Strom und Wärme aus Holz - PROLiGNIS ENERGIE CONSULTING ...

Bioenergie
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Holzvergaser bereiten
noch wenig Freude
Frisch gehäckselte Holzhackschnitzel.
Foto: Katharina Ertmer
Sonne Wind & Wärme 9/2010
In waldreichen Gegenden sollte sich die Kombination aus Holzhackschnitzeln
und Kraftwärmekopplung rechnen. Tatsächlich hängt die
sinnvolle Symbiose oft vom Können der Betreiber ab. Denn das Heizen
mit Holz ist nicht ohne Risiken.
Theoretisch geben Holzhackschnitzel und Kraftwärmekopplung
(KWK) ein ideales Paar ab.
Der Wunsch von Kunden, sich über die gleichzeitige
Erzeugung von Strom und Wärme unabhängig
von Öl und Gas zu machen, ist ungebrochen. Allerdings
fehlt es an der funktionierenden Technik. Während
Holzvergaser oft schlapp machen, sind erprobte
Dampfturbinen oft eine Nummer zu groß.
Grundsätzlich stehen zum einen Dampfturbinen zur
Verfügung, bei denen durch die Verbrennung von Biomasse
Wasser in Wärmetauschern erhitzt und Energie
erzeugt wird. Die andere Variante ist der Einsatz von
Holzgasmotor-BHKW, die vor allem im privaten und
kleineren gewerblichen Anlagensegment zum Zuge
kommen könnten. Hier wird über die Verbrennung in einem
Reaktor Schwachgas erzeugt und in einem BHKW
in Energie umgewandelt. Entscheidend für den Verbrennungsprozess
ist bei beiden Techniken die Qualität des
Brennstoffes. Ist dieser nicht homogen oder trocken
genug, stellt sich keine konstante Leistung ein und die
Technik macht nicht mit. Das gilt vor allem für den Einsatz
von Hackschnitzeln in Holzgasmotoren.

Diese Variante hatten die Universität
Dresden und die Hochschule Zittau/Görlitz
im Auftrag des Bundesministerium für Ernährung,
Landwirtschaft und Verbraucherschutz
und der Fachagentur für Nachwachsende
Rohstoffe genauer unter die Lupe
genommen, und Anfang 2009 eine Studie
vorgestellt (Abschlussbericht „Schwachstellenanalyse
an BHKW-Vergaseranlagen“).
Positiv wird vermerkt, dass die technische
Machbarkeit solcher Anlagen durch
positive Einzelfälle bestätigt wurde. Doch
wie so oft stecken die Fehler im Detail.
Für die Analyse wurden zwölf Anlagen
unterschiedlicher Typen zwischen 10 und
400 kW ausgewählt, die mindestens
4.000 Stunden laufen und mit Holzhackschnitzel
befeuert werden. Technisch gesehen
ergaben sich Probleme mit der Vergasungs-
und Gasreinigung, weil die Systeme
mit den inhomogenen Brennstoffen nicht
zu Recht kamen. Zu feuchte Hackschnitzel
führten beispielsweise zu Störungen und
Ausfällen von Vergaser und Motor oder ließen
die Systeme verrußen. Laut Studie
sorgten auch zu große Hackschnitzel für
unliebsame Ausfälle in der Mechanik. Sie
verursachten verklemmte Förderschnecken
oder dass sich Klappen nicht schlossen
und Fremdluft in Systeme gelangte.
Gefühlte Wirtschaftlichkeit
Während mögliche Teerbildungen und Ablagerungen
die Wirkungsgrade sinken lassen,
schmälern hohe Anfangsinvestitionen
die Aussicht auf einen wirtschaftlichen Betrieb.
Laut Studie hängen erfolgreiche Projekte
neben technischen Unzulänglichkeiten
und der Qualität des Brennstoffes vom
Talent der Betreiber ab. So seien an den begutachteten
Anlagen Umbauten oder Anpassungen
vorgenommen worden, um die
Technik zum Laufen zu bringen.
Ohne den Einsatz von geschultem Personal
kämen die Anlagen nicht aus. Sie verdankten
ihre „gefühlte Wirtschaftlichkeit“
vielmehr dem kostenlosen Erfindergeist
und Enthusiasmus ihrer Betreiber, wobei
die elektrischen Bruttowirkungsgrade mit
durchschnittlich 20 % unter den Erwartungen
blieben. Immerhin sehen die Autoren
Chancen auf Besserung. So seien die technischen
Probleme keine unlösbare Aufgabe,
sondern ein Zusammenspiel von Detailproblemen,
die sich mit Ingenieursarbeit in
den Griff bekommen ließen.
Entsprechend vorsichtig ist die Fachagentur
für Nachwachsende Rohstoffe
(FNR) bei technischen Empfehlungen in
Richtung Holzvergaser-BHKW: „Der Abschlussbericht
ist die dritte FNR-geförder-
te Studie zu diesem Thema. Ein wirtschaftlicher
Anlagenbetrieb ist nur möglich, wenn
die Anlage Heizöl oder Gas ersetzt und der
Arbeitsaufwand für den laufenden Betrieb
nicht bewertet wird“, erläutert Hermann
Hansen von der FNR. „Konzepte, die die
Motorabwärme des BHKW zum Beispiel allein
zur Trocknung von waldfrischem Holz
verwerten und keine substituierende und
wertschöpfende Wärmenutzung beinhalten,
sind daher fragwürdig und oft nicht
wirtschaftlich“, fügt er hinzu.
Trotz aller Schwierigkeiten stellt auch
die Fachagentur eine enorme Nachfrage
am Markt fest. „Es gibt mittlerweile über
50 Entwickler und Anbieter von Holzgasanlagen
und es werden zahlreiche Anlagen
gebaut. Allerdings ist der Forschungs- und
Entwicklungsbedarf für dieses Technik
noch sehr erheblich. Außerdem gibt es bisher
keine Serienfertigung“, so Hansen
Eigenleistung ist gefragt
Skeptisch bleibt auch Holger Roswandowicz.
Er bekommt in seinem Ingenieurbüro
häufiger Anfragen. „Es wird viel versprochen,
aber wenn es um die Wartung geht,
wird davon wenig gehalten. Entsprechende
Vergaseranlagen zur thermischen Verwendung
von Biomasse sind wartungsintensiver
als durch fossile Rohstoffe betriebene
Anlagen. Denn die Selbstreinigung der Systeme
wird nicht erreicht. Verrußte Wärmetauscher
oder verkrustete Anlagen beeinträchtigen
den Wirkungsgrad deutlich.
Während sich erdgasbetriebene BHKW-
Anlagen bereits nach fünf Jahren rechnen,
muss bei der Biomasse genau hingesehen
werden“ so die Einschätzung von Roswandowicz.
Den Ansatz, regionale Wertschöpfung
frei von Öl und Gas zu schaffen, sei ehrenvoll,
aber falsch herum gedacht: „Die
Frage ist, wie viel Wärme erzeugt wird und
was angesichts deutlich höherer Investitionskosten
am Ende herauskommt. Wenn
zum Beispiel Qualität und Energiedichte
angelieferter Hackschnitzel sehr unterschiedlich
sind, hat das Auswirkungen auf
die Wirtschaftlichkeit und den Wirkungsgrad“,
mahnt Roswandowicz an, und
schlägt eine Zwischenlösung vor.
„Denkbar wäre eine Kombination aus
Hackschnitzel und Erdgas, wobei entweder
Holz oder Gas die Spitzenlast abdeckt und
die Grundlast vom Erdgas-BHKW kommt.
Dieses System setzten inzwischen eine
ganze Reihe von Stadtwerken ein“, so Roswandowicz.
Klar sei, dass Hersteller Anreize
brauchen, um Geld in die Forschung und
den Aufbau größerer Serien zu stecken.
Doch mit den politischen Impulsen in Form
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Wenn die Rechnung stimmt, bilden
Hackschnitzel und Dampfturbinen
eine wirtschaftliche Symbiose.
Fotos (3): Prolignis
„Im Vordergrund der KWK-
Projekte steht der maximale
Nutzen einer Region“, erläutert
Ernst Haile, Geschäftsführer bei
Prolignis.
Sonne Wind & Wärme 9/2010
von Fördergeldern ist es mittelfristig erst einmal vorbei.
Auf politischen Druck hin musste das Bundesumweltministerium
im April eine Haushaltsperre für den
Wärmemarkt verhängen. Selbst rechtzeitig eingereichte
Anträge haben keine Chance auf Förderung.
Zurzeit gibt es bis zu einer Obergrenze von 4,955 MW
für jede Kilowattstunde selbstgenutzten Strom 5,11
Ct. sowie einen Abschlag für vermiedene Netznutzungsentgelte.
Im Falle einer Einspeisung wird der
durchschnittliche Strompreis an der Strombörse EEX
aus dem Vorquartal zu Grunde gelegt. Dabei wirkte
vor allem das 2009 eingeführte Impulsprogramm für
KWK bis 50 kW stimulierend auf den Wärmemarkt.
„Es lief sehr gut. Jetzt sind die Mittel leider zusammengestrichen.
Allerdings rechnen sich richtig ausgelegte
Anlagen auch mit den bisherigen Instrumentarien“,
glaubt Wulf Binde vom Bundesverband Kraft-
Wärme-Kopplung und schließt Biomasse ausdrücklich
mit ein. „Den Markt dominieren vor allem
Erdgas-BHKW. Aber da, wo genug Wald ist, Wärme gebraucht
wird und die Transportwege sich in vernünftigen
Dimensionen bewegen, ist der Einsatz von Hackschnitzeln,
die Dampfkessel oder Dampfturbinen antreiben,
durchaus sinnvoll“, stellt er fest. Allerdings
sieht auch der Verband die Problemlage: „Heizkessel,
in denen feste Biomasse umgewandelt wird, bedeuten
mehr Aufwand und die Qualität von Holzhackschnitzeln
ist sehr unterschiedlich“, so Binde.
Wirtschaftlich mit Dampf
Die besten Chancen am Markt werden deshalb mittelgroßen
Holzheizkraftwerksanlagen eingeräumt, die
mit Dampfkesseln- und Turbinen sowie einem regionalen
Konzept ausgerüstet sind. Die Prolignis Energie
Consulting GmbH & Co.KG hat bereits vier Anlagen
(4,955 MWel und 10 MWth) realisiert. Zwei weitere Projekte
sind im Bau. Abgestimmt ist die Technik auf die
Erzeugung von Strom und die Auskoppelung von Prozesswärme.
Strategisch sucht das Unternehmen bundesweit
geeignete Standorte mit hohem Wärme- und
Prozessdampfbedarf oder nach bereits vorhandenen
Wärmenetzen. Zum Beispiel in Gewerbeparks, bei Industrienunternehmen
oder es kommt mit kommuna-
len Abnehmern wie Stadtwerken ins Gespräch.
Finanziert werden die ersten sechs Projekte über
den geschlossenen Infrastrukturfond Bayernfonds
Best Energy 1, dessen Anleger Renditeerwartungen
von um die 8 % haben: „Wir übernehmen von der
Standortentwicklung über das Projektmanagement
beim Aufbau der technischen Infrastruktur bis hin zur
Betreuung der Anlagen im laufenden Betrieb oder der
langfristigen und nachhaltigen Sicherung die ganze
Kette. Im Vordergrund steht der maximale Nutzen einer
Region“, erläutert Ernst Haile, einer der beiden
Geschäftsführer, die Rolle von Prolignis. In die Rundfeuerungskessel
kommen nur regionale Holzhackschnitzel
aus kommunalem Schnitt, aus der Landschaftspflege
oder von Waldresthölzern. Der Bedarf
liegt pro Anlage bei rund 65.000 t pro Jahr. Um Konkurrenzsituationen
zu vorgetrocknetem Holz zu vermeiden,
wird auf frisches Material mit Feuchtigkeitsgraden
um die 50 % gesetzt, das auf dem Weg zur
Verbrennung auf gegenläufig rotierenden Rundrosten
eine Trocknung durchläuft. Die Anlagen von Prolignis
können nach Angaben des Unternehmens frisches
Holz mit einem Wassergehalt von 30 bis 55 % verarbeiten.
Die Restfeuchte vor der Verbrennung spielt somit
nur eine untergeordnete Rolle, da die Anlagen
speziell auf diese Art der Verarbeitung ausgelegt sind.
Wirtschaftlich hängen die Anlagen zu etwa 75 % am
EEG, der Rest soll durch den Verkauf von Wärme eingespielt
werden.
„Für Investoren gibt es mehrere Möglichkeiten,
sich zu beteiligen. So können sich beispielsweise interessierte
Stadtwerke direkt an der einzelnen Anlage
oder über den Fonds beteiligen. Contractinggesellschaften
können die Wärmeverteilung am Standort
übernehmen und ihr eigenes standortbezogenes Gesellschaftsmodell
entwickeln“, berichtet Haile.
Allerdings ist auch die in den Prolignis-Kraftwerken
eingesetzte Anlagentechnik nicht wartungsfrei. So
kann sich beispielsweise Schlacke im Kessel ablagern
und den Wirkungsgrad beeinflussen. „Die Wartungskosten
sind deshalb im laufenden Betrieb bereits eingerechnet.
Das Personal stellen eigene Betreibergesellschaften.
Da Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit
von KWK und Holzhackschnitzel mit sinkenden
Anlagengrößen abnehmen, wird für Abnehmer mit geringerem
Bedarf auf Pellets-Feuerung ausgewichen“,
erklärt Haile.
Torsten Thomas