Holz: Nur zum Heizen zu schade

heizungstechnik
Holz: Nur zum
Heizen zu schade
Holzbefeuerte Mini-Heizkraftwerke vor
dem Markteintritt
Markus Gailfuß*
Steigende Heizöl- und Erdgaspreise führen derzeit zu einer
Renaissance der energetischen Holznutzung. Aufgrund
der attraktiven Vergütungssätze für Strom aus Biomasseanlagen gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
existiert außerdem eine große Nachfrage nach der Möglichkeit, aus der Wärme in Form einer Kraft-Wärme-Kopplung
(KWK) auch Strom zu gewinnen.
B
isher war dies in Bezug
auf feste Biomasse im Leistungsbereich unter 50 kW
nahezu nicht möglich. Nun
stehen zwei Unternehmen
unmittelbar vor der Markteinführung solch kleiner Biomasse-Heizkraftwerke auf
Stirlingmotoren-Basis und
vier weitere Firmen berichten über Pilotanlagen, die in
den nächsten 1 - 2 Jahren zur
Marktreife entwickelt werden
sollen.
Biomassebetriebene
Heizkraftwerke
*) Markus Gailfuß,
BHKW-Consult Rastatt
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Das Unternehmen Sunmachine (Kempten/Nürnberg)
entwickelte einen holzpelletbetriebenen Stirlingmotor
mit einer elektrischen Nennleistung von 3 kW. Wie aus
dem Anlagen-Schnittbild ersichtlich, werden die Pellets
aus einem Zwischenbehälter
(80 l), der von einem Vorratsraum gespeist wird, entnommen und fallen von oben auf
den Brenner. Der sogenannte Upside-Down-Brenner, bei
dem die Flamme wie bei einer
Rakete von oben nach unten
auf den Wärmetauscher des
Einzylinder-Motors (520 ccm)
geführt wird, sorgt aufgrund
seiner hohen Brenntempera-
∂ Das Unternehmen
­Sunmachine ­entwickelte
einen holzpelletbetriebenen Stirlingmotor mit
einer elektrischen Nennleistung von 3 kW ...
tur für eine effiziente Brennstoffnutzung. Der bei einem
Arbeitsdruck von 33 bar betriebene Stirlingmotor weist
laut Herstellerangaben einen
elektrischen Wirkungsgrad
(= elektrische Arbeit/zugeführte Brennstoffwärmeleistung) von 20 - 25 % bei einem
thermischen Wirkungsgrad
von 65 - 70 % auf. Um einen
effizienten Brennwertbetrieb
realisieren zu können, sollte
die Rücklauftemperatur bei
rund 30 °C liegen. Die maximale Vorlauftemperatur des
Stirlingmotors wird mit 85 °C
angegeben.
Seit Herbst 2006 werden
15 Anlagen pro Woche produziert. Insgesamt waren bis
Dezember 2006 rund 50 Anlagen in Betrieb. Bis Ende 2007
soll eine Produktionskapazität von 70 Modulen pro Woche realisiert werden. Der Nettopreis für das Modul (ohne
externen Pellet-Speicher) ist
bei etwa 23 500 Euro anzusiedeln.
Das österreichische Unternehmen Mawera (Hard)
greift bei seiner Holzbefeuerten KWK-Anlage auf einen Vierzylinder-Stirlingmotor mit einer elektrischen Leistung von 35 kW zurück, der
von Professor Carlsen an der
Technischen Universität Kopenhagen entwickelt wurde.
Eine aufwendige Forschungsund Entwicklungsarbeit stellte die Konzeption der Feuerungsstätte dar, die von Mawera in Zusammenarbeit
mit Bios Bioenergiesysteme
GmbH (Graz) entwickelt wurde. Durch die Realisierung einer Hochtemperaturfeuerung
(1300 °C) konnten die Voraussetzungen zur Realisierung
eines hohen elektrischen
Wirkungsgrades geschaffen
werden. Um bei derart ho-
∂ ... Wie aus dem Anlagen-Schnittbild ersichtlich, werden die Pellets
aus einem Zwischenbehälter (80 l),
der von einem Vorratsraum gespeist
wird, entnommen und fallen von oben
auf den Pelletbrenner.
IKZ-Haustechnik · Heft 4 /2007
heizungstechnik
∂ Prototyp eines holzpelletbetriebenen 4-Zylinder-Stirlingmotors mit einer
elektrischen Leistung von 1 kW sowie einer thermischen Leistung von 15 kW.
Hersteller ist das österreichische Unternehmen Stirling Power Module Energieumwandlungs GmbH mit Sitz in Graz.
hen Temperaturen ein Verschlacken des Erhitzer-Wärmetauschers des Stirlingmotors zu verhindern, kommen
nur Brennstoffe mit hohem
Ascheschmelzpunkt und niedrigen Chlorgehalten infrage.
Hierzu zählen insbesondere Hackschnitzel, Sägespäne
und Pellets mit einem geringen Anteil an Rinde. Außerdem wird der Erhitzerwärmetauscher mit einem automatischen Abreinigungssystem
auf Basis eines Druckluftsystems ausgestattet.
Nach dem Wärmetauscher
des Stirlingmotors weist das
Rauchgas noch eine Temperatur von rund 850 °C auf.
Diese wird zur Vorwärmung
der Verbrennungsluft genutzt
und anschließend über einen
Economiser geleitet, der Wärme an das bestehende Heizwasser-Netz abgibt. Die Wärmeabfuhr im Kühler-Wärmetauscher des Stirlingmotors
erfolgt durch Vorwärmung
des Rücklaufs des Heizwassernetzes. Die erzielbare elektrische Leistung ist auch abhängig von der Rücklauftemperatur. Bei 60 °C kann der
Stirlingmotor eine Leistung
von 35 kW bringen. Bei tieferen Temperaturen steigt diese Leistung an. Der realisierbare elektrische Wirkungsgrad wird vom Hersteller mit
12 - 18 % angegeben.
Nach dem Test von zwei Pilotanlagen werden seit Sommer 2004 Erfahrungen aus
dem Betrieb der ersten kommerziellen Kleinserie mit
insgesamt acht Modulen in
sechs Anlagen (4 x 35 kW,
2 x 70 kW) gesammelt und
ausgewertet. Einer der Pilot-
Heft 4 /2007 · IKZ-Haustechnik
anlagen-Motoren weist inzwischen eine kumulierte Betriebsstunden-Anzahl von
mehr als 16 000 Stunden auf.
In diesem Jahr sollen weitere Betriebserfahrungen gesammelt und Verbesserungen
realisiert werden. Im Jahre
2007 will das Unternehmen die
Serienfertigung starten und
eine einmodulige 35-kW-Variante sowie eine doppelmodulige 70-kW-Variante anbieten.
Die Anlage soll so konzipiert
sein, dass der Wartungsaufwand auf eine Inspektion pro
Jahr begrenzt ist.
Forschung und Entwicklung
Neben den zwei vorgestellten Marktreifen BiomasseStirlingmotoren laufen weitere Entwicklungen anderer
Unternehmen, die sich noch
in der Pilotanlagen-Phase befinden. So berichtet das öster-
reichische Unternehmen Stirling Power Module Energieumwandlungs GmbH mit
Sitz in Graz von einem Prototypen eines holzpelletbetriebenen 4-Zylinder-Stirlingmotors mit einer elektrischen
Leistung von 1 kW sowie einer thermischen Leistung von
∂ 70-kW-Stirlingmotor von Prof.
Carlsen (TU Kopenhagen).
15 kW. Seit Kurzem läuft ein
Feldtest mit rund 35 Anlagen, der bis Ende April 2008
andauern soll. Nach erfolgreichem Feldtest sollen rund
670 Module pro Jahr produ-
Literatur-Tipp
Das Mini-Blockheizkraftwerk
Eine Heizung, die Ihr Geld verdient
Autoren: Wolfgang Suttor, Matthias Johler und Dietmar Weisenberger, 3., neubearbeitete und erweiterte Auflage 2007, 132 Seiten, Format: DIN A5, Preis: 38,00 Euro,
Verlag: C. F. Müller Verlag, Hüthig GmbH & Co. KG,
ISBN: 978-3-7880-7788-4.
Eine Heizung, die Ihr Geld verdient. So lautet der Untertitel
dieses Handbuchs, das den Leser über die Funktion und die
Vorteile von Mini-BHKWs informieren will. Dazu beschreiben die Autoren fachkundig und nachvollziehbar Technik,
rechtliche Grundlagen
und Wirtschaftlichkeit
von Mini-BHKWs und
erläutern die Schritte
von der Planung bis
zum Betrieb einer
derartigen Heizungsanlage. Abgerundet
wird die Publikation
durch Praxisbeispiele
aus dem Wohn- und
Gewerbebereich sowie
aus öffentlichen Einrichtungen.
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heizungstechnik
∂ Tabelle 1: Hersteller von holzbefeuerten Mini-Heizkraftwerken.
Internet
Technologie
Leistungsgröße
(elektrisch)
Voraussichtlich kommerziell verfügbar
seit/ab…
Sunmachine
Mawera
Stirling Power Module
Hoval
Solo Stirling
OTAG
www.sunmachine.com
www.mawera.com
www.stirlingpowermodule.com
www.hoval.ch
www.stirlingengine.de
www.otag.de
Stirlingmotor
Stirlingmotor
Stirlingmotor
Stirlingmotor
Stirlingmotor
Dampfmotor
3 kW
35 kW / 70 kW
1 kW
1 kW
2 – 9 kW
(Erdgas-Variante)
0,2 – 3 kW
(Erdgas-Variante)
2006
2007
2007/2008
2008
Mitte 2008
2007/2008
ziert werden. Der Nettopreis
für das Stirlingpowermodul
wird ohne Pelletkessel voraussichtlich rund 5000 Euro betragen.
Bereits im Jahre 2001 begannen die Testversuche des
schweizerischen Unterneh-
forscht ebenfalls an einer Bio­
masse-betriebenen Variante
des bereits verfügbaren Erdgas-Stirlingmotors (2 - 9 kWel,
8 - 26 kWth). Dabei werden derzeit ein Prototyp mit Holzgas
sowie ein Stirlingmotor im
Hochtemperatur-Abgasstrom
mit einer elektrischen Leistung
von 0,2 - 3 kW bei 2 - 16 kW
thermischer Leistung. Das
Unternehmen OTAG mit Sitz
im sauerländischen Olsberg
arbeitet derzeit noch an der
Entwicklung eines PelletDampfmotors und erwartet
eine Markteinführung frühestens Mitte 2007. Derzeit laufen Feldtests mit zwei holzpelletbetriebenen Modulen.
Vergütung nach EEG
∂ Die Solo Stirling GmbH forscht ebenfalls an einer biomassebetriebenen Variante des bereits verfügbaren Erdgas-Stirlingmotors (2 - 9 kWel, 8 - 26 kWth).
mens Hoval mit Sitz in Feldmeilen mit einem 1-kWelStirlingmotor. Die von Dr.
Kammerich entwickelte BetaStirlingmaschine soll als Zusatzgerät (Add-on Lösung)
zu den Holzvergasungskesseln der Reihe AgroLyt im Leistungsbereich von 20 - 45 kWth
angeboten werden. Derzeit
werden sieben Pilotanlagen
der zweiten StirlingmotorenGeneration getestet. Eine
Markteinführung ist nach Unternehmensangaben für Anfang 2008 geplant.
Das Unternehmen Solo
Stirling GmbH (Sindelfingen)
40
einer Holzverbrennung als
Prototypen getestet. Ob und
wieweit eine Serienfertigung
dieser Biomasse-Stirlinganlagen angedacht ist, hat das
Unternehmen noch nicht entschieden. Vor Mitte 2008 wird
aber laut Unternehmensangaben kein biomassebefeuerter Stirlingmotor angeboten.
Ebenso in der Entwicklung befindet sich eine holzpelletbetriebene Variante des
seit dem Jahre 2006 auf dem
Markt befindlichen Lion Powerblocks, einem erdgasbetriebenen Mini-Dampfmotor
wachsender Rohstoff gemäß
EEG darstellt, laufen Untersuchungen, inwieweit und
zu welchen Kosten Waldrestholz pelletiert werden kann.
Gegebenenfalls werden zukünftig aufgrund der deutlich
höheren EEG-Vergütungssätze auch NawaRo-Pellets auf
dem Markt angeboten.
∂
@ Internetinformationen:
www.bhkw-consult.de
www.bhkw-infozentrum.de
Nach dem ErneuerbareEnergien Gesetz (EEG) erhalten alle KWK-Anlagen bis zu
einer elektrischen Leistung
von 150 kW eine Grundvergütung von derzeit 10,99 Cent
je Kilowattstunde Strom. Hinzu kommt bei Nutzung der
abgegebenen Wärme ein
KWK-Bonus sowie ein Technologiebonus für die Nutzung innovativer Technologien (Stirling-/Dampfmotor)
in Höhe von jeweils 2 Cent/
kWh. Daher ist die Vergütung
für holzbefeuerte Mini-Heizkraftwerke bei 14,99 Cent anzusiedeln.
Werden zur Befeuerung der
Biomasse-Anlage nachwachsende Rohstoffe (NawaRo) gemäß den Bestimmungen des
EEG verwendet, wie dies z. B.
bei Waldrestholz der Fall ist,
wird ein zusätzlicher Bonus
in Höhe von 6 Cent/kWh gewährt. Maximal beträgt die
Stromvergütung demnach
20,99 Cent/kWh.
Da Rest- und Abfallholz
aus Sägewerken, welches u. a.
für die Herstellung von Pellets genutzt wird, kein nach-
IKZ-Haustechnik · Heft 4 /2007