Holz-Kraft-Anlagen zur Eigenstromversorgung in Serienreife



Neue Holzvergaseranlagen im kleinen Leistungsbereich können mit Reststoffpellets dezentral, wirtschaftlich und effektiv neben Wärme zusätzlich Strom erzeugen. Solche Anlagen sind vor allem für Wohnsiedelungen und Nahwärmenetze in der Forst- und Landwirtschaft und für das Gewerbe ideal. Positive Ergebnisse in diesem Bereich lieferte das von der Firma Spanner Re² GmbH und der RWTH Aachen durchgeführte und vom BMWi geförderte Projekt „Mini-Bio-KWK – Überführung eines Prototyps zur dezentralen Vergasung von Restholzpellets in die Serienreife“.

Die Holzvergasung ist mit ihren derzeit ca. 260 Anlagen in Deutschland eine wichtige Lösung mit Wachstumspotenzial im Wärme- und Strommarkt. Holzvergasungsanlagen werden bisher überwiegend mit Holzhackschnitzeln betrieben und zur Wärmebreitstellung zum Beispiel in Wohnsiedlungen, Bauernhöfen und im Gewerbe eingesetzt. Der erzeugte Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist.

Die Vergütung für den ins Netz eingespeisten Strom ist in den letzten Jahren deutlich gesunken. Hinzu kommt, dass die Nachfrage und Preise für Holzhackschnitzel und Holzpellets in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen sind. Auf der anderen Seite stehen weitgehend ungenutzte Reststoffe zur Verfügung. Diese sind jedoch sehr inhomogen und bereiten zumeist Probleme beim Vergasungsprozess (Asche, Teer). Hier setzte das dreijährige Projekt „Mini-Bio-KWK“ der Fa. Spanner Re² GmbH und der Forscher des Lehr- und Forschungsgebiets Technologie der Energierohstoffe an der RWTH Aachen an. Ein Prototyp zur Vergasung von Holzpellets wurde bereits von der Neufahrner Firma Spanner Re² GmbH gefertigt, die auch andere Holz -Kraft-Anlagen produziert und vertreibt. Ziel des Konsortiums im Projekt „Mini-Bio-KWK“ war es, diesen Prototyp zur dezentralen Vergasung von Restholzpellets für die Bereitstellung von Strom und Wärme mit 30 kW thermischer bzw. 15 kW elektrischer Leistung in die Serienreife zu überführen. Der untersuchte Pelletvergaser könnte idealerweise in kleineren Wohnobjekten und im Kleingewerbe eingesetzt werden.

Um gegenüber fossil oder anderen mit Biomasse befeuerten Heizsystemen wettbewerbsfähig zu sein, sollte die Anlage im Dauerbetrieb stabil, gleichzeitig wartungsarm sein und mit günstigen Brennstoffen betrieben werden. Als Zielgrößen wurden eine Einsatzfähigkeit von mehr als 8 000 Stunden pro Jahr sowie ein Wartungsaufwand von weniger als drei Stunden pro Woche festgelegt. Dies ist vergleichbar mit ähnlichen im Wettbewerb stehenden Systemen. Hierzu wurde die Verfahrenstechnik und -steuerung des Pelletvergasers zur Serienreife weiterentwickelt und optimiert. Insgesamt führte die RWTH über 100 Einzelversuche durch. Für sämtliche Versuche wurden Energie- und Massenbilanzen erstellt und die Emissionen untersucht.

Positive Bilanz. Es gelang die Vergasungsanlage über einen längeren Zeitraum ohne Unterbrechungen im vollautomatisierten Betrieb zu betreiben. Der Nachweis im Betrieb mit Restbiomassen konnte ebenfalls erbracht werden. Das Holzgas konnte zum Betrieb eines Blockheizkraftwerks (BHKW) entsprechend aufbereitet, abgekühlt und damit zur Stromerzeugung genutzt werden. Der Verbrauch der Anlage liegt bei einer Leistung von 15 kWel mit 13 kg/h im für Holzhackschnitzel üblichen Bereich.

Eingespart. Die Investitionskosten in das Vergasungssystem überschreiten derzeit die Kosten konventioneller Heizsysteme. Aus diesem Grund wurden verschiedene Reststoffe, welche preiswerter und im ausreichenden Maße am Markt verfügbar sind, eingesetzt. In Einzelversuchen konnten Resthölzer, wie Wurzelholz und Straßenbegleitgrün positiv getestet werden. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb sind jedoch noch weitere Untersuchungen notwendig. Zukünftig könnte durch die verstärkte Verwendung von Reststoffen der Konflikt mit der stofflichen Nutzung von Biomasse vermieden und die ökologisch vorteilhafte Kaskadennutzung gefördert werden.

Mit der Novellierung des EEG zum 1. August 2014 wurden die Vergütungssätze für Bioenergie um teilweise über 30 % gesenkt. Ein wirtschaftlicher Betrieb von Neuanlagen, die nach dem 1. August 2014 in Betrieb genommen wurden, ist unter den jetzigen Rahmenbedingungen des EEG 2014 eher fragwürdig. Eine Alternative zur Stromeinspeisung und -vergütung nach EEG ist den erzeugten Stroms selbst zu nutzen bzw. diesen zu Zeiten niedrigen Eigenbedarfs direkt zu vermarkten. Voraussetzung hierfür ist, dass es am Betriebsstandort der Anlage ein der Anlagenleistung entsprechenden Abnehmer für den Strom und die Wärme gibt (z. B. Trockenkammern für Hackschnitzel, Heu und Getreide oder Hotels mit Wellnessbereich). „Von Vorteil ist in dem Fall die niedrige Leistung des Konzeptes Mini-Bio-KWK (15 kWel/30 kWth). So können Kosten gespart und der wirtschaftliche Betrieb der Anlagen grundsätzlich erreicht werden“, resümiert Thomas Bleul, Projektleiter und Geschäftsführer bei Spanner. Um auch weiterhin in Deutschland wirtschaftlich attraktive Anlagen verkaufen zu können, wurde zusätzlich auch noch eine kleinere Holzvergasungsanlage, die HKA10 (9 kWel/25 kWth), speziell zur Eigenstromversorgung entwickelt. Diese vereint Holzvergaser und BHKW in einem besonders kompakten Gehäuse und ähnelt damit immer mehr den bestehenden Standard-Heizungen.

Durch die Realisierung des Konzeptes Mini-Bio-KWK können je Anlage Treibhausgase von ca. 1.000 t CO2-Äquivalent im Vergleich zum fossilen Brennstoff Heizöl reduziert werden. Es wird davon ausgegangen, dass der erzeugte Strom bzw. die erzeugte Wärme gemäß Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz vor Ort selbst genutzt werden kann. Ferner bleibt in den aschearmen Holzpellets wenig Rückstand, in der Regel nur ca. 1 % der Ausgangsmasse nach dem Prozess übrig. Bei aschereichen Brennstoffen fallen geringfügig höhere Aschemengen an.

Die ausführlichen Ergebnisse des Projektes sind im Schlussbericht veröffentlicht. Dieser kann hier abgerufen werden.

Quote:

Förderung & Partner

Das Projekt Mini-Bio-KWK – Überführung eines Prototyps zur dezentralen Vergasung von Restholzpellets in die Serienreife (FKZ-Nr.: 03KB076) wurde im Rahmen des Programms „Energetische Biomassenutzung“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) von 2012 – 03/2015 gefördert. Das Projekt wurde vom Unternehmen Spanner Re² GmbH unter wissenschaftlicher Begleitung des Lehr- und Forschungsgebietes Technologie der Energierohstoffe der RWTH Aachen (TEER) erarbeitet und umgesetzt. Die Firma Spanner Re² GmbH produziert und vertreibt seit 2005 u. a. Holz-Kraft-Anlagen.

Autor:
Holzi am 21. Apr. 2016 um 06:07 Uhr
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