Wärmewende: Umstellung der Grundlast auf Holzpellets

Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Mit einem Durchsatz von bis zu 40 t Holzpellets pro Woche  benötigt die Liegenschaft „Kloster und Schloss Salem“ eine darauf ausgelegte Bevorratung und vom Pelletspeicher zum Pellet-Heizkessel eine robuste Brennstoffzuführung.
■ Das Pelletlager mit einem Fassungsvermögen von 60 m³ wurde aus Betonfertigteilen an nur einem Baustellentag erstellt. Der automatische Transport des Brennstoffs erfolgt mit drei Förderspiralen, um in zwei Umlenkschächten notwendige Richtungswechsel zu realisieren.

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Auf dem Weg zur Klimaneutralität werden Heizzentralen und Wärmenetze, sofern im Auftrag des Bundeslandes Baden-Württemberg betrieben, schrittweise umgestellt. Der Anteil regenerativer Energieträger soll so hoch wie möglich sein. Die Liegenschaft „Kloster und Schloss Salem“ ist das erste von zehn Muster-Vorhaben.

Wenn im Mai 2027 das neue Heizungskonzept für das „Kloster und Schloss Salem“ (Bodenseekreis) nach Plan fertiggestellt ist, wird das bisher mit Erdgas beheizte Objekt zu 66 % über regenerative Quellen beheizt: Im zukünftig bivalenten Heizungskonzept deckt der Brennstoff Holzpellets die Grundlast ab, das sind 500 kW bzw. 60 % der Heizlast. Für Spitzenlast oder Notfall und Wartungsarbeiten (Redundanz) werden zwei neue Gas-Brennwertheizkessel installiert. Nachfolgend stehen das Lager und die Entnahme der Holzpellets sowie der automatische Transport mit Förderspiralen bis zum Heizkessel im Fokus.

Aus früherer Zeit lag noch ein ausgedienter Öltank im Außengelände, der geborgen und entsorgt wurde, bevor an seine Stelle ein Lagerbehälter für Holzpellets kam. Das Versetzen und die Montage der Betonfertigteile waren in einem Tag erledigt, sodass im Gegensatz zu einer Lösung in Ortbeton wertvolle Zeit für den Bauablauf gespart wurde. Die Fertigteile werden im Werk unter optimalen Bedingungen hergestellt, durch den Hersteller geliefert und montiert. Damit ist die Gewährleistung in einer Hand. Wie bei vielen Installationen steht die Bodenplatte nach außen über und bildet ein Auflager für das Verfüllmaterial. Dessen Gewicht dient dem Schutz vor Aufschwimmen des leeren Behälters bei hohem Grundwasserstand. Der Überstand wird projektspezifisch statisch berechnet und richtet sich nach konkreten Gegebenheiten vor Ort.

In der Abdeckplatte befinden sich drei genormte Befüllöffnungen und ein Einstieg. Mall bietet diesen großen Behälter mit 60 m³ Fassungsvermögen sowohl mit als auch ohne Pellet-Entnahmesystem an. Es ist dann eine pneumatische Entnahme bzw. Austragung, die den Brennstoff von oben absaugt. Bei Störungen ist so die Entnahmetechnik jederzeit gut zugänglich.

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Pelletentnahme über Förderspiralen

Die Bauherrschaft dieses Objekts entschied sich für den Pelletspeicher ohne ein solches Entnahmesystem, da es für den Dauerbetrieb eines sehr großen Holzpellet-Heizkessels wie hier nicht ausgelegt ist. Auch müssten die flexiblen Saugschläuche der pneumatischen Entnahme, die einem inneren Abrieb durch die kantigen Pellets ausgesetzt sind, bei dem in Salem benötigten Durchsatz von etwa 40 t pro Woche mehrmals im Jahr ausgetauscht werden …

Der automatische Transport des Brennstoffs erfolgt stattdessen mit Förderspiralen, deren Austragsschnecke mit Rührwerk am Speicherboden liegt. Von dort bis in den Heizungsraum wurden die Förderspiralen im Gelände in Leerrohren verlegt. Für den notwendigen Richtungswechsel auf der etwa 20 m langen Strecke sorgen zwei Umlenkschächte, die als Betonfertigteile vom Speicherhersteller stammen. Der Brennstoffdurchsatz verdeutlicht auch, warum ein bivalentes Heizungskonzept realisiert wurde.

Lüftung des Holzpelletlagers

Der in Salem eingebaute Pelletspeicher und die mit ihm durch Leerrohre verbundenen Umlenkschächte erhielten je eine unterirdisch verlegte Lüftungsleitung DN 200, die ca. 1 m über Gelände mit einer schlagregensicheren Haube abgedeckt ist [1]. Dies entspricht den Vorgaben der VDI-Richtlinie 3464-1 [2]. Laut Technischer Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 900, auf die in DIN EN ISO 20023 verwiesen wird, ist in Deutschland ein kurzzeitiges Betreten unterirdischer Pelletspeicher bzw. Erdlager bis zu 15 min in Anwesenheit einer eingewiesenen zweiten Person erlaubt, wenn die CO-Konzentration im Lager unter 60 ppm liegt [3]. Ein CO-Warngerät muss dann eingeschaltet am Körper getragen werden. Ein längerer Aufenthalt im Lager ist nur zulässig, wenn die CO-Konzentration unter 20 ppm liegt. Warngeräte sollen nicht stationär im Lagerraum bzw. Lagerbehälter angebracht sein, da die im Holz enthaltenen Terpene ebenso wie Druckschwankungen und Staub- bzw. Feinteile die CO-Sensoren auf Dauer schädigen.

Um die Verantwortlichen des Objekts von derlei Gefahren und Vorkehrungen zu entlasten, kann die während des Betriebs turnusmäßig fällige Inspektion dem Hersteller des unterirdischen Betonspeichers in Auftrag gegeben werden. Das komplette Leeren und Reinigen des Lagerbehälters ist gemäß DIN EN ISO 20023 alle 2 Jahre bzw. nach jeder 5. Befüllung notwendig. Diesen Service bieten viele Pelletlieferanten in Kombination mit der Lieferung an, wenn sie ein dafür geeignetes Fahrzeug haben.

Mall

Weshalb Holzpellets im ersten Schritt?

Die Liegenschaft „Kloster und Schloss Salem“ ging 2009 vom Haus Baden in den Besitz des Landes Baden-Württemberg über. Sie ist ein Kulturdenkmal und gehört zu den Staatlichen Schlössern und Gärten dieses Bundeslandes. Die Wärmeversorgung wurde zuletzt monovalent über drei Gaskessel (2 × 1,15 MW und 1 × 1,0 MW) und ein Nahwärmenetz mit 3 Strängen und 13 Unterstationen gewährleistet. Zwischenzeitlich ist das Netz vergrößert und auf 16 Unterstationen erweitert worden. Kleinere Austauscharbeiten in der Heizzentrale wurden vorgenommen, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Das sanierte Gebäude Gasthof Schwanen soll auch über das Nahwärmenetz versorgt werden.

Diese Anpassungen, das Alter der Heizzentale (Heizkessel aus den Jahren 1994 und 1998) und der ausschließliche Einsatz des fossilen Energieträgers Gas erforderten ein neues Konzept der Wärmeversorgung. Ziel ist ein Wärmenetz mit einem möglichst hohen regenerativen Anteil [4]. Zu den Energieträgern und der Netzerweiterung wurde festgelegt:

● Die Verringerung der CO₂-Emissionen steht im Vordergrund. Dabei kann aufgrund der besonderen Verhältnisse (Denkmalschutz, laufender Betrieb, verschiedene Nutzer, z. B. die Schlossschule Salem) nur schrittweise vorgegangen werden.

● Als Redundanz und für die Spitzenlast werden im nächsten Schritt nochmals Gas-Heizkessel eingesetzt, allerdings mit Brennwerttechnik.

● Wegen der hohen notwendigen Temperaturen im Bestand (die Schlossschule Salem benötigt 70 °C) kann für die Grundlast nur Biomasse eingesetzt werden.

● Holzpellets werden als Biomasse-Brennstoff gegenüber Hackschnitzeln bevorzugt, da sie bei gleicher Kubatur einen höheren Heizwert und damit eine höhere Energiedichte haben. Deshalb benötigt das Lager weniger Volumen. Außerdem ist der Aufwand für Wartung von Lager- und Entnahmetechnik geringer.

● Der bisherige Standort der Heizzentrale bleibt, da auf dem Areal die Fläche für einen Neubau fehlt.

● Holzpelletlager und -entnahme werden als Erweiterung der Heizzentrale unterirdisch gebaut.

● Das erforderliche Pufferspeichervolumen von 15 m³ wird aus Mangel an Platz in der Heizzentrale auf die Unterstationen aufgeteilt.

● Weitere Gebäude werden an das Nahwärmenetz angeschlossenen. Die Anzahl der Unterstationen erhöht sich damit auf 18.

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Regenerativer Anteil springt auf 66 %

Mit der Gemeinde Salem werden Maßnahmen abgestimmt, die langfristig einen Anschluss an ein noch zu projektierendes kommunales Wärmenetz ermöglichen. Zeitnah kann durch die Umrüstung des Grundlastbetriebs auf Holzpellets im ersten Schritt bereits ein regenerativer Anteil von 60 % erreicht werden. Im zweiten Schritt erhöht sich dieser Anteil um weitere 6 % durch den Einbau von zwei Luft/Wasser Wärmepumpen (200 und 100 kW) im Nahwärmenetz, um Teilabschnitte, in denen Fußbodenheizung im Bestand vorhanden ist, in der Übergangszeit mit Wärme zu versorgen. Objektspezifisch können die Standorte der Wärmepumpen nur in Absprache mit dem Landesamt für Denkmalpflege festgelegt werden.

Zur Energieversorgung, unter anderem für die Wärmepumpen sowie die Heiz- und Regeltechnik, werden auf Dächern von Nebengebäuden Photovoltaik-Anlagen installiert. Das Ziel ist, einen möglichst großen Anteil lokal zu erzeugen. Aktuell sind 334 Photovoltaik-Module mit einer Gesamtleistung von 138 kW_p geplant [4]. Es ist nicht vorgesehen, Stromüberschüsse in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Nicht in der Liegenschaft benötigte Erträge werden über Heizstäbe in einen der Pufferspeicher als Wärme geladen.

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Neben der Erneuerung der Wärmeerzeugung sind im Wärmenetz und in den Unterstationen weitere Maßnahmen zur Sicherung des Betriebs und zur Verringerung der CO₂-Emissionen, z. B. durch ein Senken des Temperaturniveaus, geplant. Dabei kommt der MSR-Technik eine zentrale Bedeutung zu.

Wenn auch an anderen (privaten wie öffentlichen) Objekten in Baden-Württemberg ähnlich intensiv an sämtlichen verfügbaren Stellschrauben nachjustiert wird, kann im Sektor „Gebäude“ gelingen, was sich dieses Bundesland zum Ziel gesetzt hat [5]: Bis zum Jahr 2040 klimaneutral zu werden. Und als Zwischenziel für das Jahr 2030, die Treibhausgasemissionen gegenüber dem Jahr 1990 um 65 % zu verringern.

Nadelholzspäne, die in Deutschland zu Pellets gepresst werden, haben generell nur kurze Transportwege und stammen aus nachhaltiger Waldbewirtschaftung. Der Deutsche Energieholz- und Pellet-Verband (DEPV) empfiehlt Verbrauchern, beim Pelletkauf auf das ENplus-Siegel zu achten (siehe auch: www.enplus-pellets.de). Anhand der ID-Nummern von Händlern und Produzenten können Käufer einfach nachvollziehen, woher die Pellets kommen. „DE“ steht dabei für Unternehmen mit Sitz in Deutschland.

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Dipl.-Ing. Klaus W. König

war 20 Jahre als Architekt selbstständig und ist heute Fachjournalist und Buchautor, speziell zur Ressourcen schonenden Haustechnik, www.klauswkoenig.de

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