Zur Errichtung einer nachhaltigen und klimaverträglichen Energieversorgung kommt den Erneuerbaren Energien eine wachsende Bedeutung zu. Laut einer Studie des Bundesministeriums für Umwelt (BMU) lag der Anteil der Erneuerbaren Energien am Endenergieverbrauch im Jahr 2007 schon bei 9,8 % und hat sich seit 1998 um 6,7 % gesteigert. Der Schutz des Klimas und eine sichere Energieversorgung gehören zu den wichtigsten globalen Herausforderungen der Menschheit. Energieeinsparungen und der Einsatz effizienter Technologien sind zentrale Strategien, um diese Herausforderungen zu meistern. Setzt man sich mit den Erneuerbaren Energieträgern auseinander, kommt man nicht umhin sich mit der wachsenden Bedeutung der Biomasse zur Energiegewinnung zu beschäftigen, da sie die größten Primärressourcen in Deutschland mit einem Anteil von 38 % im Bereich der regenerativen Energien im Jahr 2007 auf-wies. Durch die Liberalisierung des deutschen Strommarktes im Jahr 1998 wurde der Wettbewerb unter den Energieversorgungsunternehmen (EVU) verschärft und Strompreissenkungen waren die Folge. Dieser Kostendruck zwingt die EVU zu einer ökonomischen Effektivität und Effizienz und somit auch zu einer Neugestaltung der Versor-gungslandschaft. Zusätzlich wurde im Rahmen des Kyoto-Protokolls eine Senkung der Treibhausgasemissionen beschlossen.
Aus diesen Gründen beschäftigt sich die vorliegende Diplomarbeit mit einer „Feasibility Study“ (Machbarkeitsstudie) eines dezentralen Holzheizkraftwerkes (HHKW) auf Basis der Kraft-Wärme-Kopplung(KWK)mit einer Feuerungswärmeleistung von ca. 12 MW und Stromauskopplung von ca. 4,5 MW. Als Brennstoff sollen nur nachwachsende Rohstoffe zum Einsatz kommen. Spätestens seit Einführung des neuen Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) im Jahr 2004 und den damit gewährten Bonuszahlungen, ist die Technologie der Kraft-Wärme-Kopplung mit der Verbrennung von Holzresten, Holzschnitzeln oder Altholz eine interessante Nutzungsmöglichkeit und hat viele Investoren in den Bereich der Energiegewinnung durch feste Biomasse gelockt.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Zielstellung und Aufbau
1.2 Begriffsdefinitionen und Erläuterungen
1.2.1 Erneuerbare Energien
1.2.1.1 Erneuerbare Energien in Deutschland und ihre Entwicklung
1.2.1.2 Biomasse
1.2.2 Kraft-Wärme-Kopplung
1.2.2.1 Kennzahlen der Kraft-Wärme-Kopplung
1.2.2.2 Energetische und ökologische Bewertung
1.2.2.3 Wirtschaftliche Bewertungen
1.2.3 Rechtliche Rahmenbedingungen
1.2.3.1 Das Erneuerbare-Energien-Gesetz
1.2.3.2 Biomasseverordnung
2. Holz als Energieträger
2.1 Zusammensetzung und Klassifikation
2.2 Energieinhalt
2.3 Ökologische Bewertung der Energiegewinnung mit Holz
2.4 Holzvorkommen und Potential in Deutschland
2.5 Energetische Umsetzungsmöglichkeit von Holz
2.6 Nutzungsmöglichkeiten des erzeugten Stroms und der Wärme
3. Planung und Realisierung eines Holzheizkraftwerkes auf Basis Kraft-Wärme-Kopplung
3.1 Phase 1: Planung
3.2 Phase 2: Entwurf
3.3 Phase 3: Spezifikationen
3.4 Phase 4: Bauvorbereitung
3.5 Phase 5: Bau und Probebetreib
3.6 Phase 6: Inbetriebnahme
4. Technologieauswahl
4.1 Technologischer Gesamtaufbau und Dimensionierung
4.1.1 Lagerung und Trocknung des Brennstoffes
4.1.2 Kessel mit Vorschubrostsytem und Nassentschlacker
4.1.2.1 Stufen der Holzverbrennung
4.1.2.2 Stickstoffoxid-Reduktion
4.1.2.3 Anforderungen für eine vollständige Verbrennung
4.1.3 Dampfturbinentechnik im Kraft-Wärme-Kopplungsprozess
4.1.4 Abluftreinigung
4.1.4.1 Elektrofilter
4.1.4.2 Absorption mittels zirkulierendem Wirbelschichtreaktor
4.1.4.3 Gewebefilter
4.1.5 Verwertung der Asche und der Reaktionsprodukte
4.2 Emissionen bei der Verbrennung von Holz
4.2.1 Treibhausgase
4.2.2 Andere Schadstoffe
4.2.3 Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft und die Bewertung der Schadstoffe
5. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Holzheizkraftwerkes
5.1 Grundsätzliches zur Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
5.2 Investitionsbedarf und Finanzierung
5.3 Kosten des Holzheizkraftwerkes
5.3.1 Personalkosten
5.3.2 Brennstoffkosten
5.3.3 Sonstige Kosten
5.4 Produktion, Umsatz und Gewinn des Holzheizkraftwerkes
5.5 Investitionsanalyse
5.5.1 Liquiditätsplanung
5.5.2 Cash-Flow-Analyse
5.5.3 Die Rentabilität des Holzheizkraftwerkes
5.5.4 Die Gewinnschwelle des Holzheizkraftwerkes
6. Das Genehmigungsverfahren des Holzheizkraftwerkes
6.1 Grundsätze des Bundesimmissionsschutzgesetztes
6.2 Geltungsbereich des Bundesimmissionsschutzgesetzes
6.2.1 Besondere Begriffsdefinitionen
6.2.1.1 Anlagenbegriff
6.2.1.2 Stand der Technik
6.2.2 Anwendungsbereich des Bundesimmissionsschutzgesetzes
6.2.3 Das vereinfachte Genehmigungsverfahren nach dem Bundesimmissionsschutzgesetztes
6.2.4 Geltungsbereich des Gesetztes der Umweltverträglichkeitsprüfung
6.3 Die Erstgenehmigung des Holzheizkraftwerkes
6.3.1 Fristen des Genehmigungsverfahrens
6.3.2 Ablauf des Genehmigungsverfahrens
6.3.3 Antragsunterlagen und Formulare
7. Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Diplomarbeit erstellt eine Machbarkeitsstudie für die Errichtung eines dezentralen Holzheizkraftwerkes (HHKW) auf Basis der Kraft-Wärme-Kopplung. Ziel ist es, die technischen Grundlagen der Holzverbrennung zu bewerten, die Planungs- und Realisierungsphasen darzulegen und durch eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sowie eine Analyse des Genehmigungsverfahrens die Realisierbarkeit des Vorhabens aufzuzeigen.
- Grundlagen der Erneuerbaren Energien und der Kraft-Wärme-Kopplung
- Technische und ökologische Bewertung der Energiegewinnung mit Holz
- Methodik der Planung und Realisierung von Holzheizkraftwerken
- Wirtschaftliche Kennzahlen und Analyse der Investition
- Rechtliche Anforderungen und Genehmigungsverfahren nach BImSchG
Auszug aus dem Buch
1.2.1 Erneuerbare Energien
Durch den beschlossenen Ausstieg aus der Kernenergie und die drastische Reduzierung der fossilen Energieträger bekommen die Erneuerbaren Energien immer mehr Bedeutung in der heutigen Strom- und Wärmeerzeugung. Die Erneuerbaren Energien, die auch oftmals in der Literatur als regenerative Energien oder auch Alternativenergien bezeichnet werden, sind Energiequellen, die unter dem menschlichen Zeithorizont unerschöpfliches Potential besitzen. Die Unerschöpflichkeit beruht auf der Entnahme von Energie aus laufend stattfindenden Prozessen der Umwelt. Diese entnommenen Energien können in drei Bereiche eingeteilt werden: dazu zählen die Sonnenenergie mit 3.900.000.000 PJ/a Energieangebot im Jahr, Planetenenergie (Gravitation) mit 94.000 PJ/a Energieangebot im Jahr und die geothermische Energie mit 996.000 PJ/a Energieangebot im Jahr.
Auf der Erde können diese Energiequellen in Form von Sonnenlicht und -wärme, Windenergie, Wasserkraft, Biomasse und Erdwärme genutzt werden. Die Geothermische Energie bezeichnet dabei die Wärme im Erdinneren (4.600 ºC). Durch große Temperaturunterschiede zwischen Erdinneren und -kruste existiert ein ständiger Wärmestrom von innen nach außen. Das Energiepotential dieses Wärmestroms liegt in der Größenordnung des Weltprimärenergiebedarfs. Um dieses enorme Potential zu nutzen müssen Tiefenbohrungen durchgeführt werden, wodurch in Regionen mit geothermischen Anomalien diese Nutzung der Wärme im Erdinneren am wirtschaftlichsten ist.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung gibt einen Überblick über die Bedeutung Erneuerbarer Energien in Deutschland und definiert die Zielstellung sowie den Aufbau der Diplomarbeit.
2. Holz als Energieträger: Dieses Kapitel behandelt die stoffliche Zusammensetzung von Holz, dessen Energieinhalt sowie die ökologische und ökonomische Bedeutung der energetischen Holzverwertung.
3. Planung und Realisierung eines Holzheizkraftwerkes auf Basis Kraft-Wärme-Kopplung: Das Kapitel strukturiert den komplexen Projektablauf in sechs Phasen, von der Planung bis zur Inbetriebnahme, und erläutert die wesentlichen Erfolgsfaktoren.
4. Technologieauswahl: Hier wird der technologische Gesamtaufbau eines Holzheizkraftwerkes, einschließlich Verbrennungstechnik, Abluftreinigung und Emissionsbewertung, detailliert beschrieben.
5. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Holzheizkraftwerkes: Dieses Kapitel umfasst die Investitionsrechnung, Kostenermittlung, Cash-Flow-Analyse und Rentabilitätsberechnung zur Nachweisung der wirtschaftlichen Tragfähigkeit des HHKW.
6. Das Genehmigungsverfahren des Holzheizkraftwerkes: Das Kapitel erläutert die rechtlichen Rahmenbedingungen und das Genehmigungsverfahren nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz sowie die Umweltverträglichkeitsprüfung für das geplante Projekt.
7. Zusammenfassung: Die Zusammenfassung bündelt die zentralen Ergebnisse der Arbeit und bestätigt die Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Projektes unter Berücksichtigung der gesetzlichen Anforderungen.
Schlüsselwörter
Biomasse, Kraft-Wärme-Kopplung, Holzheizkraftwerk, Erneuerbare Energien, Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, BImSchG, Verbrennungstechnik, Emissionsminderung, Investitionsanalyse, Energiebereitstellung, Nachhaltigkeit, Genehmigungsverfahren, KWK-Anlage, Holzschnitzel, Regenerative Energien.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen, wirtschaftlichen und rechtlichen Machbarkeit der Errichtung eines dezentralen Holzheizkraftwerkes (HHKW) zur Strom- und Wärmeproduktion.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Schwerpunkte liegen auf der Technologieauswahl für Holzverbrennungsanlagen, der ökonomischen Bewertung von Investitionen und der detaillierten Beschreibung der notwendigen Genehmigungsverfahren nach deutschem Immissionsschutzrecht.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, ein transparentes Konzept für die Planung und Realisierung eines solchen Kraftwerkes zu erstellen und die Lukrativität des Projektes für Investoren unter Berücksichtigung des EEG nachzuweisen.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Es handelt sich um eine Feasibility Study (Machbarkeitsstudie), die auf technischen Anlagendaten, betriebswirtschaftlichen Investitionsrechnungen und einer Analyse der rechtlichen Rahmenbedingungen basiert.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Planungsprozesse, die detaillierte Technologieauswahl (Feuerung, Reinigung, Turbine), die umfassende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sowie die Darstellung des Genehmigungsprozesses.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Biomasse, Kraft-Wärme-Kopplung, Wirtschaftlichkeit, Genehmigungsverfahren und erneuerbare Energien.
Warum ist die Wahl der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) für Holzheizkraftwerke entscheidend?
Die KWK ermöglicht eine effiziente Ausnutzung des Brennstoffes durch die gleichzeitige Gewinnung von Strom und Wärme, was den Wirkungsgrad signifikant erhöht und eine bessere wirtschaftliche Auslastung sicherstellt.
Welche Rolle spielt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) in dieser Untersuchung?
Das EEG bildet das Rückgrat der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, da es durch Einspeisevergütungen, KWK-Boni und Technologie-Boni die notwendige Investitionssicherheit für das Projekt schafft.
- Citation du texte
- Anton Zeiner (Auteur), 2009, Feasibility Study für die Errichtung eines dezentralen Holzheizkraftwerkes, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/138234
