Thermische Nutzung von Biomasse - Technik, Brennstoffe, Planungshinweise -

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1 Deutsches BiomasseForschungsZentrum German Biomass Research Centre Informationsveranstaltung Energieeffizienz erhöhen und Geld sparen Thermische Nutzung von Biomasse - Technik, Brennstoffe, Planungshinweise - Daniel Büchner Leipzig, Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D Leipzig,

2 DBFZ Organisation Bereichsleitung Dipl.-Ing. Volker Lenz 2

3 DBFZ Ziele und Aufgaben Praxis- und industrienahe (anwendungsorientierte) Forschung und Entwicklung zu technischen, ökologischen und ökonomischen Fragen der energetischen Nutzung fester, flüssiger und gasförmiger Biobrennstoffe Prüfung und Zertifizierung von festen und flüssigen Biobrennstoffen und von Anlagen zur Wärme-, Strom- und ggf. Kraftstofferzeugung Beratung privater und öffentlicher Einrichtungen zu allen Fragen im Bereich "Energiegewinnung aus Biomasse" Marktbeobachtung und Datenbereitstellung Mitarbeit in nationalen und internationalen Gremien und Ausschüssen u. a. bei der Normung und Richtlinienerstellung Unterstützung von Bundesministerien bei strategischen Fragen im Bereich "Biomasse/Bioenergie" Vernetzung von Aktivitäten relevanter Akteure im Bereich Biomasse / Bioenergie 3

4 Inhalt Grundsätzliches zur thermischen Biomassenutzung Einflussparameter auf die erfolgreiche Biomassenutzung Wirtschaftlichkeit von Biomassefeuerungen Zusammenfassung

6 Thermische Biomassenutzung - Hintergrund der Biomasseverbrennung - Bedeutung bevorzugte Technologie bei der energetischen Verwertung fester Biomasse (Anteil von ca. 90 % an der Wärmebereitstellung aus Biomasse) wichtigster Brennstoff ist Holz, andere Brennstoffe eher Nischenanwendung Vorteile der Nutzung biogener Festbrennstoffe Stärkung der regionalen Wertschöpfung CO 2 -Neutralität der Verbrennung bedarfsorientiert einsetzbar, grundlastfähig Hemmnisse heterogene Eigenschaften infolge der großen Bandbreite möglicher Einsatzstoffe anstehende Verschärfung der Emissionsgrenzwerte durch die Novellierung der 1. BImSchV 6

7 Thermische Biomassenutzung - Verbrennungstechnologien (Auswahl) - Kleiner und mittlerer Leistungsbereich Doppelkammerofen (Fall-)Schachtofen Unterschubrost Großer Leistungsbereich Rostfeuerung Wirbelschichtverbrennung Wurfbeschickung Quelle: Nolting Feuerungstechnik GmbH, Detmold Quelle: Hülsenbusch Apparatebau GmbH & Co.KG, Kempen 7

8 Thermische Biomassenutzung - Verbrennungstechnologien: Unterschubrost - Bedeutung thermische Leistungen von wenigen kw bis mehreren MW erhältlich Einsatz von Pellets und Hackschnitzeln Vorteile gute Laständerungseigenschaften hohe Wirkungsgrade Nachteile kaum Änderung der Brennstoff charakteristik möglich (Födersystem) Ascheaustrag z.t. komplex 8

9 Thermische Biomassenutzung - Verbrennungstechnologien: Rostfeuerung - Bedeutung Standardtechnologie für Industrieanwendungen vom kw bis zum MW- Bereich Vorteile hohe Brennstoffvariabilität (Stückigkeit, Wassergehalt, Ascheanteil) Nachteile aufgrund der großen Brennstoffmengen auf dem Rost nicht für schnelle Laständerungen geeignet 9

10 Thermische Biomassenutzung - Aufbereitungsformen: Scheitholz - Bedeutung kaum überregionale Bedeutung Anlagenbetreiber oft Selbstwerber mit hohem Eigenleistungsanteil Stückholzmarkt primär im ländlichen, waldreichen Gegenden Einsatzbereiche primär handbeschickte Zentralheizungskessel Vorteile kostengünstiger Brennstoff; ohne zusätzliche Aufbereitung einsetzbar lange Lagerfähigkeit des Brennstoffs kostengünstige, robuste Technologien einsetzbar Nachteile nur handbeschickte Feuerungen Pufferspeicher empfehlenswert 10

11 Thermische Biomassenutzung - Aufbereitungsformen: Hackschnitzel - Bedeutung bisher nur begrenzte überregionale Bedeutung im Energiebereich Energiemarkt wird dominiert von Produzenten mit eher regionaler Bedeutung Einsatzbereiche Heiz(kraft)werke mittlerer und großer Leistung Vorteile vielseitige Herkunft der Brennstoffe (Wald, Holzindustrie etc.) automatische Beschickung geringe Brennstoffbezugskosten hoher Wirkungsgrad der Feuerungsanlagen Nachteile hohe Anschaffungskosten für die Feuerungsanlage geringe Energiedichte minderwertige Brennstoffe erhöhen den Verschleiß 11

12 Bedeutung Thermische Biomassenutzung - Aufbereitungsformen: Pellets - Markt bewegt sich von vielen klein- und mittelständischen Unternehmen hin zu wenigen großen Anbietern Brennstoffquellen sind primär die Holzbe- und -verarbeitung Einsatzbereiche primär automatische Zentralheizungskessel Vorteile komfortable Anlieferung der Brennstoffe individuelle Lagersysteme möglich automatische Beschickung hoher Wirkungsgrad der Feuerungsanlagen Nachteile höhere Brennstoffbezugskosten höheres Lagerraumvolumen im Vergleich zu Heizöl 12

13 Thermische Biomassenutzung - Aufbereitungsformen und Leistungsbereiche - kw Brauerei Molkerei Maschinenbau Kunststofffertigung Übergangsbereich Elektronikfertigung Stadthaus Gewerbebau Hotel Kaufhaus Verwaltung Entscheidung hängt sehr stark von den jeweiligen Randbedingungen ab! Quelle: Wärmeatlas Baden-Württemberg 13

14 Thermische Biomassenutzung - Aufbereitungsformen: Übersicht - Für die Bereitstellung von 10 kwh Wärme werden benötigt 14,0 12,0 10,0 8,0 12,5 Hackschnitzel (x=30%, Kiefer) Scheitholz (x=20%, Kiefer) Holzpellets Heizöl 6,0 4,0 2,0 0,0 5,0 3,2 3,1 2,5 2,0 0,9 1,0 0,25 0,3 0,4 0,6 Gewicht in kg Volumen in l Kosten in Euro holzartige Brennstoffe besitzen zum Teil deutlich höheren Lagerbedarf spezifische Kosten niedriger als bei Heizöl 14

16 Einflussparameter - Technologisch - längere An- und Abfahrprozesse bei Biomasse (abhängig von Rostart, -größe und Brennstoff) kontinuierlicher Wärmebedarf ohne starke Schwankungen ist zu bevorzugen niedrige Verbrennungstemperatur bei Holz (bis ca C) Einschränkungen bei Anwendungen die hohe Temperaturen erfordern schwankende Abgaszusammensetzung bei der Verbrennung von fester Biomasse bei direktem Einfluss des Abgases auf die Produktqualität sind Probleme möglich (z.b. keramische Industrie) Just-In-Time Anlieferung nur selten möglich Lagerkapazitäten erforderlich; optimale Brennstofflogistik erforderlich 16

17 Einflussparameter - Ökonomisch - Investitionskosten erschließbare Förderprogramme und Investitionszuschüsse Anlagenkonzeption (KWK, Ausfallsicherheit, Regelung etc.) Brennstoffkosten Brennstoffart (Holz, Stroh etc.) Brennstofflogistik (Brennstoffmenge, Transportwege, Lagerbedarf etc.) Brennstoffeigenschaften (Anlieferungsform, Verunreinigungen, Ascheanteil etc) Erlöse / Einsparungen Stromerzeugung (EEG-Vergütung, Selbstvermarktung) Wärmenutzungskonzept (Wärmeverkauf, kalkulatorische interne Wärmeerlöse) Einsparung anderer Brennstoffkosten (bei Ersatz anderer Feuerungsanlagen) 17

18 Einflussparameter - Rechtlich - Regelbrennstoffe nach 3 1. BImSchV (Auswahl) naturbelassenes Holz (Scheitholz, Hackschnitzel, Sägespäne, Presslinge etc.) verarbeitetes Holz ohne Holzschutzmittel und halogenorganische Verbindungen Stroh und ähnliche pflanzliche Stoffe im Einzelfall auch nicht als Lebensmittel bestimmtes Getreide (Körner, Ganzpflanzen etc.) Emissionenbestimmungen Verschärfung der Bestimmungen im Rahmen der neuen Novellierung der 1. BImSchV Feuerungswärmeleistung Holz Stroh und ähnliche Stoffe Getreide bis 4 kw keine Kontrolle keine Kontrolle keine Kontrolle 15 kw bis 100 kw 1. BImSchV 1. BImSchV 1. BImSchV 100 kw bis 1 MW 1. BImSchV 4. BImSchV mit TA Luft 4. BImSchV mit TA Luft über 1 MW 4. BImSchV mit TA Luft 4. BImSchV mit TA Luft 4. BImSchV mit TA Luft 18

20 Wirtschaftlichkeit - Investitionskosten - Struktur der Investitionskosten für eine 60 kw-anlage Heizölfeuerung ( ) Öltank; 47% Scheitholzfeuerung ( ) Feuerung; 46% Brauchwas serspeicher ; 4% Holzpelletsfeuerung ( ) Brauchwasserspeicher ; 6% Feuerung; 62% Montage; 7% Feuerung; Die höheren Investitionskosten der Biomassefeuerungen Peripherie; benötigen eine 27% Montage; Peripherie; 17% lange Anlagenlebensdauer 7% 13% mit niedrigen Brennstoffkosten! Hackschnitzelfeuerung ( ) Puffer; 27% Feuerung; 73% Pelletssilo; Montage; 11% 6% Brauchwas Peripherie; serspeicher 11% Puffer; 6% ; 4% Quelle: Handbuch Bioenergie-Kleinanlagen, FNR/Hartmann 2007 Montage; 5% Peripherie; 12% Puffer; 6% Brauchwas serspeicher ; 4% 20

21 Wirtschaftlichkeit - Brennstoffkosten - Entwicklung der Brennstoffpreise in Deutschland Die Preise biogener Festbrennstoffe liegen zum Teil deutlich unterhalb den Heizölpreisen. Quelle: Technologie und Förderzentrum, Bayern Eine Korrelation zwischen Heizöl- und Biomassepreisen ist nicht ersichtlich. 21

22 Wirtschaftlichkeit - Gesamtkosten- Struktur der Annuität Annuität der jährlichen Kosten in Annuität der jährlichen Kosten in /a /a Heizöl Scheitholz Hackschnitzel Pellets Heizöl Scheitholz Hackschnitzel Pellets Sonstiges Wartung/Instandhaltung Hilfsenergie Hilfsenergie Brennstoff Brennstoff Montage Montage Peripherie Peripherie Puffer Puffer Brauchwasserspeicher Brauchwasserspeicher Tank Tank / / Silo Silo Feuerung Feuerung Quelle: Handbuch Bioenergie-Kleinanlagen, FNR/Hartmann 2007 Der Einsatz einer Hackschnitzelfeuerung ist preiswerter als der einer vergleichbaren Heizölfeuerung. Anlagendaten: 60 kw Kesselnennleistung, h/a Vollbenutzungsstunden Annuitätsdaten: 6 % Zinssatz, Abschreibung über die technische Lebensdauer von 20 Jahren Brennstoffpreise: wirtschaftlichen 0,55 /l HEL, Vorteil! 60 /RM Scheitholz, 69 /t Hackschnitzel, 220 /t Pellets Derzeit bietet der Einsatz von Pellets keinen pauschalen 22

24 Zusammenfassung Die thermische Biomassenutzung: ist für viele Brennstoffe und Anwendungsfälle verfügbar und technisch ausgereift. bietet die Möglichkeit zur CO 2 -neutralen Energiebereitstellung und zur Stärkung der regionalen Wertschöpfung. erfordert für einen weiteren Ausbau zukünftig sinkende Anlagenkosten und weiterhin niedrigere Brennstoffpreise. wird zukünftig eine größere Bedeutung bei der Wärmerzeugung in Gewerbe und Industrie einnehmen. 24

25 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit. M.Eng. Daniel Büchner Bereich Biomasseverbrennung (V) DBFZ Deutsches BiomasseForschungsZentrum ggmbh Tel: +49-(0)341 / daniel.buechner@dbfz.de 25