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Holzvergaser zur dezentralen Energieversorgung

Ein innovativer Holzpellet-Holzvergaser ist Kernstück des dezentralen und nachhaltigen Energieversorgungsnetzes in Schnellingen. Holzvergaser Anlagen vergasen holzartige Biomasse in ein hochkalorisches und klimafreundliches Synthesegas. Dabei zersetzt sich der Brennstoff bei Temperaturen bei 800-900 °C in mehreren Schritten in ein Brenngas, das vor allem aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht.

Ein BHKW mit einer Leistung von 210 kW Strom und 275 kW Wärmeenergie verbrennt das Gas anschließend und erzeugt so Strom und Wärme für Wohnhäusern und Industrieanlagen. Mit einem Wirkungsgrad von 80 Prozent ist die Anlage besonders energieeffizient und produziert weder organisch belastetes Abwasser noch kohlenstoffhaltige Stäube. Besonders im ländlichen Raum bieten Holzvergaser eine innovative Option um Gemeinden nachhaltig und dezentral mit Energie zu versorgen.

Der Probebetrieb in der Heizzentrale ist mittlerweile angelaufen und das Wärmenetz ist fertiggestellt.

Drei wesentliche Erkenntnisse aus dem Projekt:

  • Burkhardt Aggregate, eine der wenigen Möglichkeiten, Holzvergasung auf gewerblichem/industriellem Niveau zu betreiben
  • Kraft-Wärme Kopplung als einer der Schlüssel zur Wirtschaftlichkeit
  • Wärmenetze, die nur private Haushalte (Wohnbebauung) versorgen, stellen den wirtschaftlichen Betrieb vor erhebliche Herausforderungen

Projektdaten

Projektnummer 2013-04
Projektart Bau und Anwendung
Projektträger Bioenergie Schnellingen GmbH
Laufzeit Juni 2012 bis Mai 2015
Zuschuss 200.000

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:

Energieeffizienz mit Effekt
Freiburg

Energieeffizienz mit Effekt

Im Vergleich zum Ausbau der Erneuerbaren Energien weist der Markt der industriellen Energieeffizienz noch immer vergleichsweise wenig Dynamik auf, obwohl hier enorme wirtschaftliche und ökologische Potenziale, beispielsweise in der Betriebsoptimierung, zu nutzen wären. Grund für die Lethargie war bislang, dass entsprechende Analyseverfahren quasi nicht vorhanden waren. In dem vorangegangenen Projekt OptiLuft (Nr. 2018-05) wurde deswegen ein Messverfahren entwickelt, das Effizienzpotenziale bei Lüftungsanlagen aufspürt und über ein Cloud-basiertes Messverfahren mit hoher Sensordichte in hoher zeitlicher Auflösung mit zudem teilautomatisierten Daten-Auswerteroutinen „durchleuchtet“. Defizite werden so identifiziert und Verbesserungsmaßnahmen wirtschaftlich bewertet. Im Rahmen des hier beschriebenen Vorhabens sollen nun die Erkenntnisse von messeffekt aus den Kunden-Messeinsätzen genutzt werden, um hochgradig skalierbare Geschäftsmodelle zur Steigerung der industriellen Energieeffizienz zu entwickeln. Für Energieversorger und Netzbetreiber steht mit den Daten der registrierten Leistungsmessungen, die für Verbraucher mit einem Energieverbrauch von mehr als 100.000 kWh erhoben werden, eine enorm große und wertvolle Datenbasis zur Verfügung. Diese soll im Rahmen dieses Projektes zur Entwicklung neuer Geschäftsmodelle im Bereich Energieeffizienz genutzt werden. Besonders großes Potenzial liegt dabei in der Betriebsoptimierung großer Standardverbraucher, wie z.B. Lüftungsanlagen. Mit den beteiligten Partnern E-MAKS und badenova können anhand der Analyse von weit über 1000 Kunden- bzw. Verbrauchsprofilen Verbesserungspotenziale gefunden werden. Der komplette Optimierungsprozess wird dann mit Pilotkunden validiert. Durch die innovative Methodik zum Nachweis von Energieeffizienzpotenzialen wird es möglich, den exklusiven Kundenzugang der badenova und das Wissen über Verbrauchscharakteristika zu nutzen, um neue Branchendienstleistungen zu entwickeln, die auf sinkende Absatzmengen abzielen. Denn klassischerweise profitieren Vertriebseinheiten und deren Mitarbeiter direkt vom steigenden Energieverbrauch. Die Veränderung dieser Logik kann maßgeblich zu einer schnelleren Umsetzung der Energieeffizienzpotenziale beitragen.

Verbesserung der Wasserqualität des Waldsees
Berghaupten

Besseres Wasser im Waldsees

Wie viele der 300 Baggerseen in Baden-Württemberg war der Waldsee bei Berghaupten sanierungsbedürftig. 1963 im Rahmen der Bauarbeiten für die B33 entstanden, war der beliebte Angel- und Badesee stark mit Algen und krautartigen Pflanzen bewachsen. Durch die steile Böschung, die Stück für Stück erodierte, war das Ufer für Badende schwer zu erreichen. Die bisher üblichen Methoden um Badegewässer zu sanieren, beispielsweise die Seenbelüftung, sind teuer und aufwändig. Das eigentliche Problem ist der zu kurze Nahrungskreislauf, bei dem Pflanzen an der Oberfläche direkt Nährstoffe vom Grund nutzen. Anstatt nur die Symptome zu bekämpfen, stärkte die Gemeinde Berghaupten stattdessen die Selbstreinigungskräfte des Sees, indem sie seine Struktur veränderte. Dabei entstanden am Ufer neue Flachwasserzonen, in denen Wasserpflanzen und Röhricht Nährstoffe binden. Bagger vertieften die Seemitte um stabile Wasserschichten zu schaffen. Dadurch gelangen weniger Nährstoffe vom Seegrund an die Oberfläche, wo sie zuvor Grundlage für den unerwünschten Bewuchs waren. Die veränderte Seestruktur verlängert den Nahrungskreislauf und verbessert damit die Wasserqualität. Den Erfolg dokumentierte ein wissenschaftliches Monitoring, das Sauerstoffgehalt, Sichttiefe, Phosphor- oder pH-Werte untersucht. Durch die einmalige Aktion spart die Gemeinde langfristig Kosten für die Seepflege und dient als Vorbild für andere Kommunen.

Optimierung der Verstromung von veränderlichen Schwachgasen im kleinen Leistungsbereich
Gengenbach

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.