Herleitung von Auslegungskriterien für einen optimalen Betrieb von Hackschnitzel- bzw. Pellet-Kesselanlagen

Diplomarbeit , 2003 , 105 Seiten , Note: 2,0

Technik

Holz als eines der ältesten Rohstoffe, steht dem Menschen seit der Entdeckung
des Feuers vor etwa 400000 Jahren als Energieträger zur Verfügung.
Erst im Laufe der Industrialisierung Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Holz als
Brennstoff durch Kohle und zu Beginn des 20. Jahrhunderts durch Erdöl bzw.
Erdgas ersetzt.
Der Ersatz durch fossile Energieträger führte in den letzten 100 Jahren zu
einem Anstieg der CO2-Konzentration um 27% mit der Folge einer Erhöhung
der mittleren Welttemperatur um ca. 0,5%. /1/
Bei unveränderter Emission ist eine globale Erwärmung von ca. 2 bis 5°C in
100 Jahren zu erwarten. Die Geschwindigkeit der Temperaturveränderung ist
zwei bis ist fünf mal so groß wie sie sein dürfte, damit sich die Vegetation
anpassen kann; allgemein geht man von maximal 0,1°C pro Jahrzehnt als
soeben, ohne zu große Einbrüche, verträglich aus. Es sind also großflächige
Zusammenbrüche von Ökosystemen zu erwarten. /2/
Politisch wurden auf der Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und
Entwicklung im Juni 1992 in Rio de Janeiro in der Agenda 21 alle wesentlichen
Politikbereiche einer umweltverträglichen, nachhaltigen Entwicklung
angesprochen. Mit dem von 170 Staaten verabschiedeten Aktionsprogramm für
das 21. Jahrhundert wurden Handlungsaufträge gegeben, um u. a. eine
nachhaltige Nutzung der natürlichen Ressourcen sicherzustellen.
In Deutschland hat sich zudem die Bundesregierung verpflichtet, das CO2-
Minderungsziel zu erfüllen, das eine Reduktion der CO2-Emissionen um 25%,
bis zum Jahr 2005 gegenüber 1990 vorsieht.
Zur Erfüllung dieses Ziels ist neben dem Einsparen von Energie und der
rationellen Energienutzung, der Einsatz von kohlenstoffarmen und
erneuerbaren Energieträgern notwendig. Die Grafik aus Abbildung 1.1 veranschaulicht, dass die regenerativen
Energieträger einen sehr geringen Anteil an den Gesamtenergieträgern in
Deutschland ausmachen.
In anderen europäischen Ländern wie z.B. Österreich, Schweiz, Finnland oder
Schweden werden schon heute zwischen 15 und 20% des
Primärenergiebedarfs durch Biomasse abgedeckt. Diese Länder zählen zu den
Vorreitern auf diesem Gebiet.
Auch der weltweite Anteil an erneuerbaren Energien am
Primärenergieverbrauch beträgt ca. 17%, wobei 66% aus nicht kommerziellem
Brennholz und anderen Biomassen kommen und die restlichen 33%
Wasserkraft stellt. [...]

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einleitung
• 2. Aufgabenstellung und Zielsetzung
• 3. Grundlagen
  • 3.1. Brennstoffeigenschaften von Holz
    • 3.1.1. Zusammensetzung von Holz
    • 3.1.2. Wassergehalt und Heizwert von Holz
  • 3.2. Besondere Aspekte bei der Holzverbrennung
    • 3.2.1. Verbrennungsverlauf
    • 3.2.2. Emissionen bei der Verbrennung von Holz
  • 3.3. Emissionsrechtliche Anforderungen
  • 3.4. Qualitätsanforderungen an Pellets und Hackschnitzel
  • 3.5. Kesseltechnik
    • 3.5.1. Aufbau und Funktion der Feuerungsanlage
    • 3.5.2. Regelung der Feuerraumtemperatur
    • 3.5.3. Regelung der Kesselwassertemperatur
• 4. Einsatz eines Holzkessels im Anlagenbetrieb
  • 4.1. Monovalenter Anlagenbetrieb
    • 4.1.1. Pelletsfeuerungen
    • 4.1.2. Hackschnitzelfeuerungen
  • 4.2. Bivalenter Anlagenbetrieb
• 5. Herleitung von Auslegungskriterien
  • 5.1. Kriterien der optimalen Dimensionierung des Holzkessels
  • 5.2. Darlegung der Auslegungskriterien anhand von zwei Objektbeispielen
    • 5.2.1. Erstellung der Jahresdauerlinie der beiden Objekte
    • 5.2.2. Berechnung der Jahresheizarbeit der beiden Objekte
    • 5.2.3. Berechnung der Jahresbrennstoffkosten für beide Objekte
    • 5.2.4. Ermittlung der Investitionskosten der Systemvarianten
    • 5.2.5. Bestimmung einer Lösungsvariante für beide Objekte
  • 5.3. Betriebsverhalten der Kessel im Tagesverlauf
  • 5.4. Realisierungsmöglichkeit der Anlagenhydraulik
    • 5.4.1. Hydraulische Lösungsmöglichkeit für Objekt A
    • 5.4.2. Hydraulische Lösungsmöglichkeit für Objekt B
    • 5.4.3. Hydraulische Lösungsmöglichkeit mit Pufferspeicher
• 6. Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Herleitung von Auslegungskriterien für den optimalen Betrieb von Hackschnitzel- und Pellet-Kesselanlagen. Ziel ist es, eine fundierte Grundlage für die Dimensionierung von Holzkesseln in verschiedenen Gebäuden zu schaffen und die Auswahl der geeigneten Systemvariante zu vereinfachen.

• Optimierung des Betriebs von Hackschnitzel- und Pellet-Kesselanlagen
• Dimensionierung von Holzkesseln für unterschiedliche Gebäude
• Systemauswahl zwischen monovalenten und bivalenten Anlagen
• Analyse des Brennstoffverbrauchs und der Heizkosten
• Bewertung der Investitionskosten und der Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung der Kapitel

Das erste Kapitel liefert eine Einführung in die Thematik und erläutert die Relevanz des Themas im Kontext der nachhaltigen Energieversorgung. Das zweite Kapitel definiert die Aufgabenstellung und die Ziele der Diplomarbeit. Das dritte Kapitel befasst sich mit den Grundlagen der Holzverbrennung, den Brennstoffeigenschaften von Holz, den besonderen Aspekten der Verbrennung, den emissionsrechtlichen Anforderungen und den Qualitätsanforderungen an Pellets und Hackschnitzel. Des Weiteren werden in diesem Kapitel die Grundlagen der Kesseltechnik und die verschiedenen Kesseltypen erläutert. Das vierte Kapitel behandelt den Einsatz von Holzkesseln im Anlagenbetrieb, wobei sowohl monovalente als auch bivalente Anlagen betrachtet werden. Im fünften Kapitel werden die Auslegungskriterien für die Dimensionierung von Holzkesseln anhand von zwei Objektbeispielen dargestellt und die Wirtschaftlichkeit der verschiedenen Systemvarianten berechnet.

Schlüsselwörter

Holzverbrennung, Hackschnitzel, Pellets, Kesselanlagen, Dimensionierung, Monovalente Anlage, Bivalente Anlage, Brennstoffverbrauch, Heizkosten, Investitionskosten, Wirtschaftlichkeit, Emissionsrechtliche Anforderungen, Qualitätsanforderungen, Jahresdauerlinie, Jahresheizarbeit

• Hochschule: Technische Hochschule Köln, ehem. Fachhochschule Köln (Fakultät für Anlagen, Energie- und Maschinensysteme)
• Note: 2,0
• Autor: Daniel Hechler (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2003
• Seiten: 105
• Katalognummer: V22684
• ISBN (eBook): 9783638259583
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Herleitung, Auslegungskriterien, Betrieb, Hackschnitzel-, Pellet-Kesselanlagen