Pellets, Pelletsheizung, Pelletsheizkessel

Eine Pelletheizung (oder auch Pelletsheizung) ist eine Heizung, in deren Heizkessel Holzpellets (kleine Presslinge aus Holzspänen und Sägemehl) oder Alternativen verfeuert werden.Die Holzpellets sind normiert, das heißt es können in den meisten Pelletskesseln nicht irgend welche Pellets verfeuert werden.

Zentralheizungen mit Pellets erreichen heute einen hohen Automatisierungsgrad und sind in Betrieb und Wartung Öl– und Gasheizungen vergleichbar.

Bauarten von Pelletheizungen

Grundsätzlich sind Pelletheizungen als Anlagen für den Betrieb von zentralen Hausheizungssystemen inklusive Steuerungs– und Regelungstechnik (also Pellets-Zentralheizungen) von Pellets-Einzelöfen mit direkter Wärmeabstrahlung in den Wohnraum zu unterscheiden.

  • Pellets-Einzelöfen sind in der Regel Anlagen im Leistungsbereich von max. 6-8 kW und kleiner
  • Pellets-Zentralheizungen kommen für Nennwärmeleistungen bzw. den Wärmebedarf ab 8 kW aufwärts in Betracht.

Pelletheizungen eignen sich insbesondere für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern (10-30 kW), aber auch für größere Wohn- oder Betriebseinheiten, die von mehreren in Reihe geschalteten Pelletsheizungen (2er- oder 3er-Kaskadenanlagen) mit einigen hundert kW versorgt werden können.

Hybrid- oder Kombianlagen können auch zusätzlich mit anderem Brennholz (als Scheitholz oder Hackschnitzel) beschickt werden. Zimmeröfen sind auch mit Sichtfenster verfügbar und sind dann offenen Kaminen vergleichbar.

Pelletsbrennersysteme laufen primär unter Volllast optimal, und sind bis etwa 30 % der Nennleistung regelbar. Energetisch ideal ist der Betrieb in Verbindung mit einem Wärmepuffersystem, das im Allgemeinen über einen Wassertank realisiert wird.

Brennertechnik

Unterschubfeuerung
Unterschubfeuerung
Quereinschubfeuerung mit unterteiltem Brennteller
Quereinschubfeuerung mit
unterteiltem Brennteller

 

* Holzpelletheizungen arbeiten mit unterschiedlichen Techniken der Beschickung: Heute aktuell sind die Unterschubfeuerung, die Quereinschubfeuerung, der Einsatz eines Walzenrostsystems oder die speziell für die Pelletsverbrennung entwickelte Fallrohr- oder Pelletsfeuerung in Verwendung.

* Bei der Unterschubfeuerung werden die Pellets mittels einer Förderschnecke von unten in einen Brennteller gedrückt, verbrennen dort und die übrig bleibende Asche fällt über den Tellerrand in den darunterliegenden Aschebehälter.

* Die Quereinschubfeuerung funktioniert ähnlich wie die Unterschubfeuerung, nur dass der Brennstoff über eine Förderschnecke von der Seite auf den Brennteller geschoben wird. Dabei kann der Brennteller wie auch die Luftzufuhr zur Anpassung an Teilleistungen speziell ausgeformt werden.

* Beim Walzenrostsystem hingegen fallen die Pellets von oben auf mehrere, sich langsam drehende Stahlscheiben mit geringem Zwischenraum. Ein Abstreifkamm reinigt je Umdrehung die Zwischenräume, so dass ebenfalls die Asche ungehindert nach unten durchfallen und Verbrennungsluft nach oben zugeführt werden kann.

Bei der Fallschachtfeuerung rutschen die Pellets über eine Fallrinne in einen Brennertopf. Durch den Brennertopf ist der Verbrennungsbereich fix definiert.

Moderne Pelletsbrenner steuern die Verbrennung entweder über eine Lambda-Sonde, oder über eine entlang dem physikalischen Verbrennungsprozess von Holzpellets steuerungstechnisch fix definierte Luftmengenzufuhr, ggf. in Verbindung mit einem Flammraumfühler, um Effizienz und Schadstoffgehalt der Abluft zu optimieren. Die heißen Verbrennungsgase werden über einen Wärmeübertrager mit manueller oder automatischer Reinigung der Wirbulatoren (auch Turbulatoren genannt) bzw. Nachheizflächen in den Schornstein geführt. Alle modernen Holzpelletheizungen sind mit einer Rückbrandsicherung ausgestattet, die einen Rückbrand in den Zubring-/Lagerbereich der Pellets unmöglich macht. Insgesamt sind moderne Pelletheizungen für einen sehr sicheren, nahezu vollautomatischen Betrieb ausgelegt, sodass lediglich noch regelmäßige Reinigungs– und Wartungsarbeiten im Abstand von Wochen oder Monaten notwendig sind. Modernste Pellets-Zentralheizungen erreichen sogar Betreuungsintervalle von 1 Mal jährlich und sind so bereits beinahe so komfortabel wie vergleichbare Öl- oder Gasheizungen.

Brennstofflagerung und Austragung

Holzpellets werden in loser Schüttung in einem Tank oder Lagerraum gelagert und mittels eines Fördersystems dem Brenner zugeführt.

Zur Beschickung können Riesel-, Sauggebläse– oder Schneckensysteme benutzt werden. Die Wahl hängt primär von der Entfernung des Lagers zum Kesselraum ab, für Entfernungen über 2 m sind meist mehrstufige oder flexible Schneckenförderungen nötig. Gebläsesysteme fördern über bis zu 20 m, arbeiten aber bei deutlich höherem Geräuschpegel.

Zur Lagerung von Pellets gibt es die Möglichkeit, den Brennstoff in einem einfachen Lagerraum unterzubringen. Er wird mit Trichterform – üblicherweise in Holzkonstruktion – ausgestattet, am unteren Ende des Trichters ist der Einlass der Schnecke oder das Gebläse. Alternativen zu einem Lagerraum sind zusammenbaubare Gewebetanks. Vergrabene Erdtanks oder freistehende Silos sind eine Möglichkeit, wenn es an ausreichendem Lagerplatz im Gebäude fehlt.

Wichtig ist, dass der Lagerraum absolut trocken ist. Holzpellets sind stark hygroskopisch und vertragen in der Lagerung weder Mauer- noch zu hohe Luftfeuchte. In solchen Fällen muss auf dichte Tanksysteme zurückgegriffen werden.

Brennersysteme mit aktiver Austragungssteuerung versorgen sich selbst mit der passenden Brennstoffdosis, anderenfalls ist zusätzlich noch ein kleiner Zwischenspeicher nötig, aus dem sich der Brenner bedient.

Anlieferung von Holzpellets

On-Board Wiegesystem eines Silofahrzeugs für Holzpellets

On-Board Wiegesystem eines Silofahrzeugs für Holzpellets

Die Anlieferung erfolgt meist per Silofahrzeuge derselben Bauart, wie sie für die Lieferung von Futterpellets in der Viehhaltung verwendet werden. Die Pellets werden dann gekippt oder eingeblasen – außer bei den staubdichten Sacksilos üblicherweise bei gleichzeitigem Absaugen der Luft zwecks Staubverminderung. Typische Zustellmengen liegen bei 3–10 Tonnen, bei Kleinmengen steigt der Preis.

Daneben gibt es die Möglichkeit, Holzpellets sackweise à 15 oder 20 kg zu kaufen. Für Kleinbrenner, bei denen ein 100-l-Tank einige Tagesbedarfe abdeckt, kann dieser auch manuell befüllt werden, und die Tank- und Förderanlage erübrigt sich. Die Sackware ist aber deutlich teurer als die lose.

Ein weitere Möglichkeit ist die Zustellung von vorgefüllten BigPacks (große Säcke mit 1-2 m³ Rauminhalt für bis zu 2 t Gewicht). Diese erfordern jedoch Aufhängesysteme und Hubtechnik.

Entwicklung der Pelletsheizungen

Die Pelletheizungen wurden vor allem in Kanada, Österreich und Skandinavien entwickelt. Dort gibt es bereits über 20 Jahre Erfahrungen mit dieser Heiztechnik.

  • In Österreich liegt der Anteil von Pelletheizungen im Neubau nach Branchenberichten bei 35%, 2003 waren insgesamt etwa 30.000 Pelletheizungen (Kleinanlagen) installiert.
  • In Deutschland wurden von 1999 bis 2005 rund 44.000 Pelletsanlagen installiert und für 2006 rechnen die Hersteller mit 26.000 weiteren neuinstallierten Systemen, so dass der Bestand auf 70.000 anwachsen könnte. Das von der Bundesregierung geplante Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz normiert das Ziel, bis 2020 den Anteil erneuerbarer Energien im Wärmemarkt von derzeit 6% auf 14% zu steigern.

 

Wirtschaftlichkeit und Betriebskosten von Pelletheizungen

Die Anschaffungskosten einer Pelletsanlage sind höher als vergleichbarer Gas- und Ölheizungen, aber sie liegen in den Betriebskosten – je nach aktuellem Bennstoffpreis – gut im Vergleich. Derzeit wirken sich aber auch die zur Verfügung stehenden finanziellen Förderungen zugunsten dieser auf erneuerbaren Rohstoffen beruhenden Technik aus (siehe unten).

Für größere Anlagen zur Wärmeversorgung z. B. von Schulen, Schwimmbädern oder Wohnblöcken sind Hackschnitzel-Heizungen durch den geringeren Brennstoffpreis noch wirtschaftlicher. Jedoch braucht man hierfür einen größeren Lagerraum.

Siehe auch: Heizung – zur Wirtschaftlichkeitsberechnung und Dimensionierung von Heizanlagen im Allgemeinen

Anschaffungskosten einer Pelletheizung

Ein Pelletofen mit Kessel kostet je nach Größe, Ausführung und Hersteller etwa zwischen 5.000 und 11.000 €, Komplettanlagen kommen auf Preise von 15.000 bis 20.000 € brutto (inkl. Installation, Anbindung an die bestehende Zentralheizung, Pufferspeicher, Austragung und Lager). Pelletheizanlagen sind damit in der Anschaffung etwa doppelt so teuer wie herkömmliche Öl- oder Gasheizanlagen. Anbaubrenner, die an einen bestehenden Öl- oder Holzkessel montiert werden, sind ab 2.000 € erhältlich, je nach Nennleistung (geringere Effizienz bei der Verbrennung, im Allgemeinen keine Förderungen, die einen Kesseltausch voraussetzen).

Verbrauch einer Pelletheizung

Der Verbrauch an Pellets für ein durchschnittliches Einfamilienhaus, mit einer 15-kW Heizanlage, liegt bei circa 3 bis 4 Tonnen im Jahr. An Rauminhalt sind das in etwa 5 bis 7 Kubikmeter (Schüttdichte: 1 m³ wiegt etwa 0,65 t).

Holzpellets (DIN plus) haben einen Heizwert von 5 kWh/kg, und ein Öläquivalent von 2,16 kg/l bzw. 3,33 l/l OE. Der Energiegehalt von einem Kilogramm Pellets kommt damit dem eines halben Liters Heizöl gleich, an Volumen (in Schüttraummetern) einem drittel Liter.

Pelletverbrauch (tn)
Staaten 2006
Schweden 1 400 000
Italien 550 000
Deutschland 450 000
Österreich 400 000
Dänemark * n. 400 000
Finnland* n. 50 000
*Eigenheimverbrauch 2005.

 

Brennstoffkosten

Der Pelletspreis unterliegt bislang einem stark veränderlichen Markt. Nach einem anfänglichen recht hohen Preis nach Markteinführung Ende der 1990er-Jahre, einer recht billigen Phase von 2002 bis 2005 und einem hochpreisigen Jahr 2006 schwankt der Handelswert ab Mitte Januar 2007 wieder stark.

  • Bis zum Frühjahr 2004 war der Preis für Pellets ungefähr gleich hoch wie der Heizölpreis und ca. 30 % günstiger als Erdgas. Danach stieg der Preis für Pellets nur moderat, der Preis für Heizöl und Erdgas hingegen stark an. Auf Grundlage der österreichischen Preise lag die Heizkostenersparnis Ende 2005 bei 40 bis 50 % im Vergleich zu Öl. Der Preis schwankte zwischen höheren Preisen im Winter und niedrigen im Sommer.
  • Ab Sommer 2006 gab es erstmals keinen Rückgang, sondern eine kontinuierliche Preissteigerung. Der Preis für DIN-Plus Pellets lag in Deutschland im Juli 2006 bei durchschnittlich 206 € pro Tonne. In Österreich ist der Preis im Herbst 2006 auf bis zu 250 € gestiegen und hat sich im Dezember bei 255 € eingependelt.
  • Durch den extrem milden Winter 2006/07, insbesondere aber nach dem Windbruch durch den Wintersturm Kyrill am 18./19. Januar 2007, und dem folgenden Überangebot an Holz begannen die Preise wieder deutlich zu fallen, bis ins Frühjahr 2007 auf durchschnittlich 185 € je Tonne, im Bereich zwischen 180–200 € je Tonne liegt er auch im Herbst 2007. Der Pelletspreis hat sich jedoch ferner durch die massive Ausweitung der Produktionskapazitäten im vergangenen Jahr stabilisiert.
  • Im Zusammenhang mit der anhaltenden Spekulation auf dem Ölmarkt ziehen die Preise Ende 2007 wieder an.

Bei der Anlieferung kann für das Einblasen der Pellets in den Tank eine Einblaspauschale erhoben werden. Sackware liegt üblicherweise etwa 30 % über der Tankware, und auch bei Bigpacks werden zusätzliche Pauschalen berechnet. Die genannten Preise schwanken außer im Preisverhältnis zu Heizöl je nach Vorratslage und Transportdistanz stark.

 

Versorgungssicherheit beim Heizen mit Holzpellets

Insgesamt kann man den Pelletsmarkt als stark wachsend, mit noch nicht gänzlich eingespieltem Verhältnis von Angebot und Nachfrage bezeichnen. Die Branche versucht, sich auf die schnell ändernde Lage besser einzustellen. Unklar ist, wie sich die Lage in den nächsten Jahren darstellen wird. Aufgrund der generellen hohen Nachfrage nach Brennholz wird keine deutliche Preisreduktion mehr erwartet.

  • 2003, zu Beginn des Pelletsbooms wurden in Schweden 1,5 Mio. t und Österreich 280.000 t Pellets hergestellt, seinerzeit durchaus ausreichende Mengen
  • Durch den großen Zuwachs an Pelletheizungen kam es im Winter 2005/2006 europaweit zu Lieferengpässen bei Pellets. Wie in jedem Jahr hatten die Pelletsproduzenten im Sommer große Mengen an niederländische Kraftwerke geliefert. 2006 wurde dies reduziert und neue Lagerkapazitäten aufgebaut.
  • Probleme bereitet vor allem die Versorgungssicherheit, da auch andere Staaten die Verwendung von Pellets fördern: Tschechien etwa – der traditionelle Zulieferer für den österreichischen Markt – deckt zunehmend seinen Eigenbedarf, und auch Italien entwickelt sich zu einem wichtigen Abnehmer, der bereit ist, verhältnismäßig hohe Preise zu bezahlen. Die enormen Preissteigerungen des Jahres 2006 sind in diesem Zusammenhang zu sehen, aber auch mit dem außergewöhnlich langen und schneereichen Winter 2005/2006.
  • Der hochpreisige Brennstoffmarkt führt aber auch zu (lokalen) Engpässen in der Zelluloseindustrie und bei Spanplattenherstellern, die denselben Rohstoff verwendet, und zunehmender Branchenkonkurrenz. Der Bedarf an Zellulose könnte aber teilweise durch die verstärkte Verwendung von Recyclingpapier reduziert werden.

Weltweit werden (Anfang 2008) 14 Millionen Tonnen Pellets produziert. Die Produktionskapazitäten liegen in Österreich nach Inbetriebnahme neuer Anlagen bei etwa 900.000 Tonnen jährlicher Produktionsmenge gegenüber 500.000 Tonnen Anfang 2006 und sind doppelt so hoch wie der Inlandsbedarf, und aufgrund der letzten, milden Winter hohen Lagerreserven vorhanden, wobei die – mit regionalen Brennpunkten – großen Mengen an Schadholz durch Kyrill 2007, Paula und Emma 2008 durch kooperative Vorratshaltung ohne großen Wertverlust verwertet werden sollen.. Auch die skandinavischen Länder und zunehmend die EU-Oststaaten entwickeln sich in Europa zu Pellets-Exporteuren.

 

Brennstoffalternativen

Durch die im Struktur- und Managementumbau begriffene europäische Forstwirtschaft wie auch Unklarheiten über tatsächliche Holzzuwachs- und -entnahmemengen bleibt eine Preisprognose problematisch. Popularität und Zuwachsraten der Holzpelletnutzung ergeben einen Anreiz auf schnell wachsende Holzarten zu setzen. Dieser Anreiz steht im Widerspruch zum Ziel des Mischwaldforstes. Die Ausweitung der Waldfläche – statt Stilllegung von Agrarflächen – erscheint langfristig möglich.

Es wird auch nach alternativen Brennstoffen zum Betrieb von Pelletsheizungen gesucht. Nach schlechten Erfahrungen mit reinem Stroh sind Restwertpellets (Mühlenrückstände) und insbesondere Energiegetreide (Energiekorn) zu nennen, spezielle wenig eiweißhaltige Getreidesorten.  Das wird unter wirtschaftspolitischen Gesichtspunkten noch untersucht  und ist als Nutzung eines Lebensmittels gesellschaftlich umstritten. Daneben wird auch an Pellets aus schnell wachsenden Pflanzen wie Miscanthus (Chinaschilf) gearbeitet. Bei allen Halmgutbrennstoffen wirkt sich aber der hohe Siliziumanteil und die entstehenden Versinterungen negativ aus. Daher wird auch über Raps und andere Ölsaaten, oder Kerne verschiedener Pflanzen geforscht.

Förderungen von Pelletsheizungen

  • In Deutschland wurden die Förderungen im August 2006 zunächst eingefroren. Die Fördersätze waren zuvor zweimal gesenkt worden, um möglichst viele Anträge berücksichtigen zu können. Dies führte nicht zu einer Schwächung der Nachfrage.
    Anfang Januar 2007 wurden neue Richtlinien veröffentlicht. Vorhaben, die im Jahr 2006 ablehnend beschieden, aber bis Ende 2006 realisiert wurden, können im Jahr 2007 gefördert werden. Hierfür ist ein neuer Antrag im Jahr 2007 notwendig. Auch im Jahr 2007 neu errichtete Anlagen sind förderungsfähig.
  • In Österreich gibt es für neue Zentralheizungsanlagen oder die Umstellung auf Pelletsheizung je nach Bundesland Zuschüsse von bis zu 30 % der Nettoinvestitionskosten (2006), bis Herbst 2008 wird mit Mitteln des österreichischen Klima- und Energiefonds eine befristete Impulsaktion durchgeführt, die zusätzlich zu den Landesförderungen möglich ist.
  • In der Schweiz werden Holzpelletheizungen ebenfalls gefördert.
  • In Belgien zahlt die Wallonische Region 2008-2009 folgende Prämien je Anlage: 1750€ bis 50kW (+35€ je kW bis 100kW), 3500€ für 100kW (+18€ je kW bis 500kW), 10700€ für 500kW (+8€ je kW bis maximal 15000€).

Zur Förderung von Scheitholz-Kombianlagen siehe Holzvergaserkessel.

 

Umweltverträglichkeit

Die Umweltverträglichkeit von Pelletsfeuerungsanlagen wird im Allgemeinen verhältnismäßig positiv eingeschätzt. Moderne Geräte mit effizienterer Regelung, wie auch die abnehmende Menge minderwertiger, mit Wachsen verpresster Holzpellets lässt eine weitere Verbesserung annehmen. Die Auswirkungen der insgesamt zunehmenden Menge an Pelletsheizungen lassen sich aber derzeit noch schlecht beurteilen.

 

Kohlendioxid (CO2)

Pelletheizanlagen sind weitgehend CO2-neutral. Die Menge an CO2, die bei der Verbrennung freigesetzt wird, entspricht genau der Menge CO2, die beim Wachstum des Holzes in dieses eingebunden wurde. Beim Verrotten des Holzes würde CO2 in gleicher Menge wie bei der Verbrennung freigesetzt.

Bei Einberechnung der CO2-Freisetzung durch Waldbewirtschaftung, Rohholztransport, Aufbereitung, Pellettransport und nicht zuletzt der Anlagenerstellung (Graue Energie) ist die Ökobilanz hinsichtlich dieses Gases nicht ganz ausgeglichen. Das Globale Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS) des Öko-Instituts weist für den gesamten Lebenszyklus von Holzpellets (inklusive Transporte und Materialvorleistung) als Koppelprodukt höherwertiger Holznutzung einen Aufwand von nicht-erneuerbaren Energien von etwa 13 % der Nutzenergie aus. Das gesamte freigesetzte CO2-Äquivalent wird mit 35 g/kWh angegeben. Der Vergleichswert für Heizöl (beim Einsatz von Brennwertkesseln) und Erdgas liegt bei 346 g/kWh bzw. 297 g/kWh etwa acht bis zehn mal höher.

Schwefeldioxid (SO2)

Holzpellets nach DIN plus oder ÖNORM M 7135 haben einen Schwefelgehalt von maximal 0,04 Gew-%, der zwischen Erdgas nach Spezifikation des DVGW (max. 30 mg/m³ bzw. 8 mg/kWh zuzüglich Schwefelanteile aus durchschnittlicher Odorierung) und leichtem Heizöl (maximal 0,2 Gew-% nach 3. BlmSchV) liegt. Laut GEMIS beträgt die Freisetzung von SO2 über den gesamten Lebenszyklus von Holzpellets aus der Restholzverwertung etwa 0,53 g/kWh. Heizöl (Brennwerttechnik) und Erdgas bilanzieren mit 0,73 g/kWh und 0,18 g/kWh.

Ozonbelastung

Die Ozonbelastung durch Freisetzung von Ozon-Vorgängerstoffen (Stickoxide, Kohlenstoffmonoxid, Methan und flüchtige organische Verbindungen) wird für die Verbrennung von Holzpellets aus der Restholzverwertung in GEMIS mit 0,88 g/kWh ausgewiesen, etwa um den Faktor zwei mehr als bei der Verbrennung von Heizöl mit Brennwerttechnik (0,41 g/kWh) oder von Erdgas (0,35 g/kWh). Da die vermehrte Bildung von Photooxidantien aufgrund der dazu notwendigen intensiven Sonnenstrahlung hauptsächlich in den Sommermonaten ein Problem darstellt („Sommersmog“), während Raumheizungen naturgemäß überwiegend im Winter arbeiten, wird dieser Emission aber vergleichsweise wenig Problempotential zugeschrieben.

Feinstäube

Die Feinstaubemission moderner Pelletkessel liegt bei etwa 8 mg pro MJ Wärmemenge, entsprechend 29 mg/kWh. Inzwischen gibt es Pelletsheizanlagen, die durch optimierte Verbrennung die Feinstaubemissionswerte unterschreiten und auch in Bereichen installiert werden dürfen, wo strengere Regelungen gelten. Diese Anlagen arbeiten mit Brennwerttechnik und haben ein relativ staub- und rußarmes Abgas (ca. 4 mg Feinstaub pro MJ). Der Vergleichswert für die Feinstaubemission liegt bei Einzelöfen (offener Kamin, Kachelofen) bei etwa 150 mg/MJ, bei Stückholzkesseln bei etwa 90 mg/MJ, und bei Ölheizungen bei 3 mg/MJ.

Im Privathaushalt dürfte eine entsprechende Reinigung unwirtschaftlich sein; in Großanlagen (z. B. Biomasseheizkraftwerk) bestehen hier bessere Möglichkeiten.

 

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