Technische und wirtschaftliche Aspekte

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1 Technische und wirtschaftliche Aspekte AEA, 17. März 2016 Bild-Quelle [8] Aigner 1 Biomasse Charakteristika holzartiger Festbrennstoffe Unterscheidung in feste, flüssige und gasförmige Biomasse. Feste BM - holzartige Biomassen: Hackgut, Pellets, Brennholz, etc. - halmgutartige Biomassen: Stroh, Getreideganzpflanzen - andere Biomassen: Gülle, Ölfrüchte (z.b. Raps, Sonnenblumen) Qualitätsmerkmal Wassergehalt Heizwert, Brennwert Elementgehalte Cl, N, S, K, Mg, Ca, P Schwermetalle Aschegehalt Ascheerweichungspunkt (Lager-) Dichte Wichtigste Auswirkungen Lagerfähigkeit, Heizwert, Anlagenauslegung, Selbstentzündung Brennstoffausnützung, Anlagenauslegung Emissionen, Korrosion Ascheerweichungspunkt Schadstoffemissionen, Ascheverwertung Partikelemission, Ascheverwertung, -entsorgung Anlagentechnik, -regelung, Betriebssicherheit Transport-, Lageraufwand, Logistikplanung Abmessung, Form, Größenverteilung Förder-, Feuerungstechnik, Betriebssicherheit, Feinanteil (bei Preßlingen) Abriebfestigkeit (bei Preßlingen) Lagerdichte, Staubbildung Qualitätsänderung beim Umschlag, Entmischung, Aigner 2 1

2 Hackgut Definition ÖNORM C 4005 Typische Werte A2.0, F15 A3.0, F15 A5.0, F25 A7.0, F25 Aigner Quelle: Holzforschung Austria 3 Hackgut Definition ÖNORM EN ISO , die sehr viele Eigenschaften auf Basis von Analysen abbildet, ist für die meisten praktischen Anwendungen zu komplex und detailliert. ÖNORM C 4005, nur für Waldhackgut, das in Anlagen > 500 kw Leistung verfeuert wird. Es verwendet zur Beschreibung des Ausgangsmaterial nur vier Klassen (C1 bis C4) und für diese Klassen typische Asche- und Feinanteilgehalte. Folgendes sollte eine korrekte Bezeichnung des Hackguts aufweisen: Handelsform Herkunft u. Quelle Rohstoffgruppe Partikelgröße Feinanteil Hackgut oder Schredderholz bei ÖNORM 4005 nur Wald- und Plantagenholz sowie anderes erntefrisches Holz C1 bis C4, sagt aus ob Stammholz, Ganzbaum mit oder Wurzeln, Restholz wie Astwerk und Reisig usw. P16 (früher G30), P31 (früher G50), P45, P63 (früher G100) usw. F15, F25 (typische Werte der Klasse oder Schätzung) Wassergehalt M35, M45, M55, M55+ ÖNORM M 7133 Klasse Grenzwert Bezeichnung W 20 < 20 lufttrocken W lagerbeständig Wassergehalt W beschränkt lagerbeständig in Gew% FS W feucht W erntefrisch S 160 < 160 geringe Schüttdichte S mittlere in kg TS/m3 S 250 > 250 hohe Aschegehalt in % A 0,5 < 0,5 geringer Brennstoff TS A 2 0,5-2 erhöhter G 30 Feinhackgut Größe G 50 Mittelhackgut G 100 Grobhackgut Asche A2.0, A3.0, A5.0, A7.0, A7.0+ (typische Werte oder Schätzung) Aigner Quelle: Biomasseverband OÖ 4 2

3 Pellets Definition Produktion Lieferung Aigner Quelle: propellets Austria 5 Pellets Definition Aigner 6 3

4 Einsatz von Biomasse Anlass? Motivation? Ziel? Ausgangslage Brennstoff Wärme-Erzeugung Verteilung Abnehmer / Verbraucher Hackgut, Pellets, Rinde, Stroh, Neu / Sanierung / Substitution Leistungsbedarf, Winter- / Sommer- Betrieb neu bestehend Objektversorgung, Mikronetz Nah-, Fernwärme, Ortsversorgung Aigner 7 Biomasse-Projekt Technische Aspekte Randbedingungen Standort, Erschließung, Verkehrsanbindung, Leistungsbedarf Spitze / Winter / Sommer, Wärmebedarf, Temperaturniveau, versorgte Objekte, neu / bestehend, Brennstoff & Bereitstellung Welche Biomasse, benötigte / verfügbare Mengen, Eigenschaften, Anlieferungsform, Lager, Aufbereitung, Transport, Anlagenkonzept & Bautechnik Grundlast / Spitze / Reserve, vorhandene Anlagen, erforderliche Verfügbarkeit, Rauchgasreinigung, Verteilung, E-Technik, Leittechnik, Gebäude, Außenanlagen, Wirtschaftliche Aspekte Kapitalbedarf & Förderungen Investkosten Maschinentechnik / E&MSR- Technik / Gebäude, Planung, Finanzierung (Eigenmittel, Kredit, Leasing, Contracting), Fixkosten & Betriebskosten Tilgung, Zinsen, Wartung, Instandhaltung, Versicherung, Personal, Betriebsmittel, Brennstoffkosten, Wirtschaftlichkeit Varianten: Energieträger, Konzept Wärmeverkauf, Themen, Inhalte Zusätzliche Aspekte Organisation, -Struktur Projektbeteiligte, bei Errichtung, im Betrieb, Eigentumsverhältnisse, Behörden Prüfung der Genehmigungspflicht, baurechtl, wasserrechtl. Aspekte, Emissionen Akzeptanz Intern, extern Risikobewertung, zukünftige Entwicklung Gesamtbewertung, Entscheidung Aigner Quelle: [7] 8 4

5 Biomasse-Projekt Projektstruktur Projekt-Beteiligte Aigner 9 Biomasse-Projekt Projektphasen Monitoring, Betriebsoptimierung, Berichtlegung, Instandhaltung Aigner Quellen: [1] 10 5

6 Biomasse-Projekt 1. Projektskizze, wesentliche Inhalte Aigner Quelle: [7] 11 Biomasse-Projekt Projektskizze, Ausschlusskriterien inakzeptable Deckungslücke, die weder durch geänderte Randbedingungen noch durch Förderung geschlossen werden kann. nicht ausreichend Biomasse in erforderlicher Menge oder benötigter Qualität zur Verfügung. Genehmigung problematisch bzw. ist mit unzumutbaren Auflagen verbunden. verfügbare Fläche bzw. das Bauvolumen des Standortes ist nicht ausreichend. Bei Anrainern fehlt eine ausreichende Akzeptanz, so dass mit eventuell unzumutbaren Erschwernissen bei der Realisierung gerechnet werden muss. Keiner übernimmt die Federführung für die weitere Realisierung und/oder es kann kein Investor für das Vorhaben gewonnen werden. Anschlussdichte des erforderlichen Nahwärmenetzes ist zu gering. zeitliche Verlauf der Anschlüsse der potentiellen Abnehmer ist inakzeptabel lang. Aigner Grafik-Quelle: [7] 12 6

7 Biomasse-Projekt Akzeptanzproblematik befürchtete negative Auswirkungen: erhöhte lokale Schadstoffemissionen Geruchsemissionen erhöhte Verkehrsbelastung optisches Erscheinungsbild Schwadenbildung tlw. schlechtes Image Maßnahmen zur Verbesserung der Akzeptanz: optimale Anlagenkonzeption Optimierung der Anlieferlogistik angepasste Architektur frühzeitige Einbindung betroffener Institutionen gezielte Informations-/ Öffentlichkeitsarbeit Aigner 13 Brennstofflagerung Aspekte Aufbereitungsform d. Brennstoffes (Hackgut grob, mittel, fein, Späne, Pellets, etc. Qualität (Feuchte) d. Brennstoffes Pellets vor Feuchtigkeit schützen Belüftung (CO!) örtliche Gegebenheiten ausreichende Bevorratung Logistikkonzept Preisverhalten d. Brennstoffes Manipulationsaufwand, Befüllung Austragungskonzept Lagerfähigkeit d. Brennstoffes Selbstentzündungsrisiko Umsetzungsprozesse (Schimmel) Hinweis: TRVB H 118 Automatische Holzfeuerungsanlagen ÖN M7137 Pelletslagerung - gültig bis 100 to - ab 30 to Zwangsbelüftung od. Arbeitsorg. mit nat./mech. Lüftung - > 100 to EX-Schutz-Konzept Aigner 14 7

8 Brennstofflagerung Grundkonzepte Freilagerung oberirdische Lagerhalle (teils aus Holz und gut durchlüftet, Befüllung durch Lkw bzw. Radlader) oberirdischer Rundsilo (oberhalb oder neben Kessel) Gewebesilo (Pellets) unterirdischer Lagerraum (meist aus Stahlbeton, Befüllung durch Lkw bzw. Radlader) Wechselcontainer Aigner Quelle: Deutscher Energieholz- und Pellet-Verband e.v. 15 Lager-Beschickung Radlader über Silodeckel Pumptankwagen, Einblasen Siloverteiler Hallenkran Kratzkettenförderer Aigner Quellen: [7] 16 8

9 Lager-Austragung Schubboden Knickarm, Federblatt Zentrumsschnecke Konusschnecke Pendelschnecke Nicht für Hackgut geeignet Schnecke mit Schrägboden Saugsysteme Aigner Quellen: [7] 17 Feuerungsbeschickung, Feuerung Hydraulischer Einschieber zyklische Beschickung, Verdichtung des Brennstoffes Schneckenförderer kontinuierliche Beschickung ohne Brennstoffverdichtung, gleichmäßige Rostbelegung Unterschubfeuerung Abwurffeuerung mit Kipprost mit Schalenbrenner mit Tunnelbrenner Quereinschubfeuerung mit Rost (starr, Vorschub) mit Glutbettmulde Aigner Quellen: TFZ im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe 18 9

10 Brennstoffqualität und Feuerungssystem FAQ 36 Tabelle 4: Empfohlener Einsatzbereich der neuen Klassifizierung für Feuerungssysteme und Leistungsgrößen Aigner 19 Vorschubrost- Feuerung Aigner 20 10

11 Staubabscheidung Investkosten Betriebskost. Multizyklon Gewebefilter Elektrofilter Holz Holz, Halmgut Holz, Halmgut gering gering mittel hoch hoch mittel Reingas mg/nm < 25 (1 5) 5-50 Entstaubungsgrad bis 90% bis 99% bis 99% Einsatzbereich ab 100 kw ab 500 kw Aigner Quellen: [1,7] 21 Asche Grob- oder Rostasche: überwiegend mineralischer Rückstand, oft mit Sand, Erde und Steinen; beim Einsatz von Rinde und Stroh, gesinterte Aschenteile und Schlackebrocken enthalten. Zyklonflugasche: überw. anorganische Brennst.bestandteile. Feinstflugasche: In Elektro- oder Gewebefiltern bzw. als Kondensatschlamm in Rauchgaskondensationsanlagen anfallende Flugaschenfraktion. Aigner Quellen: [1,7] 22 11

12 Ascheverwertung, -entsorgung Abhängig von Inhaltsstoffe und Grenzwerte (v.a. Schwermetalle, TOC, PAK, PCDD/F) - Aufbringung auf Acker- und Grünland - Aufbringung auf Waldflächen - Zugschlagstoff zu Kompostieranlagen ph-wert- Absenkung Behandlung Deponie: - (Bodenaushub.) - (Baurestmassen.) - Reststoff. - Massenabfall. - (untertägig), VO, RL: sachgerechte Einsatz von Pflanzenaschen zur Verwertung auf land- und forstwirtschaftlich genutzten Flächen, Richtlinien für sachgerechte Düngung, Kompostverordnung, Deponieverordnung, Abfallwirtschaftsgesetz, Aigner 23 Konzeption Biomasseanlage Kriterien: Brennstoffangebot und -Qualität Verfügbarer Platz, vorgegebene Baulichkeiten Ganzjahresbetrieb oder nur Heizperiode Lastschwankungen, Bandlast Vollbetriebsstundenzahl Biomassekessel Versorgungssicherheit, Redundanz Ausbaustufen Brennstoffpreis Invest- und Betriebskosten Zielsetzung: Optimale Wirtschaftlichkeit und niedrige Emissionen hoher Jahresnutzungsgrad hoher Kesselwirkungsgrad hohe Auslastung der BM-Anlage wenig Glutbettunterhalt Geringe Investkosten geringe Betriebs- und Instandhaltungskosten günstige Brennstoffmanipulation und -lagerung Aigner 24 12

13 Systemwahl & Auslegung Biomasseanlage Fundierte Leistungs- und Wärmebedarfserhebung!!! Wärmeleistungsbedarf kw Raumwärme, Warmwasser, Prozesswärme Jahreswärmebedarf MWh Raumwärme, Warmwasser, Prozesswärme Temperaturbedarf Lastkennlinien, Tagesgänge & Jahresdauerlinie Quelle: Schriftenreihe QM Holzheizwerke Aigner Bilder: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT 25 Systemwahl & Auslegung Biomasseanlage Festlegung: max. notwendige Leistung Wärmeerzeuger Wärmeerzeugungssystem monovalent / bivalent Ein- / Mehrkesselanlage mit / ohne Speicher Aufteilung Wärmeleistung Anlagenkomponenten - Feuerungssystem - Heizzentrale - Kaminanlage - etc. Quelle: Q-Leitfaden Aigner 26 13

14 Systembeispiel Biomasseanlage Keine grundlegend andere Betrachtungsweise der Anlagenhydraulik von BM-Anlagen gegenüber anderen Systemen; Spezifika sind zu berücksichtigen; Rücklaufanhebung bei nassen Brennstoffen NICHT bei Brennwert-Kessel Wärmespeicher / Lastausgleichsspeicher Nicht zwingend erforderlich! Aigner Quellen: Schriftenreihe QM Holzheizwerke Band 2 Standardschaltungen Teil I, Biomasse-Projekt Kosten & Wirtschaftlichkeit Biomasseprojekte zeichnen sich durch hohe Investitionskosten und in der Regel niedrige Brennstoffkosten aus. Mit fundierter, qualitativ hochwertiger Konzeption, Planung und Ausführung: => optimale Anlagenkonzepte => effizienter Anlagenbetrieb => technisch und wirtschaftlich erfolgreiche Biomassenutzung Aigner 28 14

15 Biomasse-Projekt Kosten & Wirtschaftlichkeit FÖRDERUNGEN WICHTIG: Immer aktuelle FÖ-Richtlinien beachten! Bundesumweltförderung (UFI) KPC Kommunalkredit Public Consulting ODER Österreichisches Programm für die Entwicklung des ländlichen Raums div. Landesförderungen Hinweis: de-minimis Regelung, KMU Kriterien; Aigner 29 Biomasse-Projekt Betrachtung Brennstoffpreis Richtwerte: Hackgutpreis Heizwerk: ± /MWh Holzpellets: ± /MWh Aigner 30 15

16 Abrechnung Hackgut Kosten & Wirtschaftlichkeit a: erzeugte Wärmemenge b: Gewicht (mit Berücksichtigung des Wassergehalts) c: Schüttvolumen Aigner 31 Biomasse-Projekt Kosten & Wirtschaftlichkeit Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (selber durchführen oder überprüfen - mit Hausverstand) ON M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung für Energiesysteme VDI 2067 Wirtschaftlichkeit Gebäudetechnischer Anlagen Aigner 32 16

17 qm heizwerke Was ist das? Bundesweites QM-System (seit 2006!) Planung, Bau und Betrieb von Biomasseheizwerken und Wärmenetzen Summe der BM-Kesselnennleistung 400 kw und/oder Trassenlänge 1000 m 50 Qualitätsbeauftragte begleiten die Projekte und sichern die Qualität AEE INTEC: Programmleitung Auftraggeber: Österreichische Energie Agentur / BMLFUW im Rahmen des klimaaktiv-programmes qm heizwerke ist Fördervoraussetzung (Umweltförderung im Inland UFI) Aigner 33 qm heizwerke Zielsetzungen Steigerung der technischen Qualität und Effizienz von Biomasseheizwerken und Nahwärmenetzen Betriebsoptimierung bestehender Anlagen Optimierter Einsatz von Fördermitteln Verbreitung der Erkenntnisse und Erfahrungsaustausch unter (inter)nationalen Akteuren im Biomassebereich Steigerung des Images der effizienten Nutzung von Biomasse Infos, Tools, Ansprechpartner Aigner 34 17

18 qm kompakt Vereinfachtes QM-System für Kleinanlagen < 400kW oder < 1000 lfm Trasse pdf-formular mit automatischer Plausibilitätsprüfung Entwickelt von klimaaktiv qm heizwerke Abfrage technischer Daten Information über mögliche Mängel und Schwachstellen Kein Qualitätsbeauftragter erforderlich Seit 2012 Fördervoraussetzung (UFI) Für Anlagen mit Wärmeverkauf! Tool ist frei verfügbar, und nutzbar! Aigner 35 Technische Voraussetzungen Qualitätskriterien von qm heizwerke basieren auf der Schriftenreihe QM Holzheizwerke (Herausgeber: ARGE QM Holzheizwerke) Außerdem: ÖKL Merkblatt Nr. 67 (derzeit in Überarbeitung) Aigner 36 18

19 Biomasse - Anlagencontracting Leading Family Hotel + Resort Dachsteinkönig versorgte Objekte Hotel-Zentralgebäude und 20 Chalets Wärmebedarf MWh/a für Raumheizung, Lüftung, Pool, Warmwasser Grundlast kw Pelletkesselanlage Spitzenlast & kw Ölkesselanlage Ausfallsicherung Pufferspeicher l Brennstoffeinsatz 97 % Pellet, 3 % HEL Pelletlager 300 m3 Trassenlänge 400 trm Aigner 37 Biomasse - Anlagencontracting Feriendorf Obertraun Zentralgebäude mit Pool und Wellnessbereich, und 75 (59) Wohneinheiten in 46 (38) Gebäuden Wärmebedarf (1.200) MWh/a Ganzjahresbetrieb für Raumheizung u. Warmwasser Trassenlänge (1.160) trm Übergabestationen mit Systemtrennung Heizung und WW Grundlast 390 kw Biomasse Spitzenlast 700 kw Ölkessel Pufferspeicher l Ausfallsicherung mobile Heizstation Brennstoff 95 % Hackgut, 5 % HEL Hackgutlager 250 m3 mit Fernwartung, Telenotsystem, Aigner 38 19

20 Biomasse - Anlagencontracting FRONIUS INTERNATIONAL GmbH versorgte Objekte Bürogebäude, Montage-, Lagerhallen, Heizwerk zur Gänze unterirdisch angeordnet Trassenlänge 130 m Brennstoff Hackgut, SNP, Rinde Brennstofflager 600 m3, Schubbodenaustragung, Brennst.logistik lokale Lieferanten, Brennstoffhandel Aigner 39 Biomasse - Anlagencontracting Inbetriebnahme 2006 Wärmebedarf MWh/a, kw, für Raumheizung, Warmwasser und Prozesswärme, (Ganzjahresbetrieb) Nennleistung Spitzenlast 300 kw Biomasseanlage kw Biomasseanlage kw Erdgas erzeugte Wärme zu 98 % aus Biomasse und 2 % aus Gas Erweiterung 2010 Wärmebedarf 800 MWh/a, 650 kw Prinzipschema BM-Heizwerk Aigner 40 20

21 Biomasse - Anlagencontracting PRO PET Austria Heimtiernahrung GmbH Inbetriebnahme 2007 versorgte Objekte Bürogebäude, Produktionsund Lagerhallen, Trockenkammern Wärmebedarf MWh/a für Prozesswärme, Raumwärme, Warmwasser, (Ganzjahresbetrieb) Nennleistung Brennstoff Spitzenlast & Ausfallsicherung kw Hackgut, Sägenebenprodukte kw bestehende Ölkesselanlage Aigner 41 Biomasse - Anlagencontracting PRO PET Erweiterung (Firmenerweiterung und Heizhauszubau) Wärmebedarf gesamt: Nennleistung Pufferspeicher Spitzenlast & Ausfallsicherung Rauchgasreinigung MWh/a kw Bestand kw neu 30 m kw neue Ölkesselanlage Elektrofilter für beide BM-Anlagen Aigner 42 21

22 Biomasse - Anlagencontracting Plastic Products Innovation Inbetriebnahme 2006 / 07 Abnehmer Wärmebedarf Trassenlänge Nennleistung, Brennstoff Spitzenlast & Ausfallsich. Bürogebäude, Fertigungshallen, Lagerhallen MWh/a 50 m kw Hackgut, SNP 550 kw bestehende Ölkesselanlage Aigner 43 Biomasse - Anlagencontracting Weber Hydraulik GmbH Inbetriebnahme 2005/2006 Wärmeversorgung für Bürogebäude, Montage-, Lagerhalle (9.000 m2 beheizte Fläche) Wärmebedarf 720 MWh/a für Raumheizung, Warmwasser und Prozesswärme, (Ganzjahresbetrieb) Nennleistung 85 kw kw Pufferspeicher l Brennstoff Waldhackgut Brennstofflager Brennst.logistik Anmietung von Heizraum und Brennstofflagerraum Einbindung und Nutzung von Kompressor-Abwärme 200 m3, Gelenkarmaustragung örtliche Liefergemeinschaft Aigner 44 22

23 Energiesparpartnerschaft Dienstleistung keine Investitionskosten Erneuerbare Energieträger Modernisierung Energieeffiziente Systeme Wirtschaftliche, Zukunftssichere, Innovative Lösungen Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! EA-NRW Kontakt: DI Siegfried Aigner aigner energie contracting gmbh ing.aigner wasser-wärme-umwelt gmbh A-4501 Neuhofen, Kremstalstraße 18 Tel: +43 (0) Fax: office@ing-aigner.at Aigner 45 23