EmiLy

Emissionsarmer Pelletkessel - Weiterentwicklung und Erprobung eines für alle Pelletqualitäten geeigneten 150 kWth Biomassekessels als saubere und nachhaltige Alternative für den Wärmemarkt

01.07.2017

30.04.2020

FKZ-Nr.:

03KB124

Das Vorhaben EmiLy betrifft den Aufbau, die Erforschung, die experimentelle Ent-wicklung und Validierung sowie die praxistaugliche Weiterentwicklung und Opti-mierung eines energetisch effizienten, baulich kompakten, ökologisch nachhaltigen und gleichzeitig preislich attraktiven Pelletkessels mit 150 kW Nennwärmeleistung. Der Fokus des Vorhabens liegt dabei auf der konsequenten Nutzung von Pellets, insbe¬sondere der Klassifizierungen A2, B, I1, I2 und I3, gemäß EN ISO 17225-2 sowie auf der Gesamteffizienzsteigung und Emissionsminimierung des Pelletkessels speziell im Teillastbetrieb. Dabei sollen die in der 1. BImSchV in der 2. Stufe sowie der „Ökodesign-Richtlinie“ für Lot15 ab 2020 festgelegten Grenzwerte für NOx-, CO- und Staub-Emissionen für Pellets der Klassifizierung A1 sehr deutlich unterschritten (> 30%) und für die Klassifizierungen A2 und I1 allein aufgrund von Primärmaßnahmen eingehalten werden können. Mittels eines optionalen, integrierbaren Staubab¬scheiders soll auch die Nutzung von Pellets der Klassifizierungen und B, I2 und I3 unter Einhaltung aller geforderten Emissionsgrenzwerte ermöglicht werden. Dadurch können vor allem derzeit noch nicht genutzte unbehandelte Holzrückstände, Industrieresthölzer sowie weitere heimische Biomassepotentiale erschlossen und gleichzeitig die Akzeptanz der Technologie gesteigert werden. Aufgrund der ange¬strebten kompakten Bauform des Biomassekessels und des daraus resultierenden, mit Ölheizkesseln näherungsweise vergleichbaren, geringen Platzbedarfs ergibt sich erstmals die Möglichkeit als Alternative zu ölbefeuerten Heizkesseln mit unter¬schied¬lichen Pelletqualitäten im Austauschmarkt konkurrieren zu können. Durch die gegebenen Möglichkeiten zum Downscaling der Technologie kann eine Anpassung an den rückläufigen Wärmebedarf von Gebäuden im Neubaubereich und auch im fort-schreitenden Sanierungsmarkt problemlos erfolgen. Aufgrund der zusätzlichen Mög¬lich¬keit zum Aufbau von Doppelkesselsystemen bzw. einem Upscaling kann ein Modulationsbereich von 15 - 100 % der Kesselnennwärmeleistung und damit eine Anpassung an größere Wärmebedarfe wie beispielsweise von Gebäudekomplexen und/oder größeren Liegenschaften ebenfalls problemlos realisiert werden.

Die wesentliche Motivation hinsichtlich der Zielsetzungen der Energiewende liegt in der verstärkten Nutzung erneuerbarer Energiequellen, insbesondere in der Flexibili¬sierung von deren Nutzungs- und Einsatzmöglichkeiten sowie in der Steigerung der Energieeffizienz der eingesetzten Technologien. Im Kontext der Energiewende kann Bioenergie, speziell als Gegenpart zu den temporär verfügbaren und gleichzeitig volatilen Ressourcen Windkraft und Photovoltaik, vor allem im Zusammenhang mit Wärmepumpen, einen entscheidenden Beitrag zur Erreichung der von der Bundes¬regierung gesetzten Ziele beisteuern. Insbesondere im Hinblick auf den Teilaspekt der in diesem Zusammenhang zwingend erforderlichen „Wärmewende“ ist es unumgänglich neue bzw. derzeit noch nicht oder nur untergeordnet eingesetzte heimische Energiequellen bzw. -ressourcen, wie beispielsweise Pellets aus Biomasserest- und Abfallstoffen sowie aus Restholz und Holzrückständen wie etwa vom Ende einer Kaskadennutzung, einzusetzen und im Sinne einer möglichst effizienten energetischen Nutzung zu erschließen. Die verstärkte Nutzung gerade dieser Biomassesortimente entspricht zudem auch der Intention des Klimaschutzplans 2050. Neben der höchsten Klassifizierung A1 gehören hierzu in erster Linie speziell Pellets aus Waldrestholz, chemisch unbehandelten Holzrückständen sowie Industrierestholz gemäß EN ISO 17225-2 der Klassifizierungen A2, B, I1, I2 und I3. Einschränkend muss an diese Stelle angemerkt werden, dass eine Marktabfrage durch Hoval im Februar 2017 sowohl im deutschsprachigen Raum als auch in einigen osteuropäischen Ländern ergab, dass außer der allgegenwärtigen Pelletqualität A1 derzeit nur sehr wenige andere Qualitäten gehandelt werden. Deshalb sollten in zweiter Linie auch Biomassepellets aus nicht-holzartigen Rohstoffen – beispielsweise Laubpellets – gemäß EN ISO 17225-6 betrachtet werden, obwohl nach heutigem Stand noch nicht geklärt ist, ob und ggf. unter welchen Auflagen diese Brennstoffe im Rahmen der 1. BImSchV überhaupt verwendet werden dürfen. Dessen ungeachtet bietet der Brennstoff „Pellets“ bzw. ein Pelletkessel gerade im größeren Leistungs¬bereich ein sehr hohes Potential zur Substitution heizölbefeuerter Anlagen. Zur Erreichung einer langfristigen Akzeptanz für Pelletkessel im Leistungsbereich 150 kW Nennwärmeleistung, stellvertretend für alle Biomasseheizanlagen, wird es jedoch immer wichtiger den Fokus auf minimale Staub-, CO- und NOx-Emissionen – bei gleichzeitig kompakten Heizkesselabmessungen sowie gegenüber fossil befeuerten Anlagen konkurrenzfähigen Kosten – zu legen, speziell um im Sanierungsmarkt mit Pelletheizungen erfolgreich sein zu können.

Biomassefeuerung, Wärme

Die Maßnahmen innerhalb der Arbeitspakete sind eng verknüpft mit den Arbeiten des Projektpartners IZES. Die spezifischen Aufgaben der Hoval GmbH liegen vor allem im Bereich des Aufbaus, Umbaus und des Betriebs der Testanlagen. Inhalte sind im Wesentlichen die Projektierung und Umsetzung von Einzelmaßnahmen zur Emissions¬reduzierung in Kombination mit einer daraus resultierenden Gesamt-effizienz¬steigerung des „EmiLy“-Kessels. Diese Maßnahmen betreffen insbesondere folgende die Kesselsektionen • Optimierung der Verbrennungsluftführung zur Reduzierung der elektrischen Leistung des Sekundärluftgebläses • Optimierung der Wärmetauschersektion • Änderungen in der internen Abgasführung • Anbau eines zusätzlichen seitlich angebrachten Kesselzugs mit Wärmerück-gewinnung und zur optionalen Integration eines Staubabscheiders bei Nutzung schlechter Pelletqualitäten

Die Maßnahmen innerhalb der Arbeitspakete sind eng verknüpft mit den Arbeiten des Projektpartners Hoval. Die spezifischen Aufgaben der IZES gGmbH liegen vor allem im Bereich der wissenschaftlichen Begleitung bzw. des Monitorings der Testanlagen. Dies beinhaltet die Datenspeicherung, Auswertung und Interpre¬tation der erfassten Messwerte. Gemeinsam mit Hoval sollen so Optimierungs¬potentiale identifiziert und eine optimierte Betriebsführung des EmiLy-Kessels gewährleistet werden.

Ergebnisse auf einen Blick:

- Mit Primärmaßnahmen lassen sich die Schadstoffemissionen, vor allem Staub, CO und NOX, von Pelletkesseln erfolgreich reduzieren
- Gerade bei vergleichsweise emissionsarmen Pelletkesseln lassen sich durch Primärmaßnahmen auf aufwendige und teuere sekundäre Emissionsminderungsmaßnahmen mit hohem Platzbedarf verzichten
- Pelletkessel eignen sich sehr gut zur Substitution von heizölbefeuerten Kesseln
- Durch Primärmaßnahmen werden Emissionen vermieden statt reduziert
- Forschung- und Entwicklungsprojekte leisten einen erheblichen Beitrag zur Umsetzung der Klimaziele der Bundesregierung

~ Vorträge
- Vortrag: 8. Statuskonferenz »Energetische Biomassenutzung« – »Bioenergie – Der X-Factor«, Leipzig 2019
~ Poster- und Textbeiträge
- Posterpräsentation: 7. Statuskonferenz | Bioenergie. Flexibel und integriert in die nächste Epoche!. Leipzig 2017
- Kurzvorstellung des Projekts: 7. Statuskonferenz | Bioenergie. Flexibel und integriert in die nächste Epoche!. Leipzig 2017
~ Publikationen
- Schulte , s.; heinZle , J.; gross , b. (2020), Reduction of Particulate Matter Emissions from a Pellet Boiler Using Primary Measures. In: Chem. Eng. Technol.. 10.1002/ceat.20190064.