DE102008010025A1

DE102008010025A1 - Verfahrensbeschreibung zur Teilhabe am CO2-Emissionshandel als Handelsteilnehmer an der Strom- und Gasbörse und Betreiber von Biomasse-Kraftwerken sowie der Eliminierung von CO2

Info

Publication number: DE102008010025A1
Application number: DE102008010025A
Authority: DE
Inventors: Arnold Grimm; Andreas Penno
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Betreiber von Biogasanlagen und/oder ihre Vertragspartner können, soweit sie den gesetzlichen Bestimmungen genügen, am CO2-Emissionshandel, wie auch zur Einspeisung ihrer erzeugten Energie zu Spitzenlastzeiten, teilhaben.

Description

Die Erfindung betrifft einmal Verfahrensbeschreibungen als Handelsteilnehmer am CO₂ Emissionshandelssystem.
Handelsteilnehmer in diesem Sinne können Betreiber von Biogasanlagen sein, die zum Betreiben solcher Anlagen nachwachsende Rohstoffe (NawaRo) einsetzen. Diese NawaRos weisen, im Gegensatz zu Kraftwerken die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, eine fast ausgeglichene CO₂-Bilanz auf.
Eine nächste Gruppe von Betreibern von Biogasanlagen wird in naher Zukunft zunehmend organische Abfälle aus Haushalten, Abfällen aus Vegetationsmaßnahmen etc. zur Biogasgewinnung einsetzen. Das hierbei, sonst ungenutzt, in die Atmosphäre entweichende CO₂ kann dann zusammen mit Nährstoffen in Photobioreaktoren zu einer hochwertigen Algenbiomasse umgesetzt werden, und somit die wirtschaftliche Gesamtbilanz solcher Anlagen wesentlich verbessern. Der umgesetzte CO₂-Wertanteil kann dann in das Handelsvolumen mit CO₂-Emissionszertifikaten einfließen.
Als weitere Handelsteilnehmer von CO₂-Emissionshandelsertifikaten könnte sich eine Unternehmensgruppe etablieren, die weder NawaRos anbauen, und sie energetisch umsetzen, noch organische Abfälle aus Haushalten, noch Abfälle aus Vegetationsmaßnahmen zur Energie- bzw. Biogasgewinnung einsetzen. Sie werden zur Eliminierung von CO₂ mittels Photobioreaktoren und Algen in Verbindung der nachfolgenden Fotosynthese dieses CO₂ in Kohlenhydrate umsetzen. Diese Kohlenhydrate können wiederum zur Biogaserzeugung eingesetzt werden. CO₂ kann auch in flüssiger wie auch in hochverdichteter Form im Handel erworben werden, welches z. B. aus den Rauchabgasen von E-Werken mit fossilen Energieträgern gewonnen wird. Da in Zukunft die großen Energiekonzerne die Absicht haben CO₂ aus Rauchgasen ihrer E-Werke zu extrahieren, und es danach in unterirdische Kavernen zu verpressen, kann dieses statt dessen in Photobioreaktoren zur erneuten Energiegewinnung eingesetzt werden. Die hierfür eingesetzte Menge an CO₂ kann dann für den CO₂-Zertifikatenhandel als Berechnungsgrundlage dienen.
Zur Zeit setzen land-, forstwirtschaftliche und in geringem aber zunehmendem Maße kommunale Betreiber NawaRos als Energieträger zur Stromerzeugung ein.
Gleiches gilt auch für die Erdgas-Erzeugung aus Biogas, wenn der Betreiber solcher Anlage in seiner Nähe eine Erdgasleitung zur Einspeisung seines gereinigten Biogases angeboten bekommt. Diese NawaRos sind klimaneutrale Produkte. Sie binden als lebende Pflanzen die weitgehend gleiche Menge an CO₂ aus der Luft, wie sie beim Einsatz zur Energieerzeugung an CO₂ ausstoßen. Für die energetische Nutzung der NawaRo werden sie in Einsätzen innovativer Konversionstechnologie zu Biogas umgewandelt.
Die Antragsteller dieser Patentanmeldung stellen die notwendige Verbindung zur
Deutschen Emissionshandelsstelle (DEHSt)
und beantragen im Rahmen des
Nationalen Allokationsplanes (NAP)
die Genehmigung zum Betreiben des Emissionshandels stellvertretend für die Betreiber von Biogasanlagen im Rahmen der
Bekanntmachung
über Förderung von Demonstrationsprojekten zu innovativen Konversionsprozessen für Biogas aus landwirtschaftlichen Substraten auf Basis der Richtlinie zur Förderung von Demonstrationsvorhaben zur energetischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe,
veröffentlicht in
Bundesanzeiger, Dienstag 20. Juni 2001.
Unter dem Abschnitt „Zuwendungszweck” ist folgende Begründung für die Förderrichtlinie niedergeschrieben:
Die energetische Nutzung von landwirtschaftlich erzeugtem Biogas ist geeignet, im Sinne der Vorsorgestrategie, einen Beitrag zur Schonung fossiler Ressourcen und durch ihre weitgehende CO2-Neutralität einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.
Dieser notwendigen Leistung zum Klimaschutz trägt die hier eingereichte Patentanmeldung Rechnung.
Die Patentanmelder erfüllen hiermit die EU-Richtlinien des Handels mit CO₂-Emissionsrechten. Hierbei handeln nicht die Staaten untereinander mit Emissionsrechten, sondern die Betreiber einzelner Anlagen, die die Emissionen verursachen. Diese Emissionsrechte können die Betreiber auch an Gemeinschaften abtreten. Ziel ist es, den Ausstoß des klimaschädlichen Gases CO₂ dort zu vermeiden, wo es am wirtschaftlichsten, bei gleichzeitiger Einhaltung sämtlicher Sicherheitsvorschriften, ist. Biogasanlagen mit dem Einsatz von NawaRo als Energieträger sind durch ihre klimaneutralen Konversionsprodukte auch am wirtschaftlichsten. Sie erfüllen die im Kyoto-Protokoll eingegangenen Klimaschutzverpflichtungen. In diesem Protokoll ist eine Reihe von Regelungen für die so genannten projektbezogenen flexiblen Mechanismen verankert. Diese projektbezogenen, flexiblen Mechanismen, englisch „Clean Development Mechanism” (CDM) und „Joint Implementation” (JI) werden durch diese Patentanmeldung voll erfüllt.
Wie bereits erwähnt, wird parallel zum Emissionshandel auch mit dieser Patentanmeldung die Einspeisung von Strom als Spitzenlast und die Erdgas-Einspeisung beantragt.
Auch dieser Strom-, Erdgas- und Emissionshandel wird nach den Richtlinien der „European Energy Exchange” (EEX) und deren „Allgemeine Vorschriften” durchgeführt.
Da die Teilhaber an den drei Handelssystemen, soweit möglich, über das EDV-System der EEX angeschlossen sein müssen, ergibt sich für die Betreiber von Biogasanlagen eine technisch und wirtschaftlich günstige Position der Verzahnung der drei Wirkungsfelder – Emissionshandel, Einspeisung von Spitzenstrom und Einspeisung von Erdgas aus Biogas – durch ihre installierte EDV. Der datentechnische Zusammenschluss von Biogasanlagen, mit den dazugehörenden Strom- und Gaseinspeisungen, ergibt ein Gesamtsystem von virtuellen Kraftwerken erforderlicher Leistung für den Handel mit der DEHSt.
Ausführungsbeispiele der Patentanmeldung werden nachfolgend von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Kombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:
1 eine Prinzipzeichnung einer EDV-Vernetzung zur Erfassung und Übermittlung der für den Emissions- und Stromhandel notwendigen Signale bzw. Daten eines Betreibers eines Biomassekraftwerkes.
2 eine Prinzipzeichnung eines Datennetzwerkes zwischen einer unbegrenzten Anzahl von Betreibern von Biomassekraftwerken – nach 1 – und der Zusammenschaltung zu einem virtuellen Kraftwerk als Zwischenschaltung zwischen Betreiber und der DEHSt.
3 eine Prinzipzeichnung einer Datennetzverbindung zwischen einem Betreiber ausreichender Energieleistung eines Biomassekraftwerkes nach 1 und der DEHSt.
4 eine Prinzipzeichnung einer EDV-Vernetzung zur Erfassung und Übermittlung (ähnlich 1) die für die Einspeisung von Methan mit Erdgas-Qualität notwendigen Signale bzw. Daten eines Betreibers eines Biomassekraftwerkes mit u. a. Einspeisung in das Erdgasnetz.
1 zeigt eine Prinzipzeichnung einer EDV-Steuerung zur Erfassung und Ermittlung der Daten, soweit sie für den Emissions- und Stromhandel mit der DEHSt ausgelegt ist.
Für die Steuerung durch die eintreffenden Signale bzw. Daten ist eine große Bandbreite der sich anbietenden Datentechnik vorgesehen. Grund dafür: Sollten bereits beim Betreiber einer Biogasanlage ein Datennetz vorhanden sein, so sollte, um Kosten zu sparen, diese Netzwerktechnik mit seiner Software genutzt werden.
An dem Oder-Schalter 1 sind die Eingänge E2 bis E7 eingezeichnet.

E2 wäre z. B. ein Eingang für ein W-LAN-Signal.
E3 wäre z. B. für die Steuerung mittels der Handy-Technik gedacht.
E4 für eine Powerline, d. h. eine Datennetzverbindung über das Stromnetz der Energie-Versorger
E5 eine Datenübertragung mittels einer Kabeldirektverbindung, durch ein so genanntes Patchkabel.
E6 ist reserviert für die Datenübertragung durch Satelittentechnik.
E7 ermöglicht die Bedienung der Anlage durch Handbetrieb, z. B. im Falle eines Ausfalls des Datennetzes oder Einstellung neuer Werte für den Vergärungsvorgang der NawaRo, Probe- und Testläufe.

Schaltelement 2 ist eine Und-Schaltung. Hier liegt ein Steuersignal E1 von der DEHSt oder das gleichwertige Steuersignal von „Virtuelles Kraftwerk”, und das Ausgangssignal 3 der Oder-Schaltung 2 an. Beide Eingänge von 2, E1 und 3, schalten die Zeitsteuerung 4.
Die Zeitsteuerung wird von der DEHSt vorgegeben. Zeitpunkt und Dauer der Stromeinspeisung für den Spitzenstrom werden nach den Richtlinien der DEHSt, und die Höhe der Vergütung nach dem täglich sich anpassenden Marktwert bestimmt.
Der Generator 5 wird vom Ausgangssignal 3 der Oder-Schaltung 1 gesteuert und erhält über die Zuleitung 41 sein Biogas.
In der Realität gehören u. a. hierzu z. B. Biogas-Speicher, Druckpumpe, Steuerventile und Steuerrelais zwischen Ausgangssignal 3 und dem Generator 5. Da aber diese technische Elemente und ihre Verbindungen zum Stand der Technik gehören und somit nicht patentiert werden können, unterbleiben diese Zeichnungen und Beschreibungen.
Der Ausgang des Generators 5 ist eine Gleichspannung und ist mit dem Wechselrichter (geregelt) 6 verbunden. Im Wechselrichter 6 wird aus dem Gleichstrom ein 3-Phasen-Wechselstrom erzeugt und phasengleich dann in das Stromnetz eingespeist.
Angeschlossen über die Verbindung 7 ist der Entweder-Oder-Schalter (Exclusive-Or) 8. Dieser Schalter 8 ist ein Stellschalter mit einem Schließer 9 und einem Öffner 10. Die Raste 11 verhindert nach Erregung des Elektromagneten 12 eine selbsttätige Rückkehr in seine Ausgangsstellung.
Aufgabe des Entweder-Oder-Schalters 8 ist die Umschaltung des Wechselstroms vom Ausgang des Wechselrichters 6 wechselweise zu den Stromzählern 13 und 14.
Grund: Der Betreiber einer Biogas-Anlage kann seinen in das öffentliche Netz eingespeisten Strom entweder nach den Richtlinien des „Erneuerbaren Energie Gesetz” (EEG) oder als Spitzenstrom von der DEHSt vergütet bekommen.
Beide Vergütungen gleichzeitig sind also unzulässig.
So fließt z. B. über den Öffner 10 der Strom zum Stromzähler 13. Hier erfolgt die Stromzählung nach den Richtlinien des EEG. Schaltet der Schließer 9, so öffnet der Öffner 10 und der Strom fließt zum Stromzähler 14. Hier wird die Spitzenstromeinspeisung für die DEHSt erfasst. So wird eine unrechtliche Doppelvergütung der Stromeinspeisung verhindert.
Die erfassten Leistungsdaten der einzelnen Stromeinspeisung in Kilowattstunden (kWh) werden dann über die Leitungen A1 und A2 in der Datenaufzeichnung „Steuerung Virtuelles Kraftwerk” gespeichert, und zur Abrechnung für den oder die Betreiber des Biomasse-Kraftwerkes herangezogen. Über die Stromzähler 13 und 14 erfolgt letztlich die Einspeisung des Stromes in das öffentliche Stromnetz 15.
Die Vergütung für den CO₂-Emissionshandel richtet sich u. a. nach der Höhe des eliminierten CO₂. Da sowohl bei der Stromeinspeisung nach den Richtlinien des EEG, wie auch die Einspeisung des Spitzenstromes nach den Richtlinien der DEHSt, NaWaRo zur Energiegewinnung eingesetzt werden, müssen beide Mengen an NawaRo erfasst werden. Das gelingt über die Erfassung beider Werte in kWh. Über die Kenntnisse des Wirkungsgrades der eingesetzten NawaRo, kann die eingesetzte Menge bestimmt werden.
Aus diesem Grunde werden bei Einzelwerten der Stromzähler 13 und 14 über die Datenleitungen A1 und A2 aus den Stromzählern über einen Und-Schalter 16 erfasst und als Gesamtwert A3 an die zentrale Steuerung weitergegeben.
2 zeigt eine datentechnische Zusammenschaltung von Biomassekraftwerken unbegrenzter Zahl nach dem Beispiel von 1. Die Beschriftungen A1 bis A3 und E1 bis E7 entsprechen in ihrer Funktion denen nach 1.
Die Adressierung der einzelnen Biomassekraftwerke kann sowohl in der Ablauftechnik nach den Vorgaben des Kreisverkehres oder des Sternverkehres erfolgen.
3 zeigt eine datentechnische Verbindung eines Biomasse-Kraftwerkes mit der DEHSt und vergleichbar nach den Bestimmungen des EEG. Voraussetzung für einen Direktanschluss an DEHSt ist eine ausreichende Leistungsabgabe in kWh.
4 zeigt einen Prinzipaufbau in datentechnischer Auslegung vergleichbar nach 1. Abweichend von 1 wird hier die Gewinnung, soweit patentrechtlich notwendig, von Erdgas aus der Gewinnung von NawaRo aufgezeigt. Auch hier sind die technischen Teile, die zur Gewinnung von Biogas, nicht eingezeichnet. Es ist der gleiche Grund wie unter 1 beschrieben.
Das gereinigte Biogas auf Erdgas-Qualität aufbereitet wird in der Zuleitung 41 dem Kompressor 42 mit einer Drehrichtung 44 zugeleitet. Über die Leitung 43 wird das aufbereitete Erdgas in Gasbehälter 45 mit dem notwendigen Druck zwischengespeichert. Über die Leitung 46 wird das Gas an einem 2-Wege-Sperrventil 47 angeschlossen. Während das Ventil 48 in Ruhestellung geschlossen ist, wird das einströmende Gas aus Leitung 46 über das Ventil 49 weitergeleitet. Bei Erregung des elektromagnetischen Ventils 12 wird die Leitung 46 mit 48 verbunden und 49 sperrt automatisch.
Für die Abgabe des Gases nach den Richtlinien des EEG wird dieses Gas vom Gaszähler 51 mit seinem Volumen gemessen und an die Sammelleitung 52 weitergeleitet. Erfolgt die Gasabgabe als Spitzenleistungsabgabe wird dieses Gas nach den Richtlinien der DEHSt über den Gaszähler 50 erfasst.
Die weitere Datenerfassung folgt der Niederschrift nach 1

Claims

Betreiben von Biogasanlagen zur Erzeugung von Bioenergie in Form von Biogasen und ihre Umsetzung in a) elektrische Energie und/oder b) Gas-Energie, c) ihre Einspeisung der Energiearten von a und b ins öffentliche Versorgungsnetz d) eine vernetzte Teilhabe der Betreiber von Biogasanlagen am CO₂-Emissionshandel e) die Berücksichtigung der Höhe der Eliminierung von CO₂ durch den Einsatz von „Nachwachsenden Rohstoffen” (NawaRo) zur Energieerzeugung f) Einspeisung dieser Energiearten von a und b zu Zeiten des Spitzenverbrauches und damit einhergehend ihre entsprechende Vergütung.
Betreiber von Biogasanlagen nach Anspruch 1 stellen für den CO₂-Emissionshandel die notwendigen Verbindungen zur Deutschen Emissionshandelsstelle (DEHSt) her und beantragen im Rahmen des Nationalen Allokationsplanes (NAP) die Genehmigung zum Betreiben des CO₂-Emissionshandels und der Regelungen der projektbezogenen, flexiblen Mechanismen, englisch: „Clean Development Mechanism” (CDM) und „Joint Implementation” (JI).
Betreiber von Biogasanlagen nach Anspruch 1 und 2 können ihre erworbenen Rechte und Pflichten auf eine Handelsgruppe, sonstige Gemeinschaften oder einzelne Vertragspartner übertragen, die selbst keine Biogasanlagen betreiben.
Teilhaber am CO₂-Emissionshandel können nach Anspruch 1 bis 3 auch Betreiber oder Vertragspartner von Systemen sein, die zusätzlich oder nur Algen als Photobioreaktoren zur CO₂-Eliminierung mittels Fotosynthese der Algen einsetzen.
Betreiber von Biogasanlagen oder deren Vertragspartner nach Anspruch 3, können auch Strom und/oder Biogas mit Erdgasqualtität nach den Richtlinien des Energie Einspeisung Gesetz (EEG) vergütet bekommen.
Betreiber von Biogasanlagen oder deren Vertragspartner, nach den Ansprüchen 1 bis 5, müssen zur Vermeidung einer unberechtigen Doppelvergütung der Energieeinspeisung, z. B. nach dem EEG plus einer gleichzeitigen Vergütung zur Einspeisung der Energie zu Spitzenverbrauchszeiten, zwei voneinander getrennte Meßwert-Erfassungsgeräte (1/13 und 14) installieren. Diese Gerate werden über einen entweder/oder-Schalter (Exclusiv-Or) (8) angesteuert, um so eine unberechtigte, gleichzeitige Doppelerfassung der Energieeinspeisung zu vermeiden.
Betreiber von Biogasanlagen nach den Ansprüchen 1 bis 6 werden über Datenfernübertragungsnetze zu sogenannten virtuellen Großkraftwerken miteinander verschaltet, um mit ihrer Gesamtheit den gesetzlichen Bestimmungen zur Teilhabe am CO2-Emissionshandel und der Einspeisung der Energie zu Spitzenlastzeiten zu genügen. (2, 3, 4).