Vortrag R3 - tetra ingenieure GmbH
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„Möglichkeiten und Grenzen der Energiebereitstellung durch Strohfeuerungsanlagen in der gewerblichen Produktion“ Anwendungsbeispiel landwirtschaftliche Getreidebrennereien Diplomkolloquium Andre Gerstenberg Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. Reiner Malessa, FH Brandenburg Dr.-Ing. Ernst-Peter Jeremias, tetra ingenieure GmbH, Neuruppin Datum: 15.11.2007 Motivation für die Diplomarbeit Aktionsplan Biomasse der EU Angaben in Mio. Tonnen Öläquivalent Quelle: EurObservER 2006 Ausbau der Bioenergie führt zu einer größeren Nachfrage und folglich zu Preissteigerungen Erschließung ungenutzter Biomassepotenziale zur Reduzierung von Nutzungskonflikten © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 2 / 16 15.11.2007 Zielstellungen der Diplomarbeit 1 Potenziale für die Wärmeerzeugung aus Stroh 2 Stand der Technik Strohverbrennung 3 Bereitstellung Verbrennung Anwendungsbeispiel Brennerei Erweiterung und Optimierung des Brennereibetriebes Strohfeuerungskonzepte Wirtschaftlichkeit © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 3 / 16 15.11.2007 1 Strohpotenziale Getreideanbaufläche Stoffliche Nutzung Deutschland: 6,7 Mio. ha Einstreu in Tierställen, Einarbeitung in die Brandenburg: 0,5 Mio. ha Ackerkrumme zur Bodenverbesserung Strohmenge Deutschland: 40,2 Mio. t Brandenburg: 3,1 Mio. t Mittelwert Min/Max ca. 89 TWh Verdopplung des Anteiles fester Biobrennstoffe Quelle: Daten für Endenergie und feste Biobrennstoffe aus AGEE-S, Stand 03/07 © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 4 / 16 15.11.2007 2 Stand der Technik Strohverbrennung Bereitstellung Großballen quaderförmig Häcksel Ballendichte: 139 – 170 kg/m³ Schüttdichte: 45 – 80 kg/m³ Preis: ca. 70 €/t Preis: ca. 77 €/t Quelle: http://www.videncenter.dk/uk/index.htm Quelle: http://www.videncenter.dk/uk/index.htm © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 5 / 16 15.11.2007 2 Stand der Technik Strohverbrennung Bereitstellung Briketts Pellets Schüttdichte: 400 – 500 kg/m³ Schüttdichte: 400 – 650 kg/m³ Preis: 140 €/t Preis: 150 €/t Quelle: www.asket.pl/ de/brikette.php Quelle: http://www.videncenter.dk/uk/index.htm © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 6 / 16 15.11.2007 2 Stand der Technik Strohverbrennung Bereitstellung Bsp.: Lieferung von 25 t Stroh durch Transport-Lkw mit max. 100 m³ Ladevolumen und max. Nutzlast von 25 t 200 Bezugspreis in €/t 175 150 Ballen: 2 Fahrten bei 100 m³ 125 Häcksel: 5 Fahrten bei 100 m³ 100 Pellets: 1 Fahrt bei 45 m³ 75 Briketts: 1 Fahrt bei 60 m³ 50 Ballen: 4 Fahrten bei 50 m³ 25 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Entfernung in km © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 7 / 16 15.11.2007 2 Stand der Technik Strohverbrennung Verbrennung Rostfeuerungen dominierende Technologie meist modifizierte Holzfeuerungen Beschickung mit Pellets, Häckseln oder aufgelösten Ballen Quelle: http://www.binder-gmbh.at/Deutsch/Heizanlagen/Feuerungssysteme/SRF-S.html © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 8 / 16 15.11.2007 2 Stand der Technik Strohverbrennung Verbrennung Vergleich der Heizwerte Emissionsrelevante Bestandteile 10 Anteil in % d. TM Heizwert in kWh/kg 12 8 6 4 2 0 Stroh Holz Steinkohle Erdgas Heizöl 8 7 6 5 Stickstoff Asche 4 3 2 1 0 Kalium Chlor Stroh Holz Aschegehalt: Grenzwerte für Staubemissionen schwer einzuhalten, starke Verschmutzung der Feuerungskomponenten, höhere Aufwendungen zur Entaschung Kaliumgehalt: geringer Ascheschmelzpunkt (Verschlackung der Asche), Rostkühlung erforderlich © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 9 / 16 15.11.2007 3 Anwendungsbeispiel Brennerei Erweiterung und Optimierung des Brennereibetriebes Ist-Zustand Soll-Zustand Jährliche Getreidemenge in t 336 5.313 Ethanolgehalt in Vol. % 86 86 1.217 19.250 480 7.590 Heizölverbrauch in l/hl Ethanol: 34 17 Strohverbrauch in kg/hl Ethanol: 77 39 Jährliche Ethanolmenge in hl: Jahresbetriebsstunden: Maßnahmen: Wärmerückgewinnung und Wärmedämmung Austausch von ausgedienter oder unzureichender Anlagentechnik Investitionskosten 330.900 € © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 10 / 16 15.11.2007 3 Anwendungsbeispiel Brennerei Strohfeuerungskonzepte Konzept 1 Wasser Luft Stroh Strohfeuerung ECO Rauchgas Leistung: 390 kWth Dampfleistung: 590 kg/h Jährliche Brennstoffmenge: Asche - Strohballen Dampfkessel Investitionskosten: Dampf 617.600 € Kostenersparnis gegenüber Zur Brennerei © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 750 t Heizöl: 11 / 16 119.000 € 15.11.2007 3 Anwendungsbeispiel Brennerei Strohfeuerungskonzepte Luft Stroh Konzept 2 Leistung: Zusatzfeuerung Wasser Asche Rauchgas Heißwasserkessel - Heizölfeuerung: 340 kWth - Strohfeuerung: 29 kWth Dampfleistung: Brennstoff: Luft Heizöl 540 kg/h ECO Hauptfeuerung Rauchgas - Strohpellets - Heizöl 50 t 278.000 l Investitionskosten: 128.800 € Dampfkessel Kostenersparnis Heizöl Dampf 20.000 € Zur Brennerei © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 12 / 16 15.11.2007 3 Anwendungsbeispiel Brennerei Strohfeuerungskonzepte Luft Stroh Wasser Strohfeuerung Konzept 3 ECO Rauchgas Schlempe Asche Leistung: 2.400 kWth Dampfleistung: 3.500 kg/h Brennstoff: Dampfkessel Dampf Dampfmotor 2-stufig 3.352 t - Schlempe 1.075 t Investitionskosten: 3.019.500 € G Zur Brennerei Schlempetrocknung, Prozesswärme, Nah- und Fernwärme © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg - Strohballen Kostenersparnis: - Brennstoff 75.000 € - el. Energie 90.000 € Wärmeverkauf: 13 / 16 460.000 € 15.11.2007 3 Anwendungsbeispiel Brennerei Wirtschaftlichkeit Verkaufspreise 99 Vol. % Ethanol mit Variation der Betriebskosten (+/- 20 %) 80 Verkaufspreis in €/hl 75 70 65 60 55 50 Preisspanne Marktpreis 45 40 35 Konzept 1 Konzept 2 Konzept 3 Heizöl © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 14 / 16 15.11.2007 3 Anwendungsbeispiel Brennerei Wirtschaftlichkeit Verkaufspreise 99 Vol. % Ethanol mit Variation der Betriebskosten (+/- 20 %) 80 Verkaufspreis in €/hl 75 70 65 60 55 50 Preisspanne Marktpreis 45 40 35 Konzept 1 Konzept 1 Konzept 2 Konzept 3 Heizöl (Förderung) © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 15 / 16 15.11.2007 Fazit Stroh kann als nachwachsendes und CO2-neutrales Nebenprodukt in nennenswerten Mengen zur Energieversorgung beitragen durch den niedrigen Brennstoffpreis von Strohballen und die Beschränkung auf den ländlichen Raum kann die Grenze zur Wirtschaftlichkeit bereits überschritten werden für eine stärkere Verbreitung des Brennstoffes Stroh muss eine preisgünstige Aufbereitung zu Strohpellets oder Strohbriketts etabliert werden Feuerungsanlagen für Stroh sind vorhanden (vor allem in Dänemark), müssen aber für die Einhaltung der deutschen Emissionsgrenzwerte weiterentwickelt werden für die Brennerei liegt das größte Potenzial in der Reduzierung des Energiebedarfes © Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 16 / 16 15.11.2007
