Ein Nahwärmenetz in Idar-Oberstein

Idee und Finanzierung

Stefan Linn, Energiebeauftragter bei der Kreisverwaltung Birkenfeld, hatte einen ehrgeizigen Plan: Die erforderliche neue Heizungsanlage für das Schulzentrum sollte Kosten sparen, gleichzeitig CO₂-neutral sein und darüber hinaus den regionalen Wirtschaftskreislauf fördern. Die Rezession Ende 2008 mit den staatlichen Hilfsprogrammen kam für Stefan Linn gerade zur rechten Zeit. Im Januar 2009 hatte die große Koalition das mit 50 Mrd. € umfangreichste Konjunkturprogramm der Nachkriegsgeschichte auf den Weg gebracht. Die ohnehin anstehende kommunale Infrastruktur­in­ves­tition „Wärmenetz mit Biomasseanlage Schulzentrum Auf der Bein“ erfüllte alle Voraussetzungen dafür.

Das Energiekonzept mit den Komponenten „Erneuerung und Anpassung des Nahwärmenetzes“ sowie „Installation von Wärme­über­gabestationen“ wurde um eine „Gebäudeleittechnik“ ergänzt und flankiert durch energetische Sanierung an den Gebäudehüllen der verschiedenen Bestandsobjekte. Die Ausführung dieser Maßnahmen rund um das Göttenbach-Gymnasium in Idar-Oberstein waren ein 1,3 Mio. € teures Vorhaben, zu dem Rheinland-Pfalz einen Zuschuss von 946 000 € aus dem Konjunkturpaket II beisteuerte. In diesem Zusammenhang gelockerte Vergabevorschriften ermöglichten eine beschränkte Ausschreibung. Damit erhielten einheimische Firmen den Zuschlag. So sind die für Wartung und Instandhaltung nötigen Firmen vor Ort und leicht erreichbar. Der Brennstoff, Hackschnitzel aus den Wäldern der unmittelbaren Umgebung, wird ohne lange Trans­portwege bei einem lokalen Betrieb in nur 1 km Entfernung von der Schule bestellt. Das spart dem Schulzentrum dauerhaft Betriebskosten. Die lokale Wirtschaft wird gestärkt, der sowohl volkswirtschaftlich als auch ökologisch fragwürdige Import von Brennstoffen aus großer Entfernung entfällt. Dementsprechend reduziert sich der Schadstoffausstoß und auch die Gefahr eines Gefahrgutunfalls wird vermieden.

Lager- und Fördertechnik

Tank- oder Kipplaster bringen die Hackschnitzel vom lokalen Händler direkt vor die Haustür. Wird das Schüttgut mit einer Dichte von 200 kg/m³ in einem 40 m³ fassenden Container geliefert, dann sind das 8 t. Mall als Hersteller bietet für Großanlagen wie hier unterirdische Hackschnitzelbehälter aus Betonfertigteilen von 15 bis 120 m³ Nutzvolumen an, allerdings ohne die Entnahme­systeme. Beim Nahwärmenetz dieses Schulzentrums werden zwei Heizkessel unabhängig voneinander aus einem jeweils 65 m³ großen Lager heraus versorgt. Für den Weg der Hackschnitzel in das Lager gibt es grundsätz­lich zwei Möglichkeiten. Zum einen können die Holzchips durch einen Schlauch von einem Tankwagen in den Bunker bzw. Behälter gepumpt werden. Wo baulich möglich, wie beim Schulzentrum in Idar-Oberstein, kann alternativ ein Kipplaster bzw. Traktor mit Frontladevorrichtung das Hackgut direkt in das Lager schütten. Dafür müssen der unterirdische Behälter für das Lieferfahrzeug befahrbar und die passende Befüllöffnung vorhanden sein. Clemens Hüttinger, Projektingenieur beim Hersteller Mall erklärt dazu: „Behältergeometrie und Statik stammen aus unserer Serienfertigung. Für Fassungsvermögen und Öffnungen erhalten wir die Angaben von den Fachingenieuren, welche auch die Art der Hackschnitzelentnahme durch Austragsysteme bestimmen – die bei Großkesselanlagen wie in diesem Fall durch den Kesselhersteller montiert werden“.

Die Steuerung am Heizkessel erkennt den Heizbedarf und regelt bedarfsgerecht den Betrieb des Fördersystems, das aus elek­tri­schen Förderschnecken oder Kratzkettenförderern besteht. Im Schulzentrum Idar-Oberstein wurden für die beiden Kessel zwei unabhängig voneinander funktionierende Fördersysteme gebaut. So holt jeweils eine Zubringerschnecke den Brennstoff aus einem der beiden unterirdischen Lagerbehälter, unterstützt durch ein rotierendes Knickarmaustragsystem über dem Schrägboden an der Behältersohle. Zwischen den Durchbrüchen der Behälter- und Gebäudewand überbrückt je ein Hüllrohr die kurze Distanz im Erdreich. Im Gebäude befinden sich Übergabestationen. Dort ändert sich die Transportrichtung um 90°. Die Förderschnecken der beiden Kessel übernehmen den Brennstoff. In der Fallstrecke zwischen Zubringerschnecke und Kesselschnecke ist zur mechanischen Trennung von Feuerung und drucklosem Brennstofflager jeweils ein brandschutzgeprüfter Absperrschieber eingebaut.

Wartung, Holzfeuchte und Brennwert

Im Kessel entzündet ein Heißluftgebläse das Hackgut automatisch. Die gewünschte Betriebstemperatur wird schnell erreicht, so dass eine emissionsarme und bedarfs­gerechte Verbrennung des Ener­gie­trä­gers Holz gewährleistet ist. Die Verbrennungsrückstände werden automatisch gesammelt. Der Ascheanteil ist abhängig vom verwendeten Brennstoff. Ist dieser qualitativ hochwertig, liegt der Anteil bei ca. 2 bis 5 % der Brennstoffmenge. Bei einem hohen Rindenanteil, z. B. beim Einsatz von Landschaftspflegehölzern, wächst er auf bis zu 10 % an. Im Schul­zentrum in Idar-Oberstein übernimmt Land- und Forstwirt Jörg Winkler, der Brennstofflieferant, die Entsorgung der Asche. Er nutzt sie als Dünger in der Landwirtschaft oder bringt sie im Wald aus und schließt so den natürlichen Kreislauf. Er kümmert sich auch um die korrekte Einstellung und Wartung der Kessel, da er den „Kesselwärterschein“ des Herstellers besitzt.

Je höher der Feuchtigkeitsgehalt der Hackschnitzel, desto geringer ist deren Heizwert. Das ist physikalisch bedingt, denn das bei der Verbrennung verdunstende Wasser bindet viel Wärme, die dem Kessel entzogen wird. Theoretisch kann die Feuchte unerwünschte Schlacke im Brenner verursachen, als Kondensat dem Schornstein schaden oder zu Fäulnis im Lagerbehälter führen. In der Praxis sorgt Jörg Winkler vor: Er nutzt überwiegend Stammholz und lagert die Hackschnitzel bis zu zwei Jahre im Freien, bevor er sie bei 20 bis 25 % verbliebener Holzfeuchte liefert. Zusätzlich werden im Schulzentrum vor dem Wiederbefüllen die leeren Betonbehälter bei entsprechender Witterung mit geöffneter Abdeckung belüftet. 

Je nach Holzart hat 1 kg Hackschnitzel bei 20 % Holzfeuchte einen Brennwert von ca. 4 kWh. (Zum Vergleich: 10 000 kWh, also 2,5 t Hackschnitzel, entsprechen 1000 l Heizöläquivalent). Je trockener das Holz ist, desto mehr nutzt es dem Betreiber, desto mehr Vergütung müsste der Lie­fe­rant erhalten. Diesem Umstand entsprechend, haben die hier Zuständigen ganz pragmatisch vereinbart, dass die Brennstoffkosten nach dem tatsächlich erbrachten Brennwert errechnet werden. Wärmemengenzähler am Ausgang der beiden Kessel liefern dazu die Daten. Jörg Winkler als Lieferant erhält Abschlagszahlungen, die er mit dem Jahresbetrag verrechnet. Der mehrjährige Liefervertrag enthält eine Klausel zur Preisanpassung in Anlehnung an den Index für Hackschnitzel des Statistischen Bundesamtes. 

Betriebskosten halbiert

Ein kleinerer Kessel mit 220 kW sorgt im Sommerhalbjahr für die Warmwasserbereitung. Der größere Kessel mit 720 kW steht für Heizung und Warmwasserbereitung im Winterbetrieb bereit. „Es gab in der Planungsphase allerdings ein Problem“, erinnert sich Mario Winkel von Techno-Plan-Consult, der für die Gebäudetechnik verantwortliche Ingenieur des Projekts. „Hackschnitzel-Heiztechnik ist im Gegensatz zu einer Öl- oder Gasheizung relativ träge. Wir konnten das jedoch ausgleichen durch sechs große Pufferspeicher mit jeweils 2000 l Fassungsvermögen“, erläutert er. „Damit erzielen wir nun gleichbleibend hohe Wirkungsgrade, was Brennmaterial spart, Emissionen senkt und die Anlage schont.“

Mit Inbetriebnahme der neuen Heiztechnik im Juni 2010 war der stetige Anstieg von Strom- und Wärmebedarf gestoppt. „Die jährlichen Kosten für Wärme lagen witterungsbereinigt 2008 und 2009 annähernd gleich bei etwas mehr als 125 000 €, während sie sich 2011 und 2012 bei knapp 50 000 € eingependelt hatten“, so das Fazit des Energiebeauftragten Stefan Linn. „Das entspricht einer jährlichen Einsparung von über 75 000 € bzw. einer 60-%-igen Kostenreduktion“, stellt er zufrieden fest.

Selbst wenn die Kosten für die Wartung der Hackschnitzellager und -kessel gegenüber der früheren Erdgasfeuerung etwas höher ausfallen, wird die monetäre Ersparnis bei den jährlichen Betriebskosten noch deutlich über 50 % liegen.

Literatur