Transcript Skript 4

Forschungsvorhaben im Rahmen
der Richtlinie zur Förderung von
Untersuchungen zur Fortentwicklung der Gesamtstrategie zum
weiteren Ausbau der Erneuerbaren
Energien (EE)
Fachseminare zu
erneuerbaren Energien
Laufzeit: April 2009 bis März 2012
Das diesem Bericht zugrunde
liegende Vorhaben wurde mit
Mitteln des Bundesministeriums für
Umwelt, Naturschutz und
Reaktorsicherheit unter dem
Förderkennzeichen 0325118
gefördert. Die Verantwortung für
den Inhalt dieser Veröffentlichung
liegt bei den Autoren.
Thema 4:
Basiswissen zum Thema erneuerbare Energien –
ökologische, ökonomische, soziale und technische
Aspekte
Quelle: BMU / H.-G. Oed
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Forschungsprojekte powerado
und powerado plus - Module
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Forschungsprojekte powerado
und powerado plus - Module
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Forschungsprojekte powerado
und powerado plus - Module
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Vorläuferprojekt powerado
Ausgewählte Schulmaterialien
www.ufu.de/powerado
Quelle: UfU
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Themen der Fachseminare EE
1. Integration des Themas EE in verschiedene
Unterrichtsfächer – Methoden und fächerübergreifende
Projekte
2. Experimente mit EE im Sachunterricht und
naturwissenschaftlichen Unterricht Klasse 3 bis 6
3. Die gesellschaftliche Bedeutung von EE – Warum EE in
der Schule unterrichten?
4. Basiswissen zum Thema EE – ökologische,
ökonomische, soziale und technische Aspekte
Quelle: UfU
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Gliederung
1.
Filmimpuls
2.
Warum erneuerbare Energien?
3.
Das Potential der EE
4.
EE im Überblick
Solarenergie
Windenergie
5.
Perspektiven und Grenzen
Wasserkraft
Bioenergie
6.
Gruppenaufgabe
7.
Diskussion und Feedback
Geothermie
Quelle: powerado
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Filmimpuls
Greenpeace Film: Grow up – Cool Down
Quelle: www.youtube.com/watch?v=bcao6kzh-WM
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Warum erneuerbare Energien?
Temperaturabweichung im Vergleich zu 1950
Prognostizierte Erwärmung bei Verdoppelung der CO2-Konzentration; Spanne von plus 1,4 ° bis
11,8°C
Schätzung des IPCC für 2100; Spanne von plus 1,4° bis 5,8 °C
Kritischer Temperaturanstieg
IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change
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Quelle: Le Monde diplomatique 2007
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Warum erneuerbare Energien?
Peak Oil
Quelle: Rolf Behringer / Solare Zukunft
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Warum erneuerbare Energien?
Das Ende der fossilen Energievorräte: Energiewende
Gibt es ein Ende und wenn ja, wann?
• Fossile Energieträger sind endlich, weil sie über einen sehr langen
Zeitraum entstanden sind. Sie sind nicht nachwachsend.
• Reserven sind sicher nachgewiesen und mit bekannter Technologie
wirtschaftlich gewinnbar.
• Ressourcen sind Vorkommen, die noch nicht wirtschaftlich zu fördern
sind oder die noch nicht sicher ausgewiesen sind, aber aufgrund
geologischer Indikatoren erwartet werden.
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Warum erneuerbare Energien?
Nichterneuerbare Energievorräte: Reserven
Wissen Sie es oder schätzen Sie:
Reichweite der fossilen Rohstoffreserven von:
•
•
•
•
Uran
Erdgas
Erdöl
Braun- und Steinkohle
in Jahren?
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Warum erneuerbare Energien?
Das Ende der nichterneuerbaren Energievorräte
Problem CO2
Klima !
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Das Potential der EE
Das Potential
• Wie viel Energie steht uns zur Verfügung?
Die erneuerbaren Energien
•
•
•
•
•
Solarenergie (Photovoltaik und Solarthermie)
Windenergie
Wasserenergie
Bioenergie
Geothermie
Quellen: © Rainer Sturm /
www.pixelio.de; © Marco Bernebeck
/ www.pixelio.de; BMU, © Helga
Hauke / www.pixelio.de / BMU
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Das Potential der EE
Globaler Energieverbrauch
Weltenergieverbrauch:
Die kleinen Würfel repräsentieren
das derzeit technisch nutzbare Potential.
Quelle:
Joachim
Nitsch,
bearbeitet
von Rolf
Behringer
/ Solare
Zukunft
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Das Potential der EE
Würfel basteln als Aufgabe im Mathematikunterricht
1. Herstellen von Würfeln unterschiedlicher Größe
2. Veranschaulichung der Relationen durch Würfel
3. Das Verhältnis kann auch in Form von Volumen abgefüllt werden
Der Würfel hat 12 gleich lange Kanten
Das Volumen beträgt V = a³ = a x a x a
Schnittmuster / Flächenmodell
Seitenlängen für das Potential der erneuerbaren
Energien (gerundet):
Solar:
44,0 cm
Wind:
9,5 cm
Geothermie:
3,0 cm
Hydro:
2,0 cm
Aktueller Verbrauch:
2,5 cm global!
Quelle: Köller, Jürgen (2006)
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Das Potential der EE
Eine Bilanz
 100 % erneuerbare Energien!
Möglich! Nötig? Machbar?
Fotos: Rolf Behringer / Solare Zukunft, Grafik: Agentur für Erneuerbare Energien
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EE im Überblick
Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland 2010
Quelle: BMU-Publikation 2010
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Solarenergie
Fotovoltaik
Solarthermie
• Strom aus Sonnenlicht
• Umwandlung durch Solarzellen
 amorphe Zellen
 polykristalline Zellen
 monokristalline Zellen
 konzentrierende Zellen
• Wärme aus Sonnenlicht
• Umwandlung durch Absorption
 Flachkollektoren
 Röhrenkollektoren
 Konzentrierende Systeme
Quelle: Bernd Müller / BMU
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Quelle: Markus-Steur / DLR
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Solarenergie
Netzintegrierte Photovoltaikanlage
Solarmodule
Kabel
Anschlusskasten
Wechselrichter
Energiekostenzähler
Quelle: DGS
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Solarenergie
Fotovoltaik
Fotovoltaik:
Strom aus Sonnenlicht
Großanlage mit Dünnschichtmodulen
Solarsiedlung Freiburg
Quelle: Bernd Wenzel (IFNE) / BMU
Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien
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Solarenergie
Entwicklung der Fotovoltaik in Deutschland
Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien
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Solarenergie
Solarthermische Anlage
Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien
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Solarenergie
Entwicklung der Solarthermie in Deutschland
Entwicklung der Kollektorfläche und Wärmebereitstellung aus
solarthermischen Anlagen in Deutschland 1990 - 2008
4.500
12.000
4.000
Wärmebereitstellung [GWh]
10.000
installierte Fläche, kumuliert [m²]
3.500
8.000
[GWh]
2
[1.000 m ]
3.000
2.500
6.000
2.000
1.500
4.000
1.000
4.131
3.636
3.211
2.771
2.437
2.137
1.878
1.581
1.255
1.020
837
680
540
0
215
431
164
348
127
273
2.000
500
0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Quelle: BMU Publikation "Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung", KI III 1; Stand: Juni 2009; Angaben vorläufig
Quelle: BMU-Publikation „Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung“
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Solarenergie
Projekt Desertec
Das Projekt Desertec: Strom aus der Sahara
Welt
Europa
Mittlerer Osten
Nordafrika
Quelle: Desertec (www.desertec.org)
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Solarenergie
Projekt Desertec
Das Projekt Desertec – Noch zahlreiche offene Fragen und Kritik:
• Moderner Energie-Kolonialismus oder Technologietransfer für
Nordafrika?
• Ablenkung von den EE- und Energieeffizienzpotentialen in Europa?
• Gefahr negativer Umweltauswirkungen in Afrika: Wasserverbrauch
• Technische Hürden: Ausbau eines Stromnetzrings um das Mittelmeer
• Vergleichsweise hohe Investitionskosten aus heutiger Sicht
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Windenergie
Installierte Leistung in Deutschland 2009: 25 GW
• Mehr als deutsche Atomkraftwerke
• Allerdings: schwankende Stromerzeugung
Herausforderung für die Zukunft:
• Ausbau von Offshore Anlagen
• Ausbau der Stromnetze +
• Bessere Speichertechnologien +
• Lastmanagement der Verbraucher =
Intelligentes Netz!
Quelle: Konrad Hölzl / BMU
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Windenergie
Technische Entwicklung
Konfiguration der Anlagen variiert nach Lage
Quelle: Agentur für EE 2010
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Windenergie
Repowering
Leistung einer 5 Megawatt-Anlage:
Quelle: © Bundesverband Windenergie
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Wasserkraft
•
Wasserkraft ist die älteste Form der Energiegewinnung.

Wasserräder an Flüssen trieben Mühlen und
Sägewerke an.

Das Wasser trieb Räder an, aus deren Drehbewegung
mechanische Energie entstand, um das Mahlwerk oder
die Klopfsäge zu betreiben.
•
Wasserkraftwerke haben unter den erneuerbaren
Energien einen besonderen Stellenwert.

Sie liefern kontinuierlich Strom und leisten daher einen
wichtigen Beitrag für die Bereitstellung der Grundlast.
•
Wasserenergie lässt sich speichern.
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Quellen: Voith Siemens Hydro
Power (www.voithsiemens.com) /
Wikipedia, Peltonturbine / Wikipedia
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Wasserkraft
Wasserkraftnutzung in Deutschland
Quelle: © U. Dreiucker / www.pixelio.de
Der Möhnestausee zwischen
Soest und Arnsberg
Historisches Wasserrad
Quelle: © U. Dreiucker / www.pixelio.de
Wasserturbine
Quelle: © F. Gopp / www.pixelio.de
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Wasserkraft
Kraftwerkstypen, Turbinen und Wasserräder
Quelle: Seaflow Strömunsturbine, ISES; Marine Current Turbines: MCT; Hohenwartetalsperre: © Marco Bernebeck,
www.pixelio.de; Wassermühle Scharzachtal: © Yarik, www.aboutpixel.de; Wasserkraftwerk Ypps-Persenburg: © Adolf Riess,
www.pixelio.de; Wasserturbinenrad: © Paul Meister, www.pixelio.de
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Bioenergie
Quelle: Agentur für
erneuerbare Energien
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Bioenergie
Biomasse
Quelle: Zuckerrüben: © L.M., www.pixelio.de; Kuh: © H. Lang, www.pixelio.de; Weizen: © cajul, www.pixelio.de; Ölpalme: Marc
Andeson, www.pBase.com; Mais: © qay, www.pixelio.de; Holz: BMU; Misthaufen: © typecosmic, www.pixelio.de; Raps: BMU
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Bioenergie
Kontinuierlich verfügbar
Quelle: Agentur für erneuerbare Energien
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Bioenergie
Biomasse muss nachhaltig sein!
Quelle: Agentur für
erneuerbare Energien
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Bioenergie
Heizen mit Holzpellets
Quelle: Agentur für
Erneuerbare Energien,
www.unendlich-vielenergie.de
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Geothermie
Tiefengeothermie
Oberflächennahe Geothermie
Quellen: Quaschnigg, bearbeitet Michael Scharp / IZT; Bundesverband WärmePumpe e.V., www.waermepumpe-bwp.de,
Temperaturprofil nach BINE basisEnergie 8, www.bine.info (bearbeitet: Michael Scharp, IZT und Uwe Hartmann, DGS)
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Geothermie
Heizen mit oberflächennaher Geothermie
Quelle: Agentur für
Erneuerbare Energien,
www.unendlich-vielenergie.de
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Perspektiven und Grenzen
Die „neuen“ Energien
Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien
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Perspektiven und Grenzen
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
• Jede erzeugte Kilowattstunde EE-Strom wird über 20 Jahre fest
vergütet.
• Die Höhe des Vergütungssatzes variiert je nach Art der erneuerbaren
Energie, Anlagengröße, Technik und teilweise nach Standort.
• Die Höhe der Vergütung sinkt jährlich für neu installierte Anlagen
(Degression).
• Die Betreiber der Stromnetze müssen den produzierten Strom in ihr Netz
aufnehmen und weiter verteilen (Vorrangregelung). Die Kosten werden
über die Stromrechnung auf alle Verbraucher umgelegt.
PV Vergütung auf Gebäuden
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Erneuerbare-Energien-Gesetz
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Perspektiven und Grenzen
EEG-Umlage
Quelle: Agentur für
Erneuerbare
Energien.
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Perspektiven und Grenzen
Sinnvolle Energienutzung
Neue Gebäude mit hoher Energieeffizienz
• Plusenergiehaus
Quelle: Architekt Rolf Disch / Freiburg
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Perspektiven und Grenzen
Kombikraftwerk – 100 % EE
Kombikraftwerk
• Zu jeder Zeit und bei jedem
Wetter eine verlässliche
Stromversorgung allein mit
erneuerbaren Energien!
Filmtipp: Das Kombikraftwerk
Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien
Film: www.unendlich-viel-energie.de/fileadmin/content/
video_out/08.04.10.26-kombikraftwerk.flv
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Perspektiven und Grenzen
Nachhaltige Energieversorgung
Quelle: Bundesverband Windenergie
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Gruppenaufgabe
Nachhaltiges Wohnen
Wie würden Sie Ihr Haus energetisch ausstatten?
Quelle: ClipArt
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Gruppenaufgabe
Nachhaltiges Wohnen
Gruppenaufgabe
• Planen Sie die Energieversorgung für
Ihr eigenes Haus.
• Zeichnen Sie die Energietechnologien
bzw. Energiequellen ein, die sie in
Ihrem Haus der Zukunft haben
möchten.
• Geeignet hierfür ist z.B. die
Mindmap-Methode.
• Zeitrahmen: 20 Minuten
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Quelle: ClipArt
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Diskussion und Feedback
• Auswertung der Veranstaltung
• Anmeldung für den
„Newsletter Bildung“ vom BMU:
http://www.bmu.de/newsletter/content/36658.php
Besten Dank!
Quelle: ClipArt
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Quellenhinweise
Literaturverzeichnis
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Agentur für Erneuerbare Energien (2008): nachhaltige Bioenergie, online: http://www.unendlich-vielenergie.de/de/bioenergie/detailansicht/article/9/nachhaltige-bioenergie-deutschland-ist-vorreiter-bei-der-zertifizierung.html
[Zugriff 11.11.09].
Agentur für erneuerbare Energien (2008): Wie funktioniert eine Holzpelletsheizung?, online: http://www.unendlich-vielenergie.de/de/bioenergie/detailansicht/article/156/wie-funktioniert-eine-holzpelletheizung.html [Zugriff 11.11.09].
Agentur für Erneuerbare Energien (2008): Erdwärme – Geothermie, online: Agentur für erneuerbare Energien (2008):
nachhaltige Bioenergie, online: http://www.unendlich-viel-energie.de/de/erdwaerme.html [Zugriff 11.11.09].
BMU (2009a): „Erneuerbare Energien in Zahlen, Nationale und internationale Entwicklung“, Bundesministerium für Umwelt,
Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), online: http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/2720/4590/ [Zugriff 17.11.09].
BMU (2009): „Erneuerbare Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2009, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und
Reaktorsicherheit (BMU), online: http://www.bmu.de/erneuerbare_energien/erneuerbare-energien-gesetz/doc/40508.php
[Zugriff 22.11.09].
Desertec Foundation 2009: Konzept Zusammenfassung, online: http://www.desertec.org/de/konzept/zusammenfassung/ [Zugriff
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Daimler (2008): Daimler. Geschäftsbericht: Innovationen für nachhaltige Mobilität. Geschäftsbericht 2008: online:
www.daimler.com/Projects/c2c/channel/documents/1677322_DAI_2008_Geschaeftsbericht.pdf [Zugriff 09.02.10].
Köller, Jürgen (2006): Mathematische Basteleien, online: http://www.mathematische-basteleien.de/index.htm [Zugriff 11.11.09].
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Quellenhinweise
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Vorholz Fritz (DIE ZEIT, 15.10.2009) Nr. 43 - 15.: KLIMA - Reich und sauber. Was Deutschland tun muss, um Wohlstand und
Klimaschutz miteinander zu kombinieren, online: http://www.zeit.de/2009/43/D-CO2-frei [Zugriff 17.11.09].
Wikipedia 09: Gezeitenkraftwerk, online: http://de.wikipedia.org/wiki/Gezeitenkraftwerk [Zugriff 17.11.09].
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Quellenhinweise
Bildverzeichnis
Agentur für Erneuerbare Energien: www.unendlich-viel-energie.de/de/service/mediathek/grafiken.html.
Animation – Solarthermie: Agentur für Erneuerbare Energien, www.unendlich-vielenergie.de/de/waerme/detailansicht/article/117/animation-solarthermie.html.
Baulinks.de: http://www.baulinks.de/webplugin/2007/i/0825-mineralwolle.jpg.
BMU: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, www.bmu.de/bilderdatenbank/content/41229.php.
BMU-Publikation „Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung“, Stand Juni 2009:
www.erneuerbare-energien.de/inhalt/42038/2720/.
Desertec: http://www.desertec.org/de/aktuelles/.
Deutsche Energieagentur (DENA): http://www.zukunft-haus.info/de/service/presse/pressemitteilungen-diese-seite-nichteinblenden/energieverbrauch-der-heizung-oftmals-unterschaetzt.html.
Dreyer, Florian: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gezeitenkraftwerk.png.
Greenpeace Film: Grow Up – Cool Down, www.greenpeace.de/fileadmin/gpd/applications/gpd_tv/.
Köller, Jürgen (2006): www.mathematische-basteleien.de/wuerfel.htm.
Mierlo, Frank van: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Available_Energy-4.png.
Le Monde Diplomatique (2007): www.naturefund.de/uploads/tx_templavoila/Klimawandel_1_750.jpg.
Peltonturbine: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Peltonturbine-1.jpg.
Powerado / powerado plus: www.powerado.de (Spiel), www.izt.de/powerado (Dokumente), www.ufu.de/powerado
(Bildungsmaterialien).
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