In der Arbeit wird das Verdichtungsverhalten von halm- und stengelförmiger Biomasse (Getreidestroh, Heu, Leinstroh) im Hochdruckbereich beschrieben mit dem Ziel der Herstellung eines Festbrennstoffes in Schüttgutform. Als Versuchseinrichtung wird eine Stempelpresse mit kreisförmigem Werkzeugquerschnitt genutzt. Das Halmgut wird unzerkleinert mit einem Feuchtegehalt von 12 16% unter Einwirkung von Drücken bis zu 250 MPa ohne Zugabe von Bindemitteln verpreßt. Es wird, abgeleitet aus den Versuchsergebnissen, eine neue Verdichtungsgleichung erstellt, die für das Verdichten von unzerkleinertem Halmgut (Feuchte bis 16%) im Hochdruckbereich gültig ist. Der Einfluß der jeweiligen Gutart wird in entsprechenden Konstanten berücksichtigt. Die Eigenschaften der hergestellten Briketts, wie u. a. Bindungsverhalten und Festigkeit, wurden untersucht. Zur Bestimmung der Abrieb- und Scherfestigkeit werden Testmethoden und -geräte angepaßt bzw. neu entwickelt. Die Ergebnisse der theoretischen und experimentellen Betrachtungen fließen in die Konzeption eines Brikettierverfahrens ein. Der Funktionsnachweis des Verfahrens wird durch den Bau und Test eines Prototypen erbracht.

Chosen agricultural enterprise Agricultural Cooperative Slapy u Tábora farms in the South Bohemia Region near the Tábor city. Analysis of inner structure of this farm was worked out for the period 1996 {--} 2006. Harvest area and yield of individual crops, mineral fertilizer consumption and cattle stock have been used for the analysis. On the basis of performed analysis, variants of inner structure have been calculated, aimed on production of bioenergy: cereals for bioethanol production, raps for biodiesel production, biogas. From aspect of energetic gain, the variant for bioethanol production was evaluated as optimal.

Chosen agricultural enterprise Agricultural-Trading Cooperative Farm operates 20 km away from České Budějovice in South Bohemia Region. Analysis of inner structure of this farm was performed for period 1997 {--} 2006. To project inner structure of the agricultural system, it is necessary to know the harvest area and yield of individual crops, cattle stock, and mineral fertilizer consumption. On the basis of performed analysis, using carbon-balance method, projects of inner structure specialized in bioenergy production were calculated. The production of bioethanol from cereals, oil from rape and biogas from cattle breeding refuse are taken into account. At comparison of individual variants from aspect of energetic gain under existing natural conditions, the variant specialized in cereals for ethanol production proves as the most suitable.

Chosen agriculture farm: Dubné corporation is in South Bohemia region. Analysis of inner structure of agricultural system was calculated for ten-year period 1997 {--} 2006. Data used for analysis: acreage and yield of individual crops, consumption of mineral fertilizers, cattle stock. On the basis of this analysis, using carbon balance principle, variants of agricultural inner structure project have been worked out, aimed at bioenergy production: cereals for production of bioethanol, raps for production of oil, biogas.

The chosen agricultural enterprise, Agricultural Cooperative Skalka {--} Jankov farms in the South Bohemia region near the city of České Budějovice. Analysis of the inner structure of the agricultural system was calculated for a ten-year period 1998 {--} 2007. Data used for the analysis include: harvest area, yield of individual crops, mineral fertilizer consumption and cattle stock. On the basis of this analysis, using carbon balance principles, variants of agricultural inner structure project have been worked out, aimed at bioenergy production: cereals for production of bioethanol, raps for biodiesel production, biogas.

Die Politik hat sich sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene ambitionierte Ziele zum Ausbau erneuerbarer Energien und zur Minderung der Treibhausgasemissionen gesetzt. Im Nationalen Aktionsplan für Erneuerbare Energien der Bundesrepublik Deutschland sind diese Ziele bis zum Jahr 2020 definiert. Der Anteil erneuerbarer Energien bei der Bereitstellung von Wärme und Kälte soll demnach von 6,6 % auf 15,5 % des Bruttoendenergieverbrauches steigen. Entsprechend der zunehmenden Bedeutung der solarthermischen, oberflächennahen und geothermischen Wärme wird der relative Anteil der Biomasse abnehmen. Mit den im Nationalen Aktionsplan aufgeführten 79 % leistet sie dennoch einen essentiellen Betrag im regenerativen Wärmemarkt [BMU 2010]. [... aus der Einleitung]

Forest coppice biomass, fast growing short rotation coppice (SRC) trees such as willows (Salix) and poplar (Populus) have a substantial potential of storing carbon (C), and has been considered as a sustainable source of woody dry mass. Woody dry mass production, energy efficiency and economic profitability of poplar are important and essential to be studied in Czech Republic. The aim of this PhD thesis was to predict standing woody dry mass, maximize the productivity and quantify the determinants of poplar clone J-105 (Populus nigra × P. maximowiczii) under short rotation coppice (SRC) management on former arable in Czech Republic. This PhD study was carried out in Domanínek, Czech Republic (49°31´N, 16°14´E and 530 m a.s.l.). Plantations were established in high density (9,216 trees ha-1) with single stem hardwood cuttings for verification purposes and to test the performance of poplar clone J-105 on former arable land. The plantations were harvested above 15-20 cm from base in winter 2008/2009 (established in April 2001) and 2009/2010 (established in April 2002). In this thesis, short rotation woody coppice (SRWC) plantations are mentioned as SRWC1 (coppice established in 2009) and SRWC2 (coppice established in 2010), respectively. In spring 2009, SRWC1 was divided into four randomized blocks and treated with three different fertilizers such as minerals [Nitrogen (N), Phosphorus (P), and Potassium (K)], sewage sludge and ash, lime and control (without any treatment of fertilizer). In the plantation SRWC2, no further (at beginning of second rotation-coppice) fertilizer treatment was applied. For the prediction of standing aboveground woody dry mass (AGWDM) in fertilizer treatments and control, allometric equations were developed. The allometric equations thus developed may be considered robust and site specific for poplar clone J-105. After the successful development of allometric equations standing annual AGWDM was estimated followed by annual inventory at the end of each growing season. There were no significant differences observed in allometric equations for AGWDM among the fertilizer treatments (including control) within the year over four years of study from 2011-2014. This experiment was repeated in plantation SRWC2, for which the allometric equation was developed separately, for the purpose of allocation of the aboveground and belowground woody dry mass (BGWDM) at the same site. In this plantation for estimation of AGWDM, allometric equation was developed in 2011 (after two years of plant growth in coppice) and for BGWDM, the equation was developed in 2014 (after more than four years of plant growth in coppice). In SRWC2 plantation, dynamics of annual and cumulative above and belowground woody dry mass were estimated over four years from 2011-2014, where average AGWDM were observed from 8.29 to 11.02 t ha-1 year-1 and average annual BGWDM varied between 2.50 to 3.02 t ha-1 year-1. Growth and wood production mainly depend on photosynthetic area and light efficiency. Therefore, leaf area development including leaf area index (LAI) and leaf area duration (LAD) and radiation use efficiency (RUE) was studied to find a suitable determinant for aboveground woody dry mass production. In the results, maximum leaf area index LAImax was observed to be 9.5 after four years of plant growth in coppice, maximum number of LAD was 185 days after two years of plant growth in coppice and maximum RUE was observed to be 1.3 gMJ-1 in GS4 (growing season four) after four years of plant growth in coppice. LAI and LAD showed a strong positive correlation for AGWDM (R2 values ~1) while RUE showed a moderate positive correlation with AGWDM, where R2=0.50 (p=0.52). This implies that AGWDM is strongly dependent on LAI and LAD. To conclude a robust and site specific allometric equation was developed for poplar clone J-105 and also, this study confirmed that, there was no significant impact of fertilizers for maximizing the AGWDM production on former arable land. For determinants of AGWDM, it confirmed that LAI, LAD and RUE could be a good and reliable predictor of standing AGWDM in SRC poplar clone J-105 on former arable land.

This publication is the English version of the summary of the German report „Meilensteine 2030“ (THRÄN et al. 2015) which is published in the series of the funding programme “Biomass energy use”. The report describes elements and milestones for the development of a stable and sustainable bioenergy strategy.

Biomassebasierte Energie leistet als erneuerbare Energie, insbesondere bei der Wärmebereitstellung, schon heute und auch zukünftig einen Beitrag zu einer zuverlässigen, bezahlbaren sowie umweltschonenden Transformation des Energiesystems. Um gerade im Wärmebereich kosteneffiziente und umweltverträgliche Lösungen zu identifizieren, müssen eine Reihe von Randbedingungen beachtet, neue Technologiekonzepte bewertet und ihre Anwendung und Auswirkungen in verschiedenen Wärmemärkten analysiert werden. Mit diesem Vorhaben sollen – unter umfassender Berücksichtigung der politischen Zielstellungen und Rahmenbedingungen im Wärmebereich sowie auf Basis von vorliegenden Biomassepotenzialabschätzungen, Energieszenarien und Technologieinformationen – die Entwicklungsperspektiven der Wärmeerzeugung aus Biomasse systematisch abgeschätzt werden. Dies erfolgt mit Hilfe verfügbarer Modellierungs- und Bewertungsansätze, die bereits für die Ableitung von Bioenergiestrategieelementen im Strom- und Verkehrssektor erprobt sind. Dabei werden zum einen die gegenwärtig in der Entwicklung befindlichen Technologiekonzepte systematisiert und zum anderen ihre Wettbewerbsfähigkeit in verschiedenen Teilmärkten simuliert. Die damit verbundenen Auswirkungen, auf den Gesamtbeitrag zur Energieversorgung, den Klimaschutzbeitrag und die Effekte auf die Landnutzung, werden bewertet und diskutiert. Die so entwickelte Datenbasis nebst Informationen zu den Perspektiven der Wärmebereitstellung aus Biomasse (mit anderen erneuerbaren Energien) wird zur Unterstützung der strategischen Arbeiten im Bereich Wärme und Effizienz(politik) zur Verfügung gestellt, z.B. für die Plattformen und Arbeitsgruppen des BMWi, BMEL oder BMUB.

Dieser Bericht ist das Ergebnis von begleitenden Analysen, die im Rahmen des Forschungsprojektes SNuKR („Steigerung des Nutzens von kleinen biomassebefeuerten Blockheizkraftwerken (BHKW) durch bedarfsgerechte Regelung“, FKZ 03KB121) durchgeführt wurden und erläutert technische, ökonomische und rechtliche Rahmenbedingungen für den Betrieb von kleinen biomassebefeuerten BHKW in Hinblick auf eine wirtschaftlich und stromnetzseitig vorteilhafte Fahrweise. Die Forschungsarbeit im SNuKRProjekt zielte darauf ab, den Nutzen kleiner dezentraler biomassebasierter Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Anlagen für Betreiber und Stromnetz zu erhöhen und damit einen sinnvollen Beitrag zum Umbau des Energiesystems hin zu mehr Klimafreundlichkeit aufzuzeigen. Das Dokument wendet sich an Hersteller und Betreiber von BHKW ebenso wie an Netzbetreiber und Energiedienstleister (z. B. Aggregatoren, Contractoren), die solche Geräte in ihr Portfolio integrieren. Auch Anbieter von (Heizungs-)Regelungstechnik, sowie Planer von BHKW-basierten Heizungsanlagen sind angesprochen. Darüber hinaus bietet die Zusammenfassung der Rahmenbedingungen einen Leitfaden für politische Entscheidungen insbesondere mit Hinblick auf Förderinstrumente. Das Forschungsprojekt SNuKR wurde von der DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum (Leipzig) gemeinnützige GmbH koordiniert und in Zusammenarbeit mit der ÖkoFEN Heiztechnik GmbH (Mickhausen) als auch dem EIFER Europäischen Institut für Energieforschung EDF-KIT EWIV (Karlsruhe) im Zeitraum vom 01.07.2017 bis 31.05.2021 bearbeitet. Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Förderprogramms „Energetische Biomassenutzung“ gefördert (FKZ 03KB121A-C). Das Gesamtziel des Projektes war es, die Vorteile kleiner biomassebefeuerter BHKW – stetige Verfügbarkeit, Speichervermögen und teilweise Kompensation der hohen Volatilitäten von Wind- und Solarkraft in der Strom- und Wärmeerzeugung – konsequent zu nutzen und Erzeugungs- und Lastmanagement für elektrische Energienetze aus thermischen Energienetzen heraus zu betrachten. Neben der Erstellung der begleitenden Analysen waren auch die Entwicklung hocheffizienter Regelungsstrategien und darauf aufbauend der Nachweis des zusätzlichen Nutzens in der Praxis zwei weitere wichtige Arbeitsziele. Die Regelstrategien ermöglichen eine optimierte Fahrweise von kleinen biomassebefeuerten BHKW. Kleine BHKW mit Nennleistungen von ca. 1 kWel / 10 kWth bis ca. 50 kWel / 250 kWth, die in der Regel für die Energieversorgung von Einzelgebäuden im Einsatz sind, werden heute typischerweise wärmegeführt und laufzeitoptimiert betrieben. Im vorliegenden Dokument liegt der Fokus auf den Möglichkeiten, durch bedarfsgerecht gesteuerte Einsatzzeiten Mehrwerte zu erzeugen. Dabei müssen die Betriebszeiten der Anlage flexibilisiert werden, um den Strom bedarfsgerecht in Zeiträumen zu erzeugen, in denen der Nutzen für den Anlagen- und/oder den Netzbetreiber hoch ist. Die optimalen Betriebszeiten des BHKW wurden auf der Basis eines aktuellen und prognostizierten externen Bewertungskriterium sowie des Wärmebedarfs des Versorgungsobjektes ermittelt. Die Regelalgorithmen, eingebettet in einer LabVIEWbasierten Reglerplattform, wurden in einem Hardware-in-the-Loop Test mittels Matlab/ Simulink unter Echtzeitbedingungen getestet. Das Gesamtziel des Projektes war es, die Vorteile kleiner biomassebefeuerter BHKW – stetige Verfügbarkeit,