Leitfaden Bioenergie

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1 Planung, Betrieb und Wirtschaftlichkeit von Bioenergieanlagen Herausgegeben von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), Hofplatz 1,18276 Giilzow, mit Forderung des Bundesministeriums fiir Verbraucherschutz, Ernahrung und Landwirtschaft (FKZ ). I Der vorliegende Leitfaden Bioenergie wurde als Aktualisierung der Ausgabe aus dem Jahr 2000 im Auftrag des Bundesministeriums fiir Verbraucherschutz, Ernahrung und Landwirtschaft (BMVEL) vom Institut fiir Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universitat Stuttgart erstellt. Das BMVEL und der Projekttrager FNR, Giilzow, haben die Erstellung fachlich begleitet. Die Verantwortung fiir den Inhalt liegt jedoch allein bei den Autoren.

2 Inhaltsverzeichnis Der Leitfaden Bioenergie 9 L. ELTROP, M. KALTSCHMITT 1.1 Ausgangslage Zielsetzung Zielgruppen Aufbau und Gliederung des Leitfadens Datensammlung Bioenergie Abgrenzung Betrachtete Bio-Brennstoffe Betrachtete Technologien 12 Biogene Festbrennstoffe als nachwachsende Energietrager Biogene Festbrennstoffe 14 K. RAAB, L. ELTROP, S. DEIMLING, M. KALTSCHMITT Definition "Biogene Festbrennstoffe" Biogene Festbrennstoffe als regenerative Energietrager Moglichkeiten der energetischen Umwandlung 17! K. RAAB, L. ELTROP, S. DEIMLING, M. KALTSCHMITT Definitionen der Energiebegriffe Wandlungskette von Biomasse Veredelung von Biomasse Biogene Festbrennstoffe im Energiesystem 23 S. SCHNEIDER, S. DEIMLING, M. KALTSCHMITT Potenziale Nutzung Primarenergieverbrauch Beitrag der Biomasse Fiir und Wider einer Energiegewinnung aus biogenen Festbrennstoffen 42 S. SCHNEIDER, S. DEIMLING, M. KALTSCHMITT Umweltpolitische und okologische Aspekte der Energieumwandlung Umweltaspekte bei Aufbereitung, Transport und Lagerung Umweltpolitische und okologische Aspekte der Biomasseproduktion/-bereitstellung Energiepolitische und energiewirtschaftliche Aspekte Agrarpolitische Aspekte Volkswirtschaftliche Aspekte 50

3 Produktion, Bereitstellung und Eigenschaften biogener Festbrennstoffe 52 H. HARTMANN 3.1 Anfall und Produktion holzartiger Biomasse Waldrestholz Be- und Verarbeitungsrestholzer Altholz Holz aus Kurzumtriebsplantagen Ernte und Bergung holzartiger Biomasse Waldrestholz Pflegeholz Ernte von Kurzumtriebsplantagen Anfall und Produktion halmgutartiger Biomasse Halmgutnebenprodukte, -riickstande und -abfalle Energiegetreide Miscanthus (Chinaschilf) Mehrjahrige Futtergraser Ernte und Bergung halmgutartiger Biomasse Mahgut Korner und Stroh Hackselgut Ballen Presslinge Nachernteverfahren fiir Holz und Halmgut Transport Aufbereitung Lagerung Trocknung Brennstoffzusammensetzung und -eigenschaften Elementarzusammensetzung Weitere Brennstoffeigenschaften und ihre Bedeutung Physikalisch-mechanische Eigenschaften Brennstoffmengenabschatzung 89 Technik der Energiebereitstellung Randbedingungen, geeignete Anwendungsbereiche und Anlagenkonzepte 91 G. SCHRODER, B. JAHRAUS, P. HEINRICH Technische Randbedingungen der energetischen Biomassenutzung Geeignete Anwendungsbereiche der Nutzung fester Biobrennstoffe Anlagenkonzepte Generelles zur Biomasse-Anlagenauslegung Physikalische und chemische Grundlagen der Verbrennung 97 K. RAAB, V. SIEGLE, H. SPLIETHOFF Vorgange bei der Verbrennung von Biomassen Vorgange der Schadstoffentstehung bei Verbrennungsprozessen Technik der Energieumwandlung Brennstofflagerung Lagerein- und -austragesysteme Brennstofffordersysteme 114

4 r Inhaltsverzeichnis Feuerungstechniken fiir die Biomasseverbrennung 115 K. RAAB, B. JAHRAUS, P. HEINRICH, V. SIEGLE, H. SPLIETHOFF Warmetauscher/Kessel 124 K. RAAB, B. JAHRAUS, P. HEINRICH, V. SIEGLE, H. SPLIETHOFF Spitzen-/Reservelast-Bereitstellung 129 K. RAAB, B. JAHRAUS, P. HEINRICH, V. SIEGLE, H. SPLIETHOFF Komponenten bei Kraft-Warme-Kopplungs-Anlagen Elektro- und Leittechnik Aufstellung von Bioenergieanlagen, erforderliche Gebaude, Platzbedarf Techniken der Warmeverteilung 148 G. SCHRODER, B. JAHRAUS, P. HEINRICH Genereller Aufbau des Warmeverteilungssystems Technische Einrichtungen innerhalb des Heizwerks Warmenetze Verbraucherseitige Einrichtungen Moglichkeiten der Emissionsminderung 154 K. RAAB, V. SIEGLE, H. SPLIETHOFF Entstaubung Mafinahmen zur HCl-Reduzierung Mafinahmen zur NCyReduzierung Aschezusammensetzung und Ascheverwertung 162 K. RAAB, I. OBERNBERGER Physikalische Charakteristika und chemische Zusammensetzung Verwertung und Beseitigung von Aschen Rechtliche Rahmenbedingungen 181 \ K. RAAB, B. JAHRAUS, P. HEINRICH 5.1 Uberblick iiber die fiir Bioenergievorhaben relevanten Regelwerke Umweltvertraglichkeitspriifung Immissionsschutzrechtliches Genehmigungsverfahren Durchfiihrung und Ablauf des Genehmigungsverfahrens Anforderungen zur Luftreinhaltung Verfahren fiir nach BImSchG nicht genehmigungspflichtige Anlagen Baugenehmigungsverfahren Anforderungen der 1. BImSchV Dampfkesselverordnung und die "Technischen Regeln fiir Dampfkessel" Energiewirtschaftsgesetz Ubersicht der Vorschriften nach BImSchG und der Emissionsgrenzwerte Biomasseverordnung Kosten und Wirtschaftlichkeit Investitionskosten von Bioenergieanlagen Bautechnik der Energieerzeugung Maschinentechnik der Energieerzeugung Elektro- und Leittechnik der Energieerzeugung Warmeverteilung (Nahwarmenetz) 200

5 6.1.5 Sonstige Anschaffungsausgaben Beispiele fiir die Gesamtkosten von Biomasse-Anlagen Betriebskosten von Bioenergieanlagen Kosten fiir Wartung und Instandhaltung Kosten fiir Steuern und Versicherungen Personalkosten Kosten fiir Betriebsmittel und zur Ascheentsorgung Brennstoffkosten und Brennstoffpreise 205 K. RAAB, B. SCHNEIDER, S. DEIMLING Datenbasis und Grundannahmen Bereitstellungskosten frei Feuerungsanlage Brennstoffpreise Einnahmen des laufenden Betriebes Warmeabgabe an Dritte Stromabgabe an Dritte Ermittlung der Wirtschaftlichkeit von Bioenergieprojekten Verfahren der Investitionsrechnung Festlegung der wirtschaftlichen Randbedingungen Durchfiihrung von Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen Finanzierung und Forderung 235 K. RAAB, L ELTROP, C. ROSCH, S. DEIMLING Eigenmittel Fondsfinanzierung Fordermittel Fremdmittel Contracting Leasing 245 Organisation eines Bioenergieprojektes Ubersicht iiber die Projektstruktur Kurzbeschreibung der Projektbeteiligten Projektstruktur in der Realisierungsphase Projektstruktur in der Betriebsphase Organisation der Brennstoffversorgung Aspekte zur Festlegung der Organisation der Brennstoffversorgung Verschiedene Moglichkeiten der Organisation der Brennstoffversorgung Organisationskonzepte fiir die Bioenergieanlage Klassische Organisationsformen Betreibermodelle unter Einbeziehung Dritter Organisation der Betriebsfuhrung, Personalbedarf Rechtsformen Typische Projektstrukturen, Fallbeispiele Kleinanlagen bis wenige 100 kw Anlagen mittlerer Leistung bis ca. 5 MW Heizwerke bzw. -kraftwerke zur Nahwarmeversorgung Anlagen iiber 5 MW 268

6 Inhaltsverzeichnis 8 Erste Projektbeurteiiung Uberblick iiber die Projektskizze Zu beachtende Aspekte bei der Erstellung einer Projektskizze Zielsetzungen der Projektskizze Wesentliche Inhalte der Projektskizze Vorgehensweise bei der Erstellung der Projektskizze Technisches Grobkonzept Festlegung der Randbedingungen Ermittlung der verfiigbaren Biomasse-Mengen Konzipierung der Biomasse-Bereitstellungskette Anlagenkonzipierung, Ermittlung von Parametern und Auslegungsdaten Vorkonzipierung der Bautechnik Vorkonzipierung des Warmeverteilsystems Zusammenfassung der Bearbeitungsschritte Wirtschaftlichkeitsabschatzung Wirtschaftliche Randbedingungen Abschatzung der Investitionskosten, Moglichkeiten zur Forderung Durchfiihrung der Wirtschaftlichkeitsabschatzung Interpretation der Ergebnisse Nicht-technisch/okonomische Aspekte im Rahmen der Projektskizze Vorlaufige Festlegung der Projektbeteiligten Priifung der Genehmigungspflicht und -fahigkeit Bewertung der Akzeptanz Vorbereitung der nachsten Schritte zur Anlagenrealisierung Qualitatsmanagementsystem fiir Holzheizwerke 289 Umsetzung eines Projektes Uberblick iiber die Projektphasen zur Umsetzung eines Vorhabens Phasen der Umsetzung Projektmanagement Unterstiitzung des Bauherrn durch Dritte Zeitbedarf Machbarkeitsstudie Zielsetzung Inhalte Vor-, Entwurfs- und Ausfiihrungsplanung Die Vorplanung Die Entwurfsplanung Die Ausfiihrungsplanung Vertrage Brennstoffliefervertrag Warmeliefervertrag Akzeptanzproblematik Fiir die Akzeptanz relevante Aspekte Mogliche Mafinahmen zur Verbesserung der Akzeptanz Genehmigungsverfahren Genehmigungspflicht nach BImSchG, Ablauf des Verfahrens Vorbereitungsphase (Teil der Entwurfsplanung) Antragsphase 314

7 9.6.4 Das behordliche Genehmigungsverfahren Realisierungsphase Ausschreibung, Angebotsvergleich und Vergabe der Bioenergieanlage Rahmenbedingungen und Anmerkungen zur Anlagenbeschaffung Ausschreibungsverfahren Inhalte der Ausschreibungsunterlagen (Anfrage) Der Angebotsvergleich und die Vergabe Lieferung, Montage, Inbetriebnahme, Probebetrieb, Abnahme Fertigung und Lieferung Die Anlagenmontage Betriebspersonalschulungen Inbetriebnahme Probebetrieb und Abnahme Literaturverzeichnis Index Anhang Abkiirzungverzeichnis Umrechnung von Energieeinheiten Vorsatze und Vorzeichen 353