Biomasse-Heizsystem

Biomasse-Heizsysteme erzeugen Wärme aus Biomasse.

Die Systeme fallen unter die Kategorien:

direkte Verbrennung,
Vergasung,
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK),
anaerobe Gärung,
aerobe Verdauung.

Vorteile der Biomasseheizung
Die Nutzung von Biomasse in Heizungssystemen ist von Vorteil, da sie Rückstände und Abfälle aus Landwirtschaft, Wald, Stadt und Industrie zur Erzeugung von Wärme und Strom mit geringeren Auswirkungen auf die Umwelt als fossile Brennstoffe verwendet. Diese Art der Energieerzeugung hat begrenzte langfristige Auswirkungen auf die Umwelt, da der Kohlenstoff in der Biomasse Teil des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs ist; während der Kohlenstoff in fossilen Brennstoffen ist nicht, und fügt dauerhaft Kohlenstoff in die Umwelt, wenn für Kraftstoff (Carbon Footprint) verbrannt. In der Vergangenheit sorgte Biomasse in Form von Holzbrennstoffen vor der Verwendung von fossilen Brennstoffen in erheblichen Mengen für den größten Teil der Heizung der Menschheit.

Nachteile der Biomasseheizung
In großem Maßstab werden durch die Verwendung von Biomasse landwirtschaftliche Flächen aus der Nahrungsmittelproduktion entfernt, die Kohlenstoffspeicherfähigkeit von Wäldern verringert und Nährstoffe aus dem Boden extrahiert. Die Verbrennung von Biomasse erzeugt Luftschadstoffe und fügt der Atmosphäre beträchtliche Mengen an Kohlenstoff hinzu, die für viele Jahrzehnte nicht in den Boden zurückgeführt werden können.

Die Verwendung von Biomasse als Brennstoff verursacht Luftverschmutzung in Form von Kohlenmonoxid, NOx (Stickoxiden), flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), Partikeln und anderen Schadstoffen, in einigen Fällen auf einem Niveau, das über denen von traditionellen Brennstoffquellen wie Kohle oder Erdgas liegt . Schwarzer Kohlenstoff – ein Schadstoff, der durch unvollständige Verbrennung von fossilen Brennstoffen, Biokraftstoffen und Biomasse entsteht – ist möglicherweise der zweitgrößte Beitrag zur globalen Erwärmung. Im Jahr 2009 wurde in einer schwedischen Studie über den riesigen braunen Dunst, der regelmäßig große Gebiete in Südasien bedeckt, festgestellt, dass er hauptsächlich durch Verbrennung von Biomasse und in geringerem Maße durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen erzeugt wurde. Die Forscher haben eine signifikante Konzentration von 14C gemessen, die eher mit der jüngsten Pflanzenwelt als mit fossilen Brennstoffen in Zusammenhang steht.

Bei der Verbrennung wird der Kohlenstoff aus Biomasse als Kohlendioxid (CO2) in die Atmosphäre freigesetzt. Die Menge an Kohlenstoff, die in trockenem Holz gespeichert wird, beträgt ungefähr 50 Gew .-%. Wenn aus landwirtschaftlichen Quellen Pflanzenmaterial verwendet wird, das als Brennstoff verwendet wird, kann es durch Anpflanzung für neues Wachstum ersetzt werden. Wenn die Biomasse aus Wäldern stammt, ist die Zeit zur Rückgewinnung des gespeicherten Kohlenstoffs im Allgemeinen länger, und die Kohlenstoffspeicherkapazität des Waldes kann insgesamt verringert werden, wenn zerstörerische Forsttechniken eingesetzt werden.

Der Anfang der 1990er Jahre vorgelegte Vorschlag für eine CO2-neutrale Biomasse wurde durch neuere wissenschaftliche Erkenntnisse ersetzt, die erkennen, dass reife, intakte Wälder den Kohlenstoff effektiver speichern als durch Cut-Over-Gebiete. Wenn der Kohlenstoff eines Baumes in einem einzigen Puls in die Atmosphäre freigesetzt wird, trägt er viel mehr zum Klimawandel bei als Waldholz, das über Jahrzehnte langsam verfault. Aktuelle Studien weisen darauf hin, dass “der Wald sich auch nach 50 Jahren nicht zu seiner ursprünglichen Kohlenstoffspeicherung erholt hat” und dass “die optimale Strategie wahrscheinlich der Schutz des stehenden Waldes ist”.

Biomasseheizung in unserer Welt

Der Ölpreisanstieg seit 2003 und die daraus resultierenden Preissteigerungen für Erdgas und Kohle haben den Wert von Biomasse für die Wärmeerzeugung erhöht. Waldputze, landwirtschaftliche Abfälle und speziell für die Energieerzeugung angebaute Pflanzen werden wettbewerbsfähig, wenn die Preise für energiereiche fossile Brennstoffe steigen. Die Bemühungen, dieses Potenzial zu entwickeln, könnten zur Folge haben, dass schlecht bewirtschaftete Ackerflächen wieder regeneriert werden und im Rad einer dezentralen, mehrdimensionalen Branche für erneuerbare Energien eine Rolle spielen. Bemühungen, diese Methoden zu fördern und voranzutreiben, wurden in der gesamten Europäischen Union in den 2000er Jahren üblich. In anderen Teilen der Welt haben ineffiziente und umweltverschmutzende Mittel zur Erzeugung von Wärme aus Biomasse in Verbindung mit schlechten Forstpraktiken erheblich zur Umweltzerstörung beigetragen.

Pufferbehälter
Pufferspeicher speichern das heiße Wasser, das das Biomassegerät erzeugt, und zirkulieren es um das Heizsystem herum. Manchmal werden sie als “Wärmespeicher” bezeichnet, sie sind entscheidend für den effizienten Betrieb aller Biomassekessel, bei denen die Systembelastung schnell schwankt oder das Wasservolumen im gesamten Hydrauliksystem relativ klein ist. Die Verwendung eines Pufferbehälters geeigneter Größe verhindert ein schnelles Durchlaufen des Kessels, wenn die Beladung unter der minimalen Kesselleistung liegt. Die schnelle Verbrennung des Kessels verursacht eine starke Zunahme schädlicher Emissionen wie Kohlenmonoxid, Staub und NOx, verringert den Kesselwirkungsgrad erheblich und erhöht den Stromverbrauch des Geräts. Außerdem werden die Wartungs- und Instandhaltungsanforderungen erhöht, wenn Teile durch schnelle Heiz- und Kühlzyklen beansprucht werden. Obwohl die meisten Heizkessel angeben, dass sie bis zu 30% der Nennleistung abbauen können, ist dies in der Realität oft nicht möglich, da der Kraftstoff vom “idealen” oder Testkraftstoff abweicht. Es sollte daher ein Puffertank geeigneter Größe in Betracht gezogen werden, wenn die Beladung des Kessels unter 50% der Nennleistung fällt – mit anderen Worten, es sei denn, die Biomassekomponente ist reine Grundlast, sollte das System einen Puffertank enthalten. In allen Fällen, in denen das Sekundärsystem nicht genügend Wasser für die sichere Entfernung von Restwärme aus dem Biomassekessel enthält, muss das System einen Pufferspeicher von geeigneter Größe enthalten. Die Restwärme aus einer Biomasseeinheit variiert stark in Abhängigkeit von der Kesselkonstruktion und der thermischen Masse der Brennkammer. Leichte, schnell ansprechende Kessel benötigen nur 10 l / kW, während industrielle Nassholzeinheiten mit sehr hoher thermischer Masse 40 l / kW benötigen.

Arten von Biomasseheizsystemen
Die Verwendung von Biomasse in Heizsystemen findet in vielen verschiedenen Gebäudetypen Verwendung und alle haben unterschiedliche Nutzungen. Es gibt vier Haupttypen von Heizsystemen, die Biomasse zum Heizen eines Kessels verwenden. Die Typen sind vollautomatisch, halbautomatisch, Pellet-befeuert und Kraft-Wärme-Kopplung.

Vollautomatisch
In vollautomatisierten Systemen wird angeschlagenes oder zerkleinertes Altholz mit Lieferwagen zur Baustelle gebracht und in einen Sammeltank geworfen. Ein System von Förderern transportiert dann das Holz mit einer bestimmten gesteuerten Rate vom Vorratstank zum Kessel. Diese Rate wird von Computersteuerungen und einem Laser gesteuert, der die Ladung des Kraftstoffs misst, den das Förderband einbringt. Das System schaltet sich automatisch ein und aus, um den Druck und die Temperatur im Kessel aufrechtzuerhalten. Vollautomatisierte Systeme bieten eine große Benutzerfreundlichkeit, da sie nur den Bediener des Systems zur Steuerung des Computers und nicht den Transport von Holz erfordern und gleichzeitig umfassende und kostengünstige Lösungen für komplexe industrielle Herausforderungen bieten.

Halbautomatischer oder “Überlaufbehälter”
Halbautomatische oder “Surge-Bin” -Systeme sind vollautomatischen Systemen sehr ähnlich, außer dass sie mehr Personal benötigen, um betriebsbereit zu bleiben. Sie haben kleinere Lagertanks und ein viel einfacheres Fördersystem, das Personal erfordert, um den Systembetrieb aufrechtzuerhalten. Die Begründung für die Änderungen aus dem vollautomatischen System ist die Effizienz des Systems. Die von der Brennkammer erzeugte Wärme kann verwendet werden, um die Luft direkt zu erhitzen, oder sie kann verwendet werden, um Wasser in einem Kesselsystem zu erhitzen, das als das Medium wirkt, über das die Wärme abgegeben wird. Holzfeuerungsanlagen sind am effizientesten, wenn sie mit ihrer höchsten Kapazität betrieben werden, und die an den meisten Tagen des Jahres benötigte Wärme ist nicht der höchste Wärmebedarf für das Jahr. In Anbetracht der Tatsache, dass das System nur einige Tage im Jahr mit einer hohen Kapazität laufen muss, wird es so ausgelegt, dass es die Anforderungen für die meiste Zeit des Jahres erfüllt, um seine hohe Effizienz aufrechtzuerhalten.

Pellet-gefeuert
Der dritte Haupttyp von Biomasse-Heizsystemen sind Pellet-gefeuerte Systeme. Pellets sind eine verarbeitete Form von Holz, die sie teurer machen. Obwohl sie teurer sind, sind sie viel kondensierter und einheitlicher und daher effizienter. Darüber hinaus ist es relativ einfach Pellets automatisch zu Boilern zu führen. Bei diesen Systemen werden die Pellets in einem Getreidesilo gelagert, und die Schwerkraft wird verwendet, um sie zum Kessel zu bewegen. Die Speicheranforderungen sind bei Pelletfeuerungen wegen ihrer verdichteten Natur viel geringer, was ebenfalls zur Kostensenkung beiträgt. Diese Systeme werden für eine Vielzahl von Anlagen verwendet, sind jedoch am effizientesten und kostengünstigsten für Orte, an denen Platz für Lager- und Fördersysteme begrenzt ist und wo die Pellets ziemlich nahe an der Anlage sind.

Landwirtschaftliche Pelletsysteme
Eine Unterkategorie von Pelletsystemen sind Kessel oder Brenner, die in der Lage sind, Pellets mit höherer Ascherate (Papierpellets, Heupellets, Strohpellets) zu verbrennen. Einer dieser Art ist der Pelletbrenner PETROJET mit rotierender zylindrischer Brennkammer. Im Hinblick auf die Effizienz können fortgeschrittene Pelletkessel andere Formen der Biomasse wegen der stabileren Brennstoffcharakteristika übertreffen. Moderne Pelletskessel können sogar im Kondensationsmodus arbeiten und Verbrennungsgase auf 30 bis 40 ° C statt auf 120 ° C abkühlen, bevor sie in den Abzug geleitet werden.

Kombiniert Wärme und Kraft
Kraft-Wärme-Kopplungssysteme sind sehr nützliche Systeme, bei denen Holzabfälle, wie Holzhackschnitzel, zur Erzeugung von Energie verwendet werden und Wärme als Nebenprodukt des Energieerzeugungssystems erzeugt wird. Sie haben wegen des Hochdruckbetriebs sehr hohe Kosten. Aufgrund dieses Hochdruckbetriebs ist die Notwendigkeit eines hoch ausgebildeten Bedieners obligatorisch und wird die Betriebskosten erhöhen. Ein weiterer Nachteil ist, dass während der Stromerzeugung Wärme erzeugt wird, und wenn die Erzeugung von Wärme für bestimmte Teile des Jahres nicht wünschenswert ist, ist die Hinzufügung eines Kühlturms notwendig und wird auch die Kosten erhöhen.

Es gibt bestimmte Situationen, in denen KWK eine gute Option ist. Holzprodukthersteller würden eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage verwenden, da sie einen großen Vorrat an Holzabfällen und einen Bedarf an Wärme und Strom haben. Andere Orte, an denen diese Systeme optimal wären, sind Krankenhäuser und Gefängnisse, die Energie benötigen, und Wärme für heißes Wasser. Diese Systeme sind so dimensioniert, dass sie genügend Wärme erzeugen, um der durchschnittlichen Wärmelast zu entsprechen, so dass keine zusätzliche Wärme benötigt wird und ein Kühlturm nicht benötigt wird.