2 Übernahme von Hackgut - Seegen

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Hackgut
Übernahme & Lagerung
Gerhard Löffler
Kurzinformation 1/2007 Stand: Juli 2007

1 Einleitung
Einleitung
Im Jahr 1985 ging im Stift Michaelbeuern die erste Biomasse-Nahwärmeversorgung in
Betrieb. Seit dem wurden im Jahr durchschnittlich zwei bis drei neue Anlagen errichtet. In
den letzten drei Jahren ist ein wahrer Boom ausgebrochen. Eine ganze Reihe von Vorteilen
wie regionale und lokale Wertschöpfung, Sicherung von Arbeitsplätzen,
Versorgungssicherheit, Umweltfreundlichkeit und Preisstabilität sind verantwortlich dafür,
dass heute - zu Beginn des Jahres 2007 - 86 Biomasse Nahwärmeanlagen in Salzburg
ökologische Energie aus heimischem Holz liefern.
Diese erfreuliche Entwicklung der Biomassenutzung hat aber auch dazu geführt, dass der
Preis für Energieholz in den letzten beiden Jahren gestiegen ist. Aus diesem Grund sind
Fragen des effizienten Einsatzes von Hackgut für Biomasse Nahwärmeanlagen von
zunehmender Bedeutung. Dazu gehört unter anderem auch eine Übernahme des
Brennstoffs, die den Energiegehalt und damit den Wert der Lieferung zuverlässig
bewertet. Auch die Verluste an Trockensubstanz und damit Energiehalt bei der Lagerung
des Brennstoffs werden damit immer bedeutender für die ökonomische Effizienz des
Heizwerkbetriebes und die Energieeffizienz der Biomassenutzung.
(a)
Index [1996 = 100]
130
125
120
115
110
105
100
95
90
85
80
1996
1997
1998
1999
2000
2001
VPI
Energieholz
2002
2003
2004
2005
2006
2007
(b)
6 %
8 %
10 %
13 %
16 % 16 %
Abbildung 1: (a) Entwicklung des Verbraucherpreisindex und des Energieholzindex seit 1996. Daten
Kostenanteil Brennstoff [%]
ÖSTAT und LWK NÖ, eigene Berechnung; (b) Anteil der Brennstoffkosten am Wärmerlös am
Beispiel der Biomasse Nahwärme Lofer.
Die folgende Kurzinformation soll zuerst einiges über Methoden der Hackgutübernahme
und deren Vor- und Nachteile vorstellen. Darüber hinaus werden die Methoden der
Wassergehaltsbestimmung dargestellt. Dann werden Ursachen und Umfang der
Lagerverluste skizziert und der Rahmen für die Wirtschaftlichkeit eines überdachten Lagers
gesteckt.
30 %
25 %
20 %
15 %
10 %
5 %
0 %
98/99
99/2000
2000/2001
2001/2002
2002/2003
2003/2004
22 %
2004/2005
23 %
2005/2006
27 %
2006/2007
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2 Übernahme von Hackgut
Übernahme von Hackgut
Die Übernahme des Hackguts erfolgt nach drei unterschiedlichen Methoden:
Übernahmemethode Vorteile / Nachteile
Nach dem Volumen
(und Wassergehalt)
Nach dem Gewicht
und Wassergehalt
Nach der erzeugten
Energiemenge
☺ Einfache Bestimmung des Volumens
☺ Abrechnung von Teilmengen nach einzelnen Lieferanten
einfach möglich
� Große Unsicherheit über Energiegehalt
� Kein Anreiz für Optimierung des Energiegehalts der
Anlieferung
☺ Unabhängig von Holzart und Schüttdichte
☺ Hohe Genauigkeit bezüglich Energiegehalts
� Messung von Gewicht und Wassergehalt notwendig
� Relativ hoher Zeit- und Kostenaufwand
☺ Unabhängig von Gewicht und Holzart
☺ Unabhängig vom Wassergehalt
☺ Kostengünstig
� Abhängig vom Wirkungsgrad der Anlage
� Differenzierte Abrechnung verschiedener Lieferanten
schwierig
Am häufigsten wird in Salzburgs Biomasse-Nahwärmeanlagen nach dem Volumen
abgerechnet, wie folgende Darstellung zeigt.
8%
74%
18%
Wiegung
Volumen
erzeugte Wärme
Abbildung 2: Abrechnungsmethoden der Salzburger Biomasse Nahwärmeanlagen.
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Übernahme von Hackgut
Allerdings ist der oben beschriebene Nachteil der großen Unsicherheit beim
Energiegehalt der Anlieferung auf Grund der hohen Brennstoffpreise und deren
steigendem Anteil an den Gesamtkosten nicht mehr zu tolerieren.
Der Energiegehalt je Kubikmeter geschütteten Hackgut [kWh/srm] ist abhängig von der
Baumart, den Wuchsbedingungen (Höhenlagen), Stückigkeit, Verteilung der Korngröße,
Transportdistanz, Transportmittel und dem Wassergehalt. Diese Abhängigkeiten können
zum Teil sehr erheblich sein, wie versucht wurde im Folgenden darzustellen.
Heizwert [kWh/srm]
1200
1000
800
600
400
200
0
1041
Wuchsbedingungen
746
607
Fichte,
langsamwüchsig
Fichte,
mittlere
Dichte
Fichte,
raschwüchsig
746
Fichte
Baumart Stückigkeit Wassergehalt
811
NH&LH
1035
Buche
W35 W35 W35 W35 W35 W35 W35 W35 W35 W40 W45 W50
G30 G30 G30 G30 G30 G30 G30 G50 G30 G30 G30 G30
Abbildung 3: Abhängigkeit im Energiegehalt je Schüttraummeter von Standort, Baumart, Stückigkeit
und Wassergehalt: W35 Wassergehalt 30 bis 35 %, W40 Wassergehalt 35 bis 40 %, W45
Wassergehalt 40 bis 45 %, W50 Wassergehalt 45 bis 50 %; G30 Feinhackgut, G50 Mittleres
Hackgut; NH&LH Mischung der einzelnen Holzarten wie es sich aus der österreichischen
Waldinventur 2000 - 2002 ergibt. Daten AEA.
Man sieht in Abbildung 3 wie stark die Abhängigkeiten von Standortbedingungen,
Baumart und Stückigkeit sind. Die Abhängigkeit des Energiegehaltes vom Wassergehalt
ist dagegen eher gering. Dennoch rechnen 74 % der Salzburg Heizwerke nach dem
Volumen ab und 54 % berücksichtigen dabei den Wassergehalt.
Im Gegensatz dazu, beträgt die mittlere Abweichung des Heizwerts bezogen auf seine
Masse nur 3 % (BIOBIB) bis 6 % (Phyllis), vgl. Abweichung von bis zu 30 % bei der
Abrechnung nach Volumen (siehe Abbildung 3).
Aus den oben erwähnten Gründen ist eine Abrechnung des Brennstoffs nach dem
Gewicht zu empfehlen. Allerdings ist der Heizwert auf Basis des Gewichts des
Brennstoffs sehr deutlich vom Wassergehalt abhängig (siehe Abbildung 4), sodass
dieser ebenfalls zu bestimmen ist.
811
NH&LH
669
NH&LH
811
NH&LH
797
NH&LH
780
NH&LH
759
NH&LH
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Energiegehalt [kWh/kg]
6
5
4
3
2
1
Übernahme von Hackgut
Hartholz
Weichholz
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Wassergehalt [%]
Abbildung 4: Abhängigkeit des massebezogenen Heizwerts vom Wassergehalt.
Im Folgenden werden kurz die Messmethoden für die Bestimmung des Wassergehalts
zusammengefasst.
2.1 Methoden zur Bestimmung des Wassergehalts
Grundsätzlich können die Methoden zur Bestimmung des Wassergehalts in direkte
Verfahren und indirekte Verfahren unterteilt werden. Bei den direkten Verfahren wird das
Wasser von der Probe abgetrennt und die Veränderung der Probenmasse durch Wiegen
bestimmt. Bei den indirekten Verfahren werden Eigenschaften gemessen, die sich mit
dem Wassergehalt verändern.
Direkte Verfahren Indirekte Verfahren
Darrschrankverfahren Elektrisches Widerstandsverfahren
Gefriertrocknung Kapazitive Verfahren
Heißlufttrocknung Mikrowellenverfahren
Infrarottrocknung Infrarot Reflexionsverfahren
Mikrowellentrocknung Wärmeleitungsverfahren
Karl-Fischer Titration Kernstrahlungsverfahren
Calciumcarbid Verfahren Kernresonanzverfahren
Hygrometrische Verfahren
Schallmessungen
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Übernahme von Hackgut
Direkte Verfahren erfordern in jedem Fall eine Probennahme, da nur eine zum Teil
sehr kleine Probenmenge bestimmt werden kann. Sie zeichnen sich durch hohe
Genauigkeit aus sind aber meist im Probenumfang auf wenige Gramm begrenzt. Daher
besteht das Problem eine repräsentative Probe zu nehmen, was die Anwendung der
direkten Verfahren im Heizwerk selten praktikabel macht. Das Darrschrankverfahren hat
diese Einschränkung nicht in diesem Umfang, hat aber den Nachteil einer sehr langen
Messdauer (bis zu 24 – 48 Stunden).
Indirekte Verfahren liefern die Messergebnisse sehr schnell haben aber
Einschränkungen in der erreichbaren Messgenauigkeit. Im Folgenden werden einige
Verfahren, die für den Einsatz in Heizwerken sinnvoll scheinen, aufgezählt.
• Kapazitive Verfahren: misst die Dielektrizitätskonstante des Schüttgutes. Die
Messgenauigkeit ist vor allem unter dem Fasersättigungspunkt (rund 20 %
Wassergehalt) sehr gut, aber auch darüber noch gut. Allerdings hängt die
Genauigkeit von der Homogenität (Ähnlichkeit des Materials mit jenen der
Kalibierung) des Materials ab. Bei manchen Geräten wird auch das Gewicht und
damit die Schüttdichte bestimmt und damit Inhomogenitäten zum Teil
ausgeglichen.
• Mikrowellenverfahren: misst ebenfalls die Dielektrizitätskonstante des
Schüttgutes. Auch hier ist die Genauigkeit vor allem für homogenes Schüttgut
sehr gut. Manche Hersteller bieten auch die Möglichkeit der
Schüttdichtebestimmung um die Genauigkeit zu erhöhen.
• Infrarot-Reflexionsverfahren: misst sehr schnell und eignet sich damit sehr gut für
kontinuierliche Messungen kann aber auch diskontinuierlich eingesetzt werden.
Wichtig ist, einen konstanten Abstand zwischen Messkopf und Probe einzuhalten.
Eine Untersuchung der Messgenauigkeit der verschiedenen Verfahren hat die Vorteile der
direkten Verfahren bestätigt. Bei den indirekten Verfahren gilt generell, dass die
Genauigkeit mit der Inhomogenität des Messgutes und zunehmenden Wassergehalt
abnimmt (Böhm und Hartmann, 2000). Genauere Informationen zu den einzelnen
Messmethoden sind in "Methoden zur Übernahme von Energieholz" (Golser et al., 2004)
zu finden, siehe auch: www.fpp.at.
Abbildung 5: Kapazitive Messmethode für
den Wassergehalt. Hier zum
Beispiel der Fa. Schaller, FS_3.
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3 Lagerung von Energieholz
Lagerung von Energieholz
Die Lagerung des Brennstoffs ist ein wesentlicher Teil einer sicheren
Brennstoffversorgung und soll als zeitlicher Ausgleich zwischen Brennstoffanfall und
Brennstoffverbrauch dienen. Vor allem die Entwicklung am Energieholzmarkt hat den
Ausbau der Lagerkapazität aus wirtschaftlichen Gründen notwendig gemacht.
Allerdings bringt die Lagerung von Energieholz auch Risiken mit sich:
• Substanzverlust: Abbau der Trockensubstanz durch biologische Vorgänge
• Selbstentzündung
• Pilzwachstum und Pilzsporenbildung (gesundheitliches Risiko)
• Geruchsbelästigung
• Klumpenbildung durch Frost
• Sickersaft
Frisch geschlagenes Holz hat Wassergehalte um die 50 %. Während der Lagerung wird
das Holz durch Mikroorganismen (Pilze, Bakterien, Hefen) abgebaut. Es entsteht Wärme,
CO2 und Wasser. Damit einher geht ein Verlust an Trockensubstanz und damit
thermische nutzbare Energie. Durch eine Luftströmung durch das Lagergut wird die
Wärme, aber auch Feuchtigkeit, abgeführt. Dies kann gleichzeitig zu einer Trocknung
des Materials führen. Diese Trocknung nützt die durch die Sonnenbestrahlung
hervorgerufene Konvektion ebenso wie die Wärmeentwicklung durch die Abbautätigkeit
der Mirkoorganismen. Damit steigt der Heizwert des Holzes, was den
Trockensubstanzverlust ausgleichen kann.
Der Abbau der Trockensubstanz und damit potenziellen Energieverlust ist im
Wesentlichen von der spezifischen Oberfläche (Stückigkeit), dem Wassergehalt, der
Luftdurchströmung, der Schütthöhe, der Temperatur und den Witterungsverhältnissen
abhängig.
Im Folgenden wird versucht, die wichtigsten Fakten der Energieholzlagerung kurz
zusammenzufassen und Anhaltswerte für die Wirtschaftlichkeit eines überdachten Lagers
zu geben.
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3.1 Lagerung von Rundholz
Lagerung von Energieholz
Die Lagerung von Rundholz kann bei günstigen Witterungsbedingungen den
Wassergehalt deutlich reduzieren. So ist eine Reduktion des Wassergehalts auf 25 %
innerhalb von 6 Monaten durchaus realistisch. Voraussetzung für diesen
Trocknungserfolg ist eine gute Durchströmbarkeit des Polters. Dazu soll ein luftiger,
sonniger Standort gewählt, das Holz in einem Kreuzpolter gestapelt und auf genügend
Bodenfreiheit (> 0,5 m) geachtet werden. Eine Entrindung kann den Trocknungserfolg
verbessern und vermeidet das Risiko eines Käferbefalls.
Auf Grund der guten Durchlüftung und der geringen Oberfläche sind der Substanzverlust
bei Rundholzlagerung zu vernachlässigen (< 0,2 % / Monat). Allerdings besteht das
Risiko, dass bei ungünstiger Witterung keine Reduktion des Wassergehalts stattfindet.
In Abbildung 6 ist der zu erwartende Verlauf des Energiegehalts bei einer Lagerung von
Rundholz dargestellt. Bei üblichen Witterungsbedingungen nimmt der Energiegehalt in
den ersten 6 Monaten durch die Trocknung um 10 % zu und sinkt danach nur leicht.
Selbst bei sehr schlechten Witterungsverhältnissen, unter denen der Wassergehalt nicht
abnimmt (unteres Ende des markierten Bereichs), kommt es praktisch zu keinem
Energieverlust.
Energiegehalt [%]
120
100
80
60
40
20
Freilager
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Monat
Abbildung 6: Potenzielle Entwicklung des Energiegehalts eines Rundholzlagers. Die Linie gibt den
Verlauf an, der sich bei guten Witterungsverhältnissen (Trocknung auf 25 % Wassergehalt in
den ersten 6 Monaten) ergibt. Das untere Ende des blauen Bereiches zeigt die Entwicklung
des Energiegehalts, wenn sich bei schlechten Witterungsverhältnissen keine Trocknung ergibt.
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3.2 Lagerung von Hackgut
Lagerung von Energieholz
Bei der Lagerung von Hackgut ist mit erheblichem Verlust an Trockensubstanz zu
rechnen. Diese kann bei einer Lagerung im Freien zwischen 1,8 und 4 % pro Monat,
beziehungsweise unter Dach bei 0,5 bis 2,8 % pro Monat liegen. Sie hängt zum einen
wesentlich vom Wassergehalt des Hackgutes ab. Lagerbeständiges Hackgut
(Wassergehalt unter 20 – 30 %, W30) ist nur schwer abbaubar und der Verlust liegt
unter 0,5 % pro Monat. Weitere Einflussfaktoren, die den Substanzverlust eindämmen
sind ein geringer Grünanteil, geringer Feinanteil, große Stückigkeit. Die letzen beiden
Faktoren verbessern den Luftaustausch und reduzieren damit die Selbsterwärmung.
Baadsgaard-Jensen berichtet, dass sich der Substanzverlust auf ein Zehntel reduzieren
lässt, wenn die Stückigkeit auf 10 bis 15 cm erhöht wird.
Neben der Substanzverlust ist die Entwicklung des Energiegehalts des Hackgutlagers
aber natürlich auch von der Entwicklung des Wassergehalts abhängig.
Energiegehalt [%]
120
100
80
60
40
20
0
Freilager
Überdachtes Lager
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Monat
Abbildung 7: Potenzielle Entwicklung des Energiegehalts einer Lagerung von Hackgut im Freien
beziehungsweise überdacht. Die Linien geben den zu erwartenden Verlauf an (Trocknung im
Freilager auf 20 % Wassergehalt in den ersten 6 Monaten) ergibt. Im Freilager wurde
angenommen, dass sich der Wassergehalt im Durchschnitt über die Witterungsverhältnisse
der Jahre nicht ändert.
Bei einer Lagerung im Freien kann bei günstiger Witterung der Wassergehalt innerhalb
von 3 Monaten auf 25% sinken, bei schlechten Bedingungen aber auch steigen. Bei einer
Lagerung in einer gut durchlüfteten Lagerhalle ist in jedem Fall mit einer Reduktion auf
unter 25 % Wassergehalt in 3 Monaten zu rechnen. Von Vorteil ist auch hier eine große
Stückigkeit und scharfkantige Hackschnitzel, die möglichst nicht "zerbreit" sind (siehe
Abbildung 8).
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Lagerung von Energieholz
In Abbildung 7 ist der Verlauf des Energiegehalts eines Hackgutlagers im Freien
beziehungsweise überdacht zu sehen. Im überdachten Lager kompensiert die Steigerung
im Heizwert, den Verlust an Trockensubstanz. Im Freilager ist die Entwicklung des
Wassergehalts von der Witterung abhängig. Im Durchschnitt wurde angenommen, dass
sich der Wassergehalt nicht ändert (Wiederbefeuchtung und Lagerung gleichen sich
aus). Daraus ergibt sich ein Lagerverlust von 11 – 24 % in 6 Monaten.
Abbildung 8: Qualitätsbeurteilung für das Lagern von Hackgut aus LWF Merkblatt Nr. 11 (2002),
Bayrische Staatsforstverwaltung.
3.3 Lagerung von Schlagabraum
Bei der Lagerung von Schlagabraum kann es in den Sommermonaten innerhalb von 2
Monaten zu einer Trocknung auf 20 % Wassergehalt kommen. Bei schlechter Witterung
und in den Wintermonaten kommt es zur Wiederbefeuchtung. In dieser Zeit sollte das
Material abgedeckt werden. Allerdings ist die Lagerung von Schlagabraum mit sehr
starkem Trockensubstanzverlust verbunden, sodass zu vermuten ist, dass der
Energiegehalt des Lagers trotz der Trocknung geringer wird. Bei einer Lagerung in
Rundballen reduziert sich der Substanzverlust, allerdings ist auch die
Trocknungsgeschwindigkeit verringert.
Problematisch ist bei der Lagerung des Schlagabraums vor allem der Grünanteil. Er
steigert die Gefahr der Selbstentzündung beträchtlich. Außerdem ist mit einer starken
Pilzwachstum und Geruchsbelästigungen zu rechnen.
Aus diesem Grund sollte ungetrockneter Schlagabraum vor allem bei hohem
Grüngutanteil im Bereich der Heizwerke nur kurzfristig gelagert (< 2 Monate) werden
und die Lagerhöhe 5 m nicht übersteigen.
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Energiegehalt [%]
120
100
80
60
40
Lagerung von Energieholz
20
0
Bündel abgedeckt
Freilager geschüttet
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Monat
Abbildung 9: Potenzielle Entwicklung des Energiegehalts einer Lagerung von Schlagabraum im Freien
beziehungsweise in abgedeckten Bündeln. Die Linien geben den zu erwartenden Verlauf an.
Im Freilager wurde angenommen, dass sich der Wassergehalt im bestem Fall innerhalb von 2
Monaten auf 20 % reduziert, im schlechteren Fall nicht ändert, Foto: Rohrmoser.
Bei der Lagerung von Schlagabraum können bei schlechter Witterung erhebliche
Lagerverluste von 30 % in 6 Monaten auftreten. Bei optimaler Witterung kann aber eine
rasche Trocknung in den ersten beiden Monaten diese Verluste ausgleichen. Käme es
danach zu keiner Wiederbefeuchtung ist der trockene Schlagabraum lagerbeständig
(siehe Abbildung 9). Bei einer Lagerung in abgedeckten Bündeln gleicht die langsamere
Trocknung die geringeren Trockensubstanzverluste annähernd aus.
3.4 Lagerung von Rinde
Bei der Lagerung von Rinde berichtet Stockinger und Obernberger (1998) eine Reduktion
des Wassergehalts von bis zu 12 % pro Monat, bei einer Lagerungshöhe unter 3 m,
darüber war keine signifikante Änderung des Wassergehalts zu bemerken. Der
Trockensubstanzverlust bei Rinde ist im Vergleich zu Hackgut geringer und beträgt
zwischen 1,3 und 1,8 % / Monat (Kaltschmitt und Hartmann, 2001). So sind die
Lagerungsverluste (siehe Abbildung 10) im Vergleich zu Hackgut auch im Freien
moderat.
Die Schütthöhen der Rindenlager sollen wenn möglich 5 m nicht überschreiten, da sonst
auf Grund des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen, das Austrocknen im Kern
behindert ist und das Risiko zur Selbstentzündung steigt.
Bis zu einer Lagerungsdauer unter 4 bis 5 Monate ist die Gefahr der Selbstentzündung
sehr gering (Stockinger und Obernberger, 1998).
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Energiegehalt [%]
120
100
80
60
40
20
Freilager
Lagerung von Energieholz
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Monat
Abbildung 10: Potenzielle Entwicklung des Energiegehalts einer Lagerung von Rinde im Freien. Die
Linie gibt den zu erwartenden Verlauf an. Im Freilager wurde angenommen, dass sich der
Wassergehalt über die Lagerdauer nicht ändert.
3.5 Wirtschaftlichkeit eines überdachten Hackgutlagers
Aus den oben beschriebenen Gründen ist eine Abdeckung des Hackguts oder die
Lagerung in einem überdachten Lager sinnvoll. Es reduziert sich der
Trockensubstanzverlust und eine Wiederbefeuchtung durch Niederschlag ist
unterbunden. Damit werden Energieverluste durch die Lagerung von 20 % und mehr
vermieden.
Allerdings stellt die Herstellung eines überdachten Brennstofflagers eine erhebliche
Investition dar. Somit stellt sich die Frage nach der Wirtschaftlichkeit einer solchen
Investition. Diese Frage kann nicht pauschal beantwortet werden. Sie hängt von der
durchschnittlichen Lagerdauer und dem damit verbundenen potenziellen
Trockensubstanzverlust, mit dem Preis des Brennstoffs und der notwendigen Investition
ab. Im Folgenden wurde versucht diese Einflussfaktoren in einem Nomogramm
darzustellen, das zur Abschätzung für die Wirtschaftlichkeit verwendet werden kann.
Die Verwendung des Nomogramms ist anhand des Beispiels der Errichtung der
Lagerüberdachung beim Heizwerk Lofer dargestellt. Dabei werden die Kosten
entsprechend der VDI Richtlinie 2067 berücksichtigt: das heißt, die Investitionen werden
auf 50 Jahre abgeschrieben und für die Instandhaltung ist 1 % der Investitionskosten
jährlich angesetzt.
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Lagerung von Energieholz
Abbildung 11: Überdachung des Lagerbereichs beim Heizwerk der Hackschnitzel- und
Heizgenossenschaft Lofer, Foto: Rier.
Diagramm unten links:
Die Lagerhalle in Lofer fasst etwa 1/3 des jährlichen Brennstoffeinsatzes. Damit wurde
die Lagerkapazität mit 33 % angesetzt (siehe Pfeil, Diagramm unten links). Der orange
Bereich gibt die daraus resultierende durchschnittliche Lagerdauer des Brennstoffs. Im
besten Fall beträgt diese etwa 2 Monate (wenn man es schafft, jeweils den ältesten
Brennstoff zuerst zu verbrennen), im Durchschnitt 4 Monaten (Brennstoff wird "wahllos",
unabhängig von seinem Alter eingesetzt). Hier geht man von etwas mehr als 3 Monaten
aus (Pfeil nach oben).
Diagramm oben links:
Als Brennstoff wird G30 (feines Hackgut) mit einem Wert von 20 €/MWh angenommen,
so ergeben sich ersparte Lagerverluste durch die Überdachung von 1,65 €/(m³ . a). Der
graue Bereich gibt als Beispiel für Hackgut G30 mit einem Wert von 20 €/MWh die
möglichen Schwankung des Wertverlustes an, der sich aus der Unsicherheit des
tatsächlichen Substanzverlustes ergibt.
Diagramm oben rechts:
Die spezifischen Investitionskosten für die Überdachung abzüglich der Investitionskosten
lagen bei 18 €/m³ gelagertes Material. Bei einem angenommen Zinssatz für die
Finanzierung von 5 % ist die Überdachung also deutlich wirtschaftlich. Zu beachten ist
dabei, dass die Investitionskosten auf das tatsächlich zur Lagerung zur Verfügung
stehende Volumen bezogen werden.
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Anteil Lagerkapazität [%]
Lagerverlust [€/(m³ . a)]
4
3
2
1
0
24 €/MWh 24 €/MWh
0 2 4 6 8 10 12
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Lagerdauer [Monat]
G30 G50
Lagerung von Energieholz
16 €/MWh 16 €/MWh
18 €/MWh 18 €/MWh
20 €/MWh 20 €/MWh
22 €/MWh 22 €/MWh
0 2 4 6 8 10 12
Lagerdauer [Monate]
Lagerverlust [€/(m 3. a]
4
3
2
1
Wirtschaftlich
6 % p.a.
5 % p.a.
4 % p.a.
0
0 10 20 30 40 50 60 70
spez. Investition [€/m³Nutzvolumen]
Abbildung 12: Nomogramm zur Abschätzung der
Wirtschaftlichkeit eines überdachten
Lagers für Hackgut. Die eingezeichneten
Pfeile stellen beispielhaft die Anwendung
In dieser Darstellung wurde als wirtschaftlicher Vorteil der Überdachung nur die
Vermeidung des Lagerverlustes herangezogen. Aus dem erreichten geringeren
Wassergehalt und damit höheren Heizwert ergeben sich aber auch noch andere Vorteile,
dar.
die von den Heizwerkbetreibern so zusammengefasst wurden:
• Brennstoff:
o geringere Brennstoffkosten
o weniger Brennstoffbesorgung
o weniger Anlieferung (reduzierter LKW Verkehr)
o weniger Manipulation bei der Einlagerung und Beschickung der Anlage
o kleineres Brennstofflager
• Kesselbeschickung:
o weniger Einschubbewegungen
o weniger Verschleiß der Einschubtechnik
o weniger Gewicht auf dem Schubboden
o da die Einschubtechnik mit großem Energieaufwand betrieben wird, ist
eine erhebliche Stromeinsparung gegeben!
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Lagerung von Energieholz
• Verbrennung:
o höhere Verbrennungstemperaturen (der Sollwert wird leichter erreicht)
o ruhigere Verbrennung auf dem Rost durch weniger Primärluft
o dadurch:
� weniger Flugasche (geringere Wirbelungen am Rost)
� weniger Schlamm in der Kondensation
� weniger Flugasche / E-Filter Asche zu entsorgen
� weniger Korrosionsschäden am Kesselwärmetauscher
• Entaschung:
o weniger Entaschungszyklen (Stromeinsparung)
o weniger Verschleiß der Entaschungstechnik (TKF sind Wartungsaufwendig)
o weniger Asche zur Entsorgung
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4 Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die Brennstoffkosten für die Biomasse Nahwärmeanlagen sind über die Jahre
kontinuierlich gestiegen. In den letzten beiden Jahren war dieser Anstieg mit rund 30 %
sehr dramatisch. Dem entsprechend sind die Kosten für den Brennstoff von größter
Bedeutung für einen wirtschaftlichen Betrieb und ein behutsamer Umgang damit
unumgänglich. Dies umfasst unter anderem die Brennstoffannahme und die
Brennstofflagerung.
4.1 Brennstoffannahme
Die Abrechnung des gelieferten Brennstoffs erfolgt in Salzburger Biomasse
Nahwärmeanlagen überwiegend über das Volumen. Zum Teil wird dabei der
Wassergehalt berücksichtigt.
Leider ist das Volumen nur unzureichend aussagekräftig für den Energiegehalt
einer Anlieferung. Faktoren wie Wuchsbedingungen, Baumart, Stückigkeit,
Transportdistanz, Transportmittel u.a. sind von großem Einfluss, sodass mit
Abweichungen im Energiegehalt von über 30 % zu rechnen ist. Der Wassergehalt
hat bei einer Abrechnung nach dem Volumen allerdings nur geringe Bedeutung.
Aus diesem Grund ist eine Abrechnung nach dem Energiegehalt zu bevorzugen. Diese
kann nach der erzeugten Wärmemenge erfolgen. Allerdings besteht hier das Problem bei
mehreren Lieferanten den Energiegehalt zuzuordnen. Für größere Anlagen ist damit die
Abrechnung nach Gewicht und Wassergehalt praktikabel und zu empfehlen. Auf
diese Weise kann der Energiegehalt mit einer Genauigkeit von etwa 5 % bestimmt
werden. Allerdings ist hierzu die Bestimmung des Wassergehalts unumgänglich.
Dieser kann durch direkte oder indirekte Methoden erfolgen. Die indirekten Methoden
sind einfacher und vor allem schneller anzuwenden, haben aber vor allem bei
unterschiedlichen, inhomogenen Brennstoffen gewisse Einschränkungen in der
Genauigkeit. Hier sind Methoden zu bevorzugen, welche die Schüttdichte bestimmen und
in die Auswertung mit einbeziehen. In jedem Fall sollen die Bestimmungen mit einer
direkten Methode (z.B. Darrschrankverfahren) regelmäßig überprüft und
kalibriert werden.
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4.2 Brennstofflagerung
Zusammenfassung
Bei der Lagerung von Brennstoff kommt es zu biologischen Prozessen, die zu einem
Abbau der Trockensubstanz und damit zu einer Verminderung des Energiegehalts
führen. Dieser Abbau findet bei Wassergehalten über 20 – 30 % statt und kann einen
Trockensubstanzverlust von bis zu 4 % pro Monat bedeuten. Gleichzeitig mit
diesem Abbau kommt es zu einer Selbsterwärmung des Brennstoffs und zu einer
Konvektionsströmung, die Feuchte aus dem Lager abführt und zu einer
Brennstofftrocknung führt. Diese kann die Verluste an Trockensubstanz durch eine
Steigerung des Heizwertes zum Teil ausgleichen. Weitere Probleme, die sich mit diesen
biologischen Prozessen ergeben sind die Gefahr von Selbstentzündung,
Gesundheitsgefährdung durch Pilzsporen und mögliche Geruchsemissionen.
Daraus lassen sich folgende Empfehlungen ableiten:
• Wenn möglich sollte längerfristig Holz als Rundholz gelagert werden. Hier
sind die Verluste durch biologischen Abbau durch die geringe Oberfläche am
geringsten. Außerdem kann das Holz vor allem bei der Lagerung in Kreuzpoltern
rasch trocknen. Eine Reduktion von 4 – 5 % Wassergehalt pro Monat ist durchaus
realistisch, während der Verlust an Trockensubstanz nur 0,2 %/Monat beträgt.
Damit kommt es während der Lagerung zu einer Zunahme im Energiegehalt.
• Trockenes Hackgut (Wassergehalt kleiner 25 – 30 %) unterliegt kaum mehr
einem biologischen Abbau. Daher kann es auch längerfristig (> 3 – 6 Monate)
gelagert werden. Allerdings ist eine Abdeckung oder überdachte Lagerung
notwendig, um eine Wiederbefeuchtung zu vermeiden.
• Hackgut mit einem Wassergehalt größer 30 % sollte möglichst grob mit
einem scharfen Werkzeug gehackt, locker geschüttet und abgedeckt
oder überdacht gelagert werden. Die größere Stückigkeit verringert die
Geschwindigkeit des biologischen Abbaus und beschleunigt die Eigentrocknung.
Auf diese Weise kann es während der Lagerung zu einer geringen Zunahme
des Energiegehalts kommen, da der positive Effekt der Trocknung den
Substanzverlust kompensiert oder gar überkompensiert.
• Hackgut mit einem signifikanten Grünanteil (Nadeln, Blätter) bzw.
Schlagabraum ist nur sehr eingeschränkt lagerfähig. Zwar kann unter optimalen
Witterungsbedingungen der Wassergehalt im Sommer rasch abnehmen, doch ist
dies mit einem signifikanten Trockensubstanzverlust verbunden. Die Lagerdauer
soll mit 2 Monaten begrenzt werden, da danach die Sporenbildung der Pilze
erheblich zunimmt, Geruchsbelästigungen gravierend werden können und die
Gefahr der Selbstentzündung steigt. Aus diesem Grund soll eine Lagerhöhe von
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Zusammenfassung
5 m nicht überschritten werden. Für eine Lagerung im Herbst und Winter ist
eine Abdeckung zu . Eine ganzjährig abgedeckte Lagerung in Form von Bündeln
ist zu bevorzugen, da hier nur geringe bis keine Verluste im Energiegehalt
vorkommen.
• Rinde ist im Freien lagerfähig. Der Wassergehalt nimmt während der
Lagerung bei geringen Lagerhöhen leicht ab, während der Substanzverlust mit
1,5 %/Monat geringer als bei Hackgut ist. Die Lagerhöhe sollte 5 Meter nicht
übersteigen, da ansonsten die Trocknung durch das ungünstige Volumen-zu-
Oberflächen Verhältnis behindert wird und die Gefahr der Selbstentzündung
steigt. Aus diesem Grund sollte Rinde auch nicht länger als 4 - 5 Monate gelagert
werden.
Generell sollten die einzelnen Sortimente getrennt voneinander gelagert werden
und durch geeigneten Aufbau des Lagers danach getrachtet werden, den Brennstoff
nach dem Zeitpunkt der Einlagerung einzusetzen (älteres Material zuerst). Damit
können die Lagerverluste halbiert werden (siehe Abbildung 12 unten links).
Die Investition eines überdachten Lagers ist bei derzeitigen Brennstoffkosten
durchaus wirtschaftlich, wenn die Investitionskosten gering gehalten werden. Zur
ersten Abschätzung für die Investitionsentscheidung kann das in Abbildung 12
dargestellte Nomogramm verwendet werden.
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5 Literatur
Literatur & Danksagung
Baadsgaard-Jensen, J.: "Storage and Energy Economy of Chunk and Chip Piles", Report
No. 2, EU-Project: "Exploitation of Marginal Forest Resources for Fuel", Danish
Institute of Forest Technology, Frederiksberg, 1998.
Bayrische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft: "Hackschnitzel richtig lagern",
LWF Merkblatt Nr. 11, 2002.
BIOBIB, BIOBIB a Database for Biofuels, http://www.vt.tuwien.ac.at/biobib/biobib.html,
Institut für Verfahrens-, Umweltechnik und technische Biowissenschaften, TU
Wien.
Böhm, T.; Hartmann, H.: "Wassergehalt von Holzhackschnitzel. Ein Vergleich der
Bestimmungsmethoden", Landtechnik 4/2000.
Golser M.; Nemestothy, K., W.; Schnabel, R.: "Methoden zur Übernahme von
Energieholz", Holzforschung Austria, 2004.
Golser M.; Pichler, W.; Hader F.: "Energieholztrocknung Endbericht", Holzforschung
Austria, 2005.
Kaltschmitt, M.; Hartman, H.: "Energie aus Biomasse, Grundlagen, Techniken und
Verfahren", Springer Verlag Berlin – Heidelberg – New York, 2001.
Phyllis, Phyllis, A Database für the Composition of Biomasse and Waste,
http://www.ecn.nl/phyllis/, Phyllis, Energy research Centre of the Netherlands.
Stockinger, H.; Obernberger, I.: "Langzeitlagerung von Rinde" Bericht zu Lagerversuchen
von Rinde bei unterschiedlichen Randbedingungen. Teilbericht FWF-
Forschungsbericht P10669-ÖTE, Life Cycle Analysis für Bioenergie, Institut für
Verfahrenstechnik, TU Graz, 1998.
Stockinger, H.; Obernberger, I.: "Systemanalyse der Nahwärmeversorgung mit
Biomasse", Schriftenreihe Thermische Biomassenutzung, Band 2, dbv Verlag,
1998.
6 Danksagung
Ich möchte den Heizwerken Maria Alm und Lofer, insbesondere Alois Hammerschmid
und Gottfried Rier, für die Unterstützung mit Ihrer Erfahrung und das zur Verfügung
stellen Ihrer Daten sehr herzlich danken. Darüber hinaus gilt mein Dank Christian Göschl
(SEEGEN) für seine Unterstützung.
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