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Holz-BHKW liefert Fernwärme für Freiburg

2002 errichtete die Freiburger Kraft und Wärme GmbH, eine Tochtergesellschaft der Badenova, im Vauban ein mit Holzhackschnitzeln befeuertes BHKW. Das Kraftwerk, das über Fernwärmeleitungen die Wohngebiete Vauban und Solarsiedlung versorgt, verwendet unbehandeltes Holz, das in der Region bei der Wald- und Landschaftspflege anfällt.

Dadurch, dass Holz CO2-neutral verbrennt und beim Transport zu den Nutzern relativ wenig Wärme verloren geht, erzeugt das BHKW effizient und klimafreundlich Strom und Wärme. Besonders wirksame Elektrofilter verringern die Emissionen der ohnehin schadstoffarmen Anlage nochmals, so dass sie selbst den hohen Standards für Wohngebiete entspricht.

Projektdaten

Projektnummer 2001-07
Projektart Bau und Anwendung
Projektträger Freiburger Kraft und Wärme GmbH
Laufzeit Januar 2002 bis Dezember 2002
Zuschuss 250.000

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Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

 Energiegewinnung innerhalb der Trinkwasserversorgung Kirchzarten durch Einbau einer Wasserkraftanlage
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Wasserkraft im Wasserwerk

Bisher noch selten genutzt, eignen sich auch die weitreichenden Rohrsysteme von Wasserwerken dafür, Energie aus Wasser zu gewinnen. Zwar ist die Ausbeute hier geringer, andererseits bieten geschlossene Systeme ihre eigenen Vorteile. Weil sie nicht in oberirdische Gewässer eingreifen, entstehen keine Konflikte mit Schifferei oder Fischpopulation. Der Zulauf ist zudem zu allen Jahreszeiten gleichmäßig und durch das saubere Wasser verschleißen die Anlagen langsamer. Ein Pilotprojekt der Energie- und Wasserversorgung Kirchzarten untersuchte Energiepotential und Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage. Als besten Standort identifizierten die Verantwortlichen den Zulauf zum Hochbehalter Giersberg, wo bei 75 Metern Gefälle durchschnittlich 30 m³ Wasser pro Stunde durch die Rohre fließen. Um die Wasserenergie auszunutzen, installierte das Wasserwerk eine speziell angefertigte Peltonturbine mit Generator im Zulauf zur Mischkammer. Über den fünfmonatigen Versuchzeitlauf hinweg erzeugte die Anlage rund 5040 kWh Strom, mit denen rund die Hälfte des Energiebedarfs des Kraftwerks gedeckt wurde. Damit sparte das Projekt circa acht Tonnen CO2 ein, wobei Energieerzeugung und CO2-Einsparung wegen der niedrigen Quellauschüttung geringer als erwartet ausfielen. Wegen des Klimawandels sind solch niedrige Quellstände und damit Einbußen bei den erwarteten Erträgen und Amortisationszeiten auch in Zukunft zu erwarten. Diese Erkenntnisse nutzen nach Projektende auch anderen Interessierten, die das Potential von Wasserkraft in Wasserwerken nutzen wollen. Drei wesentliche Erkenntnisse: Kontinuierliche Stromgewinnung und –abnahme sind Grundvoraussetzung für die Wirtschaftlichkeit eine Anlage. Diskontinuierlicher Betrieb setzt Speicheranlagen voraus, die die Wirtschaftlichkeit einer Anlage deutlich verschlechtern. Betriebssichere Wasserkraftanlagen mit hohem Wirkungsgrad sind noch nicht standardmäßig auf dem Markt erhältlich Klimaveränderungen und damit einhergehende geringere Quellwasserausschüttung stellen die zukünftige Nutzung und Wirtschaftlichkeit von Wasserkraftanlagen in Frage.

Optimierung der Verstromung von veränderlichen Schwachgasen im kleinen Leistungsbereich
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Optimierte Verstromung im Holzvergaser-BHKW

Obwohl es Holzvergaser schon seit dem späten 19. Jahrhundert gibt und sie besonders in Kriegszeiten beliebt waren, sind heute nur relativ wenige Modelle im Einsatz. Dabei sind sie gut dafür geeignet, mit nachwachsenden Rohstoffen Strom und Wärme zu produzieren. Unterstützt durch den Innovationsfonds stellte der Geflügelhof Zapf bei Gengenbach 2012 seine Energieversorgung auf drei Holzvergaser-BHKW um, mit dem Ziel, die Verstromung zu optimieren. Unter Hitzeeinwirkung wandelt die Anlage das Holz in ein schwaches Brenngas um, das als Brennstoff für das BHKW dient. Pilotanlagen wie die in Gengenbach helfen, die bestehende Technik zu verbessern und Anlagen marktfähiger zu machen. So stellte sich dort im Laufe der ersten Betriebsjahre heraus, dass die Motorentechnik herkömmlicher Modelle nicht ideal auf den Betrieb mit schwachem Holzgas abgestimmt ist. Das führt zu zwei Problemen: Verunreinigungen im Motor und eine ungleichmäßige Verbrennung. Durch den Spalt zwischen Kolben und Zylinder entweicht ein Teil des Brenngases, verunreinigt das Motorenöl, und führt zu einem hohen Verschleiß und Wartungsbedarf. Im Projekt kamen als Alternativlösung Graphitkolben zum Einsatz, die bisher vor allem im Rennsport eingesetzt wurden, bei Holzgas-BHKWs jedoch noch unerprobt waren. Metallinfiltriertes Graphit ist ein besonders präziser Werkstoff, weil es extrem widerstandsfähig ist und sich unter Wärmeeinfluss kaum ausdehnt. Außerdem verfügen Graphitkolben über selbstschmierende Eigenschaften, die Verschleiß, Wartungsbedarf und Kolbenkühlung verringern. Herkömmliche Motoren für kleinere BHKWs kommen meist aus dem KFZ-Bereich und sind für genormte Brennstoffe mit konstanten Eigenschaften ausgelegt; Holzgas hingegen ist ein Schwachgas mit schwankendem Energiegehalt. Verbrennt man Holzgas in solchen Motoren, verbrennt es unvollständig, was den Wirkungsgrad verringert und die Abgaswerte erhöht. Um den Betrieb zu optimieren, passten die Projektpartner deshalb die Motordrehzahl variabel an die Gasqualität an, indem sie das BHKW von der Netzfrequenz entkoppeln. So kann das Gas je nach Qualität unterschiedlich lange in der Brennkammer verbleiben. Das Projekt entwickelte hierfür eine spezielle Steuerungstechnik, die die Drehzahl trotz schwankender Gasqualität möglichst konstant hält. Die Hochschulen Mittelhessen und Offenburg begleiteten den Betrieb mit einem engmaschigen Monitoring und einer anschließenden Evaluation. Die Ergebnisse tragen dazu bei, den Einsatz von ungenormten Biogasen durch innovative Werkstoffe und Betriebsmethoden effizienter zu machen. Wesentliche Erkenntnisse •Grundlegende Probleme von Graphitkolben konnten erkannt und behoben werden, insbesondere hinsichtlich der zu verbessernden Fertigungstoleranzen und dem Entwicklungsbedarf bei den Kolbenringen. •Das Projekt erzielte eine verbesserte Verbrennung und damit einen verbesserten Wirkungsgrad in der Stromproduktion und verringerte Abgaswerte. Das macht ähnliche Anlagen vor allem an Standorten ohne geeignete Wärmeabnahme interessant. •Das gewonnene Fachwissen kann zukünftig anderen Betreibern helfen, neue Lösungsansätze bei Holzvergaseranlagen zu finden.

Wohnen am Schloßberg
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nachhaltiges Heizsystem für innerstädtisches Baugebiet

Das Siedlungswerk Stuttgart steht für ganzheitliche, ökologische Energiekonzepte, die lokale Energiequellen gezielt nutzen und so immer wieder Vorzeigeprojekte schaffen. Das ist auch beim Neubau von 150 Wohnungen im Projekt ‚Wohnen am Schlossberg’ gelungen. Bei diesen Häusern, die ohnehin schon hervorragend isoliert sind, senkt ein innovatives Heizsystem den Energieverbrauch noch einmal beträchtlich. Zum Einsatz kommt eine an die örtlichen Gegebenheiten angepasste Kombination von Holz- und Wasserheizung. Sie nutzt den auf dem Gelände vorhandenen Brunnen gleich doppelt, zum einen als Wärmequelle für die elektrische Wärmepumpe, zum anderen um im Sommer mit Grundwasser zu kühlen. Holzpelletkessel liefern zusätzlich Wärme. Ein spezielles 4-Leiternetz ermöglicht es, die unterschiedlichen Anforderungen zu vereinen. Weil die Wärmepumpe niedrige Systemtemperaturen braucht, sind für Heizen und Kühlen zwei Niedertemperaturleitungen zuständig. Zwei weitere Leitungen versorgen die Wohnungen mit Warmwasser. Eine kleine Wasserkraftschnecke im angrenzenden Gewerbekanal liefert den nötigen Strom. Mit dieser innovativen Kombination von Technologien liegt der Primärenergiebedarf bei nur 136 Megawattstunden pro Jahr. Noch beeindruckender ist die Kohlenstoffdioxidbilanz: Mit nur 25 Tonnen pro Jahr, das sind 90 Prozent weniger als bei einer herkömmlichen Gasbrennwertheizung, liegt der CO2-Ausstoß außergewöhnlich niedrig. Die Firma EGS-Plan erstellte das Energiekonzept (PDF, 205KB)