Einsatz von Bioenergie in der Quartiersversorgung

Vorwort

Dieser Beitrag wurde für die Fachkonferenz Digitalisieren – Sektoren koppeln – Flexibilisieren am 24.11.2020 angefertigt. Die Fachkonferenz stellt eine gemeinsame Konferenz der BMWi Forschungsnetzwerke (FNE) Bioenergie und Energiewendebauen dar.

Hintergrund und Ziel

Gebäude und Quartiere spielen bei der Energiewende eine zentrale Rolle, denn sie bieten enorme Potenziale, den Energiebedarf mit erneuerbaren Energien zu decken. In Deutschland sind Wohn- und Nichtwohngebäude für etwa ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen verantwortlich (dena, 2019). Wärme macht rund 80% des Gebäudeenergieverbrauchs aus (dena, 2019); diese wird allerdings immer noch zu 86% aus fossilen Energieträgern erzeugt (BMWi, 2019).

Für eine erfolgreiche Wärmewende ist es notwendig, mehr erneuerbare Energien sektorenübergreifend einzusetzen. Feste Biomasse, die als Reststoff in Industrie, Forstwirtschaft und Landschaftspflege anfällt, enthält versteckte Energiereserven. Industrielles Verschnittholz wird häufig in Kesselanlagen verbrannt, meist jedoch lediglich zur Wärmeerzeugung. Waldrestholz, das aufgrund seiner Eigenschaften nicht stofflich verwendet werden kann, eignet sich optimal als preiswerter Brennstoff. Insbesondere das Waldsterben der letzten Jahre bietet Anlass, jetzt Konzepte zu entwickeln, die eine ökonomische und ökologische Forstwirtschaft durch neue Vermarktungsmöglichkeiten unterstützen und gleichzeitig eine zukunftsfähige Energieversorgung ermöglichen.

Eine ressourceneffiziente Nutzung der Biomasse erfordert die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme, was besonders im dezentralen Leistungsbereich eine große technische Herausforderung darstellt. Genau für dieses Anwendungsfeld wurde durch die Professor Dr. Berg & Kießling GmbH (B+K) eine innovative KWK-Anlage mit extern befeuerter Mikrogasturbine entwickelt, wie sie vorher nicht am Markt verfügbar war. Die Nutzung diverser holziger Reststoffe zur gekoppelten Strom- und Wärmeproduktion in Anlagen unter 1 MWel ermöglicht damit neue Versorgungskonzepte für klimaneutrale Gebäude und Quartiere.

Anlagensystem ClinX

Das Besondere an ClinX ist, dass das System selbst Holzreste mit hohem Ast- und Rindenanteil und hohem Feuchtigkeitsgehalt im dezentralen Leistungsbereich in nachhaltigen Strom und grüne Wärme umwandelt. Die Anlage wurde für zwei Leistungsgrößen ausgelegt, entweder als 50 kWel Variante mit bis zu ≈150 kWth, oder als Variante mit 150 kWel und bis zu ≈ 400 kWth.

Die Anlage ist für ein breites Brennstoffspektrum konzipiert. Verwertet werden jene Reststoffe, die sehr durchmischt und für die meisten marktüblichen KWK-Systeme nicht nutzbar sind. Zur Wandlung dieser Reststoffe in Wärme und Strom kombiniert ClinX einen klassischen Verbrennungsprozess mit einer extern befeuerten Mikrogasturbine. Zwei Gasströme, einerseits das heiße Rauchgas aus dem Verbrennungssystem und andererseits die verdichtete Umgebungsluft, sind durch einen Wärmeübertrager voneinander abgegrenzt, sodass keine Rauchgaspartikel in den Luftstrom der Mikrogasturbine gelangen. Dies ermöglicht in Kombination mit einer innovativen Luftlager-Technologie einen wartungsarmen Betrieb, hohe Wirkungsgrade und eine lange Lebenszeit der Turbine.

Die nutzbare Abwärme wird für nachgeschaltete Heiz-, Warmwasser- oder Kühlprozesse zur Verfügung gestellt; der Strom wird entweder direkt im angeschlossenen Quartier genutzt oder ins Stromnetz eingespeist. ClinX kann sowohl mit Netzanschluss als auch netzunabhängig betrieben werden. Die Kombination mehrerer Einzelanlagen im Verbundsystem ist problemlos möglich. So lassen sich Projekte auf die Anforderungen des jeweiligen Quartiers skalieren.

 Konkrete Aktivitäten/ Maßnahmen

Das ClinX-System am Standort Cottbus läuft mit über 10.000 Betriebsstunden und liefert wertvolle Daten zur kontinuierlichen Optimierung und Weiterentwicklung. Kundenprojekte werden seit Anfang 2020 im industriellen Bereich erfolgreich umgesetzt. Auf dieser Basis werden nun strategische Partnerschaften für weitere Demonstrationsprojekte in neuen Marktsegmenten, bspw. der Quartiersentwicklung, gesucht.

 Referenzen

1.     Deutsche Energie-Agentur (dena, 2019): dena-GEBÄUDEREPORT KOMPAKT 2019 „Statistiken und Analysen zur Energieeffizienz im Gebäudebestand“

2.     Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi, 2019): Erneuerbare Energien in Zahlen. Nationale und internationale Entwicklungen im Jahr 2018.