Biogasanlagen flexibler betreiben: Fraunhofer entwickelt digitale Lösung für strompreisoptimierte Stromerzeugung

© Fraunhofer IGCStuttgart - Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB hat eine digitale Plattform entwickelt, mit der bestehende Biogasanlagen ihre Stromerzeugung stärker an den Strompreisen und der verfügbaren Gasmenge ausrichten können. Die Lösung nutzt vorhandene Betriebsdaten und ergänzt die bestehende Anlagensteuerung.

Mit dem wachsenden Anteil von Wind- und Solarenergie steigt der Bedarf an flexibel steuerbarer Stromerzeugung. Biogasanlagen können dazu beitragen, indem sie ihre Stromproduktion auf Zeiten mit geringer Wind- und Solarstromerzeugung oder höheren Strompreisen verlagern. Fraunhofer IGB stellt seine Entwicklung in den Zusammenhang mit der geplanten EEG-Novelle 2027. Bereits das Biomassepaket 2025 hat die wirtschaftlichen Anreize für einen bedarfsgerechten Betrieb verstärkt.

Fraunhofer-Plattform macht Betriebsdaten von Biogasanlagen für KI nutzbar
Um ihre Stromerzeugung stärker an den Marktpreisen auszurichten, müssen Biogasanlagenbetreiber wissen, wie viel Gas voraussichtlich zur Verfügung steht und welche Betriebsreserven bestehen. Dafür erfassen Sensoren unter anderem Fermentertemperaturen, Gaszusammensetzung und Gasspeicherfüllstände. Hinzu kommen Betriebszustände von Pumpen und Rührwerken sowie Informationen über eingesetzte Substrate. Diese Daten werden laut Fraunhofer IGB bislang häufig nur für die unmittelbare Anlagensteuerung genutzt.

Die neue Datenplattform von Fraunhofer IGB macht diese Informationen für längerfristige Auswertungen und Prognosen verfügbar. Grundlage ist ein sogenanntes Edge Device, ein Industriecomputer, der an die vorhandene speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) angeschlossen wird.

Entscheidend ist die Verknüpfung der Messwerte mit ihrem betrieblichen Zusammenhang. So lässt sich eine Fermentertemperatur erst unter Berücksichtigung des Sollwerts, des Betriebszustands und der vorherigen Substratzugabe sinnvoll bewerten. Die Plattform verbindet aktuelle Messwerte mit historischen Betriebsdaten und kann Strompreis- und Wetterprognosen einbinden.

Die Datenverarbeitung erfolgt direkt an der Anlage, ohne Betriebsdaten zwingend an Cloud-Dienste zu übertragen. Während die SPS weiterhin den Anlagenbetrieb steuert, ermöglicht die zusätzliche Rechenebene Prognosen und KI-gestützte Optimierungsmodelle.

Stromerzeugung nach Marktpreisen und Gasverfügbarkeit optimieren
Für eine strompreisorientierte Betriebsführung verbindet das Fraunhofer-System Strompreisprognosen mit erwarteter Gasproduktion, Gasspeicherfüllstand und verfügbarer BHKW-Leistung. Daraus kann ein Modell einen Betriebsfahrplan berechnen, der empfiehlt, wann Biogas gespeichert und wann es verstromt werden sollte. Dabei müssen auch die technischen Betriebsgrenzen berücksichtigt werden.
Ein weiterer Ansatzpunkt ist die Fütterung des Fermenters. Substrate unterscheiden sich hinsichtlich Gasbildungspotenzial, Kosten und Umsetzungsgeschwindigkeit. Laut Fraunhofer IGB kann ein Optimierungsmodell eine wirtschaftlich sinnvolle Zusammensetzung unter Berücksichtigung der Belastungsgrenzen des Fermenters berechnen.

Die Plattform kann zunächst ausschließlich Handlungsempfehlungen liefern, ohne unmittelbar in die Anlagensteuerung einzugreifen. Ein Simulationstool veranschaulicht das Zusammenspiel von Substratmix und Strompreisen.

Biomassepaket 2025: EEG-Vergütung setzt auf flexible Stromerzeugung
Das Biomassepaket 2025 begrenzt für Biogasanlagen mit entsprechenden Ausschreibungszuschlägen den EEG-Zahlungsanspruch grundsätzlich auf die 11.680 Viertelstunden eines Kalenderjahres mit der höchsten Stromeinspeisung. Das entspricht 2.920 Stunden. Für kleinere Anlagen und ältere Zuschläge gelten abweichende Regelungen. Zusätzlich können Betreiber unter gesetzlichen Voraussetzungen einen Flexibilitätszuschlag erhalten.

Welche Viertelstunden für den EEG-Zahlungsanspruch berücksichtigt werden, ergibt sich rückwirkend aus der tatsächlichen Einspeisung. Auch außerhalb dieser Zeiten können die Anlagen Strom erzeugen und vermarkten, haben für diese Strommengen jedoch keinen EEG-Zahlungsanspruch. Betreiber können ihre Stromproduktion so planen, dass sie möglichst in Zeiten hoher Strompreise mit größerer Leistung einspeisen. Die Fraunhofer-Plattform soll dabei helfen, Gasproduktion, Speicherfüllstand und BHKW-Leistung mit Strompreisprognosen abzustimmen.

Mit der geplanten EEG-Novelle 2027 will die Bundesregierung die Rahmenbedingungen für flexible Biomasseanlagen weiterentwickeln. Ein entsprechender Gesetzentwurf liegt bereits vor. Bioenergieverbände fordern darüber hinaus, die mit dem Biomassepaket 2025 eingeführte Viertelstundenbegrenzung durch eine Regelung auf Basis der Bemessungsleistung zu ersetzen.

Die digitale Optimierung kann vorhandene Gasspeicher und Blockheizkraftwerke besser auslasten, zusätzliche Speicherkapazitäten jedoch nicht grundsätzlich ersetzen. Wie weit sich die Stromproduktion ohne bauliche Erweiterungen in wirtschaftlich attraktivere Zeiten verlagern lässt, hängt von der technischen Ausstattung der jeweiligen Anlage ab.

Die Fraunhofer-Entwicklung soll vorhandene Kapazitäten durch eine bessere Abstimmung von Gasproduktion, Speicherung und Stromerzeugung wirtschaftlicher nutzen. Das öffentlich zugängliche Simulationstool veranschaulicht die Möglichkeiten der Betriebsoptimierung.