„Möglichkeiten und Grenzen der Energiebereitstellung durch
Strohfeuerungsanlagen in der gewerblichen Produktion“
Anwendungsbeispiel landwirtschaftliche Getreidebrennereien
Diplomkolloquium Andre Gerstenberg
Betreuer:
Prof. Dr. rer. nat. Reiner Malessa, FH Brandenburg
Dr.-Ing. Ernst-Peter Jeremias, tetra ingenieure GmbH, Neuruppin
Datum:
15.11.2007
Motivation für die Diplomarbeit
Aktionsplan Biomasse der EU
Angaben in Mio. Tonnen Öläquivalent
Quelle: EurObservER 2006
 Ausbau der Bioenergie führt zu einer größeren Nachfrage und folglich zu
Preissteigerungen
 Erschließung ungenutzter Biomassepotenziale zur Reduzierung von
Nutzungskonflikten
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Zielstellungen der Diplomarbeit
1
Potenziale für die Wärmeerzeugung aus Stroh
2
Stand der Technik Strohverbrennung


3
Bereitstellung
Verbrennung
Anwendungsbeispiel Brennerei



Erweiterung und Optimierung
des Brennereibetriebes
Strohfeuerungskonzepte
Wirtschaftlichkeit
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1 Strohpotenziale
Getreideanbaufläche
Stoffliche Nutzung
Deutschland:
6,7 Mio. ha
Einstreu in Tierställen, Einarbeitung in die
Brandenburg:
0,5 Mio. ha
Ackerkrumme zur Bodenverbesserung
Strohmenge
Deutschland:
40,2 Mio. t
Brandenburg:
3,1 Mio. t
Mittelwert Min/Max
ca. 89 TWh
Verdopplung des Anteiles
fester Biobrennstoffe
Quelle: Daten für Endenergie und feste Biobrennstoffe aus AGEE-S, Stand 03/07
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2 Stand der Technik Strohverbrennung

Bereitstellung
Großballen quaderförmig
Häcksel
Ballendichte: 139 – 170 kg/m³
Schüttdichte: 45 – 80 kg/m³
Preis: ca. 70 €/t
Preis: ca. 77 €/t
Quelle: http://www.videncenter.dk/uk/index.htm
Quelle: http://www.videncenter.dk/uk/index.htm
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2 Stand der Technik Strohverbrennung

Bereitstellung
Briketts
Pellets
Schüttdichte: 400 – 500 kg/m³
Schüttdichte: 400 – 650 kg/m³
Preis: 140 €/t
Preis: 150 €/t
Quelle: www.asket.pl/ de/brikette.php
Quelle: http://www.videncenter.dk/uk/index.htm
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2 Stand der Technik Strohverbrennung

Bereitstellung
Bsp.: Lieferung von 25 t Stroh durch Transport-Lkw
mit max. 100 m³ Ladevolumen und max. Nutzlast von 25 t
200
Bezugspreis in €/t
175
150
Ballen: 2 Fahrten bei 100 m³
125
Häcksel: 5 Fahrten bei 100 m³
100
Pellets: 1 Fahrt bei 45 m³
75
Briketts: 1 Fahrt bei 60 m³
50
Ballen: 4 Fahrten bei 50 m³
25
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Entfernung in km
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2 Stand der Technik Strohverbrennung

Verbrennung
 Rostfeuerungen dominierende Technologie
 meist modifizierte Holzfeuerungen
 Beschickung mit Pellets, Häckseln oder aufgelösten Ballen
Quelle: http://www.binder-gmbh.at/Deutsch/Heizanlagen/Feuerungssysteme/SRF-S.html
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2 Stand der Technik Strohverbrennung

Verbrennung
Vergleich der Heizwerte
Emissionsrelevante Bestandteile
10
Anteil in % d. TM
Heizwert in kWh/kg
12
8
6
4
2
0
Stroh
Holz
Steinkohle
Erdgas
Heizöl
8
7
6
5
Stickstoff
Asche
4
3
2
1
0
Kalium
Chlor
Stroh
Holz
Aschegehalt:
Grenzwerte für Staubemissionen schwer einzuhalten,
starke Verschmutzung der Feuerungskomponenten, höhere
Aufwendungen zur Entaschung
Kaliumgehalt:
geringer Ascheschmelzpunkt (Verschlackung der Asche),
Rostkühlung erforderlich
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3 Anwendungsbeispiel Brennerei

Erweiterung und Optimierung des Brennereibetriebes
Ist-Zustand
Soll-Zustand
Jährliche Getreidemenge in t
336
5.313
Ethanolgehalt in Vol. %
86
86
1.217
19.250
480
7.590
Heizölverbrauch in l/hl Ethanol:
34
17
Strohverbrauch in kg/hl Ethanol:
77
39
Jährliche Ethanolmenge in hl:
Jahresbetriebsstunden:
Maßnahmen:
 Wärmerückgewinnung und Wärmedämmung
 Austausch von ausgedienter oder unzureichender Anlagentechnik
 Investitionskosten 330.900 €
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3 Anwendungsbeispiel Brennerei

Strohfeuerungskonzepte
Konzept 1
Wasser
Luft
Stroh
Strohfeuerung
ECO
Rauchgas
 Leistung:
390 kWth
 Dampfleistung:
590 kg/h
 Jährliche Brennstoffmenge:
Asche
- Strohballen
Dampfkessel
 Investitionskosten:
Dampf
617.600 €
 Kostenersparnis gegenüber
Zur Brennerei
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750 t
Heizöl:
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119.000 €
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3 Anwendungsbeispiel Brennerei

Strohfeuerungskonzepte
Luft
Stroh
Konzept 2
 Leistung:
Zusatzfeuerung
Wasser
Asche
Rauchgas
Heißwasserkessel
- Heizölfeuerung:
340 kWth
- Strohfeuerung:
29 kWth
 Dampfleistung:
 Brennstoff:
Luft
Heizöl
540 kg/h
ECO
Hauptfeuerung
Rauchgas
- Strohpellets
- Heizöl
50 t
278.000 l
 Investitionskosten: 128.800 €
Dampfkessel
 Kostenersparnis Heizöl
Dampf
20.000 €
Zur Brennerei
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3 Anwendungsbeispiel Brennerei

Strohfeuerungskonzepte
Luft
Stroh
Wasser
Strohfeuerung
Konzept 3
ECO
Rauchgas
Schlempe
Asche
 Leistung:
2.400 kWth
 Dampfleistung:
3.500 kg/h
 Brennstoff:
Dampfkessel
Dampf
Dampfmotor
2-stufig
3.352 t
- Schlempe
1.075 t
 Investitionskosten: 3.019.500 €
G
Zur Brennerei
Schlempetrocknung, Prozesswärme,
Nah- und Fernwärme
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- Strohballen
 Kostenersparnis:
- Brennstoff
75.000 €
- el. Energie
90.000 €
 Wärmeverkauf:
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460.000 €
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3 Anwendungsbeispiel Brennerei

Wirtschaftlichkeit
Verkaufspreise 99 Vol. % Ethanol mit Variation
der Betriebskosten (+/- 20 %)
80
Verkaufspreis in €/hl
75
70
65
60
55
50
Preisspanne
Marktpreis
45
40
35
Konzept 1 Konzept 2 Konzept 3 Heizöl
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3 Anwendungsbeispiel Brennerei

Wirtschaftlichkeit
Verkaufspreise 99 Vol. % Ethanol mit Variation
der Betriebskosten (+/- 20 %)
80
Verkaufspreis in €/hl
75
70
65
60
55
50
Preisspanne
Marktpreis
45
40
35
Konzept 1
Konzept 1 Konzept 2 Konzept 3 Heizöl
(Förderung)
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Fazit
 Stroh kann als nachwachsendes und CO2-neutrales Nebenprodukt in
nennenswerten Mengen zur Energieversorgung beitragen
 durch den niedrigen Brennstoffpreis von Strohballen und die Beschränkung
auf den ländlichen Raum kann die Grenze zur Wirtschaftlichkeit bereits
überschritten werden
 für eine stärkere Verbreitung des Brennstoffes Stroh muss eine preisgünstige
Aufbereitung zu Strohpellets oder Strohbriketts etabliert werden
 Feuerungsanlagen für Stroh sind vorhanden (vor allem in Dänemark),
müssen aber für die Einhaltung der deutschen Emissionsgrenzwerte
weiterentwickelt werden
 für die Brennerei liegt das größte Potenzial in der Reduzierung des
Energiebedarfes
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Vortrag R3 - tetra ingenieure GmbH