The aim is to highlight the advantages and disadvantages of fossil fuel and biomass fueled heating systems. The economic aspect, which was investigated by means of a cost calculation, showed that the biomass heating systems are preferable in most of the scenarios.
Ausgangssituation und Problemstellung
Die durchschnittliche Lebensdauer einer Heizungsanlage beträgt 20 Jahre, sodass jährlich fünf Prozent des Kesselbestands ausgetauscht werden müssen und bei einer 25-jährigen Lebensdauer vier Prozent. Dies entspricht einem Austauschvolumen von 61.000 Kesseln über eine 20-jährige Lebensdauer und 48.800 Kesseln pro Jahr über eine 25-jährige Lebensdauer.
Zielsetzung
Methodische Vorgehensweise
Aufbau der Arbeit
Dabei werden die Investitionskosten, die laufenden Kosten und die Betriebskosten berücksichtigt, um ein vollständiges Kostenbild darzustellen. Die Zusammenfassung, das Fazit und das Fazit finden sich im siebten und letzten Teil der Arbeit.
Systeme der Heizungstechnik
Zentralheizung
Etagenheizung
Einzelheizung
Heizkessel
Grundlagen
- Brennstoffart
- Brennstoffvielfalt
- Kesseltyp
- Bauform
- Regelung
Die Flammenbildung selbst findet in der Brennkammer statt und hier erfolgt die Wärmeübertragung zwischen dem heißen Verbrennungsabgas und dem Wärmeträgermedium. Die Verbrennung erfolgt in der Brennkammer, es gibt keinen separaten Brenner wie bei Gas- und Ölkesseln.
Betrachtete fossile Heizsysteme
Ölheizung
Unter dem Heizwert (Hi) – er wird in kWh/m³ angegeben – versteht man lediglich den Energieinhalt eines Brennstoffs, der bei der Verbrennung ohne Kondensation von Wasserdampf eingesetzt wird. Daraus lässt sich schließen, dass der Brennwerteffekt umso größer ist, je mehr Wasserdampf bei der Verbrennung entsteht.
Gasheizung
Das zum Heizen benötigte Gas wird dem Heizkessel über den Gasanschluss des Hauses zugeführt, sodass kein Platz für die Lagerung des Brennstoffs erforderlich ist. Die Energieeinsparung gegenüber einem Niedertemperaturkessel beträgt rund zehn Prozent, gegenüber einem alten Standardkessel immerhin 30 %.
Betrachtete Biomasse-Heizsysteme
Feuerungstechnische Grundlagen
Hierbei wird der Brennstoff seitlich in die Brennkammer geleitet, die nicht unbedingt mit einem Rost ausgestattet ist. Die in die Espe fallende Asche kann per Hand entsorgt werden (Hartmann et al., 2007).
Pelletheizung
Automatisch beschickte Anlagen transportieren die Pellets über eine Förderschnecke oder einen Sauganschluss vom Lagerraum zum Kessel. Dadurch ergibt sich eine enorme Platzersparnis im Vergleich zum vollautomatischen System, da kein Lagerraum für die Pellets benötigt wird (Madel, 2013b).
Hackschnitzelheizung
Technische Beschreibung der untersuchten Heizsysteme (z. B. Verbrennung), erst in den folgenden Stufen wird der für eine vollständige Verbrennung notwendige Sauerstoff zugeführt. Abbildung 8 zeigt eine schematische Darstellung der beiden bereits beschriebenen Feuerungsarten, der Niederfeuerung und der Rostfeuerung, die zur Verbrennung von Hackschnitzeln eingesetzt werden.
Allgemeines zu Brennstoffen
Heizwert
Brennwert
Fossile Brennstoffe
Entstehung von fossilen Brennstoffen
Diese Tatsache bedeutet, dass die Verbrennung fossiler Brennstoffe dazu beiträgt, dass die Erdatmosphäre heute der von vor Milliarden Jahren ähnelt. Im Vergleich: Die Verbrennung erneuerbarer Kraftstoffe ist CO2-neutral, zwischen Erzeugung und Verbrennung vergeht nur eine kurze Zeit (Farago, 2010).
Aufkommen und Vorrat der fossilen Brennstoffe
Die oft sehr aufwendige Vermessung der Lagerstätten lässt nur die Nennung von Jahrzehnten als Zeitraum für die garantierte Verfügbarkeit fossiler Brennstoffe zu. Als größte Unsicherheit für die Versorgung des Energiemarktes mit fossilen Brennstoffen gilt die politische Instabilität der Förderländer (Farago, 2010).
Rohstoff Erdöl
Laut Quaschning sind insbesondere die Neufunde im Erdölbereich in den letzten Jahren spürbar zurückgegangen. In den folgenden Jahren, in den 1980er Jahren, sank der Preis pro Barrel von knapp 40 Dollar auf 10 Dollar.
Aktuelle Preissituation des Erdöls
Heizöl
Obwohl der Preis für Heizöl als bundesweiter Durchschnittspreis festgelegt wird, kommt es für Verbraucher beim Kauf von Heizöl zu starken, regional abhängigen Preisschwankungen. Die aktuelle Statistik in Abbildung 11 zeigt den durchschnittlichen Verbraucherpreis für leichtes Heizöl in Deutschland von 1960 bis 2015 in Cent pro Jahr Liter. Die Preise für Endverbraucher erreichten im Jahr 2012 mit 88,1 Cent pro Jahr einen absoluten Höchststand Liter.
Preisrisiken und Prognosen im Erdöl- und somit Heizölmarkt
Um die Produktionsmengen halten und auch steigern zu können, wurde in den letzten Jahrzehnten nach Möglichkeiten gesucht, dies zu realisieren. Allerdings ist die Produktion in den letzten 12 Jahren aufgrund der Erschöpfung der Reserven um 70 % eingebrochen. Der Ausblick der Analysten für das gesamte Ölangebot ist in den letzten 10 Jahren zunehmend pessimistischer geworden.
Preisprognose für Heizen mit Heizöl bis 2030
Aus heutiger Sicht besteht ein erhebliches Risiko, dass es immer wieder zu relativen Ölengpässen kommt. Aus heutiger Sicht ist es aus den genannten Gründen weitaus plausibler, mit einem weiterhin kräftigen Anstieg der Ölpreise zu rechnen, als mit einer Stagnation oder gar einem dauerhaften Rückgang. Dadurch verändert sich die Kostenstruktur des Heizens mit Heizöl von eher stabilen Investitionskosten von Ölheizungen hin zu stark steigenden variablen Kosten für Heizöl als Brennstoff.
Rohstoff Erdgas
Die entstehende Lagerstätte enthält das Erdgas oben unterhalb der undurchlässigen Schicht und bildet eine sogenannte Gaskappe. Erdgas kommt aufgrund seiner geringeren Dichte in den oberen Regionen einer Erdöllagerstätte häufig als Begleitgas oder Begleitgas vor. Das Erdgasleitungsnetz in Europa gilt als sehr gut ausgebaut und versorgt alle Wirtschaftszweige.
Brennstoffe aus Biomasse
Energie aus Biomasse
Bei der Nutzung der Biomasse entsteht in der Regel wieder CO2, das wieder in die Luft abgegeben wird. Allerdings wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie die Pflanze für ihre Bildung benötigt. Man unterscheidet zwischen der Nutzung von Reststoffen aus der Land- und Forstwirtschaft und dem gezielten Anbau von Energiepflanzen, die sich durch eine schnelle Photosynthese auszeichnen (Quaschning).
Feste Brennstoffe aus Holz
Der Wassergehalt ergibt sich aus dem Verhältnis der Wassermasse im Holz zur Gesamtmasse des Holzes. Die Holzfeuchte ergibt sich aus dem Verhältnis der Wassermasse im Holz zur Masse des absolut trockenen Holzes. Kohlenstoff und Wasserstoff sind für den Energiegehalt der exothermen Reaktion bei der Verbrennung verantwortlich.
Holzpellets
Fichtenholz ist ein Weichholz, das sich bestens für die Pelletproduktion eignet. Laut Obernberger und Thek wird bereits ein großer Teil der in Österreich verfügbaren Hackschnitzel und Holzstäube für die Pelletproduktion verwendet. Laut Obernberger und Thek (2009, 208f) sind mehrere Faktoren für den bereits erwähnten deutlichen Preisanstieg bei Pellets im Jahr 2006 verantwortlich.
Hackschnitzel
Darüber hinaus neigen Hackschnitzel mit hohem Wassergehalt oder Grünpflanzen (Blätter oder Nadeln) stark zur Schimmelbildung in der Kondensationszone (C.A.R.M.E.N., 2015). Zu diesem Zweck gibt es Häcksler als mobile oder stationäre Maschinen, in Form von Scheiben-, Trommel- oder Schneckenhäckslern. Hackschnitzel sind grün markiert und weisen in den jeweiligen Jahren einen Anstieg der Nutzung auf (Klima Aktiv, 2014).
Schadstoffe
Die ökologische Betrachtung basiert auf Emissionsfaktoren, hauptsächlich für die Brennstoffpellets, die Brennstoffe aus den fossilen Heizsystemen (Heizöl und Erdgas) und die Brennstoffchips. Bei der Betrachtung der Emissionsfaktoren, die eine Heizungsanlage im Betrieb verursacht, werden auch die Bereitstellung von Brennstoff und der Einsatz von Hilfsenergie berücksichtigt.
Emissionen bei der Brennstoffbereitstellung
Pellets
Als Basisdaten für die Berechnung der Emissionsfaktoren für die Anlieferung von Pellets gelten Emissionsdaten für Transport, Strom- und Wärmeversorgung. Für die zur Trocknung der Rohstoffe benötigte Wärme werden als Ausgangspunkt die Emissionsfaktoren für die Bereitstellung von Fernwärme auf Basis feuchter Hackschnitzel herangezogen. Diese beiden unterschiedlichen Rohstoffe für die Pelletproduktion führen zu zwei unterschiedlichen Berechnungen der Emissionsfaktoren der Pelletversorgung.
Heizöl EL, Erdgas und Hackgut
Emissionen bei der Nutzung der Brennstoffe
Die alten und neuen Hackschnitzelverbrennungsanlagen liegen sogar deutlich über den Grenzwerten, wohingegen Pellets deutlich unter den Grenzwerten liegen. Auch hier zeigt sich, dass die Emissionswerte bei Biomasseheizungen höher sind als bei Heizungsanlagen auf Basis fossiler Brennstoffe. Auch die Staubemissionen sind höher als bei fossil befeuerten Feuerungen, was auf den nahezu fehlenden Aschegehalt von Heizöl und Erdgas zurückzuführen ist. Die Grenzwerte für Staub sind in Österreich sehr streng und werden von allen genannten unterschritten Systeme.
Gesamte Emissionsfaktoren der betrachteten Heizsysteme
Würde beispielsweise Heizöl durch eine Pelletfeuerung (aus Sägespänen hergestellte Pellets) ersetzt, würden etwa 78.000 mg/MJ CO2-Emissionen eingespart. Für 2008 wurde ein Pelletverbrauch von etwa 500.000 t FS prognostiziert, was etwa 8,8 PJ entspricht. Würde man die Öl- und Gasfeuerung allein durch Pelletkessel ersetzen, hätte dies zu einer CO2-Einsparung von 575.000 t/a geführt. Bei einem Pelletverbrauch von 1,3 Mio. t/a können unter den gegebenen Rahmenbedingungen bis zu 1,5 Mio. t CO2 eingespart werden.
Feinstaub
Gesundheitsrelevanz
Tests zeigen, dass Partikelproben aus unvollständiger Verbrennung einen erhöhten Zelltod verursachen, während Partikelproben aus vollständiger Verbrennung von Biomasse kaum oder gar keinen Zelltod verursachen. Dies ist relevant, da die unvollständige Verbrennung in schlecht kontrollierten Altsystemen von kohlenstoffhaltigen Partikeln dominiert wird. Die Partikelemissionen aus der vollständigen Verbrennung in modernen Hausanlagen bestehen überwiegend aus anorganischen Partikeln, die aktuellen Untersuchungen zufolge nicht als gesundheitsgefährdend eingestuft werden.
Feinstaub aus Biomassefeuerungsanlagen
Anteil der Feinstaubemissionen aus Pelletsfeuerungen an den Gesamt-
Vollkostenberechnung
- Methode und Vorgehen
- Kapitalkosten
- Verbrauchsgebundene/variable Kosten
- Betriebsgebundene und sonstige Kosten
- Neun Szenarien des Heizens
- Ergebnisse der Vollkostenrechnung
Die Wartungs- und Servicekosten betragen für alle Kesseltypen 120 Euro pro Jahr. Der Preis für Heizöl lag bei 0,65 Euro pro Liter, der Preis für Erdgas lag im Tiefpunkt bei 7,12 Cent/kWh. Für Brennholz wird von einer Steigerung um 10 Prozent ausgegangen, woraus sich ein Preis von 92,81 Euro pro Kubikmeter ergibt.
Externe Kosten des Heizens
- Begrifflichkeit
- CO 2 -Emissionshandel
- Schadstoffemissionen der Feuerungsanlagen
- Fahrplan für erneuerbare Energien
Die politische Perspektive auf den Einsatz von Biomasseheizungen bezieht sich zunächst auf die Energiepolitik in der EU und erläutert diese kurz. Erneuerbare Energiequellen und Energieeffizienzmaßnahmen gelten als Schlüsselelemente der Energiepolitik, um Treibhausgasemissionen zu minimieren, die Abhängigkeit von Importen zu verringern und die Energiekosten vom Ölpreis zu entkoppeln. Der Einsatz effizienter Holzöfen und -kessel oder die Nutzung von Biomasse zur Kraft-Wärme-Kopplung (für kommerzielle Zwecke) hat trotz ihres Potenzials zur Emissionsreduzierung kaum zugenommen.
Energiestrategie in Österreich bis 2020
Screening der Förderinstrumente
Zur Umsetzung der Energiestrategie in Österreich sind effiziente und zielgerichtete Förder- und Umsetzungsinstrumente erforderlich. Zielkonflikte in den Förder- und Anreizsystemen müssen beseitigt und gegebenenfalls angepasst und weiterentwickelt werden. Darüber hinaus sind die Energieeffizienzpotenziale mit den derzeit verfügbaren technisch und wirtschaftlich sinnvollen Maßnahmen so groß, dass die EU-Effizienzanforderungen in jedem Fall erfüllt werden können.
Förderung der Biomasseheizanlagen
Bundesförderung
Gefördert wird der Einbau von Pellet- und Hackschnitzel-Zentralheizungen sowie Pelletöfen in Privathaushalten (Klima- und Energiefonds, 2015). Gefördert wird auch der Austausch einer mindestens 15 Jahre alten Holzheizung durch Geräte zur Zentralheizung mit Pellets oder Hackschnitzeln oder die Reduzierung des Brennstoffverbrauchs einer 15 Jahre alten Holzheizung durch den Einbau ein Pelletofen. .
Landesförderung
Fazit und Handlungsempfehlung
Verfügbar unter: http://www.heizsparer.de/wp-content/uploads/images/ebooks/ebook-holzheizung-heizsparer.de.pdf]. Verfügbar unter: http://www.heizsparer.de/wp-content/uploads/images/ebooks/ebook-pelletheizung-heizsparer.de.pdf]. Diplomarbeit, Universität für Bodenkultur Wien. https://www.thermondo.de/ratgeber/energietraeger/erdgas-oder-heizoel/. http://www.umweltbundesamt.at/umweltsituation/energie/energie_eu/. Erdgas und erneuerbares Methan für den Fahrzeugantrieb.
