Fallstudie


Biomassemodellanlage in Frankfurt/Main

    12% des Bruttoinlandsenergieverbrauchs der EU sollen im Jahre 2010 durch erneuerbare Energieträger gedeckt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, muss die Biomasse sowohl zu Heizzwecken als auch zur Stromerzeugung verstärkt genutzt werden. Holz und Forstabfälle stehen reichlich zur Verfügung, doch die erforderlichen Investitionskosten bremsen eine breite Verwendung dieses Energieträgers ein. Die Stadt Frankfurt am Main, Mitglied bei Energie-Cités, ist gerade dabei ihr Schullandheim Wegscheide auf 100% Energieversorgung aus erneuerbaren Energien umzustellen.

Kontext

    Als Gründungsmitglied des Klima-Bündnis europäischer Städte hat sich die Stadt
Frankfurt am Main dem Ziel der Senkung der CO2-Emissionen zum Schutz des
Weltklimas um 50% bis zum Jahr 2010 verpflichtet. Die Stadt legte den Grundstein
für ihre heutige Energiepolitik mit dem Stadtverordneten Beschluß „Klimaoffensive
1991“, in dem der Senkung des Verbrauchs von Strom und Wärme, der dezentralen
Kraft-Wärme-Kopplung und der Nutzung erneuerbarer Energien die entscheidenden
Rollen zukommen.
    Seit 1990 wurden Solarkollektoren mit einer Fläche von ca. 3.000 m² installiert. Das
deutsche Erneuerbare Energien Gesetz hat seit dem Jahr 2000 zu einem intensiven
Ausbau der Photovoltaik geführt. Auf drei Schulen hat eine Investorengesellschaft
große PV-Anlagen mit zusammen 80 kWp installiert. Die Stadt hat die Dächer
kostenlos zu Verfügung gestellt. Auf einem Fußballstadion hat die Mainova AG eine
30 kWp Anlage als Bürgerbeteiligungsanlage installiert. Im zentralen
Biokompostwerk wird aus den Bioabfällen der Stadt Frankfurt Biogas gewonnen und
in einem 440 kWel Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme umgewandelt.
Das weitgehendste Konzept wurde allerdings außerhalb der Stadtgrenzen realisiert,
nämlich im Schullandheim Wegscheide.

Ausgangslage und Konzeption

    Die Stiftung Frankfurter Schullandheim Wegscheide betreibt bei Bad Orb im Spessart, einer der waldreichsten Gegenden, Deutschlands größtes Schullandheim, das im Sommer bis zu 650 Kinder beherbergt. In den Jahren 1995-2000 waren zahlreiche Maßnahmen zur Modernisierung der Energie-, Wasser und Abwasserversorgung erforderlich. Anspruch der Stiftung war und ist, bei der baulichen Modernisierung ökologische Kriterien des nachhaltigen Wirtschaftens umzusetzen und diese mit dem Ausbau ökologischer Lerninhalte auf der Wegscheide zu verbinden.
    Zunächst lag der Schwerpunkt auf Maßnahmen zur Energieeinsparung. Hierzu zählt die Wärmedämmung mehrerer Wohn- und Schlafhäuser mit Wärmeschutzverglasung
und Zellulosedämmung. Für ein Seminargebäude mit separatem Heizkessel wurde auf einem naheliegenden südorientierten Gebäude eine 50 qm große Solaranlage
zur Warmwasserbereitung unter Beteiligung von Auszubildenden der Heizungsbranche errichtet. Die Gebäude wurden mit Thermostatventilen ausgestattet, zahlreiche Stromsparlampen und Wassersparartikel installiert. Hinsichtlich der Abwasserbehandlung wurde anstelle eines aufwändigen Anschlusses an das relativ weit entfernte kommunale     Klärwerk eine eigene biologische Kläranlage mit Pflanzennachklärung errichtet.
Kernpunkt des Energiekonzeptes ist nun die Holzhackschnitzelheizungsanlage (HHSH). Die Mehrzahl der Gebäude (incl. Küche) wurden durch zwei Heizkessel über zwei Wärmenetze mit Heizwasser und Warmwasser versorgt. Jährlich wurden über 180.000 l Heizöl verbraucht.

 


Technisches Konzept

    Zwei ältere Ölkessel, die den größten Teil der Gebäude mit Heizenergie und Warmwasser
versorgen wurden stillgelegt. Stattdessen wurde ein neuer HHS-Kessel mit einer Leistung von 800
kW eingebaut. Die beiden existierenden Nahwärmenetze wurden mit ca. 250 m neuen
Wärmeleitungen angeschlossen, somit wird eine zu beheizende Fläche von ca. 7.000 m² versorgt.
Die Dampfversorgung im Küchengebäude wird weiterhin mit Heizöl betrieben, jedoch wird das Warmwasser regenerativ aus der HHS-Anlage bezogen.

    Die HHS-Anlage verfügt über keinen Spitzenkessel mit Heizöl, da aufgrund einer geringen Belegung der Gebäude im Winter und Temperaturabsenkung kein besonders erhöhter Winterspitzenbedarf auftritt. Zukünftig werden im Jahr ca. 2.500 m³ Holzhackschnitzel benötigt. Gemäß Förderauflage wird zu mehr als 50% Holz aus Waldrestholz eingesetzt, ansonsten können unbelastete Sägewerksabfälle verwendet werden. Neben dem Kesselraum befindet sich das
Holzschnitzellager mit einer Kapazität von 150m³.Der Vorrat reicht für ca. 14 Tage. Die Befüllung
erfolgt mittels LKW mit einem 40 m³-Container von oben. Ein Verteiler verteilt den Brennstoff in
Längsrichtung des Lagers. Die Austragung erfolgt mit einem doppelten Schubboden. Die
Hackschnitzel werden mittels Trogkettenförderer und Schrägschnecke zur Dosierschnecke in den
Brennraum befördert. Die Anlage verfügt über alle erforderlichen Sicherheitseinrichtungen, Staubabscheider und automatische Entaschung. Die Wartung wird von eigenem Personal vorgenommen; Störungen können per Datenfernleitung bearbeitet und die Anlage beeinflusst werden.

Umweltbilanz

    Durch die HHS-Anlage wird jährlich die Emission von ca. 600 Tonnen CO2 vermieden. Bezogen auf Vollkosten beträgt die Einsparung ca. 2 Cent/kWh. Damit resultieren aufgrund der Wirtschaftlichkeit negative CO2-Minderungskosten von ca. 60 €/to CO2.

Wirtschaftlichkeit

    Die Investitionskosten für die HHS-Anlage (inkl. Lager, Kessel, Austragung etc.)
belaufen sich auf ca. 450.000 € (inkl. MwSt). Hierbei sind enthalten die Kosten für die
Wärmeleitungen von 75.000 € und die Einbindung und Anschluss der vorhandenen
Nahwärmenetze in Höhe von ca. 80.000 €. Das Land Hessen förderte die Investition
mit einem Zuschuss von ca. 125.000 €
    Aus den nach Abzug der Förderung resultierenden Kapitalkosten von ca. 25.000
€/Jahr, den Brennstoffkosten von ca. 30.000 €/a sowie Betriebs -ausgaben von 8000
€/a ergeben sich Gesamtkosten von 63.000 €/a bzw. ca. 3 Cent/kWh.
    Bei einer Modernisierung der Ölheizungen wäre hingegen mit Gesamtkosten in Höhe
3,5 Cent/kWh (Heizöl) + 0,6 Cent/kWh (Kapital- und Betriebskosten) zu rechnen.
Zieht man die Kosten der vermiedenen Modernisierung der Ölheizungen von den
Investitionskosten ab, ergeben sich Mehrkosten der Investition von ca. 275.000 €.
Demgegenüber stehen jährliche Einsparungen der Brennstoffkosten in Höhe von
35.000 €, so dass sich die Investition in etwa 8 Jahren amortisiert.
    Auch wenn Vergleiche aufgrund örtlicher Besonderheiten erschwert sind, liegt die
Anlage der Wegscheide mit spezifischen Kosten von 580 €/kW (450 €/kW ohne
Nahwärmenetz) im unteren Bereich der in Hessen geförderten Anlagen. Die
Bandbreite reicht hier von 400 € bis 2500 €/kW. Bezieht man die Investition auf die
jährliche Wärmeproduktion so weist die HHS-Anlage Wegscheide mit 30 €/MWh
einen sehr niedrigen Wert auf.

Probleme und Lösungen

    Da dies die erste Holzheizungsanlage dieser Größe im Bereich der Stadt Frankfurt
war, wurde von allen Beteiligten oft Neuland betreten werden musste. Die
Gesamtprojektierung zog sich daher über mehrere Jahre hin. In den Jahren 1996/97
erfolgten durch das Energiereferat die ersten Erhebungen und statistischen
Auswertungen des Energieverbrauchs. Im Jahr 1997 wurde das Konzept erstellt. Da
sich kein Vertragnehmer fand, um Finanzierung und Betrieb zu übernehmen, wurde
die Finanzierung durch die Stadt Frankfurt und die Stiftung sichergestellt.
    Das Land Hessen sicherte im April 2000 eine Förderung der Anlage zu. Nach der
Ausschreibung zeigte sich jedoch, dass Mehrkosten für die Einbindung der Anlagen
erforderlich waren. Mit Bescheid vom 15.2.2001 erhöhte das Land Hessen seine
Förderzusage. Die Arbeiten an der HHS-Anlage begannen im Februar 2001, im
August 2001 wurde das erste Holz angefeuert. Die offizielle Einweihung erfolgte im
November in Anwesenheit des hessischen Umweltministers.

Pädagogisches Konzept

    Das Umweltlernen auf der Wegscheide verbindet die Vermittlung von Umweltinhalten
mit dem Schullandheim als konkreten „Lernort“. Sowohl was die Versorgung mit
Nahrungsmitteln, Energie als auch die
Entsorgung betrifft, ist das
Schullandheim ein kleiner Mikrokosmos,
in dem viele Dinge entdeckt werden
können. Zugleich bietet sich eine Vielfalt
praktischer Dinge als Lernobjekt an.
Wald, Wasser, Sonne können direkt
erlebt und erfahren werden, z.B. beim
Bau kleiner Sonnenkollektoren. Die
Modernisierung von Gebäuden und
Energieversorgung soll vorbildlich sein und unterstützt das umweltpädagogische Konzept. Hier lernen Schüler, dass ein
Hektar Wald im Jahr 10 Tonnen CO2 bindet.

Evaluation und Perspektiven

    Mit der HHSH wird heute eine rund 80%ige regenerative Energieversorgung der Wegscheide
erreicht. Ziel ist es, das Schullandheim mittelfristig zu 100% aus erneuerbaren Energien zu
versorgen. Daher wird geprüft, inwieweit mit dem Einsatz eines Klein-Blockheizkraftwerks auf Basis
von Rapsöl oder den Kauf von „Ökostrom“ auch die Stromversorgung des Landschulheimes auf egenerative Basis gestellt werden kann. Eine Photovoltaikanlage kann finanziert über Anteile
der Eltern die Demonstration der Nutzung regenerativer Energietechniken ergänzen. Priorität
hat zunächst die Einsp
arung von Strom, mit dem Ziel, die Mehrkosten von Ökostrom zu
kompensieren.
Im Jahr 2001 hat die Stadt Frankfurt mit Partnern einen Kongress „Regenerative Energien für Frankfurt und Europa“ durchgeführt. Neben derErschließung des lokalen Marktes wurden hier
Kontakte zu osteuropäischen Ländern geknüpft. Für Frankfurt wurde ein Plan entwickelt, wie der
Anteil regenerativer Energien mit Unterstützung aller wichtigen lokalen Handlungsträger bis zum
Jahr 2010 verdoppelt werden kann. Hierzu zählt der Bau eines 7 MWel Holzkraftwerks eines
industriellen Betreibers aber auch die Propagierung von Heizungen mit Holzpellets. Des
weiteren soll der Angebotsmarkt für Solaranlagen gemeinsam mit dem Handwerk deutlich
ausgeweitet werden.

Weitergehende Informationen

Stadt Frankfurt am Main
Energiereferat 79A
Dr. Werner Neumann
Galvanistrasse 28
60486 Frankfurt am Main
Tel:: +49 69 212 391 92
Fax: +49 69 212 394 72
Email: werner.neumann.amt79a@stadt-frankfurt.de
Http://www.energiereferat.stadt-frankfurt.de