237/2002 Vorlage KSD-Redaktionssystem

Landeshauptstadt Stuttgart
Referat Umwelt/Sicherheit und Ordnung
Gz: USO 8115-01

GRDrs 237/2002

Stuttgart,

05/17/2002

Konzept zur Holzhackschnitzelverbrennung

Beschlußvorlage

Vorlage an	zur	Sitzungsart	Sitzungstermin
Ausschuß für Umwelt und Technik Verwaltungsausschuß	Beschlußfassung Beschlußfassung	öffentlich öffentlich	18.06.2002 19.06.2002

Beschlußantrag:

Vom Konzept bestehend aus Machbarkeitsstudie und Wirtschaftlichkeitsberechnung zur Nutzung von Holzhackschnitzeln zur Wärmeerzeugung in städtischen Liegenschaften wird zustimmend Kenntnis genommen.
Dem vorgeschlagenen Einsatz in städtischen Liegenschaften wird grundsätzlich zugestimmt.
Die Verwaltung wird beauftragt, die vorgeschlagenen Maßnahmen (Bau von mehreren Anlagen und Aufbau einer Logistik mit Herstellung, Lagerung und Transport) bis Leistungsphase 3 (HOAI) zu planen. Die Planungskosten in Höhe von ca. 78.750 ■ werden im Verwaltungshaushalt 2002 bei der Finanzposition 1.6010.6200.000 (Hochbauabteilung Projektbearbeitung) gedeckt.

Kurzfassung der Begründung:
Ausführliche Begründung siehe Anlage 1

Nach dem Sturm Lothar wurde die Verwaltung aufgefordert, die städtischen Gebäude hinsichtlich der Verbrennung von Holzhackschnitzeln zu untersuchen (Antrag Nr. 274/2000). Neben den technischen und betriebswirtschaftlichen Voraussetzungen wurden dabei auch klimatische Randbedingungen in der Untersuchung mit berücksichtigt.

Da der Jahresverbrauch an Heizenergie für den wirtschaftlichen Einsatz einer Holzhackschnitzelheizanlage etwa 1.000 MWh pro Jahr betragen muss, wurde die Untersuchung auf diese Objekte beschränkt. Nach Prüfung von technischen und stadtklimatischen Voraussetzungen wurden die am besten geeigneten 5 Gebäude von einem Ingenieurbüro hinsichtlich der Machbarkeit sowie der notwendigen Investitionskosten geprüft. Für 2 Objekte ergibt sich eine sehr positive Bewertung, ein weiteres Objekt wäre technisch machbar. Jährlich können Energiekosten in Höhe von etwa 145.000 ■ eingespart werden und gleichzeitig die CO2-Emission um 55,5 % gesenkt werden.

Alle Objekte können mit den jährlich beim Garten- und Friedhofsamt anfallenden Holzmengen versorgt werden. Aufgrund der wegfallenden Entsorgungskosten zwischen 40.000 und 45.000 ■/a werden diese Holzhackschnitzel voraussichtlich kostenlos zur Verfügung gestellt. Die genauen Investitions- und Betriebskosten für Lagerung (z.B. Bau einer einfachen Überdachung über vorhandene Lagerflächen) bzw. Bereitstellung inklusive der Absiebung (10.000 bis 15.000 ■/a) der Holzhackschnitzel müssen noch ermittelt werden. In der Wirtschaftlichkeitsberechnung wird lediglich der Aufwand für den Transport zu den Anlagen berücksichtigt werden.

Aufgrund des positiven Ergebnisses ermittelt die Verwaltung für die in Frage kommenden Anlagen die notwendigen Investitionskosten. Dazu beauftragen die gebäudeverwaltenden Ämter und der Eigenbetrieb das Hochbauamt mit der Weiterplanung bis zur Leistungsphase 3 (HOAI). Das Garten- und Friedhofsamt ermittelt parallel die Kosten für den Bau der Zwischenlager, die voraussichtlich am Standort Zuffenhausen und Fasanenhof auf dem Gelände der Stadtgärtnerei erforderlich sind. Die energiewirtschaftliche Koordination der weiteren Umsetzung liegt beim Amt für Umweltschutz.

Zeitlicher Ablauf:
Da für den Bau der Anlagen im Doppelhaushalt 2002/2003 keine Mittel veranschlagt sind, müssen zum nächst möglichen Doppelhaushaltsplan (rote Liste) Mittel angemeldet werden, sodass frühestens 2004 mit dem Bau der Anlagen begonnen werden kann. Falls die Finanzierung über das stadtinterne Contracting erfolgen kann, ist es möglich, bereits früher die Anlagen zu bauen und in Betrieb zu nehmen.

Parallel zur Planung der Heizzentralen ermittelt das Garten- und Friedhofsamt den Aufwand für Zwischenlagerung, Herstellung und Transport der Holzhackschnitzel und untersucht, ob bestehende Lagerflächen genutzt werden können. Ziel ist es, die 2003 anfallende Holzfraktion bereits zwischen zu lagern. Mit diesen Holzhackschnitzeln kann auch die bereits bestehende Anlage im Waldfriedhof versorgt werden.

Finanzielle Auswirkungen
Finanzielle Auswirkungen:
Durch die Realisierung des vorgeschlagenen Konzepts zur Verbrennung von Holz anstelle von Gas oder Heizöl lassen sich die Energiekosten jährlich um ca. 145.000 ■ senken. Dabei ist der Mehraufwand für Wartung, Instandsetzung, Bedienung und Abgasmessung sowie der Aufwand für den Transport der Holzhackschnitzel innerhalb der Stadt bereits berücksichtigt. Der Aufwand für Aufbereitung und Lagerung wird voraussichtlich durch die vermiedenen Entsorgungskosten ausgeglichen.

Den eingesparten Energiekosten stehen von einem Ingenieurbüro geschätzte Investitionen in Höhe von überschlägig 1,5 Mio. ■ gegenüber, sodass sich eine statische Kapitalrückflusszeit von 10,4 Jahren ergibt. Da diese Zeitdauer deutlich unter der technischen Nutzungsdauer von 20 Jahren liegt, handelt es sich um eine wirtschaftliche Maßnahme. Der Kapitalgewinn für die Stadt über die Nutzungsdauer von 20 Jahren unter Berücksichtigung der kalkulatorischen Zinsen von 6,75 %, der Investitionskosten und der jährlichen Heiz-energiepreissteigerung von 4,5 % (Mittelwert der letzten 25 Jahre) beträgt über 1 Mio. ■. Die genannten Angaben unterliegen der Einschränkung, dass erst mit der Weiterplanung LPH3 (Kostenberechnung) fundierte Investitionskosten vorliegen.

Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sind Zuschüsse aus dem Förderprogramm “Energieholz Baden-Württemberg” des Ministeriums für Ernährung und Ländlichen Raum bisher noch nicht berücksichtigt. In dem am 1.1.2002 in Kraft getretenen Programm sind Kommunen mit Waldbesitz antragsberechtigt. Der Zuschuss für den Bau von Energieerzeugungsanlagen auf Holzhackschnitzelbasis beträgt ca. 10 % der förderfähigen Investitionskosten. Weitere Fördermöglichkeiten werden geprüft.

Beteiligte Stellen

Referat F, KBS, WK und T

Vorliegende Anträge/Anfragen

Stellungnahme zum Antrag Nr. 274/2000 von Bündnis 90/DIE GRÜNEN vom 30. März 2000

Erledigte Anträge/Anfragen

Stellungnahme zum Antrag Nr. 274/2000 von Bündnis 90/DIE GRÜNEN vom 30. März 2000

Jürgen Beck

Anlagen

Ausführliche Begündung

Anlage 1 zur GRDrs 237/2002

Ausführliche Begründung:

Konzept zur Verwendung des Energieträgers Holz zur Wärmeerzeugung in städtischen Liegenschaften

Holz zählt zu den erneuerbaren Energieträgern, wenn nicht mehr Holz energetisch genutzt wird als im gleichen Zeitraum nachwächst. In der Regel wird die bei der Be- und Verarbeitung anfallende Holzfraktion, die nicht für industrielle Zwecke eingesetzt werden kann, nach der Häckselung zur Verrottung in die Natur ausgebracht. Dabei wird genau so viel CO2 freigesetzt, wie im Rahmen der Entstehung gebunden wurde. Wird das gehäckselte Holz verbrannt, entsteht dieselbe Menge CO2 wie bei der Verrottung.

Im Unterschied zur Verbrennung von Heizöl oder Gas entsteht bei der Holzverbrennung nur soviel CO2, wie im Laufe eines Jahres beim Wachsen der Bäume aus der Atmosphäre aufgenommen wurde, d.h. die thermische Nutzung von Holz trägt nicht zum Treibhauseffekt bei. Sie wird deshalb als quasi CO2-neutral eingestuft. Lediglich Aufbereitung und Transport führen zu einem CO2-Ausstoß. Durch die Verwendung von Holz als Energieträger kann die Stadt einen weiteren Beitrag zu einer umweltfreundlichen Energieversorgung leisten.

Bild 1 CO2-Kreislauf: Holzverrottung im Wald und Holzverbrennung

Holzanfall beim Garten- und Friedhofsamt

Innerhalb der Stadt fallen jährlich ca. 60.000 m³ Grüngut an: 1999 waren es 57.000 m³ und 2000 ca. 64.000 m³. Das auf den Kompostplätzen Zuffenhausen und Schelmenwasen angelieferte Grüngut besitzt einen Holzanteil von ca. 30 %, der für eine Holzhackschnitzelfeuerung geeignet ist. Dieser Anteil entspricht einer Wärmemenge von ca. 10.000 MWh/a und würde ca. 3 % des gesamten städtischen Heizenergiebedarfs decken. Die im Stuttgarter Stadtwald anfallende Holzmenge wurde dabei nicht berücksichtigt.

Das im Bereich der Stadtgärtnerei anfallende Landschaftspflegeholz wird gehäckselt und entweder im Bereich der städtischen Anlagen ausgebracht oder von einer Entsorgungsfirma abgeholt. Dadurch gilt die Stadt als holzbe- und -verarbeitender Betrieb. In der Stuttgarter Satzung über die beschränkte Verwendung luftverunreinigender Brennstoffe ist der Einsatz von naturbelassenem Holz bei holzbe- und -verarbeitenden Betrieben erlaubt, sofern diese Feuerungsanlagen den sehr strengen Emissionsanforderungen der Satzung entsprechen.

Zur Versorgung dieser Verbrennungsanlagen muss eine entsprechende Brennstofflogistik aufgebaut werden. Die Holzfraktion fällt nicht ganzjährig an. Deshalb ist der Bau von zwei Zwischenlagern voraussichtlich in Zuffenhausen und Fasanenhof auf dem Gelände der Stadtgärtnerei notwendig. Durch den Bau dieser überdachten Lagerplätze (Kapazität insgesamt ca. 1.000 m³) ist eine Versorgung der Anlagen auch während einer eventuell längeren Schlechtwetterperiode sichergestellt. Ebenso kann die bereits existierende Holzhackschnitzelfeuerung im Waldfriedhof versorgt werden. Die Lagerkapazität muss erhöht werden, wenn während den kältesten Monaten (Dezember/Januar) weniger als 1.000 m³ Holzhackschnitzel anfallen, weil dann Brennstoff gepuffert werden muss bzw. wenn noch weitere Holzfeuerungen gebaut werden.

Durch die Verwendung der anfallenden Holzhackschnitzel in städtischen Verbrennungsanlagen werden Entsorgungskosten zwischen 40.000 und 45.000 ■/a vermieden. Diese eingesparten Kosten decken voraussichtlich den Aufwand für Absiebung (10.000 bis 15.000 ■/a) und Lagerung (z. B. Bau einer einfachen Überdachung) der Holzhackschnitzel. Deshalb fallen nur noch die Transportkosten der Holzhackschnitzel vom Lagerplatz bis zur Feuerungsanlage an, die bei ca. 5 ■/MWh liegen.

Ein weiterer Vorteil entsteht eventuell für den Kompostbetrieb. Die beim Sieben des Grünguts anfallende Holzfraktion wird vom Kompost ferngehalten. Die Holzfraktion kommt nach dem Häckseln direkt ins Zwischenlager zur Holzverbrennung. Dadurch gelangt weniger Holz in den Kompostbetrieb. Die Fertigstellungszeit für den Kompost wird reduziert, da die Holzfraktion nicht über zwei Jahre immer wieder umgesetzt werden muss.

Mögliche Holzfeuerungsanlagen

Um geeignete Standorte für eine Holzhackschnitzelfeuerung zu ermitteln, sind verschiedene Kriterien zu berücksichtigen. Von den ca. 1.400 städtischen Gebäude und Gebäudekomplexen kommen nur die Anlagen in Frage, die mit Gas oder Öl beheizt werden. Dies sind ca. 690 Gebäude. Für den wirtschaftlichen Betrieb sollte die zu errichtende Holzfeuerung möglichst groß sein, da die spezifischen Investitionskosten für kleine Anlagen sehr hoch sind. Als Kriterium eignet sich der Jahresheizenergieverbrauch, der über 1.000 MWh liegen sollte. Diese Forderung wird von 43 städtischen Heizungsanlagen erfüllt.

Weiterhin sollte zumindest ein Kessel der bestehenden Kesselanlage zur Erneuerung anstehen. Ebenso müssen technische Randbedingungen, wie die räumliche Situation für die Anlieferung, Einbringung und die Errichtung eines Holzbunkers zur Zwischenlagerung an den in Frage kommenden Standorten geprüft werden. Wird zusätzlich die lufthygienische Situation bewertet, reduziert sich die Anzahl der in Frage kommenden Liegenschaften auf 10. Diese 10 Liegenschaften wurden mit einem Punktesystem bewertet. Die 5 Liegenschaften mit den höchsten Punktzahlen hat ein Ingenieurbüro untersucht und die zu erwartenden Investitionskosten für den Bau der Anlagen geschätzt. Nach dieser Untersuchung ergeben sich für 2 Liegenschaften sehr günstige Voraussetzungen für die Installation einer Holzfeuerung:

Stadtbad Feuerbach / Louis Leitz-Schule
Stadtgärtnerei im Logauweg

Die technische Konzeption sieht für alle Anlagenstandorte gleich aus:

Bild 2 Bestandteile einer Holzverbrennungsanlage

Die Holzhackschnitzel werden vom Lastwagen direkt in einen Brennstoffbunker gekippt, aus dem sie über eine Fördereinrichtung automatisch zum Kessel gefördert werden. Die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase werden in verschiedenen Filtereinrichtungen gereinigt, bevor sie in den Kamin eingeleitet werden.

Der Brennstoffbunker muss mindestens so groß sein, dass die Anlage problemlos über ein Wochenende betrieben werden kann, ohne neuen Brennstoff anzuliefern. Auch muss das Fassungsvermögen so groß sein, dass eine Lieferung von üblicherweise 80 m³ (Motorwagen und Hänger mit einem Container von je 40 m³) aufgenommen werden kann. Unter Berücksichtigung des Restinhalts zum Zeitpunkt der Anlieferung ist deshalb ein Bunkervolumen von 140 m³ anzustreben.

Die Brennstoffbunker sind mit Schubböden ausgestattet, die die Holzhackschnitzel in den Holzkessel transportieren. Je nach Leistungsbedarf kann der Holzkessel durch Reduzierung der Förderleistung stufenlos zwischen 30% und 100 % regeln. Unter 30 % Kesselleistung geht der Holzkessel in die Gluterhaltung und wird - falls die Kesselleistung nicht wieder ansteigt - abgeschaltet. Da ein Neustart des Kessel nur von Hand möglich ist, wird zur Vermeidung von Personalkosten in der Regel ein Wärmespeicher installiert. Wenn über längere Zeit nur ein kleiner Wärmebedarf besteht (z. B. Sommermonate) wird der Holzkessel ganz außer Betrieb genommen.

Aus diesem Grunde ist neben dem Holzkessel weiterhin ein Gas- oder Ölkessel erforderlich. Neben der Wärmeversorgung im Sommer sichert dieser Kessel die Versorgung beim Ausfall des Holzkessels und deckt den Spitzenbedarf im Winter. Dabei ist der Holzkessel in einer Mehrkesselanlage als Grundlastkessel eingebunden. Nicht sanierungsbedürftige, bestehende Kessel können problemlos als Spitzenlastkessel weiterbetrieben werden.

Aus wirtschaftlichen und betriebstechnischen Überlegungen sollte der Holzkessel mindestens 3.000 Volllaststunden im Jahr aufweisen und möglichst viel des Jahresheizwärmebedarfs abdecken. Die Auslegung der Kesselleistung erfolgt nach der jeweiligen Jahresdauerlinie und dem Jahresheizwärmebedarf der jeweiligen Liegenschaft. Um die Jahresdauerlinie zu ermitteln, wird kurzfristig eine automatische Zählerstandsabfrage für die oben genannten Liegenschaften installiert.

Die in der Stuttgarter Satzung geforderten Emissionsgrenzwerte können von den heutigen Holzfeuerungen eingehalten werden. Für CO liegen die Grenzwerte etwas über den Werten für Gas bzw. Öl. Durch eine entsprechende Lambda-Regelung kann die Verbrennung so geführt werden, dass die CO-Emissionen und auch die unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas sehr gering sind. Aufgrund des im Holz gebundenen Stickstoffs sind die NOx-Emissionen bei Holzfeuerungen höher als bei Gas- oder Ölfeuerungen. Entsprechend sind die Grenzwerte für NOx um den Faktor 2,7 höher als bei Gas. Beim Vergleich mit Öl schneidet der Brennstoff Holz besser ab, da durch den Schwefelanteil im Heizöl Schwefeldioxid entsteht.

Bei der Verbrennung von Holz entstehen im Vergleich zu Gas und Öl relativ hohe Staubemissionen. Nur durch zusätzliche Abscheideeinrichtungen wie Multizyklon und Elektro- oder Gewebefilter können Staubemissionen von unter 25 mg/m³ erreicht werden, sodass der geforderte Grenzwert von 45 mg/m³ sicher unterschritten wird.

Demgegenüber steht der Vorteil der deutlich geringeren CO2-Emissionen:

Öl	297 mg CO₂/kWh
Gas	232 mg CO₂/kWh
Holz	33 mg CO₂/kWh

Dabei wurden nach GEMIS die Emissionen mitberücksichtigt, die bei der Gewinnung der Energieträger und beim Transport bis zur Übergabe der Endenergie im Gebäude entstehen.

Als weiterer Reststoff muss bei Holzfeuerungen die anfallende Asche entsorgt werden. Je nachdem wo die Asche anfällt (im Kessel, nach dem Multizyklon bzw. nach dem Elektrofilter), sind unterschiedliche Entsorgungswege denkbar: Die im Kessel und nach dem Multizyklon anfallende Asche kann voraussichtlich in den Kompostbetrieb beim Garten- und Friedhofsamt eingebracht werden. Diese Entsorgungsmöglichkeit wird anhand von Ascheanalysen geprüft. Der im Elektrofilter anfallende Feinstaub kann über den Restmüll entsorgt werden.

Obwohl Holzverbrennungsanlagen vollautomatisch betrieben werden, ist im Vergleich zu einem Heizöl- oder Erdgaskessel ein erhöhter Aufwand notwendig:

Regelmäßige Kontrolle von Brennstoffvorrat und Aschebehältern
Brennstoffanlieferung und Überwachung der Brennstoffeinbringung
Wechsel von Aschebehältern und Einleitung des Ascheabtransports
Beseitigung von Störungen im Bereich der Förderung vom Bunker (Brückenbildung, Verpressungen) bis zum Einbringen in die Kessel (Entfernen von Überlängen und Fremdkörpern)
Aufwändiges Anfeuern nach Stillständen.

Der zusätzliche Bedienungsaufwand während der Heizperiode kann mit ca. 15 Stunden pro Monat abgeschätzt werden.

Darüber hinaus ist für Holzfeuerungen gegenüber Gas- oder Ölfeuerungen ein höherer Wartungs- und Instandhaltungsaufwand erforderlich, insbesondere durch die Fördertechnik. Die Mehrkosten liegen in der Größenordnung von insgesamt 2.000 ■/a.

Weiterer Aufwand entsteht durch die Tatsache, dass eine Holzfeuerung in Kombination mit einer Gas- oder Ölfeuerung ab einer Gesamtfeuerungsleistung von 1 MW nach der 4. BImSch-Verordnung als genehmigungsbedürftig eingestuft wird. Dies bedeutet, dass alle drei Jahre die Emissionen der Gesamtanlage gemessen und die Grenzwerte nach der TA-Luft eingehalten werden müssen. Da für die Verbrennung von Holz in der Stuttgarter Satzung höhere Anforderungen gestellt werden, entstehen dadurch keine neue Anforderungen. Lediglich die Kosten für die Genehmigung müssen bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung mit berücksichtigt werden.

Für die in Frage kommenden Standorte Stadtbad Feuerbach (Heizzentrale versorgt auch die Louis-Leitz-Schule) und Stadtgärtnerei Logauweg ist in Tabelle 1 die Wirtschaftlichkeitsberechnung dargestellt. Zusätzlich wurde der ebenfalls untersuchte Standort Schulzentrum Möhringen aufgenommen, der aber aufgrund der Neukonzeption des Schulhausbetreuersystems und der anstehenden baulichen Sanierung neu bewertet werden muss. Möglicherweise müssen im Schulbereich alternative Objekte mit einem ähnlich großen Wärmebedarf geprüft werden.

Durch die Holzfeuerung werden insgesamt 4.730 MWh/a Heizenergie erzeugt. Gegenüber der bisherigen Versorgung können jährlich über 167.000 ■ Energiekosten eingespart werden. Unter Berücksichtigung des Mehraufwands für Wartung, Instandsetzung und Bedienung und Emissionsmessung ergibt sich eine Netto-Einsparung von ca. 145.000 ■. Die notwendigen Investitionskosten für Anlagentechnik und Bau wurden von einem externen Ingenieurbüro überschlägig (ohne Detailplanung) auf 1,5 Mio. ■ geschätzt. Die statische Kapitalrückflusszeit beträgt auf dieser Grundlage 10,4 Jahre. Für die Kesselnutzungsdauer von 20 Jahren ergibt sich bei einem Zinssatz von 6,75 % und einer jährlichen Heizenergiepreissteigerung von 4,5 % (Mittelwert der letzten 25 Jahre) ein Kapitalgewinn für die Stadt von über 1 Mio. ■.

Die Wirtschaftlichkeit kann noch verbessert werden, wenn das Land oder der Bund einen finanziellen Zuschuss gewährt. Dies wurde vom Amt für Umweltschutz geprüft. Das Land Baden-Württemberg (Ministerium für Ernährung und Ländlichen Raum) hat rückwirkend zum 1.1.2002 ein Förderprogramm “Energieholz Baden-Württemberg” aufgelegt, bei dem der Bau von Anlagen zur Energieerzeugung mit Holzhackschnitzeln finanziell bezuschusst wird. Förderberechtigt sind Antragsteller (auch Kommunen) mit Waldbesitz. Dabei wird ein Zusschuss in Form von Festbeträgen ca. 10 % der förderfähigen Investitionen für Heizkessel oder Abgasreinigung. Weitere Fördermöglichkeiten werden geprüft.

Tabelle 1 Wirtschaftlichkeitsberechnung

siehe Dateianhang

Die bisherige Betrachtung macht deutlich, dass die Verfeuerung von Holzhackschnitzeln ökologisch und ökonomisch sehr sinnvoll ist. Zum einen ist der Bau und Betrieb von Anlagen zur Holzverbrennung dann wirtschaftlich, wenn die Randbedingungen passen. Zum anderen sinkt der CO2-Ausstoß der Anlagen um über 55 %. Daher beabsichtigt die Verwaltung, das vorgelegte Holzhackschnitzelkonzept zur Wärmeerzeugung so rasch wie möglich umzusetzen.