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 & Themen
Die Diplomarbeit hat zum Ziel, fundierte Auslegungskriterien für Holzkessel in bivalenten Anlagensystemen herzuleiten, um einen technisch sowie wirtschaftlich optimalen Betrieb zu gewährleisten und eine Fehlplanung bei der Leistungsaufteilung zwischen Grund- und Spitzenlastkessel zu vermeiden.
- Energetische Nutzung von Holz und Biomasse
- Technisches Betriebsverhalten von Holzkesseln
- Methodik zur Dimensionierung in bivalenten Systemen
- Wirtschaftliche Optimierung unter Einbeziehung von Investitions- und Brennstoffkosten
- Anlagenhydraulik und Regelungsstrategien
Auszug aus dem Buch
A: System 1; 70/30:
Die Heizarbeit des Holzkessels beträgt:
W_Holz 1 = A_0 + Summe(A_i) = 453 MWh von i=16 bis 39, entspricht: 65,4 % an W_ges
Somit ergibt sich auch die Heizarbeit des Niedertemperaturkessels aus:
W_NT 1 = W_ges - W_Holz 1 = 692 MWh - 453 MWh = 239 MWh
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beleuchtet den historischen Kontext der Holzenergienutzung, die ökologische Notwendigkeit von CO2-neutralen Brennstoffen und das Ziel der Bundesregierung zur Emissionsreduktion.
2. Aufgabenstellung und Zielsetzung: Definiert das Ziel, für Nahwärmenetze eine Systemlösung aus Holzkessel und fossil befeuertem Spitzenlastkessel zu entwickeln, um technisch und wirtschaftlich sinnvolle Dimensionierungen zu erreichen.
3. Grundlagen: Erläutert die stofflichen Eigenschaften von Holz, den Verbrennungsprozess sowie die rechtlichen Rahmenbedingungen und die Kesseltechnik.
4. Einsatz eines Holzkessels im Anlagenbetrieb: Analysiert den monovalenten Betrieb sowie die Herausforderungen in Zweikesselanlagen und die Notwendigkeit bivalenter Systeme.
5. Herleitung von Auslegungskriterien: Der Hauptteil, in dem anhand von Jahresdauerlinien und zwei realen Objektbeispielen fünf Systemvarianten technisch und wirtschaftlich optimiert werden.
6. Zusammenfassung und Ausblick: Fasst die Ergebnisse zusammen und zeigt auf, dass eine pauschale Dimensionierung nicht möglich ist, sondern eine standortspezifische Analyse der Wärmebedarfsstruktur erfordert.
Schlüsselwörter
Holzfeuerung, Hackschnitzel, Pellets, bivalente Anlage, Grundlastkessel, Spitzenlastkessel, Jahresdauerlinie, Heizarbeit, Leistungsaufteilung, Anlagensystem, Nahwärmeversorgung, Brennstoffkosten, Investitionskosten, Optimierung, Anlagenhydraulik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Herleitung von Auslegungskriterien für Holzkessel in bivalenten Anlagensystemen, um einen technisch und wirtschaftlich optimalen Betrieb sicherzustellen.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Themen sind die Eigenschaften von Holz als Brennstoff, die Technik von Holzkesseln, die Planung von Anlagenhydraulik sowie die wirtschaftliche Optimierung der Leistungsaufteilung in Kombination mit Öl- oder Gaskesseln.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das primäre Ziel ist es, Planungsfehler bei der Dimensionierung bivalenter Systeme zu verhindern, die bisher oft zu unwirtschaftlichem Betrieb und erhöhten Emissionen führten.
Welche wissenschaftliche Methode wurde angewandt?
Es wurde eine quantitative Analyse basierend auf realen Wärmeverbrauchsdaten und Jahresdauerlinien durchgeführt, wobei für verschiedene Leistungsaufteilungs-Varianten die Heizarbeit und Kosten iterativ berechnet wurden.
Was umfasst der Hauptteil der Arbeit?
Der Hauptteil widmet sich der Herleitung von Kriterien, der Erstellung von Jahresdauerlinien für Beispielobjekte, der Berechnung von Jahresbrennstoff- und Investitionskosten sowie der Analyse des Betriebsverhaltens im Tagesverlauf.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit charakterisieren?
Wichtige Begriffe sind Holzkessel, bivalente Anlage, Jahresdauerlinie, Heizarbeit, Hackschnitzel, Investitionskostenoptimierung und Anlagenschema.
Wie unterscheidet sich die Anlagentechnik bei den untersuchten Objekten A und B?
Objekt B beinhaltet zusätzlich eine Trinkwassererwärmung, was eine parallele Versorgung über einen Hochtemperaturvorlauf des Niedertemperaturkessels und spezifische hydraulische Einbindungen erfordert.
Warum ist die Unterscheidung zwischen Grund- und Spitzenlast für den Holzkessel wichtig?
Ein Holzkessel weist ein eingeschränktes Teillastverhalten auf; eine falsche Dimensionierung führt zu häufigem Gluterhaltungsbetrieb, was Wirkungsgradverluste und erhöhte Emissionen zur Folge hat.
- Quote paper
- Daniel Hechler (Author), 2003, Herleitung von Auslegungskriterien für einen optimalen Betrieb von Hackschnitzel- bzw. Pellet-Kesselanlagen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/22684
