Zeitschrift EE

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2003-03: Bioenergie

Biomasse-Kleinanlagen

Viele Gründe sprechen für die Verwendung von Holzpellets als Brennstoff. Da sie ausschließlich aus Holz-Sägespänen bestehen, ist die Verbrennung von Pellets CO2-neutral.

Pelletskessel kleiner Leistung

Von Andreas Simetzberger*

Als genormtes Schüttgut sind sie auf der gesamten Strecke vom Erzeuger bis in die Brennzone des Kessels automatisch transportierbar. Pellets haben eine hohe Energiedichte (der Energieinhalt von zwei Kilogramm Pellets entspricht ca. dem von einem Liter Heizöl). Durch die Verwendung von heimischen Rohstoffen und die Erzeugung der Pellets vor Ort erfolgt die Wertschöpfung in der Region. Man wird unabhängig von Importen fossiler Energieträger. Zudem ist der Preis von Holzpellets pro Energieeinheit niedriger als der von Öl oder Gas.

Die Möglichkeiten eines derartigen Brennstoffes als Grundlage nehmend, traten in den letzten Jahren mehr und mehr Hersteller sowie Produkte am Markt auf. Wurden im Jahr 1997 nur 425 Pelletsheizungen in Österreich installiert, so waren es 2001 schon mehr als zehn mal so viele [1].

Technische Merkmale

Eine besondere Herausforderung stellt die Entwicklung von Pelletskesseln kleiner Leistung (Nennleistung bis 15 kW) an die Hersteller. Automatisch betriebene Kessel müssen sich bis auf ein Drittel ihrer Nennlast bei gleichzeitiger Einhaltung der Abgasgrenzwerte drosseln lassen. Dies ist nur mit Hilfe sehr ausgeklügelter Technologie möglich. In der Folge werden einige Punkte zur Technik erläutert:

Zündung und Regelung

Die automatische Zündung der Pellets kann mittels eines Heißluftgebläses oder eines Glühheizstabes erfolgen. Bei in etwa gleichen Zündzeiten zeichnet sich der Glühheizstab durch eine deutlich geringere Leistungsaufnahme aus. Unterschiedlichste Eingangsparameter werden zur Steuerung der Menge der zugeführten Verbrennungsluft und der Brennstoffmenge sowie der Drehzahl des Lüfters herangezogen. Für eine exakte feuerungstechnische Regelung wird oft eine Lambdasonde eingesetzt.

Pelletseinbringung - Luftführung - Rücklaufanhebung

Die Beförderung der Pellets zum Brennraum erfolgt immer mit der sogenannten Einschub- oder Stockerschnecke. Dieser ist meist eine Rückbrandschutzeinrichtung in Form einer Klappe, eines Schiebers oder einer Zellradschleuse vor- bzw. nachgeschaltet. Die Stockerschnecke kann unterhalb, oberhalb oder seitlich der Glutzone liegen (Unterschub- oder Retortensystem resp. Fallstufensystem resp. Seiteneinschubsystem).

Zur Bewegung der Verbrennungsluft und des Rauchgases wird in den allermeisten Fällen ein Saugzuggebläse benutzt. Nur vereinzelt wird (zusätzlich) ein Druckgebläse eingesetzt. Die im Rauchgas mitgeführten Partikel können sich am Wärmetauscher absetzen, wodurch eine Reinigung von Zeit zu Zeit notwendig wird (je nach Kesselmodell automatisch oder per Hand).Damit an keiner Stelle des Wärmetauschers die Taupunkttemperatur des Rauchgases unterschritten wird (Korrosionsgefahr!), muss der Heizkessel im Betrieb oberhalb einer bestimmten Mindesttemperatur gehalten werden. Dies passiert mit im Kessel integrierten oder externen Einrichtungen zur Anhebung der Rücklauftemperatur.

Solarenergie + Biomassenutzung

Durch die Realisierung von immer besseren Dämmstandards im Wohnbau sinkt die Heizlast der Gebäude. Zusätzlich wird durch die vermehrte Nutzung von Sonnenenergie zur Raumheizung die erforderliche Kessel-Nennleistung reduziert. Genau aufgrund dieser Problemstellung entwickelte die Firma SOLARFOCUS-Kalkgruber Solar- und Umwelttechnik GmbH das Kombinationsgerät pellet plus (TM). Es handelt sich dabei um eine Energiezentrale, bei der erstmals ein Pelletsbrenner an einen Solar-Schichtspeicher angeflanscht wurde (siehe Abbildung 1). Der am BLT Wieselburg gemessene Gesamtanlagenwirkungsgrad des pellet plus (TM) beträgt 94,2%.

Der Solar-Schichtspeicher ÖKOZON(TM) wird schon seit mehreren Jahren erfolgreich eingesetzt. Durch die geschichtete Einbringung der Solarenergie und des Heizungsrücklaufwassers wird der obere Teil des Speichers schnell auf eine für die Warmwasserbereitung erforderliche Temperatur gebracht.

Der Pelletsbrenner

Reicht die Solarenergie nicht aus, um den Wärmebedarf zu decken, so tritt der Pelletsbrenner in Aktion, der in der Mitte des Speichers direkt angeflanscht ist. Durch das Abbrandverfahren von oben nach unten wird eine sehr kompakte Baugröße des Brenners möglich. Weitere Vorteile des Sturzbrandverfahrens sind die sehr exakte Regelbarkeit der Feuerung und der vollständige Ausbrand (nur sehr geringer Anfall von Rückständen).
Das Rauchgas wird durch zwei horizontal liegende Rohre gesaugt, die die Wärme vom heißen Gas zum Speicherwasser übertragen. Die Reinigung der Wärmetauscherrohre funktioniert vollautomatisch, die manuelle Entnahme der Verbrennungsrückstände aus dem Aschenraum vollzieht sich über die leicht zugängliche Aschentür an der Vorderseite.
Die Regelung stellt das Gehirn der Gesamtanlage dar. Biomasseseitig wird leistung- und feuerungstechnisch (Lambdasonde) geregelt. Im Sinne eines zentralen Energiemanagementes sind natürlich die Solarregelung und die Heizkreisregelung inkludiert. In Verbindung mit einem ISDN-Modem ist es möglich, die Regelung aus der Ferne auf den neuesten Stand zu bringen bzw. die Anlage zu überwachen.

Wirtschaftlichkeit

Eine ausführliche Betrachtung der Anschaffungs- und Betriebskosten des pellet plus(TM) im Vergleich zu einer konventionellen Anlage gleichen Leistungsumfanges hat zum Ergebnis, dass 19% der Kosten eingespart werden können [2].

 

Abbildung 1: Energiezentrale Pellet plus: Schnitt durch den Solarschichtspeicher und den Kessel

Literatur
[1] Gerhard Faninger: Der aktuelle Markt für Techniken zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen in Österreich, 2002 [^]
[2] Sascha Krumbein: Marktanalyse von Pelletskesseln und Effizienz-Untersuchung im Hinblick auf die EnEV, Diplomarbeit an der FH Esslingen, 2003

 

*) Dipl.-Ing. Andreas Simetzberger ist Entwicklungsleiter bei der Fa. SOLARFOCUS - Kalkgruber Solar- und Umwelttechnik GmbH, This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. [^]

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