Emissionen und Effizienz bei modernen Biomassefeuerungen

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1 Emissionen und Effizienz bei modernen Biomassefeuerungen Haslinger W, Schmidl C, Schwarz M, Golicza L, Pointner C, Wörgetter M Bioenergy GmbH

2 Inhalt Historische Entwicklung Stand der Technik bei modernen Biomassefeuerungen Zyklustest und Feldtests Herausforderung: Heizungssystem Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Folie 2

3 Emissionen und Effizienz am Prüfstand historische Entwicklung Signifikante Verbesserung der Verbrennungsqualität Signifikante Verbesserung der Effizienz unter stationären Prüfbedingungen Folie 3

4 Stand der Technik moderne Scheitholzkessel Scheitholzvergaserkessel: Sturzbrand oder seitlicher unterer Abbrand Verbrennungsregelung mittels Lambdasonde Gestufte Verbrennung Saugzug, Pufferspeicher Folie 4

5 Stand der Technik moderne Pelletskessel Unterschub-, Einschub-, Abwurffeuerung à verschiedene Rostkonzepte Niedrige Emissionen durch gute CO-Lambda-Charakteristik und gestufte Verbrennungsluftzufuhr Verbrennungsregelung mit Lambda-Sonde oder Brennraumtemperatur Gute Modulationsfähigkeit à hohe Effizienz und niedrige Emissionen Brennwerttechnik Folie 5

6 Zyklustest für moderne (Biomasse-)Feuerungen Ziele Versuchsstandsmethode zur Bestimmung von Jahresnutzungsgrad und Emissionsfaktoren von Kleinfeuerungssystemen Soll in Typenprüfungsprozedere nach EN integrierbar sein Konzept: In Ahnlehnung an Fahrzyklustest für KfZ: Entwicklung and Lastzyklustests für Feuerungssysteme Folie 6 New European driving cycle test

7 Jahreslastzyklus Last in % der Nennleistung Lastniveaus gemäß DIN Definierte Steigungen für Lastwechsel 100% 90% 80% 70% 60% 63% 50% 40% 30% 48% 39% 30% 20% 10% 13% 0% 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 Slide 7

8 Ausgewählte Ergebnisse Lastzyklustest Folie 8

9 Ausgewählte Ergebnisse Lastzyklustest Folie 9

10 Beispiel I: Feldmessung Passiv- / Niedrigstenergiehaus Aktive Wärmerückgewinnung 12 kw Pelletskessel mit Ausgleichsbehälter Warmwasser fast ausschließl. mit Abluftwärmepumpe Heizung Warmwasser Brennstoff Effizienz [kwh] [kwh] [kwh] [%] Herbst ,4 Winter ,8 Frühling ,3 Folie 10

11 Beispiel I: Feldmessung Passiv- / Niedrigstenergiehaus Aktive Wärmerückgewinnung 12 kw Pelletskessel mit Ausgleichsbehälter Warmwasser fast ausschließl. mit Abluftwärmepumpe Heizung Warmwasser Brennstoff Effizienz [kwh] [kwh] [kwh] [%] Herbst ,4 Winter ,8 Frühling ,3 Folie 11

12 Beispiel II: Feldmessung Saniertes Gebäude: ~110 kwh m -2 a kw Pelletskessel Solaranlage 400 l Warmwasserspeicher 8 kw Scheitholzofen CO mg/mj OGC mg/mj Staub mg/mj NOx mg/mj Emissionen aus 24h Messung 150,1 2,1 10,7 103,1 Emissionsfaktoren (UBA, 2004) Folie 12

13 Herausforderung: Heizungssystem Systemkonfigurationen Versuchsstand von Bioenergy2020+ Wärmeproduktion Pelletskessel Solareintrag (Sim) Wärmespeicher WW-Boiler: 300l (B300) Pufferspeicher: 825/1000/1500l Wärmeverteilung Variable Rücklauftemperatur Variabler Volumenstrom Folie 13

14 Folie 14 Herausforderung: Heizungssystem Systemkonfigurationen Versuchsstand von Bioenergy2020+ Wärmeproduktion Pelletskessel Solareintrag (Sim) Wärmespeicher WW-Boiler: 300l (B300) Pufferspeicher: 825/1000/1500l Wärmeverteilung Variable Rücklauftemperatur Variabler Volumenstrom

15 Auswahl untersuchter Heizungskonfigurationen Folie 15

16 Kessel- und Systemwirkungsgrad exemplarisch für einen Heizkessel Variowin WxB WxS ÜxB ÜxS SxX Mix K-B300-P825d-FBH Gesam t 73,8 71,9 78,3 78,0 64,6 74,5 KW 48 Kessel 86,6 86,3 87,6 89,5 84,5 87,0 K-B300-P825d-HK Gesam t 75,4 72,3 66,3 71,6 64,6 72,5 KW 49 Kessel 88,8 88,0 89,2 87,4 84,5 88,5 K-B300-P825d-HK-I Gesam t 78,8 79,6 75,7 76,5 64,6 77,7 KW 50 Kessel 88,3 88,2 87,8 88,0 84,5 88,1 V-B300-P825d-HK-I Gesam t 78,8 78,6 74,7 75,5 64,6 77,2 KW 51 Kessel 87,8 87,7 86,3 86,6 84,5 87,3 V-B300-P1500r-HK-I Gesam t 74,5 79,4 77,3 76,0 64,6 75,7 KW 01 Kessel 85,3 87,4 86,5 86,5 84,5 86,0 K-B300-HK-I Gesam t 84,7 82,3 68,4 68,8 48,7 78,5 KW 02 Kessel 87,0 84,7 72,4 75,8 51,1 81,6 K-FBH-I Gesam t 87,0 84,5 85,7 81,9 83,0 KW 03 Kessel 88,2 85,7 87,5 83,4 84,4 K-B300-HK-I-S Gesam t 84,4 81,0 74,6 78,7 78,8 KW 04 Kessel 86,5 83,1 76,2 80,0 80,7 Folie 16

17 Kessel- und Systemwirkungsgrad exemplarisch für einen Heizkessel Systemwirkungsgrade zwischen 75 und 84% Unterschied zwischen Kessel- und Systemwirkungsgrad zwischen 1.5 and 15% abhängig von Systemdesign (Komponenten und Implementierung) Nutzungseinfluss (Vermeidung von Sommerbetrieb!) Schlüsselverlust (>4%): Fehlende Isolierung der Rohre WW-Speicher zeigt Vorteile gegenüber Pufferspeicherintegration Kein signifikanter Einfluss vom Vol.strom- / Rücklauftemp.konzept Aussagen nur eingeschränkt verallgemeinerbar, nur gültig für den dargestellten Kessel (12 kw, Abwurffeuerung, 60l Kesselwasservolumen) und die verwendeten Komponenten (Pufferisolierung)! Folie 17

18 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Ergebnisse der Typenprüfung nach EN zeigen die erfreuliche Entwicklung von Biomassekleinfeuerungen Moderne Biomassekleinfeuerungen zeigen unter stationären Betriebsbedingungen eine beachtliche technologische Reife Lastzyklusmessungen zeigen Abweichungen von Ergebnissen der Typenprüfungen Differenzierung zwischen verschiedenen Kesseln Heizungsdesign, Komponenten, Qualität der Heizungsinstallation und Betriebsbedingungen entscheidend für Nutzungsgrad und Emissionen Folie 18

19 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Zyklustests und Typtagmessungen am Versuchsstand und Feldmessungen belegen Realistische Jahresnutzungsgrade von 80% CO, OGC und Staubemissionen liegen Größenordnungen unter den Emissionsfaktoren des Anlagenbestands à Zyklustest als neue / zusätzliche Referenzmethode à Standardisierung des Heizungsdesigns à Qualifizierung der Heizungsbauer à Kesseltausch hat hohes Potenzial zu Effizienzsteigerung und Verbesserung der Luftqualität Folie 19

20 Dank den Förderstellen Unternehmenspartnern Folie 20

21 Dank den Wissenschaftlichen Partnern Folie 21

22 Vielen Dank! Walter Haslinger Area Manager Sub-Area Small scale combustion systems BIOENERGY GmbH, Location Wieselburg Tel:

23 Tools for the optimization of the annual efficiency Measurements at test stands + Systematic variation of requirements and configuration + Lot of data à Optimization more efficient Average load profiles, optimal (not real) system integration Measurements in the field + Real situation: user, building, system components Measurements difficult, variations not/limited possible Folie 23