Anforderungen an den Brennstoff

Dr. R. Brökeland

Grundsätzliches zu Holzhackschnitzelanlagen im Gartenbau - Anforderungen an den Brennstoff 01.02.2005 Beratungs- u. Versuchsgemeinschaft Nordbaden Info-Nachmittag Dr. Ruth Brökeland C.A.R.M.E.N. e. V., D-94315 Straubing

Technik der Hackschnitzel- und Getreidebrennanlagen Dr. R. Brökeland

1. Kurze Vorstellung C.A.R.M.E.N. 2. Holzbrennstoffe allgemein Herkünfte von Hackschnitzeln Holzfeuchte Grundlagen der Holzverbrennung Brennstoffbereitstellung

3. Brennstoffliefervertrag Mögliche Inhalte Abrechnungsmodelle Holzpreise Preisklausel

4. Kesselauslegung 5. Wirtschaftlichkeitsvergleich 6. Beispiele und Empfehlungen

Kompetenzzentrum Nachwachsende Rohstoffe Dr. R. Brökeland

Wissenschaftszentrum TU München, FH Weihenstephan 3 Lehrstühle: • Chemie und Molekularbiologie der Nachwachsenden Rohstoffe • Verfahrenstechnologie der Nachwachsenden Rohstoffe • Biogene Werkstoffe

Technologie- und Förderzentrum Bayerisches Staatsministerium für Landwirtschaft und Forsten Rohstoffpflanzen und Stoffflüsse Technologie Nachwachsender Rohstoffe Förderzentrum Biomasse Information und Kommunikation

C.A.R.M.E.N. e. V. Koordinationseinrichtung für Nachwachsende Rohstoffe Beratung und Koordinierung in Sachen Nachwachsende Rohstoffe Projektbetreuung in Bayern (Einzelfallentscheidung Landes-, Bundes- und EU-Mittel) Öffentlichkeitsarbeit Technologie- und Informationstransfer

Organigramm C.A.R.M.E.N. e. V. Dr. R. Brökeland

Geschäftsführung

Sekretariat, Sachbearbeitung

Werner Döller

Rita Spieth Margit Vogt Johanna Krembs Evelin Köhler

Edmund Langer

Öffentlichkeitsarbeit, Sonderaufgaben

Energetische Verwertung

Controlling und Qualitätssicherung

Renate Böhm Carmen Weber Ursula Schulte Karl Hanglberger Christian Schröter Walter Wallrapp

Christian Leuchtweis Dr. Ruth Brökeland Sabine Kreupl Sebastian Kilburg Hubert Maierhofer Bernhard Pex Robert Wagner

Gilbert Krapf Edmund Langer

Stoffliche Verwertung

Dr. Bettina Schmidt Edmund Langer Hubert Maierhofer

Aufgabenbereiche C.A.R.M.E.N. e. V. Dr. R. Brökeland

• Beratung und Koordinierung in Sachen Nachwachsende Rohstoffe

• Einzelfallentscheidungen zu Förderprojekten in Bayern (Landes-, Bundes- und EU-Mittel), Projektentwicklung

• Öffentlichkeitsarbeit • Technologie- und Informationstransfer

• Durchführungen von Symposien und Fachgesprächen www.carmen-ev.de

Mitglieder von C.A.R.M.E.N. e. V. Dr. R. Brökeland 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29.

Freistaat Bayern Agrana GmbH & Co. KG, Essenbach-Altheim Agrarhandel Schilling, Uffenheim ASG Analytik-Service GmbH, Augsburg Baufritz GmbH, Erkheim Bayerischer Bauernverband, München Bayerischer Waldbesitzerverband e.V., München BayWa AG, München BEKON GmbH, Landshut Bio-Heizkraftwerk Altenstadt GmbH, Altenstadt BMW AG, München CENET, München ECCO-Gleittechnik GmbH, Seeshaupt Findlay Industries GmbH, Geretsried Fröling Heizkessel- und Behälterbau GmbH, A – Grieskirchen Füssener Textil AG, Füssen Haimer Franz GmbH, Igenhausen HDG Bavaria Kessel- u. Apparatebau GmbH, Massing Heizomat GmbH, Gunzenhausen Heraklith AG, Simbach/Inn Högl Kompost- u. Recycling GmbH, Volkenschwand Ingenieurbüro Gammel, Abensberg Ingenieurbüro Reis, Undorf-Nittendorf Institut für Textil- u. Verfahrenstechnik, Denkendorf ITEBE, Institut Technique du Bois Energy, F-Lons Le Saunier Kompostwerk Aiterhofen Kraftanlagen Anlagentechnik GmbH, München KWB Kraft & Wärme aus Biomasse GmbH, A-St. Margarethen Lagerland eG, München

30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54.

Landkreis Straubing-Bogen Loick, Hubert, VNR GmbH, Dorsten Novamont GmbH, Eschborn Natec, Peter Pelz, Geretsried (Ehrenmitglied) Ökotherm Bioenergietechnik GmbH, Hirschau Pfleiderer GmbH &Co. KG, Neumarkt PLANKO Planungs- u. Betreiberbüro, Winterbach Preform Polymerwerkstoff GmbH, Feuchtwangen PROHAMA + E.V.A. GmbH, Ludwigshafen Raiffeisen-Warengenossenschaft eG, Leese Saarberg BioEnergie Handelsgesellschaft mbH, Heinsberg Serra Maschinenbau GmbH, Rimsting Stadt Straubing Südstärke GmbH, Schrobenhausen Trocknungsgenossenschaft Lengenfeld eG, Velburg UFOP e.V., Bonn Verband der Bayerischen Elektrizitätswirtschaft e.V., München Verband der Bayerischen Säge- und Holzindustrie e.V., München Verbindungsstelle Landwirtschaft-Industrie, Dr. Otzen, Essen Vereinigte Werkstätten für Pflanzenöltechnologie, Allersberg Verwertungsgesellschaft für nachwachsende Rohstoffe GmbH & Co. KG, Opferbaum/Bergtheim Wella AG, Darmstadt ZAK, Kempten Zentrum für rationelle Energieanwendung und Umwelt GmbH, Regensburg Zerzog GmbH & Co. KG, München

C.A.R.M.E.N. e. V. Energetische Projekte Dr. R. Brökeland

• Erfahrungen aus mehr ca. 120 geförderten Biomasseheiz- und ca. 5 -heizkraftwerken (seit 1992)

• Evaluierung von 12 BiomasseHeizwerken in ganz Deutschland (2000)

• Internationale Zusammenarbeit

• Zwei Technologieeinführungs-Projekte: 3.000 Kleinanlagen in Bayern





Holzbrennstoffe Dr. R. Brökeland

Holzpresslinge (Pellets, Briketts)

Scheitholz

Holzhackschnitzel

Waldholz Sägerestholz Landschaftspflegeholz Straßenbegleitgrün

Industrierestholz (auch Sägespäne) Rinde Altholz Kurzumtriebsholz

Brennstoffeigenschaften von Holz Dr. R. Brökeland Biobrennstoff

Heizwert (wf) (kWh/kg)

Nadelholz allg.

5,23

Laubholz allg.

5,11

Aschegehalt (wf) (%)

Erweichungspunkt (°C)

N (%)

Cl (mg/kg TS)

S (mg/kg TS)

0,79

1.398

0,14

87

234

0,55

1.265

0,49

163

402

wf = wasserfrei aus Hartmann u. a. 2000: Naturbelassene biogene Festbrennstoffe – umweltrelevante Eigenschaften und Einflussmöglichkeiten

6,00 gemittelte Werte für Laub- und Nadelholz Heizwert Hu (MWh/t) bzw. Energiedichte (MWh/Sm³

5,00

4,00 Heizwert Hu (MWh/t) 3,00

2,00 Energiedichte (MWh/Sm³) 1,00

0,00 0

0

10

20 30 40 Wassergehalt w (% der Frischmasse) 25

50

Feuchtegehalt u (% der Trockenmasse)

50

60

100

150

3 Phasen der Holzverbrennung Dr. R. Brökeland

1. Phase: "Trocknung" (bis 150°C) • Das im Holz gebundene Wasser wird verdampft • Wärme wird verbraucht

2. Phase: "Pyrolyse" (150 bis 600°C) • Die brennbaren Holzbestandteile (ca. 85%) werden freigesetzt • Übrig bleibt Holzkohle (ca. 14%) • Wärme wird verbraucht

3. Phase: "Oxidation" (400 bis 1.300°C) • Die freigesetzten Gase werden verbrannt (Sauerstoffzufuhr).

• Die Holzkohle wird verbrannt (Sauerstoffzufuhr) • Wärme wird freigesetzt • Asche bleibt übrig (ca. 1%)

Bereitstellung Hackschnitzel I Dr. R. Brökeland

• • •

Ernte von Waldholz mit Motorsäge oder Harvester Rücken mit Rückezug weitere Brennstoffherkünfte: Landschaftspflegeholz Straßenbegleitgrün Knickholz Altholz u. a.

Bereitstellung Hackschnitzel II Dr. R. Brökeland

•

Hacker mit unterschiedlicher Zuführung: händisch Kranbeschickung selbsttätige Aufnahme





Holzliefervertrag Dr. R. Brökeland

Empfohlene Inhalte von Holzlieferverträge:

1.

Vertragsgegenstand

2.

Lieferumfang

3.

Qualität der Holzbrennstoffe

4.

Beginn u. Ende des Vertrags

5.

Sonstige Bestimmungen

6.

Leistungen, Abrechnungen, Preise

7.

Preisgleitklausel

Festlegung der Holzqualität Dr. R. Brökeland

z. B.: WS-P63-W50 Wassergehalt w 30 bis 50% (bez. auf feuchten Brennstoff)

Wald- oder Sägerestholz Hauptanteil: Feinanteil: Überlängen: max. Länge: max. Diagonale im Querschnitt: Weiteres: Stickstoffgehalt Nadel-, Laubanteil Aschegehalt

mind. 80% 8 bis 63 mm max. 5% < 1 mm max. 1% > 100 mm 200 mm 30 mm

< N 0,5 (Gew.% der TM) < 10 (Gew.% des feuchten Brennstoffs) < A 3,0 (Gew.% der TM)

Abrechnungsmodell 1 Dr. R. Brökeland

Abrechnung nach Brennstoffmenge (Euro pro Tonne oder Schüttraummeter) Betreiber

Lieferant

• bezahlt Brennstoff

• liefert Brennstoff

• übernimmt Kesselreinigung

Wärme

Holzkessel

Holzbrennstoffe

Schnittstelle

Abrechnungsmodell 2 Dr. R. Brökeland

Abrechnung nach Wärmemenge Betreiber

Lieferant

• bezahlt Wärmemenge

• liefert Brennstoff • übernimmt Kesselreinigung

Holzkessel

Wärme

Schnittstelle

Holzbrennstoffe

Preisentwicklung Industrieholz Dr. R. Brökeland

EUR/t(atro) 120 100 80 60 40 20

Fichte

Kiefer

Buche

20 00

19 98

19 96

19 94

19 92

19 90

19 88

19 86

19 84

19 82

19 80

0

Eiche

Quelle: Holzpreisstatistik der Bayerischen Staatsforstverwaltung

mögliche Preisspannen Dr. R. Brökeland

EUR/t(atro) 120 100 80

mögliche Preisspannen:

Quelle: FichteLWF

Kiefer

Buche

20 00

19 96

19 94

19 92

15 bis 73 Euro/t30% 0 bis 35 Euro/t30% 0 bis 14 Euro/t30% -10 bis 15 Euro/t30% 0 bis 34 Euro/t30% 19 90

19 88

19 86

19 80

0

19 84

20

19 82

40

Waldholz Industrierestholz Rinde Altholz Flurholz

19 98

60

Eiche

Quelle: Holzpreisstatistik der Bayerischen Staatsforstverwaltung

Preisentwicklung Heizöl EL Dr. R. Brökeland

Pellets 180 €/t = 36,7 €/MWh Scheitholz 55 €/Rm = 30 €/MWh Hackschnitzel 45 €/t = 15 €/MWh

Indizes für Preisklauseln Dr. R. Brökeland

•

Holzpreise nach Index der Erzeugerpreise forstwirtschaftlicher Produkte, z. B. für Fichte, Buche, Kiefer

•

Lohnpreis nach Volkswirtschaftlicher Gesamtrechnung des Bundes, verschiedene Wirtschaftsbereiche

•

Preis für Dieselkraftstoff nach Index der Erzeugerpreise gewerblicher Produkte

•

Preis für Maschinenbauerzeugnisse

Preisindizes werden vom Statistischen Bundesamt veröffentlicht: www-genesis.destatis.de

Zuständig für die Genehmigung von Preisklauseln ist das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle in Eschborn (weitere Informationen: www.bafa.de)

Muster für Brennstoffliefervertrag unter www.qmholzheizwerke.de





Jahreganglinie: Beispiel Zierpflanzenbau Dr. R. Brökeland

Zierpflanzen Gewächshaus-Wochenmittelwerte (Spitzenlast 1 MW)

700 kW 600 kW 500 kW 400 kW 300 kW 200 kW 100 kW 0 kW 0h

1.000 h 2.000 h 3.000 h 4.000 h 5.000 h 6.000 h 7.000 h 8.000 h Gewächshausfläche: 5.000 m²

Monatsmittelwerte Zierpflanzen Gewächshaus-Wochenmittelwerte (Spitzenlast 1 MW)

41 l HEL-äq/m² Näheres zu Gewächshaus: Gartenbautechnische Informationen Heft 44, 1998, Brökeland

Kesselauslegung: Beispiel Zierpflanzenbau Dr. R. Brökeland

1400

1200

800

Leistung Holzkessel:

750 kW

Deckung über Holzkessel:

91,7%

Auslastung Holzkessel:

3.071 Vbh/a

600

400

200

Stunden des Jahres

8700

8400

8100

7800

7500

7200

6900

6600

6300

6000

5700

5400

5100

4800

4500

4200

3900

3600

3300

3000

2700

2400

2100

1800

1500

1200

900

600

300

0 0

Wärmeleistung (kW)

1000


1400

1200

800


600 kW


91,9%


3.663 Vbh/a

600

400

200

Stunden des Jahres

84 00

78 00

72 00

66 00

60 00

54 00

48 00

42 00

36 00

30 00

24 00

18 00

12 00

60 0

0

0

Wärmeleistung (kW)

1000


1400

1200

800


500 kW


85,8%


4.102 Vbh/a

600

400

200

Stunden des Jahres

84 00

78 00

72 00

66 00

60 00

54 00

48 00

42 00

36 00

30 00

24 00

18 00

12 00

60 0

0

0

Wärmeleistung (kW)

1000





Wirtschaftlichkeitsvergleich I Dr. R. Brökeland

Beispielbetrieb Unterglasbau Grunddaten:

•

Wärmebedarf:

1.620 MWh/a (= 162.000 l Heizöl EL) (→ → 4.050 m² bei 40 l/m² oder 8.100 m² bei 20l/m²)

• • •

Leistungsbedarf:

900 kW (→ → 1.800 Vbh/a, Zierpflanzenanbau)

•

Kesselauslegung:

Deckung über Holz: mind. 85% (= 1.400 MWh/a) Auslastung des Biomassekessels: 2.500 Vbh/a → 560 kW 3.000 Vbh/a → 466 kW 3.500 Vbh/a → 400 kW 400 kW Holzkessel + 500 kW Ölkessel keine Genehmigungspflicht nach 4. BImSchV !

Wirtschaftlichkeitsvergleich II Dr. R. Brökeland

Beispielbetrieb Unterglasbau

•

Investition:

Holzkessel mit Rauchgasreinigung, Holzlagerung und -zuführung 89.000 Euro Ölkessel 24.000 Euro Hydraulik 21.000 Euro Sonstiges pauschal (Demontage, Unvorhergesehenes) 10.000 Euro Planung (8%) 11.400 Euro

Brennstoffkosten:

•

Holz:

w = 50%, 302 kg/Sm³, Hu = 2,29 MWh/t, 690 kWh/Sm³ 5 Euro/MWh, 3,25 Euro/Sm³ , 11,45 Euro/t

•

Heizöl EL:

0,35 Euro/l

Laufende Kosten:

• •

Bedienung der Anlage:

200 h/a, 30 Euro/h, 6.000 Euro/a

keine Kosten für die Ascheentsorgung (1. BImSchV)

Wirtschaftlichkeitsvergleich III Dr. R. Brökeland

Beispielbetrieb Unterglasbau Sonstiges:

•

keine Berücksichtigung von Fördermitteln

Vergleichsvariante:

•

Investition Heizölkessel 900 kW: 37.000 Euro Investition Sonstiges: 5.000 Euro

•

Heizöl EL:

0,35 Euro/l

Wirtschaftlichkeitsberechnung nach VDI 2067:

• •

Zinssatz:

•

Instandsetzung: 1,5% der Investition

5,5 %

Nutzungsdauer Holzkessel: Nutzungsdauer Ölkessel:

15 Jahre 20 Jahre

Wirtschaftlichkeitsvergleich IV Dr. R. Brökeland

Sensitivitätsanalyse: Wärmegestehungskosten in Abhängigkeit von den Brennstoffpreisen am (Beispielrechnung) 80 Wärmegestehungskosten €/MWh

€/MWh Änderung HEL-Preis 70

€/MWh Änderung Holzpreis 60

€/MWh Heizöl-Variante

50 40

bei Hackschnitzelpreis 60 €/t

30 20 bei Hackschnitzel -preis 11,45 €/t

10

bei Ölpreis 60 Ct/l

bei Ölpreis 35 Ct/l

0 0

10

20

30

40

Brennstoffpreise für Holz und Heizöl €/MWh

50

60





Beispiel: Gartenbaubetrieb Gölz I Dr. R. Brökeland

Foto: Kohlbach

Gartenbaubetrieb Gölz • Standort: Stuttgart-Waiblingen • ca. 30.000 m² Unterglas • Schnittblumen, Blumenzwiebeln, Jungpflanzen • www.goelzgartenbau.de

Foto und Text: Gölz

Beispiel: Gartenbaubetrieb Gölz II Dr. R. Brökeland

Hackschnitzellager alte Ölkessel für Spitzenlast großer Pufferspeicher

Biomassekessel 1,6 MW

Beispiel: Gartenbaubetrieb Gölz III Dr. R. Brökeland

Multizyklon RauchgasKondensationsanlage

eingedickter Kondensatzschlamm

Visualisierung

Freilager für Asche

Projektbeispiel: BiomasseHeizwerk Mitterfels Dr. R. Brökeland

•

Biomassekessel 850 kW, Spitzenlastkessel 1,7 MW

•

Wärmeabnehmer: Schulen, Hallenund Freibad, Gewerbebetriebe, private Wohnhäuser

•

Netzlänge: 4.400 m

•

Jahreswärmebedarf: ca. 2.500 MWh/a

•

Jahresverbrauch im Endausbau 1.400 Tonnen Biomasse

Gärtnerei Hiendl als Wärmekunde des Biomasse-Heizwerks Mitterfels I Dr. R. Brökeland

Gartenbau Hiendl Gartenstr. 6, 94360 Mitterfels Tel: +49 9961 200, Fax: +49 9961 7542

•

4.223 m² Hochglas, 200 m² Folie 6.000 m² Freiland, Waldflächen

•

Beet- u. Balkonsortiment in Eigenproduktion, Schnittblumen, Euphorbien, Chrysanthemen, Viola, Primeln u. a., Gemüsejungpflanzen

Gärtnerei Hiendl als Wärmekunde des Biomasse-Heizwerks Mitterfels II Dr. R. Brökeland Übergabestation 1,5 MW

Museumsstück: alter Holz- und Koksofen

Voraussetzungen u. Empfehlungen Dr. R. Brökeland

• Raumbedarf für Holzkessel beachten (Fläche, Höhe) • Platzbedarf für Hackschnitzellagerung und -anlieferung beachten • Brennstoffqualität mit Förder- und Kesseltechnik abstimmen (z. B. Stückigkeit, Wassergehalt, Aschegehalt, frei von Fremdstoffen)

• Brennstofflieferanten einbinden • auf gute Einbindung der Kesselregelung in die Klimaregelung achten

• erfahrenes Planungsbüro einbinden • Vollkostenrechnung nach VDI 2067 • auf vorhandene Erfahrungen zurück greifen

Gespeicherte Sonnenenergie nutzen !! Dr. R. Brökeland