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Zeitschrift für Energiewirtschaft

Erschienen in:

01.03.2011

Zur Analyse der Auswirkungen der Biomethaneinspeisung auf die Entwicklung der deutschen Erdgasversorgung

verfasst von: Dipl. Wi.-Ing. Sebastian Rieger, Prof. Dr. Dominik Möst, Prof. Dr. Wolf Fichtner

Erschienen in: Zeitschrift für Energiewirtschaft | Ausgabe 1/2011

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Zusammenfassung

Erdgas verfügt gegenüber anderen fossilen Energieträgern über einige Vorteile, wie bspw. geringe spezifische CO₂-Emissionen und die Flexibilität im Einsatz. Daher ist damit zu rechnen, dass die Bedeutung des Primärenergieträgers Erdgas auch weiterhin steigen wird. Ein zunehmender Erdgasverbrauch geht allerdings einher mit einer erhöhten Abhängigkeit von Importen.

Biomethan, d.h. zu Erdgasqualität aufbereitetes Gas biogenen Ursprungs, stellt eine interessante Möglichkeit zur Erdgassubstitution dar. Die Nutzung des regenerativen und heimischen Energieträgers kann sowohl zur CO₂-Reduktion als auch zur Verringerung der Importabhängigkeit einen Beitrag leisten. Ähnlich wie bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien hat sich die deutsche Regierung auch bei der Biomethaneinspeisung ambitionierte Ziele gesetzt und Fördermaßnahmen zur Erreichung dieser Ziele eingeführt.

Mit Hilfe des optimierenden Stoff- und Energieflussmodells PERSEUS-EEM wurde untersucht, welche Bedeutung der Energieträger Biomethan in der deutschen Erdgasversorgung zukünftig einnehmen kann. Dabei konnte gezeigt werden, dass der CO₂-Emissionshandel alleine nicht ausreicht, um die Produktion und Einspeisung von Biomethan konkurrenzfähig werden zu lassen. Des Weiteren kommt es in den Modellrechnungen, unabhängig von der Biomethaneinspeisung, zu einer starken Zunahme der Erdgasnachfrage Deutschlands u.a. aufgrund der vorgegebenen CO₂-Minderungsverpflichtungen. Biomethan nimmt zwar auch zukünftig nur einen relativ geringen Anteil an der deutschen Erdgasversorgung ein, allerdings kann es die rückläufige Exploration in Deutschland teilweise ersetzen.

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Kraft-Wärme-Kopplung.

Dies gilt sowohl für große Kraftwerke mit Einspeisung in ein Wärmenetz als auch für kleinere dezentrale Anlagen (Blockheizkraftwerke und zukünftig u.U. Brennstoffzellen).

Compressed Natural Gas.

2007 betrug der gesamte Erdgasverbrauch der EU-27 rund 525 Mrd. m³. Davon mussten knapp 390 Mrd. m³ importiert werden – überwiegend aus Russland, Norwegen und Nord-Afrika (BGR 2009).

Liquefied Natural Gas (Flüssigerdgas).

Synthetical/Substitute Natural Gas.

Zur Sicherstellung der „Interoperabilität der Netze“ schreibt das deutsche Energiewirtschaftsgesetz (§§19, 49) vor, dass die technischen Regelwerke der DVGW (Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V.) eingehalten werden. Konkret sind dies die Arbeitsblätter G260 („Gasbeschaffenheit“) und G262 („Nutzung von Gasen aus regenerativen Quellen“).

Die genauen Vergütungssätze und Bonus-Anforderungen finden sich in §27 EEG.

Energiesteuergesetz.

Bundes-Immissionsschutzgesetz.

Das Erneuerbare-Wärme-Gesetz (EWärmeG) des Landes Baden-Württemberg sieht zum einen strengere Vorschriften vor, da auch bestehende Gebäude bei einem Austausch der Heizanlage 10 % des Wärmebedarfs durch erneuerbare Energien decken müssen. Zum anderen wird der Einsatz von Biogas/Biomethan nicht durch weitere Anforderungen (z.B. KWK-Betrieb) behindert.

Der konkrete Umlagemechanismus ist nicht gesetzlich vorgeschrieben, sondern ergibt sich aus der Kooperationsvereinbarung der Gasnetzbetreiber (KOV-III 2008).

Auf www.biogaspartner.de veröffentlicht die Deutsche Energie Agentur GmbH regelmäßig eine Übersicht über bestehende Anlagen sowie aktuelle Projekte und Neubauten.

PERSEUS: Program Package for Emission Reduction Strategies in Energy Use and Supply. Die PERSEUS-Modellfamilie umfasst mehrere Entwicklungen, die u.a. auf die Arbeit von Fichtner (1999) zurückgehen. Ein Überblick findet sich in Möst (2006, S. 77–80).

Für eine ausführliche, mathematische Beschreibung des Modells siehe Möst und Perlwitz (2009) und Perlwitz (2007).

Scheib (2008) zeigt u.a., dass die Marktgebietsaufteilung nicht fundamental durch physikalische Kapazitätsengpässe begründet ist und dass sich das Transportsystem auch mit nur zwei Marktgebieten betreiben lässt.

Estland, Lettland und Litauen sind dabei zu einer Modellregion zusammengefasst.

Die Nachfrageprognose der EU-Kommission stammt aus dem Jahr 2008 und berücksichtigt deshalb die Finanz- und Wirtschaftskrise nicht vollständig. Es liegt somit nahe, dass die unterstellte Nachfrage die tatsächliche Entwicklung – insbesondere in den ersten Jahren der Modellrechnung – etwas überschätzt.

Kurzfristigere Fluktuationen können in dieser Modellversion mit Betrachtungshorizont bis 2020 nicht adäquat berücksichtigt werden.

Der Ausbau regenerativer Stromerzeugung basiert auf der exogenen Vorgabe von Zielen. Die hinterlegten Kosten der regenerativen Erzeugungsmöglichkeiten sind zu hoch, als dass im Rahmen der Kostenminimierung ein modellendogener Ausbau stattfindet.

Unter Berücksichtigung der möglichen Laufzeitverlängerung der deutschen Kernkraftwerke (nach Beschluss des dt. Bundestages im Oktober 2010) würde sich die dargestellte Entwicklung des Stromsektors zeitlich verzögern. Für den Zeitraum ab 2020 werden allerdings die Annahmen zur regenerativen Stromerzeugung entscheidender, aber auch unsicherer (insbesondere in Verbindung mit der Laufzeitverlängerung). In den Modellrechnungen wurde die Laufzeitverlängerung deshalb vorerst nicht berücksichtigt.

Da ein Teil des gesamten Gasaufkommens (eigene Förderung, Importe) nicht in Deutschland verbraucht, sondern exportiert wird und das Modell das Gastransportsystem in einer Region mit nur einem Knoten abbildet, lässt sich nicht exakt ermitteln welche Gasmengen dem Transit zugeführt werden und welche direkt an die inländischen Nachfrageknoten fließen. Für die Erdgas-Bezugsstruktur wurde deshalb unterstellt, dass die verschiedenen Quellen des Erdgasaufkommens einer Region sowohl zum Verbrauch als auch zum Transit zu gleichen Teilen beitragen.

Im Rahmen der Modelloptimierung kann sich für eine neue Pipelineverbindung jegliche Auslastung zwischen 0 und 100 % der Gesamtkapazität ergeben. Es ließe sich zwar auch eine Mindestauslastung vorgeben sofern sicher ist, dass eine Pipeline genutzt wird. Im Falle der Nord-Stream-Pipeline würde dies aber lediglich zu einer niedrigeren Auslastung der bestehen Ost-West-Verbindungen führen, weshalb darauf verzichtet wurde.

Im Modell beträgt der Gasexport aus Deutschland in 2010 knapp 19 und in 2020 nur noch 11 Mrd. m³.

Investitions- und Kostenschätzungen zur Biomethanproduktion und -einspeisung finden sich beispielsweise in DBFZ (2009), UMSICHT (2009), KTBL (2009) und WI (2005).

Die Kostenunterschiede ergeben sich v.a. hinsichtlich der eingesetzten Substrate und der Anlagengröße.

Es wurden auch Rechnungen mit anderen Aufteilungen vorgenommen. Die Auswirkungen sind im oben beschriebenen Fall, aufgrund der höheren CO₂-freien Stromerzeugung, allerdings am stärksten.

Dies ließe sich bspw. durch Annahme eines stärkeren Anstiegs der Stromerzeugung aus (sonstigen) erneuerbaren Energieträgern begründen.

Altrock M, Schmeding T (2009) Die Regelungen der GasNZV und GasNEV für die Einspeisung von Biogas. In: Loibl H, Maslaton M, Bredow H von (Hrsg) Biogasanlagen im EEG 2009. Erich Schmidt Verlag, Berlin, S 281–293

BDEW (2009) Leitfaden Bilanzierung Biogas. Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft eV, Berlin

BGR (2009) Energierohstoffe 2009: Reserven, Ressourcen, Verfügbarkeit. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover

BMU (2009) Erneuerbare Energien in Zahlen – Nationale und internationale Entwicklung. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Berlin

BMWi (2009) Monitoringbericht nach §51 EnWG zur Versorgungssicherheit bei Erdgas. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, Berlin

BNetzA (2009) Monitoringbericht 2009: Monitoringbericht gemäß §63 Abs. 4 EnWG i.V.m. §35 EnWG. Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen, Bonn

Bothe D, Lochner S (2008) Erdgas für Europa: Die ewiGAS₂₀₀₈ Prognose. Z Energiewirtsch, 32/1, 22–29 CrossRef

DBFZ (2009) Erdgassubstitute aus Biomasse für die mobile Anwendung im zukünftigen Energiesystem. Deutsches BiomasseForschungsZentrum gGmbH, Leipzig

EC (2008) European Energy and Transport – Trends to 2030 – Update 2007. European Commission Directorate General for Energy and Transport, Luxembourg

Fichtner W (1999) Strategische Optionen der Energieversorger zur CO₂-Minderung: ein Energie- und Stoffflussmodell zur Entscheidungsunterstützung. Erich Schmidt Verlag, Berlin

FNR (2006) Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz (Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz). Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., Leipzig

GLE (2010) LNG Import Terminals—version October 2009. Gas LNG Europe, Brussels. www.gie.eu/maps_data/lng.html. Letzter Zugriff: 03.03.2010

Graf F (2009) Erzeugung und Einspeisung von Methan aus Biomasse. In: Cail S, Möst D, Fichtner W, Percebois J (Hrsg) Umweltpolitische Ziele der EU: Deutsch-französische Beiträge zur Zielerreichung (Tagungsband des ersten deutsch-französischen Workshops Energiewirtschaft und Nachhaltigkeit in Karlsruhe am 29.–30. Januar 2009). KIT Scientific Publishing, Karlsruhe, S 77–89

Graf F, Bajohr S (2009) Erzeugung von SNG aus ligninreicher Biomasse. energ wasser-prax, 4, 10–16

IE (2008) Energie- und Klimaeffizienz ausgewählter Biomassekonversionspfade zur Kraftstoffproduktion. Institut für Energetik und Umwelt gGmbH, Leipzig

IEA (2009) World Energy Outlook 2009. International Energy Agency, Paris

Holz F, v. Hirschhausen C, Kemfert C (2008) Perspectives of the European Natural Gas Markets until 2025. In: Discussion Papers 823. DIW, Berlin, S 2008

KOV-III (2008) Vereinbarung über die Kooperation gemäß §20 Abs. 1b) EnWG zwischen den Betreibern von in Deutschland gelegenen Gasversorgungsnetzen (Änderungsfassung vom 29. Juli 2008). www.bdew.de. Letzter Zugriff: 03.03.2010

KTBL (2009) Faustzahlen Biogas. Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft eV, Darmstadt

Lochner S, Bothe D (2009) The development of natural gas supply costs to Europe, the United States and Japan in a globalizing gas market—model-based analysis until 2030. Energy Policy, 37(4), 1518–1528 CrossRef

Möst D (2006) Zur Wettbewerbsfähigkeit der Wasserkraft in liberalisierten Elektrizitätsmärkten: eine modellgestützte Analyse dargestellt am Beispiel des schweizerischen Energieversorgungssystems. Peter Lang, Frankfurt am Main

Möst D, Perlwitz H (2009) Prospects of gas supply until 2020 in Europe and its relevance for the power sector in the context of emission trading. Energy, 34(10), 1423–1754 CrossRef

Monopolkommission (2009) Strom und Gas 2009: Energiemärkte im Spannungsfeld von Politik und Wettbewerb: Sondergutachten gemäß §62 Abs. 1 EnWG. Monopolkommission, Bonn

OME (2001) Assessment of internal and external gas supply options for the EU, evaluation of the supply costs of new natural gas supply projects to the EU and an investigation of related financial requirements and tools (Study for the European Commission Directorate General for Energy and Transport). Observatoire Mediterraneen de l’Energie, Nanterre

Perlwitz H (2007) Der Erdgasmarkt für den Kraftwerkssektor unter CO₂-Minderungsverpflichtungen: Eine modellgestütze Analyse des europäischen Energiemarktes. Diss, Universität Karlsruhe

Perner J (2002) Die langfristige Erdgasversorgung Europas: Analysen und Simulationen mit dem Angebotsmodell EUGAS. Oldenbourg Industrieverlag, München

Scheib P (2008) Netzzugang im liberalisierten deutschen Gasmarkt: Eine modellgestützte Analyse zur Bildung von Marktgebieten. Diss, Universität Karlsruhe

UBA (2009) Stand der Technik beim Bau und Betrieb von Biogasanlagen (Bestandsaufnahme 2008). Umweltbundesamt, Leipzig

UMSICHT (2009) Technologien und Kosten der Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz: Ergebnisse der Markterhebung 2007–2008. Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT), Oberhausen

Urban W, Jandewerth M, Dresen B (2007) Klimaretter Biogas. energ wasser-prax, 11, 10–14

WI (2005) Analyse und Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse – Untersuchung im Auftrag von BGW und DVGW, Bd 1: Gesamtergebnisse und Schlussfolgerungen. Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH, Wuppertal

Titel: Zur Analyse der Auswirkungen der Biomethaneinspeisung auf die Entwicklung der deutschen Erdgasversorgung
verfasst von: Dipl. Wi.-Ing. Sebastian Rieger
Prof. Dr. Dominik Möst
Prof. Dr. Wolf Fichtner
Publikationsdatum: 01.03.2011
Verlag: Vieweg Verlag
Erschienen in: Zeitschrift für Energiewirtschaft / Ausgabe 1/2011
Print ISSN: 0343-5377
Elektronische ISSN: 1866-2765
DOI: https://doi.org/10.1007/s12398-011-0043-3

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