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100 % regenerative Energie- ein Konzept für eine ländliche Kommune

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Präsentation zum Thema: "100 % regenerative Energie- ein Konzept für eine ländliche Kommune"—  Präsentation transkript:

1 100 % regenerative Energie- ein Konzept für eine ländliche Kommune
Prof. Dr.Konrad Scheffer Sitzung des Rates der Stadt Waldbröl am

2 Ausgaben für Energie in eine 10.000-Einwohner-Kommune
Strom X EON RWE Wattenfall Ruhrgas Gazprom AggerEnergie ESSO Shell BP Dorf € 4,5 Mio € 7,5 Mio X o o o o € 8 Mio X o o o o Summe: ca. 20 Mio. €

3 Ausgaben für Energie in einem 1000-Einwohner-Dorf
Strom X EON RWE Wattenfall Ruhrgas Gazprom ESSO Shell BP Dorf € 4,5 Mio € 7,5 Mio X o o o o € 8 Mio X o o o o Summe: ca. 20 Mio. €

4 Bioenergiedorf Jühnde

5 Technisches Konzept Jühnde
öffentliches Netz Strom Dorf Block-Heiz- Kraftwerk Strom Biogas- anlage Silage Heizanlage Holzhack- schnitzel Nahwärme- leitung

6 Von Bioenergiedorf zur autonomen Solarenergiekommune
Energiequellen: - Biomasse - Wind - Solarthermie - Photovoltaik - (Geothermie)

7 Verfügbarkeit von Biomasse ist Voraussetzung für Energieautonomie,
allerdings müssen folgende Bedingungen erfüllt sein: - höchste Flächen- und Konversionseffizienz - Nutzbarkeit aller Pflanzenarten und Pflanzenabfälle (durch ein neues Nutzungskonzept) - Speicherfähigkeit (Brennstoff und Biogas)

8 Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag
bei herkömmlichen Anbau- und Konversionsverfahren (Liter Öläquivalent pro ha) 10.000 Biogas aus Mais Kraftstoff Strom Wärme 7.500 Raps Getreide 5.000 Energiebilanz Klimabilanz 2.500 RME Ethanol

9 Anbau und Nutzung einer unbegrenzten Vielfalt von Energiepflanzen
A lot of different crops are suitable as energy crops. Aim is to create concepts adapted on soil quality and climate conditions (written a book which deals with cultivation concepts for different climates)

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13 Das neue Nutzungskonzept für Biomasse

14 Vielfalt der Pflanzenarten
Stroh und Grünschnitt Silage mechanische Entwässerung Presssaft Pressgut Trocknung BHKW Dünger Wärme Strom Fermentation Biogas CH4 Pellets Brennstoff

15 Brennstoff als Häckselgut, für Nahwärme- versorgung oder Pellets für Einzelheizungen

16 Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag
bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren (Liter Öläquivalent pro ha) Biogas aus Mais 10.000 Strom Wärme 7.500 5.000 2.500

17 Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag
bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren (Liter Öläquivalent pro ha) Biogas aus Mais neues Verfahren 10.000 Strom Wärme 7.500 5.000 2.500

18 Vorteile des neuen Nutzungskonzeptes für Biomasse
Optimierung der Energieausbeute aus Biomasse vereinfachte Biogastechnik vollständige Wärmenutzung Nutzung einer beliebigen Pflanzenvielfalt Brennstoff mit sehr niedrigen Mineralstoffgehalten (z.B. Chlorid, Stickstoff, Phosphor, Kalium) Ortsunabhängigkeit

19 Von Bioenergiedorf zur autonomen Solarenergiekommune
Energiequellen: - Biomasse - Wind - Solarthermie - Photovoltaik - (Geothermie)

20 Neues Technisches Konzept
Biogas- speicherung 2 BHK Grundlast/Spitzenlast Photovoltaik Biogas Solarkollektoren für Warmwasser im Sommer Presssaft Biomasse (Silage) Wärme zum Trocknen Pressgut P P P Brennstoffspeicherung Neues Technisches Konzept

21 Die autonome Solarenergiekommune
Einwohnerzahl: Energiebedarf pro Jahr: Strom: MWh Wärme: MWh = 10 Mio. Liter Heizöl Treibstoff: MWh = 6 Mio. Liter Benzin oder Diesel oder MWh Strom

22 Verfügbarkeit an Biomasse
Landwirtschaftliche Nutzfläche: davon für Energieversorgung: 4000 ha Ackerland davon ha x 18 t/ha = t TM 2000 ha Grünland davon ha x 8 t/ha = t TM 500 ha Naturschutzflächen, Wegränder und Grünschnitt ha x 4 t/ha = t TM Waldfläche 2500 ha davon Schwachholz x 2 t/ha = t TM

23 Wärmebereitstellung Jahresbedarf: 100.000 MWh
entspr. 10 Mio. Liter Heizöl Bereitstellung: t Pellets MWh 5.000 t Holzhackschnitzel MWh Solarthermie MWh Summe: MWh d.h. ca. 20 % Überschuss

24 Stromversorgung Jahresbedarf 25.000 MWh Bereitstellung:
Bereitstellung: Biogasanlage Stromproduktion: MWh Windkraft, ca. 8 MW Photovoltaikanlagen, ca kW Summe: MWh Überschuss: MWh

25 Tagesgang des Stromverbrauchs
kW pro h 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr

26 Überschuss an Windstrom: 7000 kWh/Tag Überschuss an PV-Strom: 1500 kWh
Überschuss an Biogas: m3 / Tag entspr. : kWh Strom 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr kW pro h der Durchschnittstag täglich produzierbare Menge an Biogasstrom Biogas - Strom Biogas- Strom PV - Strom mittlere Menge an Wind - Strom

27 Stromversorgung bei Windstille und/oder dichter Bewölkung ??

28 dichte Bewölkung Windstille und kW pro h 6000 5000 4000 Strom aus 3000
1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr kW pro h Strom aus gespeichertem Biogas (2. BHKW, Spitzenlast) Strom aus Biogasproduktion (1. BHKW, Grundlast)

29 Bedeutung der Speicherung von Biogas
An einem „Normaltag“ beträgt der Überschuss an Biogas m3. Diese Gasmenge wird gespeichert. Sie entspricht einer Strommenge von kWh Im Falle völliger Windstille und ausbleibender Sonneneinstrahlung erfolgt die Stromproduktion ausschließlich über Biogas, d.h.: Gesamtbedarf an Strom kWh Strom aus täglichem Normalbetrieb der Biogasanlage kWh zusätzlicher Bedarf: kWh Fazit: Die aus einem „Normaltag“ resultierende Speicherung einer Biogasmenge von m3 (= kWh Strom) garantiert eine Versorgungssicherheit von 3,9 Tagen bei Ausbleiben von Wind und Sonne. Bei noch länger andauernder Windstille und starker Bewölkung wird das 2. BHKW (Zündstrahlmotor) mit Pflanzenöl betrieben (täglicher Bedarf Liter).

30 Zusatzinvestitionen für autonome regionale Stromversorgung: BHKW, kWel. mit Zündstrahlmotor Gasspeicher für ca m3 Biogas

31 Stromversorgung ohne Wind, aber mit viel Sonne
1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Speicherung und Nutzung von überschüssigem Biogas kW pro h Biogas - Strom aus 1. BHKW Biogas-Strom aus 2. BHKW PV - Strom

32 Stromproduktion bei guten Windverhältnissen, aber dichter Bewölkung
100 200 300 400 500 600 0 Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr kW pro h Wind - Strom

33 Das hat keine Zukunft !! Kraftstoffproduktion 5.000 Kfz
x km/Jahr x 8 Liter/100 km = 6 Mio. Liter Nettoertrag (Liter/ha) 10.000 7.500 Raps Getreide Die Produktion von 6 Mio Liter Kraftstoff erfordert eine Ackerfläche von mindestens ha. Die Bauern der Solarenergie- Kommune könnten nur noch 3.000 ha zur Verfügung stellen und müssten außerdem auf die Erzeugung von Lebensmitteln verzichten. Das hat keine Zukunft !! 5.000 2.500 RME Ethanol

34 vom Hybridantrieb zum Elektroantrieb
Die neue Mobilität vom Hybridantrieb zum Elektroantrieb Hybridantrieb: Kraftbedarf bei Umstellung auf Hybridantrieb mit 25% Benzin und 75% Strom: 1,5 Mio. Liter Benzin + MWh Strom Elektroantrieb: Bedarf: MWh Strom Aus dem Stromüberschuss von MWh kann der Energiebedarf der PKW bei Elektroantrieb voll gedeckt werden. Der Biodieselbedarf für Traktoren und LKW wird kompensiert durch den Verkauf von ca MWh Strom

35 Fazit: Durch Biomasse als speicherfähige Solarenergie
und nach Umstellung auf Elektrofahrzeuge kann eine Region mit Erneuerbaren Energiequellen energetisch absolut autark werden - ohne Kostensteigerung für den Gesamtenergieverbrauch ! Eine Einwohner-Kommune betreibt durch Energieautarkie eine Wertschöpfung von ca. 20 Mio. €, d.h. nach Abzug der Betriebs- und Materialkosten könnten Investitionen von mindestens 100 Mio. € finanziert werden. An Investitionen sind erforderlich: Übernahme des Stromnetzes Windkraftanlagen (ca. 8 MW) PV – Anlage Bioenergieanlage Umstellung auf Elektrofahrzeuge mit zusätzlichen Batterien

36 Ausblick: Nach dem hier vorgestellten Konzept könnte ca. 50% des deutschen Energiebedarfs gedeckt werden. Eine weitere Steigerung dieses Anteils ist durch folgende Optimierungsschritte möglich: Reduzierung des Energieverbrauchs Reduzierung des Biomasseanteils durch Abflachung der Stromverbrauchsspitzen (Land- und forstwirtschaftliche Nutzfläche ist die begrenzende Ressource !!) Regionalverbund Nutzung weiterer Ressourcen: Erdwärme (Geothermie) Stroh, Müll, Klärschlamm Biotonne, Lebensmittelreste Altholz u.a.


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