wärmebedarf > 25%


Heutige Wirkungen des Gülleeinsatzes

Vorteile:• Zufuhr Methanbakterien

und Mikronährstoffe• Kostenfrei + Güllebonus• Ersatz von Fläche• Hydraulik im Fermenter• Ammonifizierung• Geruchsverminderung• Hygienisierung d. Gülle

Nachteile:• Geringer TS-Gehalt• Aufheizbedarf steigt• Vergrößerung des

Faulraums (Invest)• Verweilzeitverkürzung• 150 d gasdichte

Gärrestlager

• Bürokratie (Gutachter)

11


Gülle im EEG 2012Einsatzstoff – Vergütung EEG 2012

1. Einsatzstoffgruppen mit Gasertrag (FM -Bezug)–E0 – 0 ct/kWh - zugelassene Stoffe–EI – 6 ct/kWh - NAWARO–EII – 8 ct/kWh – ökol. gewünschte Stoffe Wirtschaftsdünger

(nur 6 ct/kWh ab 500 kW bis 5 MW)2ct/kWh * 50 kWh/m³ 1,00 €/m³ Gülle

bzw. Gesamtvergütung 8 ct * 50 kWh/m³ 4 €/m³; ABER: Mehlkosten beachten !!

2. „Maisbremse“ Mais, CCM, LKS und Getreidekorn max. 60 Ma-%

Denkbares Ziel: Gülleeinsatz steigern, aber alternative GPS ist oft einfacher

Anstieg des Flächenbedarfs


Gülle im EEG 20123. Technische Vorgaben (§6 EEG 2012)

• neu zu errichtendes Gärrestlager am Standort der BGA sind technisch gasdicht auszuführen und 150 Tage Mindestverweilzeit im gasdichten Raum sind einzuhalten– Ausnahme 100 % Gülleeinsatz nach Düngegesetz (< 15 %

TS) – Einzelsubstrat oder Gemisch ???Einzelsubstrat oder Gemisch ???

Bevorzugt NAWARO-Großanlage (mit 40 % GPS)und benachteiligt den Gülleeinsatz,

aufgrund Mehraufwand für gasdichte Lagerung

12


Behältergröße: Mindestverweilzeit (150 d)(EEG 2012)Ziel: CH4 - Vermeidung

Achtung: Gasspeichervolumen> 10 t ggf. Störfallverordnung

Fermenter

Biogasver-wertung

NachgärerGüllelager

Gärrestlager gasdicht

Güllelagerkapazität:

Mindestgröße 180 d DVO

Ziel: NH4-N Vermeidung

Gasdichte Abdeckung


0

40

80

120

160

200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Gülleanteil am Substratmix (%)

Ver

wei

lzei

t (d)

Verweilzeit in Abbhängigkeit vom Gülleeinsatz (Datenquelle: EEG Monitoring n = 258, 2010)

150 d gasdicht

Güllenutzung Trend zu kurzen Verweilzeit; (Gülle-TS << Silage-TS)

13


Invest Gärrestlager

offen oder gasdicht

Investkosten Gärrestlager (nach KTBL)

0

50

100

150

200

250

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000Beckengröße m³

Inve

st T

€

Güllelager abgedeckt T€Güllelager offen T€

Investkosten Gärrestlager (nach KTBL)

0

50

100

150

200

250

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000Beckengröße m³

Inve

st T

€

0

20

40

60

80

100Güllelager abgedeckt T€Güllelager offen T€Güllelager abgedeckt €/m³Güllelager offen €/m³

Achtung: Aufwand für Homogenisierung

+Passiven

Korrosionsschutz

beachten


Wirkungen des EEG 2012• Größere BGA weniger Gülle

– Keine Standorte, Gülle nur zur Prozessstabilisierung (5 %)

• 150 d Vereilzeit gasdicht weniger Gülle– Maisanlage 100…150 d Verweilzeit– Gülleanlage 50 d Verweilzeit

• 60 % Wärmenutzung weniger Gülle– da mehr Prozesswärmebedarf– Transportaufwand zur Wärmesenke– 60 % Gülleanteil oft nicht erreichbar (Standorte)

• Kleine Gülleanlage Investhöhe?, Wirkungsgrad?– 4000 m³ Gülle + 1000 t Mais

14


Ökonomische Bewertung der Gülle+ Gesparter Kosten NAWARO

(8 t RG mit 8 % TS = 1 t Mais 32 % TS (35 €/t) 4,3 €/t)

+/- Nährstoffgehalte (wirksame Gehalte, N-Verluste beachten)

- Transportkosten (2 … 4 €/m³)

- Mehraufwand Lager (150 d gasdicht)

+ Verfahrenstechnischer Wert (Animpfung / Verdünnung / Prozesswärmebedarf ) ????

= Wert der Gülle

EEG 2009 Bonuswert Güllepreis = 5 €/m³ (Nord- und Süddeutschland)EEG 2012 Hemmungen, da 150 d gasdicht, Gülle = Abfall, …

kein Transport bezahlbar

Aber auch Rückwirkung aus dem Verfahren beachten (Verweilzeit/Belastung/Lagerkapazität)


Kalkulation: Wirkung von Gülle

Unterstellungen:• Standort: 5000 m³ Rindergülle,

• Anlagenleistung 75 .... 1000 kW• Substrate 60 % Mais (35 €/t) + GPS (40 €/t)• angepasste Kosten nach TLL-Richtwerten

15


Wirkung fester Güllemenge EEG 20125000 m³/d RG (8 % TS) + Mais, Belastung 2,5 kg/m³ d

ohne Wohne Wäärmenutzungrmenutzung

16,7-7,3-24,7-13,5Gewinn vor Steuer T€(3 €/m³ Güllekosten)

31,77,7-9,71,5Gewinn vor Steuer T€

236 ha149 ha70 ha30 haMaiseinsatz ha/a

3224376347186131Investition (ohne Silo) €/kW

15%18%23%34%Prozesswärme %

2018194117101667Gasdichtes Lager m³88715843Verweilzeit d

340220111194712Faulraum m³

500 kW300 kW150 kW75 kWInstal. Leistung kW


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

75 kW 150 kW 300 kW 500 kW 1000 kWBHKW Größe

Kos

ten

/ Ver

gütu

ng c

t/kW

h

Verwaltung/sonstigesHilfsstoffe, -leistungen Wartung, ICH

Personal

Biomasse

Versicherung

KapitalbedingteKosten Stromerlös

Gersamterlöse

Kosten u. Erlöse 100 kW Wärmebedarf mit 2 ct/kWh

Kleine Gülleanlage (EEG § 27 c)

Wärmenutzung < 60 % Gülle < 60% keine Vergütung

Wärmenutzung kW54 100 100 100 100

16


2. Alternative: > 60 % Gülleanteil• Gülleanteil > 60 %; ggf. Lösung für BGA, aber:• Was ist Gülle im EEG 2012 ?

• § 3 nach EU 1069 alle WD von Nutztieren, incl. Einstreu • Biomasseverordnung Liste aller WD Arten (incl. Pferde, Geflügel)• § 6 Düngegesetz < 15 % TS (Gemisch oder Einzelsubstrat?)• § 27 > 60 % Gülle (?) Keine Wärmenutzungspflicht • § 27 b („kleine Gülleanlage“) ohne WD von Geflügel

• Wo ist Gülle? – dezentral, (Achtung: Größe der Tierhaltung)

• Bei geringem Güllezusatzbedarf, dann:– Güllezukauf oder– TS reichen Mais nutzen – Getreide statt Maissilage einsetzen


Wirkung variable GüllemengeRG 8 % TS + Mais, 200 kW o. Wärmenutzung, Belastung 2,5 kg/m³ d

-4,2-8,6-17,6-25,6Gewinn vor Steuer T€(3 €/m³ Güllekosten)

55,836,412,4-10,6Gewinn vor Steuer T€

1,82,43,13,7Maiseinsatz T t/a

5.1214.5994.3564.025Gesamt-Investition €/kW (ohne Silo)

44%36%28%20%Prozesswärme %6.6214.9833.3561.755Gasdichtes Lager m³

33394867Verweilzeit d

1.9891.8551.7211.588Faulraum m³

20.00015.00010.0005.000Güllemenge m³/a

17


Wirkung Kleine Gülleanlage § 27 c EEG 20124565 m³/d RG (8 % TS) + 30 ha Mais, Belastung 2,5 kg/m³ d

481317- ohne Lohnkosten-25-20-16-11- 3 €/m³ Transportkosten

6111520- red. Substratkosten (z.B. 20 €/t AWS)

45Verweilzeit d30 haMaiseinsatz ha/a

-11-6-23Gewinn vor Steuer T€

6.0005.5005.0004.500Investition BGA €/kW (ohne Silo)

435Rest-Lager m³1132Investition (Lager) €/kW

1525Gasdichtes Lager m³32 %Prozesswärme %

700Faulraum m³75 kWInstal. Leistung kW


Wirkung Kleine Gülleanlage § 27 c EEG 2012 6920 m³/d RG (8 % TS) + 1730 Mist, Belastung 2,5 kg/m³ d

2711163 €/m³ Güllekosten

36Verweilzeit d1730 Stallmisteinsatz t/a

23273236Gewinn vor Steuer T€


700Rest-Lager m³1766Investition (Lager) €/kW

2600Gasdichtes Lager m³46 %Prozesswärme %


18


Wirkung Kleine Gülleanlage § 27 c EEG 2012 13.333 m³/d RG (8 % TS), Belastung 2,5 kg/m³ d

26Verweilzeit d1730 haStallmisteinsatz t/a

21253034Gewinn vor Steuer T€


1050Rest-Lager m³2600Investition (Lager) €/kW3400Gasdichtes Lager m³76 %Prozesswärme %


Voraussetzung für „Kleine Gülleanlagen“ sind:- Geringe Investitionen, - Gülle am Standort, kein Transport,- kostenarme, TS reiche Zusatzsubstrate,


Schlussfolgerungen• Agrarstruktur wirkt auf Güllenutzung (große TPA

hoher Gülleanteil, hohe Potenzialnutzung)• EEG wirkt deutlich auf Gülleeinsatz

– 2004 NAWARO-Einsatz + Trockenvergärung– 2009 30 % Gülle, NAWARO-Mitnahmeeffekt– 2012 Behinderung des Gülleeinsatzes (??)

• Gülleeinsatz beeinflusst Behältergröße, Belastung und Wärmesystem deutlich Anlagen konkret rechnen

• Gaseinspeisung geringer Gülleeinsatz• Kleine Gülleanlagen nur bei Synergieeffekten sinnvoll

Vielen Dank

für Ihre Aufmerksamkeit!

Documents

Wirkung der EEG-Novelle · AgroPower GmbH Co. KG Inbetriebnahme: 2008 - angepasste Mehrreaktoranlagen(20 kW bis 2.500 kW), 105. Biogasanlage Großrudestedt-> 95 % d. BGA in Landwirtschaft