Berichte aus Energie- und Umweltforschung 6/2000
Einsatz von Pufferspeichersystemen in Biomasseanlagen

Die vorliegende Studie untersucht die Möglichkeiten des Einsatzes von Pufferspeichern zum Wärmelastmanagement in Biomassefernheizwerken und zum Stromlastmanagement in Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen unter Berücksichtigung der in Österreich gültigen Rahmenbedingungen.

Detaillierte Erhebungen des Ist-Zustandes von österreichischen Biomassefernheizwerken haben gezeigt, dass nach wie vor wesentliche Schwachpunkte im Gesamtsystem bestehen. Eine wesentliche Schwachstelle betrifft die niedrige Auslastung der Biomassekessel (geringe Jahresvollaststunden), was primär auf Überdimensionierungen zurückzuführen ist. Laut der neuen Förderungsrichtlinien des Ökoenergiefonds wurde in diesem Zusammenhang festgelegt, dass die Jahresvollaststunden des/der Biomassekessel mindestens 4.000 h/a betragen müssen (bezogen auf den Endausbau der Anlagen nach 3 Jahren). Diese Anforderung ist nur durch ein entsprechendes Spitzenlastmanagement zu erreichen. Die Spitzenlastabdeckung kann durch eine Ölfeuerungsanlage erfolgen. Der Einsatz von Pufferspeichern stellt jedoch diesbezüglich eine interessante Alternative dar.

Basierend auf einer technologischen Bewertung des Einsatzes von Pufferspeichern zum Wärmelastmanagement in Biomassefernheizwerken werden die Grundlagen der Auslegung von Pufferspeicher erörtert und der Einsatz von Pufferspeichern zum Wärmelastmanagement in Biomassefernheizwerken aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten bewertet. Die Ergebnisse der wirtschaftlichen Evaluierung zeigen, dass der Einsatz von Pufferspeichern für die in Österreich eingesetzten Anlagengrößen zu einer geringfügigen Erhöhung der Wärmeproduktionskosten führt. Die Mehrkosten im Vergleich zu einer optimiert ausgelegten Anlage mit einem Ölspitzenlastkessel liegen ohne Fernwärmenetz unter Berücksichtigung einer Förderquote von 30% im Bereich von 3 bis 4,5% (bezogen auf die Wärmeerzeugungskosten; Kostenrechnung laut ÖKL-Merkblatt Nr.67). Pufferspeicher weisen jedoch einige Vorteile auf, die wirtschaftlich nur schwer direkt beurteilbar sind. Sie tragen dazu bei Lastspitzen zu glätten und die damit verbundenen erhöhten Emissionen zu reduzieren. Weiters wird durch den gleichmäßigeren Betrieb der Anlage deren Abnützung vermindert. Wesentlich ist weiters, dass bei geeigneter Auslegung des Pufferspeichers die laut Förderungsrichtlinien des Ökoenergiefonds geforderten 4.000 Vollaststunden des/der Biomassekessel eingehalten werden können und der Einsatz von Pufferspeichern anstelle von Ölkesseln zum Spitzenlastmanagement zu einer erhöhten Akzeptanz in der Bevölkerung beiträgt.

Bei Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen kann ein entsprechend ausgelegter Pufferspeicher dazu beitragen, dass die Anlage zum Teil stromgeführt betrieben werden kann. Strom kann somit vermehrt in der Hochtarifzeit bei erhöhten Erlösen produziert werden, was vor allem hinsichtlich der neu in Kraft getretenen bzw. in naher Zukunft in -Kraft tretenden Einspeiseregelungen in den Bundesländern von wesentlicher Bedeutung ist. Die wirtschaftliche Bewertung des Einsatzes von Pufferspeichern zum Stromlastmanagement bei Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zeigt aber, dass sich ohne zusätzliche Optimierungsmaßnahmen und ohne Berücksichtigung einer möglichen Steigerung des elektrischen Jahres-nutzungsgrades ein Pufferspeicher für Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen mit einer elektrischen Nennleistung unter 1 MWel nicht rechnet (die auf die Stromerzeugung bezogenen Mehrkosten liegen zwischen 0,7 und 13 %). Unter Berücksichtigung einer möglichen Steigerung des Jahresnutzungsgrades durch den Pufferspeicherbetrieb (bedingt durch die höheren Anlagenbetriebsstunden bei Volllast) kann jedoch der Einsatz eines Pufferspeichers wirtschaftlich interessant werden. Bereits bei einer Erhöhung des elektrischen Jahresnutzungsgrades um ca. 2 % kann sich der Pufferspeichereinsatz rechnen. Das Ausmaß der Nutzungsgradverbesserung ist jedoch wesentlich von der eingesetzten Technologie und von der Konzeption der Anlage abhängig und ist somit jeweils für den individuellen Anwendungsfall zu ermitteln. Des-weiteren gelten für Pufferspeicheranwendungen in Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen ebenfalls die bereits für den Pufferspeichereinsatz zum Wärmelastmanagement erwähnten, nicht direkt wirtschaftlich bewertbaren, Vorteile.

Als wesentliches Ergebnis der vorliegenden Studie zeigt sich, dass der Einsatz eines Pufferspeichers zum Stromlastmanagement bei einem zu realisierenden Biomasse- Kraft-Wärme-Kopplungsprojekt in jedem Fall geprüft werden sollte. Der Einsatz eines Pufferspeichers zum Wärmelastmanagement in Biomasse-Heizwerken weist gegenüber Öl-Spitzenlastkesseln leichte wirtschaftliche Nachteile auf, die technischen (gleichmäßiger Anlagenbetrieb) und ökologischen (weniger lastwechselbedingte Emissionsspitzen) Vorteilen gegenüberstehen. Daher ist auch für diesen Anwendungsfall eine Prüfung des Einsatzes von Pufferspeichern unter Berücksichtigung der jeweiligen Randbedingungen empfehlenswert.