Untersuchung zur Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen für verschiedene Betreibermodelle

Vorwort

1. Einführung und Problemstellung

2. Die Biogasanlage in der Übersicht
2.1 Ausgangstoffe und Biogasentstehung
2.2 Biogasausbeuten und Methangehalte
2.3 Aufbau und Funktionsweise einer Biogasanlage
2.4 Biogasanlagen auf der Basis von Nachwachsenden Rohstoffen

3. Das EEG und die Novellierung vom August 2004

4. Investitionsausgaben für den Bau und Betrieb einer Biogasanlage
4.1 Festlegung der Anlagengrößen
4.2 Investitionsausgaben für die Anlagengröße von 550 kW
4.3 Investitionsausgaben für die Anlagengröße von 2 MW
4.4 Laufende Ausgaben der Biogasanlagen
4.4.1 Betriebsgebundene Ausgaben der Biogasanlagen
4.4.2 Verbrauchsgebundene Ausgaben der Biogasanlage
4.5 Abschreibungen
4.6 Laufende Einnahmen der Biogasanlage
4.7 Möglichkeiten der finanziellen Förderung

5. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für das Modell Eigenbetreiber
5.1 Die Kapitalwertmethode als Wirtschaftlichkeitskriterium
5.2 Allgemeines
5.3 Aufstellung der Finanzierung und des Kalkulationszinssatzes
5.4 Ein- und Auszahlungen für das Modell Eigenbetreiber
5.5 Berechnung mit der Kapitalwertmethode
5.6 Einflussfaktoren für einen wirtschaftlichen Betrieb
5.6.1 Veränderungen der Betriebsstunden des BHKW
5.6.2 Preissteigerung der Substrate (NawaRo)
5.6.3 Erhöhung der Instandhaltungsausgaben des BHKW
5.6.4 Erhöhung der Ausgaben für die Betriebsführung
5.6.5 Reduzierung der Einspeisepreise
5.6.6 Reduzierung der Investitionsausgaben
5.6.7 Einsatz von Gülle statt Wasser
5.6.8 Änderung des Kalkulationszinssatzes

6. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für das Modell Pächter
6.1 Allgemeines
6.2 Aufstellung der Finanzierung und des Kalkulationszinssatzes
6.3 Ein- und Auszahlungen für das Modell Pächter
6.4 Berechnung mit der Kapitalwertmethode
6.5 Einflussfaktoren für einen wirtschaftlichen Betrieb
6.5.1 Erhöhung der Überschussbeteiligung
6.5.2 Erhöhung des Verdienstes für die Betriebsführung

7. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für das Modell Fondsanleger
7.1 Allgemeines
7.2 Aufstellung der Finanzierung und des Kalkulationszinssatzes
7.3 Ein- und Auszahlungen für das Modell Fondsanleger
7.4 Berechnung mit der Kapitalwertmethode
7.5 Einflussfaktoren für einen wirtschaftlichen Betrieb
7.5.1 Preisminderung der Substrate
7.5.2 Ermittlung des Kalkulationszinssatzes
7.5.3 Reduzierung der Betriebsstunden
7.5.4 Erhöhung der Netzanschlussausgaben

8. Schlussbetrachtung

9. Ausblick

Abkürzungsverzeichnis

Literaturverzeichnis

Anlage: Kapitalwertberechnungen

Vorwort

Der energetischen Nutzung von Biomasse kommt unter den Aspekten des Klimaschutzes, der Ressourcenschonung und der effizienten Energienutzung eine wachsende Bedeutung für die Energieversorgung zu.

Die erste Biogasanlage wurde Ende des 19. Jahrhunderts in England erbaut. In Deutschland arbeiten bis dato 2.000 Biogasanlagen auf der Basis von Entsorgungsstoffen und tierischen Exkrementen.

Mit der Novellierung des Gesetzes für den Vorrang Erneuerbarer-Energien (EEG-Novelle) im August vergangenen Jahres ist neue Dynamik in den Biogasbereich gebracht worden. Garantierte Preise für den eingespeisten Strom über 20Jahre sowie ein zusätzlicher Bonus für Nachwachsende Rohstoffe sorgen für Planungssicherheit. Mit dem Anbau von NawaRo und deren Verstromung in Biogasanlagen werden sich viele Agrarbetriebe zu Energieversorgern umstellen. Unternehmen, die große Flächen bewirtschaften und entsprechende Rohstoffmengen in Biogasanlagen verarbeiten, könnten ganze Ortschaften mit Strom versorgen.

Vor der Errichtung einer Biogasanlage ist die Finanzierung ein wichtiger Aspekt. Je nach finanzieller Situation und Unternehmensform kann es unterschiedliche Betreibermodelle geben. Die Betreiber unterliegen wie alle Unternehmer entsprechenden Chancen aber auch Risiken mit ihrer Investition. Letztlich sollte diese Investition wirtschaftlich vorteilhaft sein.

1. Einführung und Problemstellung

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen für verschiedene Betreibermodelle (Eigenbetreiber, Pächter und Fondsanleger) untersucht. Dabei wird die EEG-Novelle vom 1. August 2004, die erhöhte Vergütungen für den eingespeisten Strom auf der Basis von Nachwachsenden Rohstoffen vorsieht, berücksichtigt.

Die Betreibermodelle unterscheiden sich nach den Eigentumsarten, bei den Zinserwartungen des eingebrachten Kapitals und der Risikoabstufung des Investments.

Als Wirtschaftlichkeitskriterium wird der Kapitalwert verwendet. Weiterhin wird dargestellt, durch welche Faktoren Ergebnisveränderungen bei der Wirtschaftlichkeit verursacht werden können. Dabei werden besonders kritische Faktoren herausgestellt.

In der Einleitung der Arbeit werden kurz alle Grundinformationen vermittelt, die zum Verständnis einer Biogasanlage notwendig sind.

Den Hauptteil der Arbeit bildet die Untersuchung der Wirtschaftlichkeit unter dem Aspekt verschiedener Betreibermodelle und unterschiedlicher Anlagengrößen, die auf der Basis von NawaRo arbeiten. Es erfolgt eine Bewertung der Ergebnisse. Gleichzeitig werden Handlungshinweise gegeben.

In der Schlussbetrachtung werden die Betreibermodelle noch einmal kurz miteinander verglichen und bewertet.

2. Die Biogasanlage in der Übersicht

2.1 Ausgangstoffe und Biogasentstehung

Biogas ist ein Gasgemisch, welches durch den anaeroben, mikrobiellen Abbau von organischen Substanzen entsteht. Diese Substanzen werden als Biomasse bezeichnet. Dabei wird unterschieden nach Biomasse z. B. Weizen und nach Energieträger z.B.Ethanol.^[1]

Biogas besteht zu 50 bis 70% aus dem Energieträger Methan (Abb. 2.1). Weitere Bestandteile sind Kohlendioxid und Spuren von Stick-, Wasser- und Schwefel­wasserstoff sowie Kohlenmonoxid.

Der Energiegehalt ist direkt vom Methangehalt abhängig. So hat ein Kubikmeter Methan einen Energiegehalt von cirka 10 kWh.

Die Bereitstellungskette von Energie aus Biomasse umfasst alle Prozesse, beginnend mit der Produktion der Energiepflanzen bis zur Bereitstellung der Endenergie.

Abb. 2.1: Schema der Biogasentstehung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.2 Biogasausbeuten und Methangehalte

Die Biogasausbeuten sind zwar in erster Linie substratabhängig, jedoch dürfen Faktoren wie Temperatur, Verweilzeit oder Belastung nicht vernachlässigt werden, um den biochemischen Prozess der Anlage störungsfrei zu halten und letztendlich einen optimalen Ertrag zu erreichen. In Tab. 2.1 sind die Biogasausbeuten und die Methangehalte aus verschiedenen Kofermenten pro t Frischmasse (FM) aufgeführt. Die angegebenen Werte sind Durchschnittswerte, die in der Praxis schwanken können.^[2]

Tab. 2.1: Gasausbeuten und Methangehalt verschiedener Kofermente

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.3 Aufbau und Funktionsweise einer Biogasanlage

Die in der landwirtschaftlichen Biogaspraxis anzutreffenden Verfahren der Biogasgewinnung beruhen fast ausschließlich auf Nassvergärung, da der Prozess im flüssigen Medium stattfindet. Das Durchflussverfahren ist hierbei am weitesten verbreitet. Neben der Nassvergärung kann auch die Trockenvergärung zur Anwendung kommen. Diese wird vor allem für die Bioabfallbehandlung genutzt.

Im Wesentlichen umfasst der Betrieb einer Biogasanlage die Bereiche Substratbereitstellung und Vorbehandlung, Biogaserzeugung, Gasspeicherung sowie die Strom und Wärmeerzeugung (Abb. 2.2).

Abb. 2.2 : Schematischer Aufbau einer Biogasanlage mit Kofermentation^[3]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.4 Biogasanlagen auf der Basis von Nachwachsenden Rohstoffen

Als Nachwachsende Rohstoffe (NawaRo) können z. B. Mais, Roggen und Weizen für die Biogasanlage verwendet werden. Es gibt derzeit verschiedene Typen von Biogasanlagen, die auf der Basis von NawaRo betrieben werden. Da die Technologie für diese Anlagen noch im Entwicklungsstadium ist und die Erfahrungswerte über mehrere Jahre Betrieb fehlen, gibt es keine Standardanlage. Jede Biogasanlage ist ein Unikat, dessen technische Parameter auf die spezifischen Gegebenheiten vor Ort abgestimmt werden.^[4]

In dieser Arbeit werden zwei Anlagen betrachtet, die sich in ihrer elektrischen Anlagenbemessung unterscheiden (550kW und 2000kW). Für beide wird jedoch derselbe technische Aufbau gewählt. Zum Einsatz kommt ein zweistufiges Verfahren, da bei diesem Verfahren die Gasausbeute der Substrate optimal ist.

Für beide Anlagen wird nun eine Aufteilung der Anlagentechnik vorgenommen. Diese ist notwendig, um die Investitionsausgaben detailliert in Kapitel 4 ermitteln zu können. Die in der Abb. 2.3 veranschaulichten Komponenten werden wie folgt aufgeteilt:

- Fermenter (1. Stufe)
- Nachgärer (2. Stufe)
- Gärrestlager
- NawaRo-Lager
- Feststoffdirekteintrag
- Gebäude
- Leitungsnetz- und Pumpentechnik
- Anlagensteuerung
- Blockheizkraftwerk (BHKW)
- Biogaskühlaggregat
- Netzanschluss mit Trafo
- Außenanlagen
- Baunebenkosten

Abb. 2.3 Zweistufige Biogas-Anlage^[5]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3. Das EEG und die Novellierung vom August 2004

Das Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien vom 29. März 2000 soll im Interesse des Klima- und Umweltschutzes eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung ermöglichen. Dabei soll der Beitrag Erneuerbarer Energien an der Stromversorgung in Deutschland bis zum Jahr 2010 verdoppelt werden.^[6]

Mit der Novellierung des Gesetzes verbessern sich ab 1.August 2004 die Rahmen­bedingungen für den Einsatz von Biogasanlagen deutlich, da zusätzliche Vergütungen, vor allem der NawaRo-Bonus, gezahlt werden. Das Gesetz legt in Abhängigkeit von der elektrischen Leistung unterschiedliche Mindestvergütungen für den aus Biomasse erzeugten Strom fest.

Zusätzliche Vergütungen erhält man für:

- die Verwendung von NawaRo,
- den Einsatz innovativer Technologien
- die Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

Für den Bezug des NawaRo-Bonus sind Randbedingungen definiert worden.^[7]

Der Innovationsbonus wird für besonders fortschrittliche, effiziente und damit umweltschonende Anlagentechnologien wie z. B. Stromerzeugung mittels Brennstoffzellen zur Verfügung gestellt.

Neben dem Innovationsbonus können Betreiber von Biogasneuanlagen auch den KWK-Bonus in Anspruch nehmen. Dieser Bonus wird für denjenigen Anteil an erzeugten Strom vergütet, von dem die gleichzeitig erzeugte Wärmemenge außerhalb der Biogasanlage, z. B. für Wohnhäuser oder Stallanlagen, genutzt wird. Der Anlagenbetreiber muss die Wärmenutzung nachweisen. Mittels Wärmemengenzähler und Stromkennzahl lässt sich errechnen, wie viel Strom erzeugt werden musste, um die Wärmemenge zu erzielen.

Die genannten Vergütungen werden für die Dauer von 20 Jahren zuzüglich des Inbetriebnahmejahres gezahlt und sind konstant für diesen Zeitraum. Die Grundvergütung unterliegt einer jährlichen Degression von 1,5 % pro Jahr. In Tab. 3.1 sind die entsprechenden Vergütungspreise in Abhängigkeit zur Anlagengröße dargestellt.

Tab. 3.1: Vergütungspreise für Biogasneuanlagen bei Inbetriebnahme in 2005, alle Angaben in Ct./kWh^[8]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4. Investitionsausgaben für den Bau und Betrieb einer Biogasanlage

4.1 Festlegung der Anlagengrößen

Betrachtet man die Einspeisevergütung in Kapitel 3 (Tab. 3.1) wird deutlich, dass mit zunehmender Anlagengröße die Einspeisevergütung abnimmt. Der Bau kleinerer Anlagen soll demnach besonders gefördert werden. Insbesondere wird der NawaRo-Bonus abder Stufe von 500 kW reduziert.

Die Wirtschaftlichkeitsberechnungen werden deshalb für zwei Anlagengrößen, 550 kW und 2MW (2000 kW), durchgeführt. Dabei kommt für die Betreibermodelle Eigenbetreiber und Pächter die Anlage mit 550 kW in Betracht.^[9] Die größere Anlage soll für das Fondsmodell untersucht werden. Dafür spricht, dass Fondsmodelle aufgrund von Marketing- und Vertriebsausgaben erst bei größeren Anlagen tätig werden. Vergleichbare Windparkfonds, die schon einige Jahre angeboten werden, haben ähnliche elektrische Anlagengrößen.^[10]

Weiterhin ist zu bemerken, dass mit zunehmender Anlagengröße die spezifischen Investitionsausgaben sinken (Abb. 4.1).

Abb. 4.1: Spezifische Investitionsausgaben^[11]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4.2 Investitionsausgaben für die Anlagengröße von 550 kW

Die Investitionsausgaben für die 500 kW-Anlage sind in Tab. 4.1 dargestellt. Die größte Ausgabeposition stellt das BHKW dar, welches aus zwei Zündstrahlaggregaten mit 275 kW besteht. Die zweitgrößte Ausgabeposition ist das Gärrestlager.

[...]

^[1] Vgl. AG Biogas, Biogas in der Landwirtschaft, Ministerium für Landwirtschaft Brandenburg, Potsdam 2003, S.10

^[2] Vgl. aid infodienst, Biogasanlagen in der Landwirtschaft, Bonn 2003, Seite 32

^[3] Vgl. FNR, Leitfaden Biogas, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Gülzow 2004, S.35

^[4] Vgl. FNR, Leitfaden Biogas, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Gülzow 2004, S.12

^[5] Vgl. FNR, Leitfaden Biogas, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Gülzow 2004, S. 5

^[6] Vgl. Bundesgesetzblatt Nr. 13, Bonn 29. März 2000

^[7] Vgl. Bayrische Landesanstalt für Landwirtschaft, München Mai 2004, Seite 2 „wenn,

^[8] Vgl. o.V., Novelle zum Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien, Bundesanzeiger, Berlin 2004

^[9] Vgl. Recherche mit verschiedenen Anlagenbetreibern, Berlin 2005

^[10] Vgl. Fondsprospekt des Biogasfonds Hünxe, 2004

^[11] Vgl. FNR, Grundsätze der Projektplanung, Potsdam 2004, S.191