Ziel des Projektes war es, die Einflussfaktoren auf den Einsatz der Bioenergie in künftigen, gekoppelten Elektrizitäts- und KWK-Systemen in Deutschland zu konkretisieren und im Mengengerüst auch den Verkehrssektor zu berücksichtigen. Es wurden die unterschiedlichen technischen Konzepte von Biogasanlagen untersucht und anderen konkurrierenden Technologie- und Flexibilitätsoptionen im Rahmen einer systemischen Bewertung der sektorübergreifenden Flexibilitätsbereitstellung durch Bioenergieanlagen vergleichend gegenübergestellt. Damit wurde die Wechselwirkung der Bioenergie mit anderen Flexibilitätsoptionen betrachtet und im Systemkontext bewertet und die Lücke zwischen „EE-Systemstudien“ und „Bioenergie-Systemstudien“ geschlossen.
Unter diesen Gesichtspunkten wurden für das Jahr 2050 und die Stützjahre 2030 und 2040 die kostenoptimalen Anteile der Bioenergie für das Energieversorgungssystem unter Berücksichtigung der energie- und klimapolitischen Ziele zum Anteil Erneuerbarer und zur Reduktion von CO2-Emissionen ermittelt. Weiterhin wurde der Einfluss unterschiedlicher Technologieeigenschaften wie die BGA-Flexibilisierung durch Leistungszubau oder die Kraft-Wärme-Kopplung auf den Systembeitrag von Biogasanlagen bewertet. Die Bewertung fand sowohl auf Technologieebene als auch auf Energiesystemebene statt. Methodisch wurde das für die erweiterte Analyse von Sektorkopplung in den Bereichen Strom-Wärme und E-Mobilität entwickelte fundamental-analytische Elektrizitätsmarktmarktmodell E2M2-Bio eingesetzt und um ein detailliertes Bioenergie-Technologie-Portfolio erweitert. Die Bewertung und Modellvalidierung erfolgte auch unter besonderer Beteiligung von Interessierten und Stakeholdern. Die Vorgehensweise und die beobachteten Systemeffekte wurden in einem Methodenhandbuch „Bioenergie als Flexibilitätsoption sim System“ dokumentiert und auf der Programmseite "Energetische Biomassenutzung" veröffentlicht, und somit ein breiter Wissenstransfer gewährleistet. Die Ergebnisse liefern robuste Aussagen über den zukünftigen Systembeitrag flexibler Biogasanlagen und Technologieeigenschaften sowie zu deren adäquaten Abbildung in künftigen Energiesystemstudien.
Ergebnisse auf einen Blick:
- Systemrelevante Eigenschaften von Biogasanlagen im Strom-Wärmesystem gewinnen in langfristigen Betrachtungsszenarien an Bedeutung, diese sind: zeitlich verschiebbaren Strombereitstellung (netzdienlicher flexibler Betrieb), die Bereitstellung von EE-Strom (Beitrag zur Erfüllung des Zielanteil EE am Bruttostrom), die gekoppelte Bereitstellung von Strom und –Wärme (hoher Gesamtwirkungsgrad). Die zeitlich verschiebbare Strombereitstellung (netzdienlicher flexibler Betrieb) ist bedeutenste Eigenschaft von Biogasanlagen und sollte in Energiesystemanalysen nicht vernachlässigt werden.
- Die Nutzung von Biomasse für den Verkehrssektor (Kraftstoffe) ist in einer systemoptimalen Ausgestaltung stark von den verfügbaren Potenzialen von Biomasse abhängig. Ebenso spielt der verfügbare Strom (E-Mobilität) hierfür eine große Rolle.
- Die modelltechnische Abbildung der Eigenschaft der flexiblen Fahrweise von Biogasanlagen wird durch die Implementierung eines Flexfaktors empfohlen; die Höhe des Flexfaktors ist ergebnisbestimmend und sollte daher sinnvoll festgelegt werden.
- Für Szenarien unter 80 % EE-Anteil ist die gekoppelte Strom-Wärmeproduktion von Biogasanlagen zu berücksichtigen; über 80 % ist auch eine reine Betrachtung des Stromsektors zulässig.
- Die wichtigsten Parameter zur adäquaten Abbildung von Biogasanlagen sind: elektr. Wirkungsgrad, Rohbiogaskosten, Betrachtungszeitraum (Lebensdauer), Investitionsausgaben, variable und fixe Betriebskosten, Flexfaktor bzw. Volllaststunden und elektr. Bemessungsleistung.
- Die Einbindung von Fachexperten und Interessensgruppen der Bioenergiebranche zur Validierung von Inputparametern und Simulationsergebnissen erwies sich als aufwendig, aber immer hilfreich. Ganz konkrete Antworten auf abstrakte Fragen zur Modellierung können in der Regel jedoch nicht erwartet werden.