Umstellung der Grundlast auf Holzpellets

Auf dem Weg zur Klimaneutralität werden Heizzentralen und Wärmenetze, sofern im Auftrag des Bundeslandes Baden-Württemberg betrieben, schrittweise umgestellt. Der Anteil regenerativer Energieträger soll so hoch wie möglich sein. Die Liegenschaft „Kloster und Schloss Salem“ (Bodenseekreis) ist das erste von zehn Muster-Vorhaben und wird im Mai 2027 fertiggestellt. Dann stammen bei diesem komplexen, bisher mit fossilem Gas beheizten Objekt 66 % der eingesetzten Energie aus regenerativen Quellen.

Bei dem zukünftig bivalenten Heizungskonzept deckt der Brennstoff Holzpellets die Grundlast ab, das sind 500 kW bzw. 60 % der Heizlast. Für Spitzenlast oder Notfall und Wartungsarbeiten (Redundanz) werden zwei neue Gas-Brennwertkessel installiert. Im Fokus der folgenden Objektreportage stehen das Lager und die Entnahme der Holzpellets sowie der automatische Transport mit Förderspiralen bis zum Heizkessel.

Drei Förderspiralen zur Pelletentnahme

Aus früherer Zeit lag noch ein ausgedienter Öltank im Außengelände, der geborgen und entsorgt wurde, bevor an seine Stelle der neue Holzpelletspeicher kam. Das Versetzen und die Montage der Betonfertigteile waren in einem Tag erledigt, so dass im Gegensatz zu einer Lösung in Ortbeton für den Bauablauf wertvolle Zeit gespart wurde. Fertigteile werden im Werk unter optimalen Bedingungen hergestellt, durch den Hersteller geliefert und montiert. Damit ist die Gewährleistung in einer Hand. Mall als Hersteller bietet diesen großen Behälter mit 60 m³ Fassungsvermögen sowohl mit als auch ohne Pellet-Entnahmesystem an. Es ist eine pneumatische Entnahme bzw. Austragung, die den Brennstoff von oben absaugt. Bei Störungen ist so die Entnahmetechnik jederzeit gut zugänglich.

Die Bauherrschaft dieses Objekts entschied sich für den Pelletspeicher ohne ein solches Entnahmesystem, das nicht geeignet ist für den Dauerbetrieb eines sehr großen Pelletkessels wie hier. Auch müssten die flexiblen Saugschläuche der pneumatischen Entnahme, die einem inneren Abrieb durch die kantigen Pellets ausgesetzt sind, bei dem in Salem benötigten Durchsatz von etwa 40 Tonnen pro Woche mehrmals im Jahr ausgetauscht werden. Der automatische Transport des Brennstoffs erfolgt stattdessen durch Förderspiralen, deren Austragsschnecke mit Rührwerk am Speicherboden liegt. Von dort bis in den Heizungsraum wurden die Förderspiralen im Gelände in Leerrohren verlegt. Für den notwendigen Richtungswechsel auf der etwa 20 Meter langen Strecke sorgen zwei Umlenkschächte, die als Betonfertigteile vom Speicherhersteller stammen.

Weshalb Holzpellets im ersten Schritt?

Die Liegenschaft „Kloster und Schloss Salem“ ging 2009 vom Haus Baden in den Besitz des Landes Baden-Württemberg über. Sie ist ein Kulturdenkmal und gehört zu den Staatlichen Schlössern und Gärten dieses Bundeslandes. Die Wärmeversorgung wurde zuletzt monovalent über drei Gaskessel (2 x 1,15 MW, 1 x 1 MW) und ein Nahwärmenetz mit drei Strängen und 13 Unterstationen gewährleistet. Zwischenzeitlich ist das Netz vergrößert und um weitere drei auf 16 Unterstationen erweitert worden. Diverse Anpassungen, das Alter der Heizzentrale (die aus den Jahren 1994/1998 stammt) und der ausschließliche Einsatz des fossilen Energieträgers Gas erforderten ein neues Konzept der Wärmeversorgung:

• Die Verringerung der CO₂-Emissionen steht im Vordergrund. Dabei kann aufgrund der besonderen Verhältnisse (Denkmalschutz, laufender Betrieb, verschiedene Nutzer wie z. B. die Schlossschule Salem) nur schrittweise vorgegangen werden.
• Als Redundanz und für die Spitzenlast werden im nächsten Schritt nochmals Gaskessel eingesetzt, allerdings mit Brennwerttechnik zur Rückführung von latenter Wärme aus dem Abgas.
• Wegen der hohen notwendigen Temperaturen im Bestand (die Schlossschule Salem benötigt 70°C) kann für die Grundlast nur Biomasse eingesetzt werden.
• Holzpellets werden als Biomasse-Brennstoff gegenüber Hackschnitzeln bevorzugt, da sie bei gleicher Kubatur einen höheren Heizwert und damit eine höhere Energiedichte haben. Deshalb benötigt das Lager weniger Volumen. Außerdem ist der Aufwand für Wartung von Lager- und Entnahmetechnik geringer.

Der regenerative Anteil steigt von 0 auf 66 %

Mit der Gemeinde Salem werden Maßnahmen abgestimmt, die langfristig einen Anschluss an ein zu projektierendes kommunales Wärmenetz, als Ersatz für Gas, ermöglichen. Mittelfristig kann durch die Umrüstung des Grundlastbetriebs auf Holzpellets im ersten Schritt bereits ein regenerativer Anteil von 60 % erreicht werden. Im zweiten Schritt erhöht sich dieser Anteil um weitere 6 % durch den Einbau von zwei Luft-Wasser Wärmepumpen (1 x 200 kW, 1 x 100 kW) im Nahwärmenetz, um Teilabschnitte, in denen Fußbodenheizung im Bestand vorhanden ist, in der Übergangszeit mit Wärme zu versorgen. Die Standorte dieser Wärmepumpen werden in Absprache mit dem Landesamt für Denkmalpflege festgelegt.

Zur Energieversorgung, unter anderem für die Wärmepumpen sowie die Heiz- und Regeltechnik, werden auf Dächern von Nebengebäuden PV-Anlagen installiert. Aktuell sind 334 PV-Module mit einer Gesamtleistung von 138,61 kWp geplant¹. Allerdings ist nicht vorgesehen, PV-Strom ins Netz einzuspeisen. Etwaige Überschussleistungen werden über Heizstäbe in einen der Pufferspeicher geladen. Neben der Erzeugung sind im Wärmenetz und in den Unterstationen weitere Maßnahmen zur Sicherung des Betriebs und zur Reduzierung von CO₂, z. B. durch Senkung des Temperaturniveaus, geplant. Dabei kommt der Mess-, Steuerungs- und Regeltechnik (MSR) eine zentrale Bedeutung zu.

Wenn auch an anderen (privaten wie öffentlichen) Objekten in Baden-Württemberg ähnlich intensiv an sämtlichen verfügbaren Stellschrauben nachjustiert wird, kann im Sektor „Gebäude“ gelingen, was sich dieses Bundesland zum Ziel gesetzt hat²: Bis zum Jahr 2040 klimaneutral zu werden. Und als Zwischenziel für das Jahr 2030, die Treibhausgasemissionen gegenüber dem Jahr 1990 um 65 % zu verringern.