Schwachstellen aufdecken

von Sabine Hindlmeier, C.A.R.M.E.N.

 

Auf dem Gebiet der Bioenergie nimmt Bayern eine führende Stellung ein. Seit Anfang der 1990er Jahre wurden dort etliche Biomasseheizwerke in Betrieb genommen, teils gefördert mit Mitteln des Freistaates. Die Heizwerke -versorgen öffentliche und private Gebäude mit Wärme zur Raumbeheizung und zur Trinkwassererwärmung, mitunter wird Pro-zesswärme bereitgestellt. Ein Schwerpunkt ist der Leistungsbereich um 1 MW. Mit der Förderung haben die Betreiber die Auflage erhalten, über einen Zeitraum bis zu zwölf Jahren jährlich Betriebsdaten an den Fördermittelgeber zu liefern. Aus diesem enormen Datenpool können technische und ökonomische Zusammenhänge abgelesen werden, die bei der Realisierung solcher Anlagen beachtet werden müssen. Zudem zeigt er die Rahmenbedingungen, mit denen Biomasseheizwerksbetreiber zu wirtschaften haben. Im Folgenden sollen exemplarisch die anlagentechnischen Ergebnisse von 111 Heizwerken aus dem Betriebsjahr 2008 zusammengefasst werden.

 

Ein wichtiger Schlüsselfaktor zum Erfolg eines Biomasseheizwerks ist die Dimensionierung der Wärmeerzeuger. Weil die Investition in einen Biomassekessel je installiertem kW Leistung mit hohen Kosten verbunden ist, werden in der Regel bivalente Wärmeerzeugungsanlagen realisiert, d.h. der Biomasseheizkessel deckt lediglich die Grundlast und nicht den gesamten Leistungsbereich.

 

Anlagenauslastung

 

Zur Abdeckung der Schwachlast und der Lastspitzen sowie als Reserve wird zusätzlich ein Öl- oder Gasheizkessel installiert. Trotz des relativ klein dimensionierten Holzheizkessels, ausgelegt auf ein Drittel oder die Hälfte des Wärmeleistungsbedarfs, kann damit in aller Regel über 80 % der benötigten Jahreswärmemenge aus Biomasse bereitgestellt werden. Gleichzeitig wird auf diese Weise eine hohe Auslastung des Biomassekessels gewährleistet, wodurch sich die Stückkosten je MWh Wärme reduzieren. Wesentliche Voraussetzungen für eine Vermeidung von Über- und Unterdimensionierungen bei den Wärmeerzeugern, sind eine fundierte Grundlagenermittlung und die Wahl der optimalen Leistung des Holzkessels anhand einer projektspezifischen Jahresdauerlinie in der Planungsphase. Hierauf wurde bei allen geförderten Biomasseheizwerken geachtet, so dass laut den bei C.A.R.M.E.N. vorliegenden Jahresberichten im Betriebsjahr 2008 im Mittel über alle bivalenten Heizwerke eine sehr gute Deckungsquote mit Biomasse von 91 % erzielt werden konnte.

 

Ein Indiz für die Auslastung eines Biomassekessels sind die jährlichen Volllaststunden, die als Verhältnis zwischen produzierter Wärme in kWh und der Nennwärmeleistung des Kessels in kW bestimmt werden. Kleine Heizwerke (Biomassekesselleistung < 450 kWth) mit meist wenigen Wärmeabnehmern erreichten im Mittel in 2008 lediglich 2.690 Volllaststunden, während große Heizwerk (> 900 kWth) mit einer in der Regel vielfältigen Abnehmerstruktur mit knapp 4.000 Volllaststunden eine gute Auslastung erzielten. Biomassekessel mittlerer Leistung liefen im Jahr 2008 im Schnitt 3.580 Stunden. Leistungsreserven wären somit bei den meisten Heizwerken gegeben.

 

 

Nicht nur aus ökonomischen Gründen, sondern auch im Hinblick auf das begrenzte Biomassepotential ist bei der Nahwärmeversorgungssysteme auf Basis von Holz die Frage nach der Effizienz der Brennstoffverwendung, also dem Jahresnutzungsgrad, besonders interessant. Der Nutzungsgrad beschreibt, wie viel der eingesetzten Brennstoffenergie tatsächlich beim Verbraucher angekommen ist.

 

Die Verluste sind unvermeidbar: Der Heizkessel strahlt Wärme in den Heizraum ab, und es gelangt Wärme über den Schornstein ins Freie. Aus dem Rohrleitungssystem des Wärmenetzes geht Wärme an das Erdreich über. Je nach Qualität und Ausführung der Anlage sind die Verluste unterschiedlich groß. In den Untersuchungen von C.A.R.M.E.N. wurden die Verluste bei der Wärmeerzeugung und bei der Wärmeverteilung über das Netz zunächst getrennt betrachtet, dann jedoch zu einem Gesamtnutzungsgrad aufsummiert.

 

Sicherlich, moderne Biomassekessel können unter Idealbedingungen Kesselwirkungsgrade von über 90 % erreichen. Dieser Wert relativiert sich jedoch im realen Betrieb. Holzbrennstoffe schlechter Qualität, ein häufiger Teillastbetrieb sowie wiederholte An- und Abfahrvorgänge verringern den Nutzungsgrad des Wärmeerzeugers über das Jahr deutlich. In 2008 lag er im Duchschnitt bei knapp 80 % - ein relativ guter Wert, verglichen mit den Mittelwerten vergangener Jahre, die zwischen 74 und 77 % schwankten.

 

Die Wärmeverluste des Nahwärmenetzes konnten bei ausgedehnten Wärmenetzen (Trassenlänge > 200 m) zu durchschnittlich 15 % der ins Netz eingespeisten Wärme ermittelt werden. Hieraus ergab sich ein Gesamtjahresnutzungsgrad des Wärmeversorgungssystems von 68 %, mit dem man im Durchschnitt nicht gänzlich zufrieden sein kann. Insbesondere ältere Anlagen mit niedrigen Netzbelegungsdichten trieben die Wärmeverluste in 2008 nach oben. Heizwerken mit kurzem Netz (< 200 Trassenmeter) oder solche zur reinen Objektversorgung wirtschafteten mit Wärmeverteilungsverluste von durchschnittlich 5 % bei einem Gesamtjahresnutzungsgrad von 76 %. Schließlich muss noch der Hilfsenergiebedarf berücksichtigt werden: Der Verbrauch an elektrischem Strom zum Antrieb diverser Hilfsaggregate, insbesondere der Netzpumpen, lag bei den Heizwerken mit ausgedehnten Wärmenetzen bei durchschnittlich 2,3 % der genutzten Wärmemenge, bei Anlagen mit kurzen Netzen oder zur Objektversorgung bei 1,6 %.

 

Ausblick

 

Hohe Investitionen, lange Abschreibungszeiten und variable Brennstoffpreise kennzeichnen zudem den Betrieb von Biomasseheizwerken. In der nächsten Ausgabe werden Ergebnisse der Auswertung zu Hackgutpreisen, Wärmegestehungskosten und Wärmeerlösen vorgestellt.