Fraunhofer IBP entwickelt VREM-Frühwarnsystem für Betreiber von Biomasseheizkesseln

Eine unvollständige Verbrennung verursacht in Holzfeuerungsanlagen den Ausstoß von Feinstaub und weiteren Schadstoffen wie z. B. organische Verbindungen. Einige dieser Stoffe, vor allem polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), sind krebserregend. Eine kontinuierliche Überwachung des Verbrennungsprozesses in Biomasseheizkesseln reduziert nicht nur in erheblichem Maße schädliche Emissionen, sondern erhöht auch den Wirkungsgrad im Praxisbetrieb auf über 93 Prozent. Gemeinsam mit den Unternehmen HDG Bavaria und LAMTEC entwickelte das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP ein neuartiges Kombinationssystem zur Früherkennung von Bedienungsfehlern durch Betreiber von Heizkesselanlagen.

Mess-, Regel- und Monitoringtechnik.
© Fraunhofer IBP
Mess-, Regel- und Monitoringtechnik.

Die Wärmegewinnung aus Biomasse erfordert dringend Lösungen für einen sauberen Betrieb von Feuerungsanlagen. Das »VREM-System« (Verbrennungsregelungs- und Emissionsmonitoringsystem) ermöglicht durch frühzeitiges Eingreifen einen umweltfreundlichen und zugleich effizienten Betrieb von Heizkesseln – sowohl in den eignen vier Wänden als auch von großer Wohnanlagen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) fördert dieses Vorhaben unter dem Kennzeichen (FKZ-Nr.: 03KB109).

O2/COe-sondengestützte Analysen und intelligente Überwachungsalgorithmen regeln den Verbrennungsprozess mit niedrigerem Sauerstoffüberschuss und vermeiden damit hohe Wärmeverluste. Auf diese Weise wird nicht nur eine präzise Luftzufuhr erreicht, sondern auch eine optimale Verbrennung gewährleistet – unabhängig vom eingesetzten Brennstoff. Beim Auftreten von Betriebsstörungen, die sich regelungstechnisch nicht beheben lassen – z. B. bei technischen Defekte oder dem Einsatz illegaler Brennstoffe wie Haushaltsabfälle und Althölzer – wird der Betreiber per E-Mail und SMS informiert. Durch diese frühzeitige Fehlererkennung und deren Beseitigung können die gefährlichen Schadstoffe vermieden werden. Darüber hinaus werden durch das VREM-System nicht nur Emissionen erheblich reduziert, sondern auch der Wirkungsgrad um über 93 Prozent erhöht.

Ein erster Praxistest des Systems verlief sehr erfolgreich. So wurden die Überwachungsalgorithmen mit der O2/COe-Sonde nach der Erprobung auf dem Prüfstand in zwei in der Praxis befindlichen Biomasseheizkesseln der Firma HDG Bavaria über eine Heizperiode einem Langzeittest unterzogen. Hierbei handelte es sich um hand- und automatisch beschickte Heizkessel für die Verbrennung von Scheitholz und Holzpellets. Sowohl die O2/COe-Sonde als auch die Überwachungsalgorithmen zeigten eine sehr gute Eignung für den Dauereinsatz in der Praxis.

Das Projekt hat sehr gute Erkenntnisse hervorgebracht, wie der Betrieb von Biomasseheizkesseln energetisch und wirtschaftlich optimiert sowie umweltverträglicher gestaltet werden kann. Entscheidend für die Umsetzung der Projektergebnisse ist die Entwicklung einer kompakten für den Einsatz in Biomasseheizkesseln angepassten Elektronik für die O2/COe-Sonde, welche im Rahmen eines laufenden ZIM-Projekts (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand, BMWi) in Kooperation mit der Firma SABO Elektronik GmbH seit eineinhalb Jahren erfolgt. Auf Basis der beiden Projekte soll in einem Nachfolgeprojekt eine hard- und softwaremäßig praxistaugliche O2/COe-Regelung entwickelt werden, die an fünf Heizkesseln unterschiedlicher Hersteller erprobt wird.

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