Herzlich willkommen zur PowerPoi by pengxiang

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									    Wald-Biomasse als Energiequelle
- Kenntnisse und Erfahrungen aus Bayern
               Robert Wagner,
                 Dipl.-Ing. (FH)
       Robert.Wagner@carmen-ev.bayern.de
                02. Oktober 2008
Inhaltsverzeichnis




     •C.A.R.M.E.N. e.V. im KONARO
     •Biomasseheizanlagen
     •Biomasseheizwerke
     •Biomasseheizkraftwerke
KONARO
KONARO


                                                                              Kompetenzzentrum
                                                                         für Nachwachsende Rohstoffe


                                                                                                Technologie- und
                                                                                                 Förderzentrum                                          C.A.R.M.E.N.

                                                                                                                                               Koordinationseinrichtung für
           Forschung und Lehre                                                Angewandte Forschung bei                                         Nachwachsende Rohstoffe
           in den Bereichen                                                    Energie- und Rohstoffpflanzen
                                                                                                                                                Beratung und Koordinierung im
      Technologie Biogener Rohstoffe                                          Biogenen Festbrennstoffen                                        Bereich Nachwachsende
      Chemie & Molekularbiologie                                              Biogenen Kraft-, Schmier- und                                    Rohstoffe
       Nachwachsender Rohstoffe                                                  Verfahrensstoffen                                              Begutachtung, Betreuung und
      Pflanzenphysiologie                                                    Förderung von Projekten                                            Evaluierung einschlägiger
      Biogene Werkstoffe                                                      Energie aus Biomasse:                                            Projekte
      Energietechnik & Maschinenbau                                             Biomasseheizwerke                                              Öffentlichkeitsarbeit
      Biogastechnologie                                                       Forschung, Entwicklung     und                                  Technologie- und
      Geothermie                                                                Demonstration                                                   Informationstransfer
                                                                              Wissenstransfer                                                   Qualitätsmanagement
      Marketing & Management
                                                                               Seminare, Beratung, Internet                                     Holzheizwerke (QM)
       Nachwachsender Rohstoffe
      Betriebswirtschaftslehre
       Nachwachsender Rohstoffe                                                            Schulungs- und Ausstellungszentrum für Nachwachsende Rohstoffe
Träger: Bayer. Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst       Träger: Bayer. Staatsministerium für Landwirtschaft und Forsten
Gesamtkonzept Nachwachsende
Rohstoffe in Bayern

Geförderte Bioenergie seit 1990
• 252 Biomasseheizwerke
       • Einzelfallentscheidungen (153)
       • BioKomm (45)
       • BioHeiz500 (54)

• 8 Biomasseheizkraftwerke
• 6 Pflanzenöl-BHKWs
• mehrere Biogasanlagen
• Über 3.000 Kleinfeuerungen
• F & E Projekte
Biomasse

die Klassiker ....



                                                                Holzpresslinge
                                                               (Pellets, Briketts)
                 Scheitholz             Holzhackschnitzel

 die Anspruchsvollen ...




                                                  Rapspress-
                                                   kuchen            Miscanthus/
Getreide/Kleie                                                      Kurzumtriebs-
                              Stroh/Landschafts
                               -pflegematerial                       plantagen
 Holz-Heizkessel

               Hackschnitzelkessel
Scheitholzkessel                              Pelletkessel




                        Sources: C.A.R.M.E.N. e.V., Gutamatic, HDG and other
Preisentwicklung Waldhackgut




http://www.carmen-ev.de/dt/energie/bezugsquellen/hackschnipreise.html, 30.09.08
Preisentwicklung Pellets




http://www.carmen-ev.de/dt/energie/pellets/pelletpreise.html, 30.09.08
Biomasseheizanlagen, -heizwerke
Biomasseheizanlagen, -heizwerke


                                     Nah- oder
                                      Fernwärmenetz
                                     • Hauptnetz
                                     • Hausanschlüsse




  Quelle: Lögstörör, Köb & Schäfer
Biomasseheizanlagen, -heizwerke

Auslegung von Biomasseanlagen
                                                  J a h re s d a u e r li n i e fü r e in ty p i s c h e s O b je k t
                                                      m it 1 ,2 M W A b n a h m e w ä r m e le is tu n g


                     1.20 0




                     1.00 0




                       80 0
 L e is tu n g k W




                       60 0




                       40 0




                       20 0




                       -
                              0   10 00   2 000       300 0                400 0               50 00                6 000   700 0   80 00

                                                                          S t u n d e n p ro Jah r




  typische Jahresdauerlinie für Objekte mit einer Heizleistung von 1,2 MW
                  Biomasseheizanlagen, -heizwerke

                  Auslegung von Biomasseanlagen
                                                              J a h re s d a u e r lin i e fü r e i n ty p is c h e s O b je k t
                                                                  m it 1 , 2 M W A b n a h m e w ä r m e le is tu n g



                  •Geringe
                  1 . 20 0                                 •Möglichst großer Anteil der Biomasseanlage an
                                 186 M W h
                                                           der Wärmeerzeugung
                  •b
                  1 . 00 0
                                                           •Mit 30 bis 50 % der Leistung werden über 80 %
                                                           der Arbeit abgedeckt
                  •k 80 0
                                                                     2 2 0 6 M W h /a


                  •k
                                                                      1838 V bh
Le is tu ng k W




                     60 0




                  •l 40 0




                     20 0
                                                 1800 M W h
                                                    82 %

                                                                                                                                          220 MW h
                     -

                             0          10 0 0   20 0 0          3 00 0               4 0 00               5000                    6000         7000   8000

                                                                                     S tu nd e n pr o J a hr
Wirtschaftlichkeit – Heizwerke



Kennwerte - Biomasseheizwerk
 Marktübliche Wärmepreise
 spez. Investition < 7,5 * Wärmepreis
 Wärmeabnehmer zu Beginn
 Anschlussdichte im Netz >1,5 (MWh/a)/m
 Auslastung Biomassekessel > 2.500 Vbh/a
 Qualitätsmanagement während Planung       und
Umsetzung wichtig
Biomasseheizwerke

 Geeignete Objekte
             ++ Schwimmbäder, Schulen, Krankenhäuser, Wohnheime
             ++ holzverarbeitende Betriebe mit Trocknungsanlage
 sehr gute   ++ Molkereien, Brauereien, Schlachthöfe
  Eignung    ++ bestehende Wohngebiete mit dichter Bebauung,
                mehrgeschossige Bauten

             +   reine Wohn-/Neubaugebiete mit dichter Bebauung
 bedingte    +   kleinere kommunale Gebäude
 Eignung     +   gemischte Gewerbebetriebe
             +   Industrieanlagen

             - reine Wohn-/Neubaugebiete in Niedrigenergiebauweise
 geringe
             - wenige Wohnhäuser (Ein- und Zweifamilienhäuser)
 Eignung     - kleine Einzelobjekte mit geringem Wärmebedarf
               (z. B. Lagerhallen, Bauhöfe)
Biomasseheizwerk Regen




Biomassekessel:     820 kW (Nennwärmeleistung)
Reservekessel       1.400 kW – Erdgas
Brennstoffbedarf:   ~750 t naturbelassene Biomasse pro Jahr
Netzlänge:          988 m (Heißwasser)
Investition:        ~877.000 Euro(~410.000 Euro Fördermittel)
Wärmeproduktion:    ~2.600 MWh pro Jahr
Wärmeabnehmer:      2 Schulen, 3 Verwaltungsgebäude,
                    2 Mehrfamilienhäuser (1.800 kW)
Besonderheit:       Contracting durch Landwirte und Waldbesitzer
                    (40 Mitglieder)
Biomasseheizkraftwerke

Heizkraftwerk mit ORC-Prozess
Biomasse-Heizkraftwerk Sauerlach
•   Strom- und Wärmeerzeugung
    - elektrische Nennleistung 480 kW
    - 5 MW (Holzhackschnitzel)
    - 4 MW (Pflanzenölbrenner f. Spitzenlast)
    - Strom: 2.000 MWh/a; Wärme: 11.000 MWh/a
    - Verbrauch Holzbrennstoff: 6.000 t/a
      160 m3 (Unterflur-Tageslager), 2.400 m3 (Lagerhalle), 3.000 m3 (Freilager)

•   Wärmenutzung
    Industriegebiet, Ortszentrum, kommunale Gebäude, Wohn-
    siedlung Leistungsbedarf ca. 7,5 MW; Wärmeverteilung 16 km

•   Gesamtinvestition
    ca. 9 Mio. Euro (incl. Wärmeverteilung)                         Bildquelle: Gammel
Biomasseheizkraftwerk
Pfaffenhofen



 Biomassekessel:           26,7 MW (Feuerungswärmeleistung)
 Reservekessel (Erdgas):   30,5 MW

 Max. elektr. Leistung:    6 MW

 Brennstoffbedarf:         ~80.000 t naturbelassene Biomasse pro Jahr

 Netzlänge:                18.350 m (Heißwasser und Dampf)

 Investition:              ~40,9 Mio. € (inkl. ~8,9 Mio. € Fördermittel)

 Stromproduktion:          ~42.000 MWh pro Jahr

 Wärmeproduktion:          ~120.000 MWh pro Jahr
 Besonderheit:             Versorgung von Absorptionskältemaschinen in
                           Krankenhaus, Brauerei und Bürogebäuden
Biomasseheizwerke
Biomasseheizkraftwerke

Anlage               Leistung Biomasse        Invest Wärme
Biomasse-           820 kW-B     750 t/a    ~ 877 T€     2.600
heizwerk          1.400 kW-E                           MWh/a
Regen
ORC             5.000 kW-N-B    6.000 t/a   9.000 T€
Sauerlach       4.000 kW-N-Pf
                   (480 kWel)
Biomasse-       26.700 kW-F-B 80.000 t/a 40.900 T€     120.000
heizkraftwerk    30.50 kW-F-E                          MWh/a
Pfaffenhofen
                 (6.000 kWel)
Herzlichen Dank
     für Ihre
Aufmerksamkeit
Wirtschaftlichkeit – Heizwerke


Äquivalenzpreis der Biomasse
                   Äqu iv ale n z p re is [€ /t]


20 0,0

18 0,0                                                                        Äquivalenz-
16 0,0                                                                        preis für
14 0,0                                                                        Biomasse
12 0,0
10 0,0
                                                                              mit einem
 8 0,0
                                                                              Heizwert von
 6 0,0                                                                        3,5 kWh/kg
 4 0,0                                                                        über dem
 2 0,0
                                                                              Heizölpreis
  0,0
         10   15   20      25            30           35       40   45   50

                          H e i z ö l p r e i s [C e n t/l ]
Wirtschaftlichkeit – Heizwerke


Gleichgewichtspreis - Biomasseheizwerk


                            Kostenvergleich für
                            ein Heizöl- und ein
                            Biomasseheizwerk
                            gleicher Leistung
                            zur Ermittlung des
                            Gleichgewichtspreises
                            für Biomasse bei
                            einem Heizölpreis
                            von 30 Cent/l
Wirtschaftlichkeit – Heizwerke


Gleichgewichtspreis bezogen
auf die Auslastung - Biomasseheizwerk
                                                          G le ic h g e w ic h ts p r e is
                                                               fü r He izö l in € /l


 0,8
                                                                                                                                                                   Gleichge-
 0,7
                                                                                                                                                                   wichtspreis
 0,6                                                                                                                                                               für Heizöl
 0,5                                                                                                                                                               bei einem
 0,4                                                                                                                                                               angenom-
 0,3                                                                                                                                                               menen
 0,2                                                                                                                                                               Biomasse-
 0,1                                                                                                                                                               preis von
  0
       500   1 .0 0 0 1 . 5 0 0 2 .0 0 0 2 . 5 0 0 3 . 0 0 0 3 . 5 0 0 4 . 0 0 0 4 . 5 0 0 5 . 0 0 0 5 . 5 0 0 6 . 0 0 0 6 . 5 0 0 7 . 0 0 0 7 . 5 0 0 8 . 0 0 0
                                                                                                                                                                   45 €/t
                                                                    V o l ll a s t s tu n d e n
       Wirtschaftlichkeit – Heizwerke

Sensitivitätsanalyse - Biomasseheizwerk                                S. Kilburg


Änderung der Wärmekosten in Abhängigkeit verschiedener Parameter
Beispiel:                    Heizwerk, 5 MW, 1,4 MW BM, 7.100 MWh Wärmeproduktion,
                             96 % Biomasse, 4 % Heizöl, 1,96 Mio. € Investition
                        0
                                                             Investition -1%
                      -0,1                                   Auslastung +1%
Veränderung WGK [%]




                                                             Brennstoffkosten -1%
                      -0,2
                                                             Förderung +1%
                      -0,3                                   Kapitalzins -1%
                                                             Personalkosten -1%
                      -0,4

                      -0,5

                      -0,6

                      -0,7
                                    Sensitivität
Wirtschaftlichkeit – Heizwerke


-Empfehlungen- Biomasseheizwerke
Kennwerte
• Investitionssumme: max. das 7,5fache des
  durchschnittlich erzielbaren Wärmepreises in
  €/MWh (bzw. des Vergleichspreises einer rein
  fossilen Variante)
• Wärmeanschließer: 70% der prognostizierten
  Wärmemenge sollten vorab durch Vorverträge
  oder Beschlüsse gesichert sein
• Ausbaustufen: Endausbau nach 3 Jahren
• Wärmebedarfsdichte: > 1,5 MWh/a/m
  Wärmetrasse (bis zu den Übergabestationen)
• Auslastung der Anlage: Vollbenutzungsstunden des
  Biomasse-Kessels: > 2.500 Vbh/a
Wirtschaftlichkeit – Heizkraftwerke


Modellrechnung - Kraft-Wärme-Kopplung
Annahmen für Basisfall
 Investkosten: 3.000 €/kWel; Zinsfuß 6%; Laufzeit 15 a
 Brennstoffkosten: 15 €/MWh
 Summe aller sonstige Kosten: 6% des Invests
 Stromerlöse: 100 €/MWh
 Wärmeerlöse: 35 €/MWh
 Elektrischer Wirkungsgrad: 30 %
 Eigenstrombedarf: 2 % der Stromerzeugung
 Thermischer Nutzungsgrad: 50 %
 Vollbetriebsstunden: 6.000 h/a
Wirtschaftlichkeit – Heizkraftwerke

Modellrechnung - - Kraft-Wärme-Kopplung
Spezifische Kosten
         Kapitalkosten:                 309 €/kWel/a
         Brennstoffkosten:              300 €/kWel/a
         Summe aller sonstige Kosten:   180 €/kWel/a
Spezifische Erlöse
         Stromerlöse:                   588 €/kWel/a
         Wärmeerlöse:                   350 €/kWel/a
Gewinn/Verlust
      Summe der Kosten:                 789 €/kWel/a
      Summe der Erlöse:                 938 €/kWel/a
      Gewinn/Verlust                    149 €/kWel/a
Wirtschaftlichkeit – Heizkraftwerke


Variation der Modellrechnung ± 10 % - Kraft-
Wärme-Kopplung
                                                           Va ria tio n wic h tig e r P a ra m e te r


                                   210
                                                             Inve s titio ns k o s te n
                                   190
                                         B re nns to ff-
 E rg e b n is [€ /k w (e l)/a ]




                                         k o s te n
                                   170
                                           e ta S tro m
                                   150

                                                e ta W ä rm e /
                                   130
                                                W ä rm e e rlö s

                                   110
                                           S tro m e rlö s
                                    90
                                                           A us la s tung

                                    70

                                                                                    V a ria tio n -/+ 1 0 %
Wirtschaftlichkeit – Heizkraftwerke


Voraussetzungen – Kraft-
Wärme-Kopplung
  • möglichst hohe Auslastung, wärmegeführter Betrieb
     Jahresvollaststunden > 5.000 h/a
  • möglichst hohe Verfügbarkeit
     Standzeiten, Reisezeiten, Wartungsfreundlichkeit,
     Nutzungsgrade
  • möglichst hohe Wärmeabnahme
     Netzlänge, Investition, Kundenakquisition und -betreuung
  • entsprechend hoch: Brennstoffumsätze
     Logistik, Lagerkapazitäten, Brennstoffbeschaffung und -preis
Wirtschaftlichkeit – Heizkraftwerke


Fazit
 • Biomasse-Heizwerke
   - zuverlässige Wärmebereitstellung, hohe Nutzungsgrade
   - sinnvoll nur bei geeigneten Abnehmerstrukturen
    (niedrige Investition, hohe Auslastung)
 • Stromerzeugung mit Biomasse
   - hohe spezifische Investitionen, niedrige elektrische Wirkungsgrade
   - hohe Auslastung erforderlich (Jahresvolllaststunden)
   - hoher Aufwand für Brennstoffbereitstellung und Wärmeabsatz
   - lediglich Dampfkraft- und Biogasanlagen sind erprobt
   - in DE: Novellierung EEG bietet neue Impulse
 • wichtig für wirtschaftlichen Betrieb:
   - hohe Jahresvolllaststunden der Biomasseanlage
   - wenig Betriebsstörungen, wenig Reparaturen, lange Reisezeiten
   - wenig Störstoffe, sorgfältige Brennstoffaufbereitung erforderlich

								
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