Energiepflanzen für die Verbrennung€¦ · 23.03.2010 Brennstoff nach § 3 Nr. 8 der 1. BImSchV hohe Anforderungen bei Typenprüfung Dipl.-Ing. Th. Hering Energie aus Halmgut Chinaschilf

1

Energiepflanzen für die Verbrennung

Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft

Dipl.-Ing. Thomas Hering

22.11. 2011, Colditz/Zschadraß

8. Mitteldeutscher Bioenergietag

Anteile erneuerbarer Energien an der Energiebereitstellung in Deutschland

3,1 3,5

0,2

2,1

9,5

15,1

7,4

4,85,9

7,03)

124)

141)

182)

mind.301)

0

5

10

15

20

25

30

35

Anteile EE am gesamtenEndenergieverbrauch

(Strom, Wärme, Kraftstoffe)

Anteile EE am gesamtenBruttostromverbrauch

Anteile EE an der gesamtenWärmebereitstellung

Anteile EE am gesamtenKraftstoffverbrauch

Anteile EE am gesamtenPrimärenergieverbrauch

[%]

1998 2000

2002 2004

2006 2007

2008

2020 Ziele der

Bundesregierung

1) Quellen: Erneuerbare-Energien-Gesetz, (EEG 2009) vom 25.10.2008 und Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) vom 7.8.2008; 2) Quelle: Neue EU-Richtlinie zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen

3) Anteil Primärenergieverbrauch berechnet nach (der offiziellen) Wirkungsgradmethode; nach Substitutionsmethode: 9,2 %; 4) Ziel: 12 % energetisch; Quelle: Nationaler Biomasseaktionsplan für Deutschland

EE: Erneuerbare Energien; Quelle: BMU Publikation "Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung", KI III 1; Stand: Juni 2009; Angaben vorläufig

Dipl.-Ing. Th. Hering Energie aus Biomasse

2

Energieeffizienzen der verschiedenen Nutzungspfade

0

20

40

60

80

100

Wärme KWK Kraftstoff Strom

En

erg

iee

ffiz

ien

z in

%

(Quelle: Biomasseaktionsplan der Bundesregierung)


Prognostizierte Deckungslücke für Deutschland im Jahr 2020: 20 bis 40 Mio. m³


3

0

1.000.000

2.000.000

3.000.000

4.000.000

5.000.000

6.000.000

7.000.000

8.000.000

9.000.000

10.000.000

4 - 11 11 - 25 25 - 50 50 - 100 > 100

Leistungsklassen in kW

An

zah

l de

r me

ssp

flich

tige

n A

nlag

en 2

010

[Stü

ck]

Öl-KFA Gas KFA

5.922.9003.842.50031.12.78-97

9.005.4005.651.300Bis 20 MW

8.724.4005.453.100bis 100 kW

Gas - KFAÖl - KFAAnzahl

Statistik für fossile befeuerte KFA (1.BImSchV) [Quelle: ZIV, 2010]


486

12511

11774

856

1260

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Koks/Kohle Natur-Holz Pellets Restholz Stroheingesetzter Brennstoff

Anz

ahl d

er m

essp

flich

tigen

Anl

agen

201

0 [S

tück

]

Staub- und CO-Gehalt zu hoch

nur CO-Gehalt zu hoch

nur Staubgehalt zu hoch

1. BlmSchV eingehalten

Gesamtanlagenzahl

131121335494Gesamt

12685624.285automatisch

535711209handbeschickt

StrohRestholzHolzGesamt

15 - 100 kW

16 -1.000 kW

15 -1.000 kW2010

Statistik für mechanisch beschickte Feuerungsanlagen(1.BImSchV) feste Brennstoffe [Quelle: ZIV, 2010]


4


Regelbrennstoffe nach 1. BImSchV

Holzbrennstoffe - Sortimente


5

Park- und Landschaftspflegematerial (holzartig)

Dipl.-Ing. Th. Hering Alternative Brennstoffe

Energieholzplantagen (z. B. aus KUP, Agroforst)


6

Brennstoffe nach Nr. 8 § 3 der 1. BImSchV (NEU)

Grenzwerte (Typenprüfung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 § 3 der 1. BImSchV (Bezugs O2 13 %)


Stroh von Getreide, Ölsaaten, Körnerleguminosen

Dipl.-Ing. Th. Hering Energie aus Halmgut

7

Alternative naturbelassene biogene Festbrennstoffe

Stroh- und Mischpellets (Holz-Stroh)

Getreidereste etc. sind seit 23.03.2010 Brennstoff nach § 3 Nr. 8 der 1. BImSchV

hohe Anforderungen bei Typenprüfung


Chinaschilf (Miscanthus sinensis)


8


Quelle: Weiser & Vetter; TLL (2011)

Potenzial für Deutschland

nach Humusbilanz

Ca. 7 bis 13 Mio. t / a

[Repro, VDLUFA]


Sachsen: 810.000 t FM

Sachsen-Anhalt: 1.415.000 t FM

Thüringen 879.000 t FM

9

Dipl.-Ing. Th. Hering Energieholz KUP/Agroforst

Vortrag Dr. A. Schütte – FNR e.V. (Agrarholz 2010, Berlin)

3-jähriger Umtrieb - Standort Dornburg (1993-2008)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

M. Larsen Androscoggin Max 1,3,4 Max 2 Unal Raspalje Beaupre Donk Korbweide Silberweide

Ert

rag

[d

t T

M/a

*ha]

1. Umtrieb (93-96)

2. Umtrieb (97-99)

3. Umtrieb (00-02)

4. Umtrieb (03-05)

5. Umtrieb (06-08)


10

5-jähriger Umtrieb - Standort Dornburg (1993-2008)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Muhle Larsen Androscoggin Max 1,3,4 Max 2 Unal Raspalje Birke Robinie

Ert

rag

[d

t T

M/a

*ha

]

1. Umtrieb (93-98)

2. Umtrieb (99-03)

3. Umtrieb (04-08)


Brennstoffeigenschaften - Vergleich Rohaschegehalte

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

Ro

hasch

eg

eh

alt

[%

d. T

M]

M AX 2,0 1,9 3,0 2,1 4,9 4,8 8,4 12,8 9,3 10,9 12,0 7,6 4,5 1,2 2,2

M IN 1,5 1,3 1,9 1,6 3,0 4,1 2,6 3,2 3,0 4,8 4,0 3,4 0,6 0,3 0,2

M W 1,7 1,6 2,5 2,1 3,5 4,4 5,5 6,3 6,5 8,0 8,0 5,0 2,0 0,6 0,8

n = 25 n = 23 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 288 n = 12 n = 51

Wi - Roggen

Wi - Weizen

Wi - Gerste

Wi - Trit icale

Hafer Wi - Raps

Wi - Roggen (Avanti)

Wi - Weizen (Batis)

Wi - Gerste

(Theresa)

Hafer (Flämlings-

lord)

Wi - Raps (Express)

Trit icale - GP

Pappel Laubholz Nadelholz

Körner HolzStroh

Gan

zp

fla

nze

Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Halmgutverbrennung

B A 2

A 1

11

Brennstoffeigenschaften - Vergleich Stickstoff

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

Sti

cksto

ffg

eh

alt

[%

d.

TM

]

M AX 1,97 2,59 2,22 2,18 2,27 3,85 1,13 0,93 1,27 1,13 1,49 1,42 1,22 2,66 0,28

M IN 1,51 2,10 1,59 1,66 1,54 3,21 0,33 0,28 0,29 0,22 0,42 0,38 0,19 0,11 0,07

M W 1,72 2,36 1,96 1,91 1,87 3,51 0,59 0,58 0,63 0,53 0,76 1,06 0,56 0,49 0,14

n = 25 n = 23 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 288 n = 55 n = 41

Wi - Roggen

Wi - Weizen

Wi - Gerste

Wi - Trit icale

Hafer Wi - Raps

Wi - Roggen (Avant i)

Wi - Weizen (Batis)

Wi - Gerste

(Theresa)

Hafer (Flämlings-

lord)

Wi - Raps (Express)

Trit icale - GP

Pappel Laubholz Nadelholz

Körner HolzStroh

Gan

zp

fla

nze


B A 2

A 1

Hering, Th. Thüringer Zentrum für Nachwachsende Rohstoffe - TZNR

Entwicklung der Erträge von Miscanthus Gigantheus auf unterschiedlichen Thüringer Standorten

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009Erntejahr

Ert

rag

in [d

t TM

/ h

a]

Rohrbach Friemar Burkersdorf Kirchengel Großenstein

613101415Jahre (N = )

100,889,860,3185,6178,0dt TM / a*ha

GroßensteinKirchengelBurkersdorfFriemarRohrbach

ab 1995ab 1995ab 1995ab 1996ab 1995

12


Entwicklung spezifischer Inhaltsstoffe Miscanthus Gigantheus Standort Rohrbach

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

N, S

, Cl,

K, C

a [%

d. T

M]

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

Ra

[%

d. T

M]

N S Cl K Ca Ra


Standortvariabilität von 1,3,5-jährigem Umtrieb Pappel (6 Standorte, 1,2,4 Rotationen)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

Inha

ltsto

ffkon

zent

ratio

n [%

]

Mittelwert 0,02 0,56 0,05 0,69 0,34 0,58 0,07 2,0

Maximalwert 0,11 1,22 0,12 2,60 0,63 1,00 0,16 4,5

Minimalwert 0,00 0,19 0,02 0,01 0,15 0,30 0,04 0,6

Cl (n = 318) N (n = 288) S (n = 350) Na (n = 98) K (n = 288) Ca (n = 350) Mg (n = 350) Ra (n = 350)

HS 0,05HP 0,03

HS 1,0HP 1,0

HS 0,1HP 0,04

HS 3,0HP 3,0

13

Mischbrennstoffe - BrennstoffeigenschaftenRohaschegehalt [% d. TM]

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

Weizenstroh GP-Triticale DIN-Holzpellets

WW/Holz50:50

GP/Holz50:50

Stickstoffgehalt [% d. TM]

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2


WW/Holz50:50

GP/Holz50:50

Chlorgehalt [% d. TM]

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10


WW/Holz50:50

GP/Holz50:50

Schwefelgehalt [% d. TM]

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10


WW/Holz50:50

GP/Holz50:50


MISCHBRENNSTOFFE

y = 600,09x0,4605

R2 = 0,9669

0

300

600

900

1200

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00StickstoffgehaltBrennstoff [% d.TM]

NO

x [

mg

/Nm

3, tr

.;13%

O2]

WWSP

GTP

MP WWSP/HP

MP GTP/HP

HP

NOx-Emissionen in Abhängigkeit von Stickstoff im Brennstoff


14

y = 215,03x + 13,734

R2 = 0,656

0

30

60

90

120

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40ChlorgehaltBrennstoff [% d. TM]

HC

l [m

g/N

m3, tr

.; 1

3%

O2]

WWSP

GTP

MP WWSP/HP

MP GTP/HP

HP

HCl-Emissionen in Abhängigkeit von Chlor im Brennstoff



15

Grenzwerte für Halmgutfeuerungsanlagen von 4 bis 100 kW

0,25 g/m³0,25 g/m³CO

0,5 g/m³0,6 g/m³NOx

0,1 ng/m³0,1 ng/m³Dioxine / Furane

Anforderungen an die Kessel-Typenprüfung [nach 1.BImSchV Anlage 4 Punkt 2]

Besonderheiten

0,02 g/m³0,10 g/m³§ 5 Absatz 1Staub

0,4 g/m³1,0 g/m³§ 5 Absatz 1CO

nach

13%13%O2-Bezug

nach 31.12.2014ab 22.03.2010Neuanlagen

4 ≤ x < 100 kWLeistungsbereich

(FWL)

1. BImSchV Halmgut


Erprobung innovativer Brennstoffe, Brennstoffmischungen

Feuerungssysteme und Abscheidetechniken

TLL–TZNR Dornburg bei Jena

Perspektiven – gemischte Brennstoffe – Mischbrennstoffe

Mischanlage wassergekühlte Vorschubrostfeuerung

Metallvliesfilter


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ZusamenfassungVor- und Nachteile alternativer BrennstoffeVorteile:

• Erweiterung Brennstoff-Potential

• Erweiterung der Brennstoffpalette

• ggf. Minimierung von Emissionen

• Erreichung Emissionsgrenzwerte

• Minderung Brennstoffkosten

Nachteile:

• Qualitätssicherung Brennstoffqualitäten

• Anlagentauglichkeit ???

• Wirkungsgrad ???

• Emissionsminderung ???

Probleme:

• rechtliche Einordnung der Brennstoffe (100 kW FWL)

• hohe Anforderungen bei Typenprüfung

• emissionsseitige Einordnung von Mischungen (Grenzwerte)


Weitere Informationen unter

www.tll.de/nawaro bzw.

[email protected]

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