Projekt 10915/01

Holzhackschnitzelanlage mit neuartiger Feuerungs- und Regelungstechnik zur Versorgung eines Neubaugebietes in Sasbach (Ortenaukreis)

Projektträger

ratio energie GmbH
Tumringer Str. 270
79539 Lörrach
Telefon: 07621/956699-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Wärmeversorgung für das Neubaugebiet sollte nach den Vorstellungen der Gemeinde auf der Basis von Holz und im Contracting-Modell erfolgen. Das Konzept des Betreibers ratio energie sieht eine monovalente Holzhackschnitzelanlage mit zwei Heizkesseln und den Verzicht auf jeglichen fossilen Energieträger vor. Bei diesem Konzept müssen die beiden Heizkessel über einen großen Leistungsbedarf gut regelbar sein und sollen dennoch niedrige Emissionswerte aufweisen. Dies ist nur mit einer speziellen Regelung für den Teillastbereich < 30% möglich. Des weiteren sollen der Betriebsaufwand durch eine automatische Entaschungsanlage und der energetische Wirkungsgrad mit Hilfe eines nachgeschalteten Abgaswärmetauschers (Eco) erhöht werden. Es soll gezeigt werden, dass für moderne Wärmeversorgungen auf Basis Holz ein zuverlässiger Betrieb verbunden mit geringen Emissionen möglich ist.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Schwierigkeit bei der Auslegung der beiden Holzheizkessel liegt in der Prognose des zukünftigen Wärmebedarfs in dem Neubaugebiet. Der Bebauungsplan gibt Anhaltswerte für den Wärmebedarf im Endausbau, wenn das gesamte Neubaugebiet aufgesiedelt ist. Die Anschlussentwicklung ist ausschließlich von äußeren Faktoren abhängig, die nicht beeinflusst werden können; z. B. Baupolitik der Gemeinde, Grundstückspreise, Bebauungspflicht bei Kauf gemeindeeigener Grundstücke, Wohnungsmarkt, etc. Es können daher keine allgemeingültige Regeln bei der Dimensionierung der Wärmeerzeuger Anwendung finden. In diesem Projekt wurden die beiden Kessel so dimensioniert, dass ein Kessel (200 kW zzgl. Eco) den Wärmebedarf für die Warmwasserbereitung während der Sommermonate bereitstellen kann. Der zweite Kessel hat eine Leistung von 500 kW zzgl. Eco. Die Größe des Sommer-Kessels ist dabei abhängig von der Art der Warmwasserbereitung: bei Hausstationen mit Warmwasserboiler darf die Heizleistung geringer sein als bei Hausstationen mit Durchlauferhitzer. Dies war ein Grund weshalb die Hausstationen mit Warmwasserspeicher ausgerüstet wurden. In der Aufsiedelungszeit ist der Wärmebedarf in den Sommermonaten gering; der Heizkessel muss deshalb auch in niedrigen Teillastbereichen gut regelbar sein, um einen gleichmäßigen Betrieb mit niedrigen Emissionen zu gewährleisten; die Glutunterhaltsdauer ist soweit wie möglich zu minimieren. Erreicht werden diese Forderungen durch eine Lambda-Regelung und einer speziellen Software, die für den Regelbereich 10% bis 30% Teillast eingesetzt wird. Die Software kann in diesem Regelbereich die Feuerungsparameter besser optimieren als dies bei einem Regelbereich von 10% bis 100% der Fall wäre.


Ergebnisse und Diskussion

Die Erfahrungen der ersten 4½ Betriebsjahre (Inbetriebnahme der Heizzentrale April 1997 bis Ende 2001) können wie folgt zusammengefasst werden:
Die Inbetriebnahme und der Betrieb einer monovalenten Holzhackschnitzelanlage bei geringem Wärmebedarf (im Frühjahr und Sommer 1997 waren nur 2 Einfamilienhäuser im Versorgungsgebiet angeschlossen) ist aufwendig und wenn möglich zu vermeiden.
Der Bedienungsaufwand der HHS-Anlage ist deutlich aufwendiger als dies erwartet wurde. Dies liegt im wesentlichen am notwendigen Reinigungsaufwand für die beiden Heizkessel, der sich auch durch den Einsatz der automatischen Entaschung nicht so stark wie erwartet reduzieren lässt. Die manuelle Reinigung der Kesselzüge bei den beiden Anlagen ist weiterhin sehr zeitintensiv. Abhilfe brächte hier eine pneumatische Kesselreinigung, wie wir diese in anderen von uns betriebenen HHS-Anlagen einsetzen. Für die Anlage in Sasbach wird die Nachrüstbarkeit mit einer solchen pneumatischen Kesselreinigung geprüft.
Im ersten Betriebsjahr traten häufiger Störungen in der Brennstofftransportanlage auf, die im wesentlichen auf eine nicht optimale Platzierung der Sensoren und einer zu geringen Anzahl von Sensoren an den Übergabestellen zurückzuführen waren. Die häufigste Störungsursache (über 90%) sind jedoch immer noch Störungen, die durch das Brennmaterial (Brückenbildung, lange Spreißel, Weideruten o.ä.) oder durch Verunreinigungen desselben (i.w. Steine) verursacht werden. Der Qualität des Brennmaterials und dem Störungsdienst müssen daher bei einer monovalenten Holzfeuerungsanlage erwartungsgemäß größere Bedeutung zugemessen werden, als dies bei Anlagen mit einem öl- oder gasbefeuerten Spitzenlastkessel der Fall ist. Die Störungsquote liegt bei 0 - 2 Störungen pro Monat in Abhängigkeit der Brennstoffqualität.
Der Betriebsaufwand für Wartung, Reinigung inkl. Ascheentsorgung und Störungsdienst konnte kontinuierlich gesenkt werden und beträgt heute durchschnittlich 4 - 6 Stunden pro Woche.
Die Emissionsmessungen des TÜV vom Oktober 1997 betrafen im wesentlichen die für eine Feuerung kritischen Teillastfälle < 30%; die Grenzwerte nach der 1. BImSchV wurden im unteren Teillastbereich sicher eingehalten. Die Regelung erfüllt die in sie gesetzten Erwartung auch und gerade im Sommerbetrieb (im Teillastbetrieb).
Die Wärmepreise wurden auf der Basis des Vollausbaus des Versorgungsgebietes kalkuliert; aus diesem Grunde ist die Wirtschaftlichkeit des Vorhabens stark vom Zeitpunkt des Endausbaus und vom Erreichen des prognostizierten Wärmebedarfs abhängig. Durch Änderungen des Bebauungsplans und durch eine zeitliche Verschiebung der 2. Ausbauetappe des Versorgungsgebietes um 2 Jahre haben sich die Randbedingungen der Preiskalkulation verschlechtert. Die neuen Wärmedämmstandards haben ebenfalls dazugeführt, dass sich die Anschluss- und Verbrauchswerte der Wohneinheiten deutlich reduziert haben. Diese negativen Veränderungen in der Anschlussentwicklung und im Wärmeabsatz können zukünftig durch die Wärmelieferung an eine Schule in der Nachbargemeinde weitgehend aufgefangen werden, so dass die Wirtschaftlichkeit des Vorhabens langfristig gesichert sein wird.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Anlage in Sasbach wurde in verschiedenen Publikationen und Fachvorträgen vorgestellt (z.B.: Lutz, Anton; Energiekonzepte für Neubaugebiete; Hrsg. Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg GmbH; Karlsruhe 1996),
Fachvortrag zum Praxisseminar Finanzierungsformen innovativer Energiesysteme des Umweltzentrums für Handwerk und Mittelstand e.V., Freiburg 16./17.10.1996
Fachvortrag VDI-Seminar Regenerative Energieanlagen erfolgreich planen und betreiben am 23./24. Juni 1998 in Potsdam
Fachvortrag VDI-Seminar Energiemanagement in Kommunen und öffentlichen Einrichtungen, 16.-17. September 1998, Stuttgart
Fachvortrag zur 8. Fachtagung der IG Holzenergie-Nordwestschweiz am 22.11.2001 in Liestal, SchweizAuszeichnung des Projektes durch Verleihung des Contracting-Award 1997, Berichterstattung in Energie & Management, Ausgabe 4/98
Die Anlage wurde auch seitens der Gemeinde zahlreichen interessierten Gruppen vorgestellt; bis heute wurden ca. 40 Führungen durchgeführt.


Fazit

Für den Betrieb einer Holzhackschnitzelanlage ist trotz aller Automatisierung Personal vor Ort notwendig. Der Grund hierfür liegt in der ungleichmäßigen Beschaffenheit des Energieträgers Holz. Dem Störungsmanagement, dem Betriebsplan und der Aktualisierung der Vorgaben kommen daher besondere Bedeutung zu. Die Emissionen liegen deutlich unter den geforderten Grenzwerten, so dass vorhandene Vorbehalte gänzlich ausgeräumt werden konnten.
Die Erwartungen hinsichtlich der Technik wurden weitestgehend erfüllt, teilweise auch übertroffen.
Die Wirtschaftlichkeit des Vorhabens ist stark von der Zeitspanne von Projektbeginn bis Erreichen des Wärmebedarfs im Endausbau abhängig.