Garant für erfolgreiche Projektentwicklung und Umsetzung?

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IVD
Stromerzeugungstechnologien mit Holz
Garant für erfolgreiche
Projektentwicklung und Umsetzung ?
Peter Heinrich, Birgit Jahraus
Fichtner GmbH & Co. KG, Stuttgart
Bioenergie Kolloquium
Universität Stuttgart
19. Januar 2006
Erfolgsfaktoren
z Das „Multitalent“ Biomasse
Technisches
Konzept
Wirtschaftlichkeit
Brennstoffe
z Technologien
z Entwicklungsstand
z Status der Stromerzeugung
aus Holz in Deutschland
z Erfolgsfaktor Wirtschaftlichkeit
z Erfolgsfaktor Brennstoffversorgung
z Beispiele
z Neue Technologien
z Aktuelle Entwicklungen
Standortfaktoren
Genehmigungsverfahren
Anwendungsbereiche „Multitalent“ Biomasse
Wärme
Abnehmer
Wärme und/oder Strom
Betreiber
elektrischer
Netze
(Heiz-)
Kraftwerke
Industriebetriebe
Industrielle
Heiz(kraft)werke
Kleinverbraucher
Heiz(kraft)werke für
Kleinverbraucher
Heiz(kraft)werke für Nah- und
Fernwärme
Haushalte
Hausheizungen,
Kachelöfen...
10 kW
100 kW
1 MW
Anlagengröße (thermisch)
10 MW
100 MW
Technologien zur Stromerzeugung aus festen Biomassen
Thermochem.
Umwandlung
Brennstoff
aus Biomasse
Arbeitsmaschine/
Prozess
Dampfkraftprozess
Staubmotor/turbine
Verbrennung
ORC-Prozess
Heißgasmotor/
geschlossene
Gasturbine
Feste Biomassen
(nach Aufbereitung)
Vergasung mit
Gasaufbereitung
Produktgas
Gas-/
Dieselmotor
Gasturbine
Pyrolyse
Pyrolyseöl
Brennstoffzelle
Entwicklungsstand der Prozesse
Versuchsstadien
Konzepte mit Verbrennung
Dampfkraftprozess
Staubmotor/-turbine
ORC-Prozess
Stirlingmotor
Heißgasturbine
Vergasungskonzepte
Gas-/Diesel-Motor
Gasturbine
Brennstoffzelle
Pyrolysekonzepte
Gas-Diesel-Motor
Gasturbine
Pilotanlage
DemoAnlage
Marktreife
20 MWel-Holz-KW Mannheim der MVV
Bildnachweis: Biomasse-KW Mannheim, MVV Energie AG, http://www.mvv-business.de
Aktueller Status der Stromerzeugung aus Holz
Zur Anwendung kommenden Technologien:
z Dampfkraftprozess (einzige langjährig erprobte Technologie)
z ORC-Prozess (seit einigen wenigen Jahren)
Übliche Leistungsgröße: 0,5 - 20 MWel
Typische Anwendungen, Betreiber:
z KWK-Anlagen in der Holzindustrie mit Wärmeauskopplung zu
Prozessdampfzwecken
z „EEG-Anlagen“ zur ausschließlichen Stromerzeugung
z Sich derzeit entwickelnde Marktnische (seit der Novellierung des EEG) :
kleine, dezentrale KWK-Anlagen für kommunale Nahwärme
Zum Einsatz kommende Hölzer:
z Derzeit überwiegend Rest- und Althölzer
z Seit der Novellierung des EEG: zunehmend Waldrestholz (NawaRo-Bonus)
z mittel-/langfristig: Waldrestholz, land-, forstwirtschaftliche Primärprodukte
In Betrieb und in Planung befindliche Anlagen
In Betrieb befindliche Holz-(Heiz-)Kraftwerke (Schätzung):
z Insgesamt ca. 135 Anlagen:
z 30 Anlagen < 1 MWel
z 40 Anlagen 1 - 5 MWel
z 65 Anlagen > 5 MWel
z Gesamte installierte Leistung grob 800 MWel
In Entwicklung, Planung oder Bau befindliche Anlagen (Schätzung):
z Im Bau: etwa 25 (Heiz-)Kraftwerke, davon ca. 40 % ORC-Anlagen
z In Entwicklung oder in Planung: etwa 50 - 60 (Heiz-)Kraftwerke, meist
mit einer elektrischen Leistung von weniger als 5 MW (jedoch werden
davon nach Einschätzung der Autoren lediglich 20 - 30 Anlagen
tatsächlich realisiert werden)
Erfolgsfaktor Wirtschaftlichkeit: EEG-Vergütungssätze
Basisvergütung 2004:
Elektrische Leistung bis 150 kW
Elektrische Leistung bis 500 kW
Elektrische Leistung bis 5 MW
Elektrische Leistung ab 5 MW
11,5
9,9
8,9
8,4
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
Jährliche Absenkung der Basisvergütung
1,5
%/a
(Mit-)Nutzung von A III, A IV (IBS ab 30.06.05)
3,9
ct/kWh
Zusatzvergütung:
Nutzung naturbelassener Biomasse
- elektrische Leistung bis 500 kW
- elektrische Leistung bis 5 MW, Holz
- elektrische Leistung bis 5 MW, sonstige Biom.
KWK-Strom
Einsatz innovativer Technologien bis 5 MW (nur mit KWK)
6,0
2,5
4,0
2,0
2,0
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
ct/kWh
Erfolgsfaktor Wirtschaftlichkeit
150
Stromerzeugungskosten, 5 MW-Modellfall
Kosten/Erlöse (€/MWh)
Stromerlös gemäß 'altem' EEG
125
Stromerlös novell. EEG mit KWK-Zuschlag
100
75
Brennstoffpreis 30 €/t
50
20
22
24
26
28
30
32
Wärmevergütung (€/MWh)
34
36
38
40
Erfolgsfaktor Wirtschaftlichkeit
200
Stromerzeugungskosten, 5 MW-Modellfall
Stromerlös gemäß 'altem' EEG
Kosten/Erlöse (€/MWh)
175
Stromerlös novell. EEG mit KWK- und NAWARO-Zuschlag
150
125
100
75
Wärmepreis 20 €/MWh
50
15
20
25
30
35
Brennstoffpreis (€/t)
40
45
50
Erfolgsfaktor Wirtschaftlichkeit
200
Stromerzeugungskosten, 10 MW-Modellfall
Stromerlös gemäß 'altem' EEG
Kosten/Erlöse (€/MWh)
175
Stromerlös novell. EEG mit NAWARO-Zuschlag
150
125
100
75
50
0
5
10
15
20
25
Brennstoffpreis (€/t)
30
35
40
Brennstoffpreise frei Anlage
Erfolgsfaktor Brennstoffversorgung
Erdgaspreise (Großverbraucher, Stand 12/05)
0
Waldhackgut
SNP, Altholz A I Altholz A II - A IV
Holzpellets
Strohballen
Erfolgsfaktor Brennstoffversorgung
Auswertung von 10 Holz-KW-Projektentwicklungen (5 - 20 MWel) ergab:
z 3 Projektentwicklungen abgebrochen
z 7 Projekte in Planung/Bau/Betrieb, Finanzierung gesichert
Vertragsstatus:
z In 100 % der Fälle mit gesicherter Finanzierung/Investitionsbeschluss
wurden vorab Brennstofflieferverträge endverhandelt
z In 57 % lagen standortbezogene Marktanalysen für die
Brennstoffversorgung vor
Mengenverpflichtung:
z In 100 % der Fälle wurden Mengenverpflichtungen - meist mit
Pönaleregelungen - vertraglich geregelt (Laufzeit: 3 - 20 Jahre)
Erfolgsfaktor Brennstoffversorgung
z Der Abschluss von Brennstoff-Lieferverträgen ist
Grundvoraussetzung für Finanzierung und Investitionsbeschluss
z Standortbezogene Marktanalysen sichern den Projekterfolg ab
z In den meisten Fällen werden Verträge mit mehreren
Einzellieferanten abgeschlossen
z In allen Fällen werden Mengenverpflichtungen eingegangen
z Feste Preisbindungen nur mit kurzen Laufzeiten möglich
z Langfristige Preisbindungen sind nur mit indizierten Preisen
durchsetzbar
Brennstoffalternativen
z Umrüstung auf Ersatzbrennstoffe aus gemischten Siedlungsabfällen
(EBS)
z Erzeugung von EBS: mechanisch-biologische Aufbereitung (MBA),
mechanisch-biologische Stabilisierung (MBS), mechanisch-physikalische
Stabilisierung (MPS)
z Motivation: Gesetzliche Vorgaben (Abfallablagerungs-, Deponieverordnung, TASi)
z Potential: 2 Mio. t/a EBS Erzeugung (Schätzung für 2006)
z Voraussetzung für Umrüstung bisheriger EEG-Anlagen: Technisch und
genehmigungsrechtlich machbar
z Wirtschaftlichkeit (Gesichtspunkte):
z Zuzahlungen in Höhe von 30 - 50 €/t für EBS anstelle Kosten für
Holzbeschaffung
z verminderte Stromvergütung (Marktpreis anstelle EEG-Vergütung); ggf.
Anrechnung vermiedener Strombezugskosten
Beispiele: Holz-KW Königs-Wusterhausen
z Betreiber: MVV BioPower AG (Tochterunternehmen der MVV Energie
AG)
z 20 MWel, ohne Wärmeauskopplung
z Altholz A I - A IV
z Zirk. Wirbelschichtfeuerung
z Dampfkraftprozess mit
Zwischenüberhitzung und
Kondensationsturbine
z IBS 2003
Bildnachweis: MVV-Pressebild, http://www.mvv-energie-ag.de
Beispiele: Bio-HKW Herbrechtingen
z Betreiber: Biomasse-Heizkraftwerk Herbrechtingen GmbH
(Gesellschafter: Fa. Sturm, Fortum, OvM)
z 15,7 MWel, mit Wärmeauskopplung zur Wärmeversorgung der
Trockenkammern des Sägewerks Sturm
z Rinde, SNP, Waldrestholz,
Altholz A I - A II
z Stat. Wirbelschichtfeuerung
z Dampfkraftprozess mit
Entnahme-Kondensationsturbine
z IBS 2004
Bildnachweis: Fortum Service Deutschland GmbH
Beispiele: ORC-Holzheizkraftwerk Sauerlach (0,5 MWel)
z Betreiber: Zukunfts-Energie Sauerlach GmbH
z 0,5 MWel, mit Wärmeauskopplung zur Wärmeversorgung eines
kommunalen Nahwärmesystems
z NawaRo (Waldrestholz,
Strauchschnitt)
z Thermoölkessel
z ORC-Kreislauf
z IBS 2002
Bildnachweis: Kohlbach Holding GmbH, http://www.kohlbach.at
Wärmeschaltbild der Holzvergasungstechnologie
BiomasseVergaser
Gasreinigung
20 °C
470 °C 580 °C
G
120 °C
BHKW-Motor
90 °C
70 °C
Pilot-/Demoanlagen Holzvergaser-(H)KW in D (> 100 kWel)
Anlage
Anlage Boizenburg
Elektr. Leistung
3.300 kW
Verfahren
Status/Bemerkungen
Easymod-V.
Anlage steht seit 2000 still
EVN, BHKW Domsland, Eckernförde
180 kW
Doppelfeuerv.
IBS 2000, mehrmaliger Umbau
Fa. Choren, Freiberg
180 kW
Carbo-V-Verf.
Motorbetrieb in 2001 über 600 h
1.000 kW
Ehem. Juch-V.
Anlage wurde stillgelegt
500 kW
Fluidyne-Verf.
IBS 2002, Status unbekannt
Energiezentrum Espenhain
BHKW Fürstenwalde
Blauer Turm, Herten
D.M.2 (Gestufte Gaserzeugung seit 2001,
Reformierung) Motorbetrieb in Planung
UMSICHT, Oberhausen
500 kW
Wirbelschichtvergasung
Motorbetrieb seit 2000
Picker Meyer GmbH, Herbstein
100 kW
Kuntschar +
Schlüter
Status unbekannt (Ref.liste K+S)
Pfalzfeld
Mothermik
In Betrieb seit 2005
Über 20 Anlagen
Diverse
In Entwicklung/Planung (Realisierung jedoch ungewiss)
Holzvergasungs-Kraftwerks Güssing (2 MWel)
• EVN, TU Wien,
Austrian Energy,
Güssinger Fernwärme
• Wirbelschicht-Vergaser 8MWBr
• Motorbetrieb seit 2002
bis 03/2004:
- Vergaserbetrieb 9.700 h
- mit Motor
7.100 h
Bildnachweis: RENET Austria, http://www.renet.at
Wärmeschaltbild des holzbefeuerten ORC-Prozesses
300 °C
300 °C - 350 °C
BiomasseFeuerung
250 °C
120 °C
0,8 bar
ThermoölKreislauf
G
90 °C
ORCKreislauf
70 °C
Holzbefeuerte ORC-Anlagen in Deutschland
Anlage
Elektr. Leistung
Status
GMK, Biomasse-KW Friedland
500 kW
IBS 2001
Heberndorfer Leistenfabrik, Wurzbach
500 kW
IBS 2002
Zukunfts-Energie-Sauerlach
500 kW
IBS 2002
Erdenwerk Ziegler, Plößberg
1.100 kW
IBS 2004
HKW Scharnhauser Park, Ostfildern
1.000 kW
IBS 2004
Stadtwerke Neckarsulm
1.000 kW
IBS 2004
Bezirksklinikum Mainkofen, Deggerdorf
500 kW
IBS 2004
HKW Altötting
900 kW
IBS 2005
1.500 kW
IBS 2005
Stadtwerke Oerlinghausen
500 kW
IBS 2005
Holzwerke Gmach, Pösing
1.500 kW
IBS 2005
450 kW
IBS 2005
Sägewerk Schwaiger, Hengersberg
HKW Wolnzach
Weitere ca. 10 Anlagen in
Im Bau
Weitere ca. 10 Anlagen in
In Entwicklung/ Planung
Vormontiertes ORC-Modul, 400 kWel
Bildnachweis: BIOS Bioenergiesysteme GmbH, A-Graz, http://.bios-bioenerga.at
Wärmeschaltbild holzbefeuerter Stirlingmotorprozess
20 °C
500 °C
900 °C
120 °C
BiomasseFeuerung
90 °C
G
Stirling-Motor
70 °C
Pilot-/Demoanlagen holzbefeuerter Stirlingmotorprozess
Anlage
Status
Bemerkungen
400 kW
IBS 1999
Geringe Laufzeit (300 h in den
ersten beiden Betriebsjahren)
10 kW
IBS 2001
Versuchsanlage
In Betrieb
Versuchsanlage für Pellets
3 kW
IBS 1995
Versuchsanlage
35 kW
IBS 1999
Versuchsanlage mit vorgesch.
Vergaser
2 kW
IBS 1998
Zuverlässigkeit nicht ausreichend
HKW Burghotel, A-Oberlech
35 kW
IBS 2003
Stirlingmotor-Entwicklung der
TU-Denmark
EU-Projekt BIO-Stirling
75 kW
IBS 2003
Stirlingmotor-Entwicklung der
TU-Denmark
HKW Krailing, Fa. Südwärme
Kleinst-BHKW, Fh Bingen, TSB
Fa. SOLO, Sindelfingen
Joanneum Research, A-Graz
TU Denmark
Ökozentrum, CH-Langenbruck
Einige wenige Anlagen
Elektr. Leistung
2 - 9 kW
In Planung/
Entwicklung
Holzbefeuerter Stirlingmotor der Fa. SOLO
Bildnachweis: SOLO Kleinmotoren GmbH, Sindelfingen, http://www.stirling-engine.de
Anlegbare Investitionskosten
Modellfall 4 MW th
5000
Investitionskosten in TDM pro kW
Nutzwärmeleistung
Stand: 2000
VergTu
Stirling
4000
VergBZ
PyrTu
PyrMo
VergMo
3000
ORC
2000
DKP
Anlegbare Invest.kosten (Vergleich mit
reiner Wärmeerzeugung)
Heißgt
1000
0
5
10
15
20
Elektrischer Wirkungsgrad in %
25
30
Fazit
z Derzeit stellen der Dampfkraft- und der ORC-Prozess die einzigen
marktreifen Technologie zur Stromerzeugung aus Holz dar. Der ORCProzess kommt für Leistungen < ca. 2 MWel, der Dampfkraftprozess
vorzugsweise für mittlere und große Leistungen in Betracht.
z Durch die Regelungen des novellierten EEG können kleine, dezentrale
KWK-Anlagen für die kommunale Nahwärme (als derzeit sich erst
entwickelnde Marktnische) bei günstigen Standortbedingungen
wirtschaftlich betrieben werden.
z Verschiedene innovative Stromerzeugungstechnologien besitzen
prinzipiell das Potential, diese Marktnische weiter zu erschließen. Dies
setzt jedoch voraus, dass
z die teils nicht unerheblichen technischen Problematiken gelöst werden
z bei Vorliegen der Marktreife die Wettbewerbsfähigkeit - sowohl in
Relation zum Dampfkraftprozess als auch zur reinen
Wärmeerzeugung - gegeben ist
Links/Literatur
z Leitfaden Bioenergie - Planung, Betrieb und Wirschaftlichkeit von
Bioenergieanlagen (Aktualisierung 2005)
Bestellung/Downlaod: www.bio-energie.de
z "Innovative Verfahren zur Wärme- und Stromerzeugung aus
Biomasse”
Herausgeber: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe
ISBN-Nummer 3-7843-3171-8.
z www.fichtner.de