Pellets als Energieträger

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1 Pellets als Energieträger

2 Stefan Döring Pellets als Energieträger Technologie und Anwendung 1 C

3 Dr.-Ing. Stefan Döring Plant Engineering GmbH Matthias-Erzberger-Straße Neuwied Deutschland lant-engineering.de ISBN e-isbn DOI / Springer Heidelberg Dordrecht London New York Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandentwurf: estudio Calamar S.L., Figueres/Berlin Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

4 Vorwort Das vorliegende Buch ist eine knappe Beschreibung rund um den Energieträger Holzpellet. Es soll einer Vielzahl von Lesern, Lehrenden wie Lernenden, Unternehmern oder Investoren, Finanziers, Betreibern, Anlagenbauern und anderen Interessierten von Nutzen sein. Davon ausgehend sind in diesem Buch zunächst die Entwicklung des Pelletmarktes mit den Handelsströmen und Preisentwicklungen, Biomassepotentiale für die Pelletierung, die Verbrennungseigenschaften, die gesetzlichen Randbedingungen sowie unterschiedliche Qualitätsanforderungen an die Pellets dargestellt. Aufbauend auf diese Kapitel wird die Technik der Pelletierung beispielhaft beschrieben. Die energetische Verwertung der Pellets wird anschließend behandelt. Der Ausklang enthält eine umfassende Darstellung des Brand- und Explosionsschutzes, der Wirtschaftlichkeit von Pellets im Vergleich zu fossilen Energieträgern und einen kurzen Ausblick auf Forschungsprojekte. Besonders danken möchte ich dem Springer Verlag, der mir die Möglichkeit eröffnete, ein derartiges Buch zu schreiben und zu veröffentlichen. Weiterer Dank gilt den Autoren, die mich bei der Erstellung des Buches unterstützt haben und die ich sehr schätze. Hier insbesondere Herrn Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Frau MSc Dipl.-Ing. (FH) Janet Witt, Herrn Dipl.-Ing. Stefan Schwing von der Firma INBUREX Consulting GmbH, Frau MSc und Dipl.-Kffr. Christiane Hennig sowie Frau Dipl.-Geogr. Nadja Rensberg. Neben den genannten Mitautoren waren weitere Fachleute an der Gestaltung und Durchsicht beteiligt. Beispielhaft sind hier meine Mitarbeiter Alexander Hirsch, Arthur Pinneker, Hubert Schillings, Wolfgang Schlaug, Roland Paul und Christoph Roos zu nennen. Weiterer Dank gilt Herrn Manfred Pfeifer und Herrn Jens Neumeister für die wertvolle Unterstützung. Den in den jeweiligen Kapiteln erwähnten Firmen und übrigen Quellen danke ich herzlich für die Bereitstellung und Freigabe des Bildmaterials. Neben den genannten Personen waren weitere Fachleute an dem Werk beteiligt, auch ihnen danke ich an dieser Stelle herzlich. Ohne deren engagierte Unterstützung wäre die Realisierung des Buches nicht möglich gewesen. Das Buch entstand parallel zu meiner beruflichen Haupttätigkeit. Alle aufgezeigten Zusammenhänge, Fakten und Zahlen wurden nach bestem Wissen und Gewissen sowie mit hoher Sorgfalt recherchiert und dargestellt. Dennoch können Fehler und Unvollkommenheiten nicht ausgeschlossen werden. Daher wäre ich für konstruktive und zielorientierte Anmerkungen mit Blick auf eine mögliche Neuauflage sehr dankbar. Leutesdorf im August 2010 Stefan Döring

5 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Politische Zielsetzungen und energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen Pelletmarktentwicklung Internationale Märkte... 5 Industriepelletmärkte... 5 Premiumpelletmärkte... 6 Pelletmischmärkte... 7 Exportmärkte... 8 Gesamtbilanz Handelsströme Preisentwicklung Literaturverzeichnis Biomassen für die Pelletproduktion Klassifizierung Rohstoffe und technische Potenziale Methodischer Ansatz Rohstoffauswahl Technisches Potenzial Rohstoffeigenschaften Molekularer und elementarer Aufbau Rohstoffparameter zur Beeinflussung der Pelletqualität Literaturverzeichnis Verbrennungstechnische Eigenschaften Grundlagen der Verbrennung Physikalisch-mechanische Brennstoffeigenschaften Chemisch-stoffliche Brennstoffeigenschaften Energieträgerspezifische Einflussgrößen... 47

6 VIII Inhaltsverzeichnis Verbrennungsprodukte beeinflussende Eigenschaften Literaturverzeichnis Gesetzliche Anforderungen des Holzpelleteinsatzes zur Wärmebereitstellung Anforderungen an Emissionen und Energieeffizienz Entsorgung von Aschen und Rückständen Nachhaltigkeitsanforderungen Literaturverzeichnis Qualitätsanforderungen an den Brennstoff Literaturverzeichnis Pelletproduktion Stammholzplatz und Stammholzaufbereitung Entrindung Stammholzzerkleinerung Nassspanlager Außenlager für nasse Hackschnitzel und Späne Automatisiertes Innenlager Schubbodensysteme / Zugbodensysteme Be- und Entladeförderer bzw. Hebe- und Senkförderer Kratzbodensysteme und Kratzkettenförderer Krananlagen Transportsysteme für nassen Rohstoff Kratz- und Trogkettenförderer Förderband Förderschnecke Vibrationsförderrinne Becherwerke Trockner Bandtrockner Trommeltrockner Steuerung und Regelung Kennzahlen für Trockner Lager für trockene Späne Schubboden Silo Pelletierung Allgemeine Prozessbeschreibung Anlagentechnik Magnetabscheider Allmetallabscheider Windsichter

7 Inhaltsverzeichnis IX Hammermühle Additiv- bzw. Stärkedosierung Mischer Reifebehälter bzw. Homogenisierungssilo Pelletpresse Kühler Sieb Pelletsilos Literaturverzeichnis Energetische Verwertung von Pellets Lagerung und Förderung von Pellets Kleinfeuerungsanlagen Mittlere Feuerungsanlagen Großfeuerungsanlagen Zufeuerung von Pellets Literaturverzeichnis Brand- und Explosionsschutz Anforderungen des Regelwerkes Erarbeitung des Schutzkonzeptes Auftreten explosionsfähiger Atmosphären Zoneneinteilung Zoneneinteilung für Aufstellungsbereiche Zoneneinteilung der produktberührten Anlagenbereiche Vermeidung von Zündquellen Technische Maßnahmen zur Vermeidung wirksamer Zündquellen Beherrschen von Explosionen Dimensionierung der Entlastungsfläche Explosionsunterdrückung Auswahl der Entkoppelungseinrichtungen Organisatorische Maßnahmen Brandschutzmaßnahmen Literaturverzeichnis Wirtschaftlichkeit von Pelletkesseln Brennstoffpreise Wirtschaftlicher Vergleich verschiedener Heizsysteme Literaturverzeichnis Forschung und Entwicklung Optimierung der Pelletproduktion Optimierung der Einsatzfähigkeit von Pellets zur energetischen Nutzung239 Anhang

8 X Inhaltsverzeichnis Physikalische Größen und deren Umrechnungsformeln Umrechnung der wichtigsten Einheiten des fps- in das SI-System /1/ Wichtige Einheiten der Mechanik /1/ Wichtige Einheiten der Wärmelehre /1/ Wärmemenge Q Wärmedurchgangszahl k für verschiedene Stoffe und Materialien Heizwerte und Energieäquivalente verschiedener Brennstoffe Allgemeine Umrechnungsfaktoren für Holzmengen Verbrennungstechnische Daten von Buche und Fichte/Tanne bei 18% Wassergehalt Raumgewichte verschiedener Hölzer bei 15% Wassergehalt Hersteller für Pelletkessel Pelletlieferanten Pelletproduzenten in Deutschland Förderdatenbanken Informationsquellen Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis

9 Autoren Neben meiner Person haben folgende Autoren zu dem Buch beigetragen: Kapitel 1 Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, MSc Dipl.-Kffr. Christiane Hennig MSc Dipl.-Ing. (FH) Janet Witt Kapitel 2 Dipl.-Geogr. Nadja Rensberg MSc Dipl.-Ing. (FH) Janet Witt Kapitel 3, 4, 5 MSc Dipl.-Ing. (FH) Janet Witt Kapitel 8 Dipl.-Ing. Stefan Schwing Kapitel 10 MSc Dipl.-Ing. (FH) Janet Witt