Integration fluktuierender erneuerbarer Energien durch konvergente Nutzung von Strom- und Gasnetzen - Konvergenz Strom- und Gasnetze (KonStGas) - Abschlussbericht

Für die Energiewende in Deutschland ist zeitnah ein nennenswerter Ausbau der Stromnetze auf Transport- und Verteilnetzebene erforderlich. Mittel- bis langfristig werden für die Umstellung der Strom- und Energieversorgung auf erneuerbaren Energien (EE) zusätzlich große Speicherkapazitäten benötigt. Dabei sind kostengünstige und mit minimalen Energieverlusten verbundene Speicher- und Erzeugungstechnologien anzustreben. Lösungsansätze dafür werden bisher überwiegend auf der Stromseite diskutiert. Chancen, die sich aus der Kopplung von Strom- und Gasnetzen ergeben, werden kaum wahrgenommen. Das erhebliche Lösungspotential der vorhandenen Gasinfrastruktur und -Anwendungstechnologien mittels Power-to-Gas sowie die damit verbundenen Auswirkungen auf eine nachhaltige Gestaltung der Energiewende finden zu wenig Beachtung. Vor diesem Hintergrund hatte das Forschungsvorhaben "Integration fluktuierender erneuerbarer Energien durch konvergente Nutzung von Strom und Gasnetzen - Konvergenz Strom- und Gasnetze" zum Ziel, unter Berücksichtigung der Kopplung von Strom- und Gasnetzen, (1) die Potenziale zur Aufnahme, Speicherung und Verteilung von EE zu bestimmen, (2) die dynamischen Energieströme aus Angebot und Nachfrage in der gesamten Energieversorgungsstruktur zu modellieren, (3) die Kopplung volkswirtschaftlich zu analysieren und (4) Handlungsempfehlungen für den Ausbau der Netzinfrastrukturen und die Entwicklung eines zukünftigen Energiemarktes abzuleiten

Potenziale, Kosten und Emissionen entlang des Technologiepfades der Biogaseinspeisung: Regionale Bilanzierung unter Anwendung einer GIS-Applikation

Raumbezogene Analysen sind die Kernfunktionalität von Geoinformationssystemen. Die Berechnung von regionalisierten Potenzialen, ökologischen und ökonomischen Bilanzen mittels Geoinformationstechnologien ist daher eine naheliegende Anwendung, die bislang jedoch nicht realisiert wurde. Mit der vorliegenden Ausarbeitung ist am Beispiel des Technologiepfades der Biogaseinspeisung die Funktionsweise exemplarisch demonstriert worden. Der gewählte Technologiepfad eignet sich aus Sicht der Geoinformation für technische und methodische Demonstrationen, da alle Klassen von geografischen Objekten und Datenformaten für die GIS-Applikation genutzt werden mussten und sinnvoll eingesetzt werden konnten. Flächenhafte Informationen des landwirtschaftlichen Anbaus, punktförmige Informationen der Tierhaltung und Anlagenstandorte werden über linienförmige Strukturen der Substrattransporte miteinander verknüpft. Vektor- und Rasterdaten sind für die Modellierung genutzt worden. Um die Bilanzierungen zu ermöglichen, sind die notwendigen Sachdaten und Algorithmen mittels Skripten und Datenbankverknüpfungen in das GIS integriert worden. Die vorgestellte GIS-Applikation ermöglicht eine anlagenspezifische Ermittlung real verfügbarer Biomassepotenziale für die Biogaseinspeisung. Gleichzeitig werden mit den unterschiedlich hohen Potenzialen verbundene Biomethangestehungskosten ermittelt und die ökologische Bilanzierung der Wirkungskategorien Treibhausgas, Versauerungs- und Eutrophierungs-potenzial durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die getroffenen Annahmen zur Flächenverfügbarkeit der wichtigste Faktor bei der Bestimmung der Höhe und räumlichen Verteilung des Biomethanpotenzials sind. Die quantitative Erfassung der regionalen Flächenverfügbarkeit zur Produktion von Biogassubstraten ist in mehreren Schritten unter Verwendung ausgewählter deutschlandweit verfügbarer Sekundärliteraturdaten erfolgt. Der Fokus lag auf der Bereitstellung von nachhaltig und wirtschaftlich erschließbarer Biomasse für die Biomethanproduktion. Mit der BMU-Leitstudie, dem Agrarsektormodell RAUMIS und weiteren umweltschutz-rechtlichen Annahmen sind entsprechende Rahmenbedingungen gewählt worden, um den Zielen gemäß die Anforderungen auch abbilden zu können. Im Vergleich zu anderen bio-massebezogenen Potenzialstudien, die räumliche Aussagen nur über administrative Gliederungen erzielen können, ist es mit GIS-Analysen möglich, die Beiträge zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und resultierenden Vermeidungskosten von einer bestimmten Anlage, einschließlich der im Einzugsgebiet genutzten Substrate von Anbauflächen und Tierhaltungsstandorten, zu identifizieren. Diese Funktionalität kann gleichzeitig für unterschiedlich große Räume angewandt werden, sodass eine Vielzahl an Anlagen und damit ganze Regionen auf einmal analysiert werden können. Die angewandte Methodik kann auf andere Bioenergieformen ausgeweitet oder auf Produkte abseits des Bioenergiesektors angewandt werden, insbesondere wenn die eingesetzten Rohstoffe einen räumlichen Bezug aufweisen und dieser kleinräumig variiert. Die grundlegenden Arbeiten für weitere Anwendungen sind mit der vorliegenden Dissertation gelegt worden

Biogaseinspeisung in das Erdgasnetz : eine technische, ökonomische, raumbezogene und rechtliche Bewertung

Einleitung: Knapper werdende fossile Ressourcen, internationale Klimaschutzverpflichtungen, die Gewährleistung der Versorgungssicherheit und die gebotene Diversifizierung der Energieversorgung: Diese Themen bestimmen die Energieversorgung der Zukunft. Die energetische Nutzung von Biomasse wird hierbei mittelfristig als ein wichtiges Standbein im Energiemix angesehen. Eine interessante Option stellt die Erzeugung und Verwertung von Biogasen dar. Biogase werden heute dezentral in Blockheizkraftwerken (BHKW) energetisch genutzt. Bei entsprechender Aufbereitung zu Biomethan ist aber auch eine Einspeisung in das vorhandene Erdgasnetz möglich. Auf diese Weise kann das Biomasseangebot von der Energienachfrage entkoppelt und ein deutlich größerer Anteil des Biomassepotenzials klimaschonend erschlossen werden. Mit der Einspeisung des veredelten Biogases eröffnen sich neue Nutzungsarten, zum Beispiel die Verstromung in modernen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die Verwendung als alternativer Kraftstoff oder die Nutzung in privaten Haushalten. Das klimazwei-Projekt "Biogaseinspeisung" verfolgte das Ziel, die Möglichkeiten und Potenziale der Biogaseinspeisung realitätsnah zu bestimmen, indem Hemmnisse bei der Erzeugung, Aufbereitung, Einspeisung und Verteilung von Biogas über das Erdgasnetz identifiziert und Lösungsansätze zu ihrem Abbau entwickelt werden sollten. Den Schwerpunkt der Arbeiten stellte der Aufbau eines Geoinformationssystems (GIS) dar. In dem Projekt arbeiteten Ökonomen, Ökologen, Ingenieure, Juristen, Raumplaner und Geografen interdisziplinär zusammen. Die Projektpartner untersuchten in ausgewählten Modellregionen: * das naturräumlich gegebene Biomassepotenzial für einen nachhaltigen Energiepflanzenanbau, * die Logistik von Biomassetransporten, * die Optimierung von Standorten für Biogasanlagen, ihrer Substratversorgung und möglicher Einspeisepunkte, * die Auswirkungen der Biogaseinspeisung auf das Erdgasnetz, * die politischen, rechtlichen und sozioökonomischen Rahmenbedingungen einer nachhaltigen Biogaseinspeisung und * die für die Erzeugung, Aufbereitung und Einspeisung von Biogas erforderlichen Technologien

Standortplanung für die Herstellung CO2-basierter Chemikalien am Beispiel der Olefinproduktion

The use of CO2 as raw material is increasingly gaining in importance as an option for climate protection and as an alternative raw material feedstock. Both direct electrochemical syntheses and thermochemical processes are associated with a high demand for electrical energy. A contribution to climate protection is only possible in the case of low‐carbon power generation, as can be realized, e.g., by wind power or solar energy. This article presents a methodology for identifying suitable sites for the CO2‐based production of olefins in Germany