Transcript Erneuerbare Energien

Übersicht
 Was bedeutet regenerative Energie?
 Welche regenerativen Energiequellen gibt es?
 Sonnenenergie
 Windenergie
 Wasserkraft
 Bioenergie
 Geothermie
 Situation in Deutschland / der EU
 Ausblick
Was bedeutet regenerative Energie?
 Eine Form der Energiegewinnung wird als regenerativ
(erneuerbar) bezeichnet, wenn sie aus nachhaltigen und
kontinuierlich verfügbaren Quellen erzeugt wird
 die Vorräte sind kostenlos, unbegrenzt und stehen ewig
zur Verfügung
 alle regenerativen Energien sind CO2- und damit
klimaneutral
 Regenerative Energien hängen direkt (Photovoltaik) oder
indirekt (Wind, Wasser, Biomasse) von der Sonne ab
Welche regenerativen
Energiequellen gibt es?
 die Sonnenstrahlen (durch Kernfusion in der Sonne
entstanden)
 die im Erdinnern vorhandene Wärme
 die Effekte der Erdrotation  Gezeiten
Diese Energiequellen können vom Menschen genutzt werden als
1.
2.
3.
4.
5.
Sonnenlicht und –wärme
Windenergie
Wasserkraft
Erdwärme
Biomasse
Die Sonne
• 15 Millionen ° Celsius
• schickt jedes Jahr 1.080 Trillionen Wattstunden Energie auf die
Erde (1.080.000.000.000.000.000.000 Wh)
• entspricht dem 60.000-fachen des Gesamtweltstrombedarfs
• alle 30 Minuten der Gesamtweltstrombedarf eines Jahres
Solarenergie
Die Sonnenenergie lässt sich auf verschiedene Arten nutzen:
 Sonnenkollektoren, erzeugen Wärme und Hitze
 Solarzellen, erzeugen elektrischen Gleichstrom
 Wind- und Wasserkraftwerke, erzeugen elektrischen
Strom
Intensität der Sonneneinstrahlung liegt bei 1,367 kW/m²
(Solarkonstante)
Nachteile der Sonnenenergienutzung
 Sonneneinstrahlung ist Wetter-, Tages- und




Jahreszeitabhängig, ohne Speichertechnologien ist keine
konstante Energieversorgung möglich
Auf Verbrauchsschwankungen kann nicht reagiert werden
Energieerzeugung nicht völlig emissionsfrei (Herstellung
benötigt Wasser, Chemikalien und Energie)
teuer, energetische Amortisation nach 2-3 Jahren erreicht
Kraftwerke die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden,
können sich durch den ständigen Verbrauch von Brennstoffen
niemals energetisch amortisieren
Photovoltaik
Technik, die Sonnenstrahlung
unmittelbar in elektrische
Energie umwandelt
Photovoltaikzellen
• Bestehen aus einer Platte mit zwei hauchdünnen
(0,001 mm) Schichten
• Eine Schicht besteht aus Silizium, die andere aus
Silizium und Bor
• Durch das einfallende Sonnenlicht treffen Photonen
auf die äußere Schicht
• Sie treiben die Elektronen der äusseren in die andere
Schicht und so entsteht eine Spannung (Gleichstrom)
Photovoltaik
Sonnenkollektoren
 Dunkle Rohre mit Flüssigkeit
 Sind an Wasserspeicher





angeschlossen, zirkuliert
spezielle schwarze Beschichtungen
gegen Reflektionsverluste
Hoher Wirkungsgrad (zwischen 60
und 75 Prozent)
Wird meist auf Hausdächern zum
Erwärmen von Wasser benutzt
50% der Heizwärme durch die Sonne
Eine Anlage kostet ca. 5000€
ParabolrinnenKraftwerke
Parabolrinnenkraftwerke
 Höhere Wirkungsgrade und
niedrigere Baukosten als
Photovoltaikanlagen
 Nur in sehr sonnenreichen
Regionen wirtschaftlich
einsetzbar
 Weniger als 2 Jahre energetische
Amortisationszeit
 Der so gewonnene Strom ist nur
halb so teuer wie Solarstrom aus
Photovoltaikmodulen
Fresnellkollektoren
 Statt großer parabelförmiger Spiegel viele kleine schwach gewölbte Spiegel,
ermöglicht kostengünstigere Herstellung
 durch geringere Lichtkonzentration aber auch geringere Effizienz
 zusätzliche Sekundärreflektoren sollen das ausgleichen
Turmkraftwerke
 hoher Turm im Zentrum der
Anlage
 an seiner Spitze ist ein
Receiver, der das von den
Spiegeln reflektierte
Sonnenlicht aufnimmt
 ein Wärmeträger wie Dampf,
Flüssigsalz oder Luft wird
erhitzt
 jeder einzelne Spiegel wird
durch eine zweiachsige
Steuerung stets exakt der
Sonne nachgeführt
„Solar One“ in Barstow,
Kalifornien
• 1981 erbaut
• 1812 Heliostaten je 40 m²
• insgesamt 72,650 m² Spiegel
• 10 Megawatt Leistung
Solaröfen
 Der Hohlspiegel funktioniert im




Prinzip wie ein Brennglas, das
einfallende Licht wird in einem
Brennpunkt gebündelt
Solarofen von Odeillo (Frankreich):
36 Spiegel mit Gesamtfläche 2835 m²
konzentrieren in einen Hohlspiegel
1860 m², dieser konzentriert das Licht
auf 625 cm²
Licht wird um das 20.000 fache
konzentriert
Bis zu 4000° Celcius
Dish/Stirling-Anlagen
 Bestehen aus nur einem
Parabolspiegel und einem separaten
Receiver plus Aggregat zur
Stromerzeugung – meist ein StirlingMotor.
 In diesem Motor wird das ein Gas
abwechselnd erwärmt und abgekühlt,
um einen Generator anzutreiben.
 Relativ leistungsschwache Anlagen,
eignen sich gut für dezentrale
Stromversorgung in abgelegenen
Regionen
50.000 W
10.000 – 25.000 W
 Man heizt unter einer großen Glasfläche Luft
durch die Sonne stark auf und leitet sie in einen
Kamin, wo eine Turbine Strom produziert.
Aufwindkraftwerk in Manzanares
• wegen Ölkrise der 70er vom
Bundesforschungsministerium entwickelt
• Kamin ist 195 Meter hoch, hat
Durchmesser von 10 Metern
• Kollektor hat Durchmesser von 240
Metern
• Aufwind erreichte unter Last 9 m/s, die
Turbine wurde bei 2,5 m/s aktiviert
• erreichte Spitzenleistung von 50 Kilowatt
• lief von 1986 bis 1989 fast ohne
Unterbrechung
• Turm krachte aufgrund der
Sparmaßnahmen (Plastikfolie statt Glas,
Blech statt Stahlbeton) 1989 bei einem
Orkan zusammen
Stromkosten
 Strom aus Kohle / Kernkraft4-5 Cent / kWh
 Strom aus Windkraft
 Strom aus Wasserkraft
6-8 Cent / kWh
8-9 Cent / kWh
 Strom aus solarthermischen
Kraftwerken
 Strom aus Photovoltaik
9-22 Cent / kWh
40-50 Cent / kWh
Windenergie
 Können in allen





Klimazonen, auf See und
allen Landformen (Küste,
Inland, Gebirge) eingesetzt
werden
Windströmung treibt
Rotorblätter an, Rotor gerät
in Bewegung
Rotor gibt Rotationsenergie
an Generator weiter
Generator erzeugt Strom
Wirkungsgrad von 50%
Stromerzeugung schwankt
mit dem Wind
Windrad
 Nehmen ab ca. 19 km/h den Betrieb auf
 Bei 100 km/h brechen sie Betrieb ab
 Nennleistung bei 40-50 km/h erreicht
 Rotor wird zwecks optimaler Ausbeute mit Hilfe
eines Computers in den Wind gedreht
Darrieus-Rotor
 Vertikale Rotationsachse
 Von Windrichtung unabhängig,





keine Windnachführung nötig
turbulenter Bodenwind kann
genutzt werden
Günstiger in Bau und Wartung
40% Wirkungsgrad
Kann nicht von selbst anlaufen
Wird daher mit leicht anlaufenden
Savonis-Rotoren kombiniert
Savonius-Rotor
 Einfacher Aufbau, einfache Montage
 Hohes Drehmoment bei niedriger






Drehzahl
Unabhängig von der Windrichtung,
keine Ausrichtung nötig
Einsatz schon bei extrem niedrigen
Windgeschwindigkeiten (2-3 m/s)
Koppelung mehrerer Rotoren
möglich, sowohl vertikal als auch
horizontal
Sturm- und Böensicher
Sehr leise
Wirkungsgrad ca. 30%
Weltweit installierte Nennleistung
Wasserkraft
 Wandelt die Bewegungsenergie des Wassers in
elektrische Energie um
 Stellt ca. 25% der weltweit erzeugten Energie
 nimmt an Bedeutung noch weiter zu
 in manchen Ländern ist Wasserkraft die wichtigste
Quelle für elektrischen Strom:
 Norwegen 99%
 Zaire
97%
 Brasilien
96%
 Deutschland
4%
Laufwasserkraftwerk
 Wandeln die Kraft des





fließenden Wassers von
Flüssen in Energie um
Wehranlagen stauen den
Fluss um mehrere Meter auf
Das gestaute Wasser fließt
durch Turbinen und treibt
diese an
Sehr hoher Wirkungsgrad
von 95%
Sehr zeit- und kostenintensiv
Es wird viel Natur zerstört
Der Drei-Schluchten-Damm
Wasserkraft
Bauzeit
Länge
Höhe
1993-1996
2310 m
185 m
Wasserkraft
39,3 Mrd. m³
Staukapazität
Nennleistung
18.200 MW
26 Turbinen
13 überflutete Städte
657 überflutete Fabriken
23.793 Hektar überflutetes Land
1,3-2 Millionen umgesiedelte Personen
8.789 Millionen m³ Erde und Felsen abgetrag
28 Millionen m³ Beton verbaut
Spart jedes Jahr 168 Millionen Tonnen Kohle
Wasserkraft
Wellenkraftwerk
Wellenkraftwerk
Energie durch Gezeiten
 Niedrigster Anteil an
alternativen Energien
 Große Potentiale
 Funktionsweise wie
Wasserkraftwerke
 Nutzt Ebbe und Flut,
permanent vorhanden
und berechenbar
 Prinzip wie
Laufwasserkraftwerk
Bioenergie
 Energetische Nutzung der Biomasse
 Ökologische und günstige Energiequelle
 Energie der Sonne wird von den Pflanzen durch
Photosynthese in Form von organischem,
energiereichem Material gespeichert
 Wichtigste Bioenergiequellen: Holz, Stroh, Mais,
Getreide, Zuckerrüben, Raps, Biogas, Pflanzenöle,
Bioabfälle, Exkremente, Algen
 Nachteil: Hoher Zeit und Flächenbedarf (0,1-0,3% der
Sonnenenergie netto nutzbar wegen Zusatzaufwand:
Gärung/Biogasreaktor)
Deponiegasanlagen
 Bei Lagerung von Müll auf
Deponien bilden sich unter
Luftabschluß durch Gärung
und Verrottung Gase mit
hoher Methankonzentration
 Gase werden abgesaugt und
verbrannt
 verstärken Treibhauseffekt,
daher teuer, trotzdem
sinnvoll
Geothermie
 Bereitgestellt durch Isotopenzerfall







(Kernspaltung) im Erdinnern und
durch die Restwärmestrahlung der
Erde
In genügender Tiefe steigen
Temperaturen auf 300° C und mehr
An Plattengrenzen besonders intensiv
verfügbar (Inselbögen, Gebirge)
Unerschöpflich
Unterliegt keinen Schwankungen
Man zapft Heißwasserquellen an
Steht noch relativ am Anfang
Wird viel genutzt in Island,
Neuseeland, Japan, Russland und
Italien
Vorteile der Geothermie
 sehr zuverlässig und sicher
 ganzjährig nutzbar
 Wartungsfrei
 Langlebig
 hohes Temperaturniveau
 geringer Platzbedarf
 frei von Umwelteinflüssen
Speicherung der Sonnenenergie
 Aufgrund der täglichen und jahreszeitlichen Schwankungen der
Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche ist es wichtig, dass überschüssige
Sonnenenergie in Zeiten niedrigen Verbrauchs gespeichert werden kann, um
den Bedarf in Jahres- oder Tageszeiten abzudecken, wenn die zur Verfügung
stehende Sonnenenergie den Verbrauch nicht decken kann.
 Wasser- und Bodenspeichersysteme
 Akkumulatoren
 Wasserstoff
 Druckluft
 das allgemeine Stromnetz: Einspeisung, bei geringer Sonneneinstrahlung den
Fehlbedarf aus dem Netz decken -> evtl. unwirtschaftlich
 Lithium-Polymer-Akku
 Wasserstoff
0,55 MJ / kg
1,19 MJ / kg
 Benzin
43 MJ / kg
Quellen des Energieverbrauchs in Deutschland 2007
Einfluss auf die Wirtschaft
Ausblick
 700 Millionen $ teures und 1000 Meter hohes 200
Megawatt-Aufwindkraftwerk in Australien geplant
 Besserer Wirkungsgrad der Photovoltaikzellen dank
technischem Fortschritt
 Sinkende Preise dank hoher Stückzahlen und
Massenproduktion
Quellen
 erneuerbare-energien.de
 umweltdatenbank.de
 de.wikipedia.org
 wissenschaft.de
 bmu.de