Effiziente Biomasseheizwerke und Nahwärmenetze - Qualitätsmanagementsystem qm heizwerke
Von Harald Schrammel und Sabrina Metz
Das Programm „qm heizwerke“ ist ein projektorientiertes Qualitätsmanagementsystem für Biomasseheizwerke und Nahwärmenetze, das im Rahmen der österreichischen Klimaschutzinitiative klimaaktiv des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft und Wasserwirtschaft (BMLFUW) durchgeführt wird. Ziel des Programms ist es mit einer begleitenden Qualitätskontrolle bei der Planung, Errichtung und dem Betrieb von Biomasseheizwerken eine wesentliche Verbesserung der technischen Qualität und Effizienz der Anlagen zu erreichen.
In Österreich gibt es im Leistungsbereich >200 kW Biomassekesselnennleistung derzeit rund 1.500 Heizwerke mit Wärmenetz. Die ersten Biomasseheizwerke mit Nahwärmenetz entstanden in den 1980er Jahren durch das Engagement von Idealisten und Pionieren, unter schwierigen Rahmenbedingungen, da es keine Kesseltechnologien speziell für Biomasse, keine Fachplaner und keine Erfahrungen in der Umsetzung gab. Aufgrund eines zunehmenden Umweltbewusstseins und angesichts steigender Energiepreise und der damit verbundenen Abhängigkeit von Erdöl- und Erdgasexportländern entstand um die Jahrtausendwende ein regelrechter Bioenergie-Boom, der zur Realisierung vieler Nahwärmeprojekte führte.
Im Jahr 2003 wurde von der Österreichischen Energieagentur im Auftrag des BMLFUW eine Studie zur „Analyse der technischen Daten von Biomasseheizwerken in Österreich“ [1] durchgeführt. Diese kam zu dem Ergebnis, dass die technische Ausführungsqualität einen maßgeblichen Einfluss auf einen langfristigen wirtschaftlichen Erfolg von Biomasseheizwerken hat und „…dass erhebliche Verbesserungspotentiale bei der Planung von Biomasseheizwerken bestehen.“ Aufgrund der Ergebnisse dieser Studie und der darin enthaltenen Empfehlungen wurde in Österreich das Qualitätsmanagementsystem „qm heizwerke“ für Biomasseheizwerke und Nahwärmenetze eingeführt.
Abbildung 1: Biomasseheizwerk Krumpendorf. Quelle: BC-Regionalwärme Krumpendorf GmbH
Das Qualitätsmanagement-System
Das Qualitätsmanagement (QM) -System für Biomasseheizwerke und Nahwärmenetze wurde in der Schweiz konzipiert und im Rahmen der internationalen Arbeitsgemeinschaft QM Holzheizwerke, bestehend aus ExpertInnen aus Österreich, Deutschland und der Schweiz, im Detail erarbeitet. Ein Ergebnis dieser Arbeit ist die Schriftenreihe QM Holzheizwerke, in der alle wesentlichen Inhalte und Qualitätskriterien des QM-Systems zusammengefasst sind (In Österreich sind über AEE INTEC die Bände 1,2,4,5 und 6 erhältlich (Band 1: Q-Leitfaden, Band 2: Standard-Schaltungen – Teil 1, Band 4: Planungshandbuch, Band 5: Standardschaltungen-Teil 2, Band 6: Ratgeber zur Biomassekesselausschreibung –Version Österreich).
Das QM-System bildet den gesamten Planungs- und Umsetzungsprozess eines Biomasse-Nahwärmeprojektes in Form von fünf Meilensteinen ab. Für jeden Meilenstein sind Qualitätsanforderungen, Verantwortlichkeiten und erforderliche Dokumente festgelegt. Ein unabhängiger Qualitätsbeauftragter begleitet das Projekt und kontrolliert die Einhaltung der festgelegten Qualitätsstandards. Dadurch wird sichergestellt, dass ein geeignetes Anlagenkonzept umgesetzt und die Anlage optimal dimensioniert wird. Die Österreichische Version des internationalen Qualitätsmanagementsystems wurde im Jahr 2006 bundesweit eingeführt und ist im Rahmen der Umweltförderung im Inland für alle Anlagen verpflichtend, deren installierte Biomassekesselnennleistung 400 kW bzw. deren Netzlänge 1000 Trassenmeter erreicht oder übersteigt. Für Anlagen <400 kW steht ein stark vereinfachtes Qualitätsmanagement-Tool (qm kompakt) mit automatischer Plausibilitätsprüfung zur Verfügung, welches von BetreiberInnen und PlanerInnen selbsttätig angewendet werden kann. Abbildung 2 zeigt das Zusammenspiel zwischen der Förderungsabwicklung, dem Qualitätsmanagement und den handelnden Personen.
AEE INTEC leitet im Auftrag der Österreichischen Energieagentur bzw. des BMLFUW das qm heizwerke-Programm und ist für die Betreuung und Weiterbildung der Qualitätsbeauftragten, PlanerInnen und BetreiberInnen, die Weiterentwicklung des QM-Systems, für die Qualitätssicherung und den Know-How-Transfer sowie die Vernetzung aller StakeholderInnen verantwortlich.
Die qm heizwerke – Datenbank
Die Abwicklung des QM-Prozesses erfolgt mit Hilfe der qm heizwerke – Datenbank. In der Datenbank sind alle relevanten Daten und wichtige technische Dokumente (Pläne, Hydraulikschemata,…) der Anlage erfasst. Durch das Erfassungssystem wurde eine gewisse Standardisierung des Planungsprozesses erreicht. Neben detaillierten Daten jedes einzelnen Wärmeabnehmers einer Anlage werden auch die im Zuge von qm heizwerke und der Förderungsabwicklung verpflichtenden jährlichen Betriebsberichte mit den wichtigsten Betriebsdaten jeder Anlage erfasst. Alle Projektbeteiligten (BetreiberInnen, PlanerInnen, Qualitätsbeauftragte und Förderstellen) haben über eine Weboberfläche Zugriff auf ihr Projekt. Die Datenbank wird auch von den Förderungsstellen von Bund und Ländern intensiv genutzt.
Die in der Datenbank erfassten Anlagen- und Betriebsdaten dienen als wichtige Basis für die laufende Evaluierung des österreichischen Heizwerkparks und zur Dokumentation der mit den Qualitätsvorgaben von qm heizwerke erzielten Effizienzfortschritte.
Zielsetzungen des Programms
Die Steigerung der Gesamteffizienz von neuen und bestehenden Biomasseheizwerken und Nahwärmenetzen durch die Sicherstellung hoher Nutzungsgrade der Erzeugungsanlagen und geringer thermischer Verluste der Wärmeverteilung gehören zu den Hauptzielsetzungen von qm heizwerke. Hohe Effizienz und ein qualitativ hochwertiger technischer Ausführungsstandard ermöglichen einen zuverlässigen und wartungsarmen Betrieb und sind die Grundvoraussetzung für einen nachhaltig wirtschaftlichen Anlagenbetrieb. Ein geeignetes und optimal dimensioniertes Anlagenkonzept und hohe Effizienz führen auch zu niedrigen Emissionen in allen Betriebszuständen. Auch wenn einzelne Anforderungen des QM-Systems, wie beispielsweise eine umfassende messtechnische Ausstattung, die Datenerfassung und Regelungstechnik und ein gewissenhafter und umfassender Planungsprozess, zu geringfügig höheren Investitionskosten führen, werden durch die optimale Dimensionierung der Wärmeerzeugungs- und Verteilungsanlagen auf Basis der Qualitätskriterien von qm heizwerke die Gesamtinvestitionskosten und insbesondere die laufenden Betriebskosten deutlich reduziert. Dies trägt dazu bei, dass öffentliche Mittel zur Förderung von Biomasseheizwerken und Nahwärmenetzen effizient und nachhaltig eingesetzt werden.
Zur Steigerung der Effizienz und zur Reduktion der Betriebskosten ist im QM-System auch eine betriebliche Optimierung der Anlage vorgesehen. Der Betreiber kann mit relativ einfachen Mitteln und wenigen Kennzahlen den Betrieb der Anlage beobachten und Optimierungspotenziale erkennen.
Weitere Zielsetzungen des Programms sind die nationale und internationale Verbreitung des QM-Systems und dessen Zielsetzungen sowie der Transfer von Know-how. Dadurch soll die Bioenergiebranche nachhaltig weiterentwickelt und Fehler aus der Vergangenheit vermieden werden.
Bisherige Ergebnisse
Auswertungen der Betriebsdaten der im Rahmen von qm heizwerke begleiteten Biomasseheizwerke und Nahwärmenetze zeigen eine deutliche Steigerung der Effizienz österreichischer Biomasseheizwerke und Nahwärmenetze. Abbildung 3 zeigt einen Vergleich der Netzverluste von Nahwärmeanlagen mit und ohne QM-Begleitung.
Das im qm heizwerke – Netzwerk aufgebaute Know-how, die langjährigen Betriebserfahrungen mit Bioenergieanlagen und Nahwärmenetzen und die in der Datenbank verfügbaren Daten sind eine wichtige Informationsquelle für Politik und EntscheidungsträgerInnen, Interessensvertretungen und insbesondere auch für österreichische F&E-Institutionen im Bereich erneuerbare Energien. Zudem stößt das QM-System immer wieder auf großes Interesse bei internationalen AkteurInnen der Bioenergiebranche. Eine wichtige Weiterentwicklung von qm heizwerke war die Einführung eines Benchmarking-Systems für österreichische Biomasseheizwerke und Nahwärmenetze. Zur Erstellung der Benchmarks werden aus den von den Anlagenbetreibern jährlich übermittelten Betriebsberichten Kennzahlen (Benchmarks) berechnet. Die Benchmarks werden den BetreiberInnen zur Verfügung gestellt und unterstützen die Beurteilung des Anlagenbetriebes und das Erkennen möglicher Optimierungspotenziale. Abbildung 4 zeigt beispielhaft eine Benchmarkauswertung (spezifischer Stromverbrauch der Gesamtanlage in Bezug auf die erzeugte Wärmemenge).
Fazit
Das klimaaktiv-Programm qm heizwerke ist ein Qualitätsmanagementsystem für Biomasseheizwerke und Nahwärmenetze, das durch umfassende Qualitätsanforderungen und Projektbegleitung durch erfahrene Qualitätsbeauftragte zu einer Steigerung der Effizienz, zu einem zuverlässigen und wartungsarmen Anlagenbetrieb und zu niedrigen Investitions- und Betriebskosten führt. Durch qm heizwerke wurde ein großes Netzwerk an Know-how-Trägern und eine umfassende Datenbasis bezüglich österreichischer Biomasseheizwerke geschaffen. Das Qualitätsmanagementsystem qm heizwerke ermöglicht neben der Sicherstellung eines effizienten Fördermitteleinsatzes eine laufende strategische Beurteilung und Weiterentwicklung der Bioenergie national und international und wurde vom EU-Rechnungshof im Zuge eines Sonderberichtes zur Klärung der Frage, ob mit der Förderung der Erzeugung erneuerbarer Energie gute Ergebnisse erzielt wurden, als „…Beispiel für ein empfehlenswertes Verfahren…“ bezeichnet.
Werden Biomasseheizwerke auf Basis eines schlüssigen Gesamtkonzeptes und unter Einhaltung strenger Qualitätskriterien errichtet, können sie wirtschaftlich und ökologisch erfolgreich betrieben werden, tragen maßgeblich zu einer klimaschonenden und nachhaltigen Energieversorgung bei und erhöhen die regionale Wertschöpfung.
Literatur
[1] C.Rakos et al. (2003); analyse der technischen Daten von Biomasseheizwerken in Österreich, Hrsg. AEA im Auftrag des BMLFUW
Autorenbeschreibung
DI Harald Schrammel ist Leiter des Programms qm heizwerke und bei AEE INTEC im Bereich Solarthermische Komponenten und Systeme tätig. (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)
Mag.a Sabrina Metz ist bei AEE INTEC im Bereich Solarthermische Komponenten und Systeme tätig. (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)