Flexibilisierung bedeutet, dass eine Biogasanlage ihren Strom nicht mehr gleichmäßig rund um die Uhr erzeugt, sondern vor allem dann, wenn er gebraucht wird. Dafür wird das Biogas zwischengespeichert und in Zeiten hoher Nachfrage in einem leistungsstärkeren Blockheizkraftwerk (BHKW) verstromt. So kann Biogas Schwankungen von Wind- und Solarstrom ausgleichen. Gefördert wird die Flexibilisierung in Deutschland seit dem EEG 2012.
Was bedeutet Flexibilisierung bei Biogasanlagen?
Klassische Biogasanlagen wurden lange im Dauerbetrieb gefahren. Das BHKW lief möglichst viele Stunden im Jahr mit gleicher Leistung. Mit dem wachsenden Anteil von Wind- und Solarstrom hat sich die Aufgabe verändert. Biogas lässt sich speichern und kann deshalb gezielt dann Strom liefern, wenn Wind und Sonne wenig beitragen.
Eine flexible Biogasanlage produziert ihr Gas weiterhin kontinuierlich im Fermenter. Flexibel wird vor allem die Verstromung. Wie eine Biogasanlage grundsätzlich arbeitet, erklärt die Seite Was ist Biogas und was ist eine Biogasanlage?
Das Prinzip: Strom nach Bedarf
Im Projekt VisuFlex, das die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) vorstellt, zeigte sich, dass die Strompreise sehr genau der Residuallast folgen. Das ist die Stromnachfrage, die nach Abzug von Wind- und Solarstrom noch durch andere Kraftwerke gedeckt werden muss. Ist die Residuallast hoch, steigen in der Regel die Preise an der Strombörse. Eine flexible Biogasanlage verlagert ihre Stromproduktion in genau diese Zeiten.
Flexibilität ist auf verschiedenen Zeitskalen möglich. Im Tagesverlauf verschiebt die Anlage ihre Stromerzeugung in die Stunden mit hoher Nachfrage. Eine konsequent überbaute Anlage kann laut FNR auch ein Wochenende ohne BHKW-Start überbrücken. Bei der saisonalen Flexibilisierung wird die Strom- und Wärmeproduktion in das Winterhalbjahr verlagert, in dem der Bedarf am höchsten ist.
Technische Voraussetzungen
Mehr BHKW-Leistung
Wenn eine Anlage dieselbe Gasmenge in weniger Stunden verstromen soll, braucht sie mehr installierte BHKW-Leistung. Die FNR nennt Investitionen in eine bis zu fünffach höhere BHKW-Leistung. Häufig wird dafür ein zusätzliches BHKW aufgestellt oder ein älteres Aggregat durch ein größeres ersetzt. Laut FNR bringen moderne BHKW mit höherer Leistung zusätzlich einen Wirkungsgradgewinn.
Größere Gasspeicher
Das kontinuierlich erzeugte Gas muss in den Stunden zwischengespeichert werden, in denen das BHKW nicht oder nur in Teillast läuft. Deshalb gehört ein ausreichend großer Gasspeicher zu den wichtigsten Investitionen. In flexiblen Anlagen ändert sich der Füllstand der Speicher unter den Membrandächern von Fermentern, Nachgärern und Gärrestlagern häufiger und stärker als im Dauerbetrieb. Eine Über- und Unterdrucksicherung schützt Membran und Behälter, wenn der Druck den zulässigen Höchstwert überschreitet oder den Mindestwert unterschreitet.
Wärmespeicher
Wenn das BHKW nicht durchgehend läuft, fällt auch die Wärme nicht durchgehend an. Fermenter und externe Wärmekunden brauchen aber eine verlässliche Versorgung. Wärmespeicher puffern diese Schwankungen. Laut FNR gehören sie neben Gasspeichern zu den typischen Investitionen bei der Flexibilisierung. Die Fermenterheizung, etwa über eine Behälterheizung, hat dabei weiterhin Vorrang.
Steuerung und Fahrplan
Damit die Anlage zur richtigen Zeit Strom erzeugt, wird der Betrieb nach einem Fahrplan gesteuert. In der Regel übernimmt ein Direktvermarkter die Vermarktung des Stroms. Laut FNR besteht bei der Gestaltung der Fahrpläne noch hohes Optimierungspotenzial.
Biologische Flexibilisierung
Neben der flexiblen Verstromung lässt sich auch die Gasproduktion selbst in Grenzen steuern. Das Biogas Forum Bayern beschreibt in seiner Veröffentlichung zur biologischen Flexibilisierung vom Januar 2024 Ansatzpunkte bei der Auswahl der Einsatzstoffe, beim Fütterungsmanagement, also bei Zeitpunkt und Menge der Fütterung, und bei der Prozessführung im Fermenter.
Wird die Gasbildung an den Fahrplan angepasst, kann der Bedarf an Gasspeicherkapazität sinken. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Prozessüberwachung, denn die Mikroorganismen reagieren empfindlich auf Veränderungen. Eine gleichmäßige Durchmischung durch Rührwerke und eine zuverlässige Einbringtechnik helfen, den Prozess stabil zu halten. Was im Fermenter passiert, beschreibt der Beitrag Biogasanlage Funktion.
Rahmenbedingungen im EEG
Die Flexibilisierung von Biogasanlagen ist eng mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) verbunden. Die FNR fasst die Entwicklung bis zum EEG 2023 so zusammen:
- EEG 2012: Einführung der Marktprämie für die Direktvermarktung und der Flexibilitätsprämie
- EEG 2014 und EEG 2017: Fortführung der Flexibilitätsprämie für Bestandsanlagen und Flexibilitätszuschlag für Neuanlagen. Seit dem EEG 2017 ist die Flexibilisierung Bedingung für die Teilnahme an den Ausschreibungen.
- EEG 2021: höhere Anreize für den flexiblen Betrieb
- EEG 2023: höhere Anforderungen an die Flexibilität
Laut FNR, die sich auf den Report Nr. 50 des Deutschen Biomasseforschungszentrums (DBFZ) stützt, vermarkteten Anfang 2023 rund 92 Prozent der Biogasanlagen, bezogen auf die installierte elektrische Leistung, ihren Strom direkt. Die konkreten Fördersätze, Fristen und Anforderungen ändern sich mit jeder EEG-Novelle. Für eine Entscheidung über eine Flexibilisierung sind deshalb immer die aktuell gültigen Regelungen maßgeblich, die zum Beispiel bei der Bundesnetzagentur nachgelesen oder beim Fachverband Biogas oder einem Direktvermarkter erfragt werden können.
Was die Flexibilisierung für die Wärme bedeutet
Mit dem flexiblen Betrieb verändert sich die Wärmeversorgung. Für die Fermenter wird laut FNR ein Teil der BHKW-Wärme benötigt, die Fermenterheizung hat Vorrang. Externe Wärmekunden wie Nahwärmenetze erwarten eine verlässliche Lieferung. Wärmespeicher und eine abgestimmte Fahrweise sorgen dafür, dass beides auch bei wechselnder BHKW-Laufzeit funktioniert.
Häufige Fragen zur Flexibilisierung
Was ist eine flexible Biogasanlage?
Eine Biogasanlage, die ihren Strom bedarfsorientiert erzeugt. Das Gas wird gespeichert und vor allem dann verstromt, wenn die Nachfrage hoch ist.
Was ist die Flexprämie?
Die Flexibilitätsprämie wurde mit dem EEG 2012 eingeführt. Sie soll bestehenden Anlagen Anreize geben, zusätzliche Leistung für einen flexiblen Betrieb zu installieren. Die aktuellen Bedingungen ergeben sich aus dem jeweils gültigen EEG.
Was hat Direktvermarktung mit Flexibilisierung zu tun?
In der Direktvermarktung wird der Strom über einen Direktvermarkter an der Strombörse verkauft. Erst dadurch werden Preisunterschiede im Tagesverlauf für die Anlage relevant. Laut FNR lagen Anfang 2023 rund 92 Prozent der installierten elektrischen Leistung von Biogasanlagen in der Direktvermarktung.
Welche Technik braucht eine flexible Biogasanlage?
Typisch sind zusätzliche BHKW-Leistung, größere Gasspeicher, Wärmespeicher und eine Steuerung, die die Anlage nach einem Fahrplan betreibt.
Kann auch die Gasproduktion flexibel sein?
In Grenzen ja. Das Biogas Forum Bayern beschreibt die biologische Flexibilisierung über Einsatzstoffe, Fütterungsmanagement und Prozessführung. Der Prozess muss dabei stabil bleiben.
Fazit
Die Flexibilisierung macht aus der Biogasanlage einen steuerbaren Baustein der Energieversorgung. Technisch geht es vor allem um mehr BHKW-Leistung, ausreichend Gas- und Wärmespeicher und eine gute Steuerung. Welche Lösung für eine Anlage passt, hängt vom Standort, von der Wärmenutzung und von den aktuell gültigen Regeln im EEG ab.
Du möchtest wissen, welche Komponenten in einer flexiblen Biogasanlage eine Rolle spielen? Einen Überblick gibt unsere Produktübersicht. Technische Fragen beantwortet das Team von Biogastechnik Süd über die Kontaktseite.
