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Soll und Haben: Gibt es in Deutschland (u. Österreich) genügend Erneuerbare Energie ? Amand Faessler Tübingen.

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Präsentation zum Thema: "Soll und Haben: Gibt es in Deutschland (u. Österreich) genügend Erneuerbare Energie ? Amand Faessler Tübingen."—  Präsentation transkript:

1 Soll und Haben: Gibt es in Deutschland (u. Österreich) genügend Erneuerbare Energie ? Amand Faessler Tübingen

2 Warum wird heute die Energiepolitik so intensiv diskutiert? Fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl und Gas sind endliche Rohstoffe. Wie lang reichen sie noch? Selbst wenn wir genügend Kohle, Öl und Gas weltweit haben, wollen wir Energiesicherheit. Wir wollen uns nicht von den arabischen Ölländern oder von den Putins erpressen lassen. Fossile Brennstoffe erzeugen Kohlendioxyd (CO 2 ). Mit hoher Wahrscheinlichkeit beeinflusst (erwärmt) das Gewächshausgas CO 2 das Klima. Amand Faessler. Tübingen2

3 CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre in Millionstel von 1000 nach Ch. bis heute. Amand Faessler. Tübingen3 Von 1769 (Wattsche Schieber) bis 2006 ist der Kohleverbrauch um das 800fache gestiegen.

4 CO2-Umsatz weltweit Biosphäre (Pflanzen u. Lebewesen) Tonnen (440 Gigatonnen) in Atmosphäre und zurück. Ozeane Tonnen (330 Gigatonnen) in Atmosphäre und zurück. Menschen (andropogene Erzeugung von CO 2 ): 26 Gigatonnen (+ NH 4 und N 2 O 34 Gigatonnen Gewächshausgas) in Atmosphäre. Amand Faessler. Tübingen4

5 Wer erzeugt wie viel Tonnen CO 2 pro Kopf pro Jahr? Amand Faessler. Tübingen5

6 Die größten Sünder weltweit im September 2008 CO 2 -Emission pro Kopf und Jahr in Tonnen Schweiz 6,06,2 Frankreich D 10,2 t

7 Erneuerbare Energie: Soll (heute) und Haben (maximal) Verbrauch und mögliche Erzeugung: kWh/[Person x Tag]= kWh/pd Wir kümmern uns nicht um die Kosten. Amand Faessler. Tübingen7

8 SOLL: Autos (Fahren) Flugzeuge (Fliegen) Heizung Licht Kleinigkeiten (TV, ….) Essen und Landwirtschaft Gekauft und weggeworfen Industrie u. Gewerbe Amand Faessler. Tübingen8 Haben: Wind Sonne Wasserkraft Erdwärme Wellen, Ebbe und Flut in D: < 0.1 kWh/Person x Tag

9 Energie ist nicht gleich Energie Hochwertige Energie: Elektrizität [kWh] Chemisch 30% (z.B. Baterie oder Aluminium) Hochwert. Energie: Chemisch (Öl;Baterie) 2,5 kWh Öl 1 kWh Elektrizität 40% Geringwertigen Energie: Wärme Elektizität; Wirkungsgrad 30% Amand Faessler. Tübingen9

10 Welche Erneuerbare Energien stehen wo zur Verfügung? Amand Faessler. Tübingen10

11 Buchhaltung: Soll für Auto Liter /100 km; km/Jahr; 50 km/Tag; 1Liter Benzin = 10 kWh Energie; 1 Liter Diesel/Öl = 11 kWh Energie; Auto: Energie pro Tag = 40 kWh/d pro typischen Fahrer Amand Faessler. Tübingen11

12 Buchhaltung: HABEN vom Wind Amand Faessler. Tübingen12 In D im Mittel Windgeschwindigkeit: v ~ 5 m/sec; Leistung ~ v 3 Gemessen bei Windfarmen: 1,2 Watt/ qm

13 Maximale erzeugbare Energie durch Wind in D pro Person Mittlere Fläche pro Person in D: qm/p 4300 qm x 1,2 Watt 125 kWh/pd 10% maximal abdecken: Maximale Windleistung = 12,5 kWh/pd 10% windigsten: 15 kWh/pd (5 kWh/pd) D: 82 Millionen Einw.: 1200 Millionen kWh/d Installierte Windleistung: 550 Millionen kWh/d Amand Faessler. Tübingen13

14 Installierte Windleistung in D: 562 Millionen kWh/d etwa 1/20 des Energievergrauchs in D Amand Faessler. Tübingen14

15 Amand Faessler. Tübingen15 Verteilung der Windkraft- anlagen in Deutschland.

16 Unsere Buchführung: Soll: 40 kWh/pd (Auto) Haben D: 15 kWh/pd (Haben A: 5 kWh/pd) (maximal Wind) Amand Faessler. Tübingen16

17 Soll: Fliegen km/p Jahr Boing mit 416 Sitzplätzen (Jumbo-Jet) Liter Kerosin auf km Amand Faessler. Tübingen17 Boing Airbus

18 Ein Flug San Francisco oder nach Kapstadt hin und zurück voll: 817 Liter/p 8170 kWh/p Bei 80% Auslastung Energiesoll pro Tag pro Person: Soll Fliegen: 28 kWh/pd Amand Faessler. Tübingen18

19 Wie vergleicht Auto mit Fliegen? Energie in kWh pro Person pro 100 km Auto (4 Personen) 20 kWh/100 pkm Auto (1 Person) 80 kWh/100 pkm Ryanair (B , voll) 37 kWh/100 pkm Bombardier Q400 voll 38 kWh/100 pkm Jumbo-Jet 747 voll 42 kWh/100 pkm Jumbo-Jet % voll 53 kWh/100 pkm 1 kWh Benzin CO 2 : 0,26 kg CO 2 2xFrankfurt-Kapstadt: 2,7 Tonnen CO 2 /p (1/3) Amand Faessler. Tübingen19

20 Soll und Haben: Soll: Auto 40 + Fliegen 28 = 48 kWh/pd Haben: Wind an Land: 15 kWh/pd (50% mehr Wind als in A: 5 kWh/pd) Amand Faessler. Tübingen20

21 Haben: Sonnenenergie Gemittelt über Tag und Nacht und über Sommer und Winter in D (Hamburg): 100 Watt/qm horizontale Fläche 110 Watt/qm nach Süden geneigte Fläche 1)Solar-Heizung (Thermische Ernergie; 50%) 2)Solar-Strom (Photozellen; < 20%) 3)Biomasse (Holz, Mais, Soya, Bohnen, Raps,…) 4)Essen (Biomasse ernährt Menschen oder Tiere) Amand Faessler. Tübingen21

22 Amand Faessler. Tübingen22 Thermische Stromerzeugung Spiegel von Parabolrinnen. In der Brennebene eine Leitung mit Flüssigkeit, die aufgeheizt wird.

23 Concentrating Solar Power (CSP) +Stirling-Motor Amand Faessler. Tübingen23 Stirling-Motor

24 Solarturm: Concentrating Solar Power (CSP) Amand Faessler. Tübingen24 Solarturm in Portugal

25 In Deutschland u. Österreich: Solare Heizung auf dem Dach Jede Person10 qm Süddach 110 Watt/qm 50 % Wirkungsgrad Wärme: 50% x 10 qm x 110 Watt/qm 13 kWh/pd Amand Faessler. Tübingen25 Speicherung; Wärme = mindere Energie

26 Direkte Stromerzeugung durch Photovotaische (PV) Zellen Amorphe kristalline Zellen: Wirkungsgrad = Sonnenenergie Elektrizität = 10 % Etwa 20% teurere kristalline Zellen; Wirkungsgrad bis 20% (Shokley-Queisser limit 31 %) 20% x 10 qm/p x 110 Watt/qm = 220 Watt/p 220 Watt x d/pd = 220 Watth x 24/pd = 5 kWh/pd Amand Faessler. Tübingen26 Es geht nur eines der beiden: Wärme oder Elektrizität

27 Haben: Solare Energie (Verzweiflungstat; Solarfarm) 4300 qm /p in D ( qm/p in A) 100 % Gebäude u. Strassen 12 % 1/3 PV Landwirtschaft 54 % soll bleiben Wald 30% soll bleiben Wasser 2% soll bleiben Erholung (Gärten+Parks) 2% soll bleiben 4 % PV, Wirk. 10% in D und in A (10 Watt/qm): In D: 40 kWh/pd; in A: 80 kWh/pd

28 Solarpark in Bayern/Mühlhausen 5Watt/qm (Sun Power) Amand Faessler. Tübingen28

29 Soll und Haben: Soll: Auto 40 + Fliegen 28 = 48 kWh/pd Haben: Wind an Land 15 (5) + Solarwärme 13 + Solarfarm 40 (80) = 68 (98) [kWh/pd] Amand Faessler. Tübingen29

30 Biomasse 1)Kultiviere Pflanzen und verbrenne sie (Kohle-Substitution) 2) Raps, Zuckerrohr, Mais, Soya Biodiesel (Öl-Substitution, Lebensmittel Hunger ???) 3) Verbrenne Bioabfall (Stroh, Hühnermist Bioenergie der zweiten Generation) 4) Füttere Pflanzen direkt an Menschen und Tiere In Europa max 0,5 Watt/qm, in den Tropen bis 1,2 Watt/qm 30

31 Miscanthus ist am erfolgreichsten; wächst sehr schnell 0,5 Watt/qm % der ganzen Fläche. Doch auf diesem Land keine Lebensmittel

32 Energie aus Biomasse 50 % der Fläche mit Biomasse: 4300 qm/p x 0,5 = qm/p qm/p x 0,5 Watt/qm = Watt/p Amand Faessler. Tübingen32 26 kWh/pd (26 kWh/pd)

33 Soll und Haben: Soll: Auto 40 + Fliegen 28 = 48 kWh/pd Haben: Wind an Land 15(5) + Solar 53 (93) + Biomasse 26 = 94 kWh/pd (124) Amand Faessler. Tübingen33

34 Soll: Bad Bad: Temperatur von 10° 50 ° Celsius heizen Badewanne: 110 Liter 1 Liter um 1 Grad benötigt : 1kcal = 4200 Joule 110 Liter x 4200 Joule x 40°~ 18 MJ = 5 kWh Bad: ~5 kWh; Duschen: ~ 1 kWh Amand Faessler. Tübingen34

35 SOLL: Energie für Baden, Kochen und WaschenkWh/pd Duschen 1 Mikrowelle 0,5 Elektr. Herd 1,6 Elektr. Ofen 1,5 Waschmasch. 2 Amand Faessler. Tübingen35 Trockner 2 Geschirrspül. 1,5 Kühlschrank 0,5 Tiefgefrierfach 2,3 Zusammen: 12 kWh/pd

36 Soll: Heizung 1 kW pro Person im Winter (x 0,5) 0,5(Wint.)x1 kW/p x24 h = 12kWh/pd Offener Sitzplatz+Heizdecke+…. = 12 kWh/pd lassen wir weg. SOLL: Bad+Küche 12 + Heizung 12 = 24 kWh/pd Amand Faessler. Tübingen36

37 Soll: Heizung 1000 Liter Öl pro Jahr pro Person 28 kWh/pd SOLL: Bad+Küche 12 + Heizung 28 = 40 kWh/pd Amand Faessler. Tübingen37

38 Haben: Wasserkraft (EnBW) Amand Faessler. Tübingen38 Jetzt: 19 TWh/a = 19 x 10 9 kWh/a Max: 25 TWh/a = 25 x 10 9 kWh/a 73 % ausgeschöpft Wasser: 0,8 kWh/pd

39 Maximum Wasserkraft: Amand Faessler. Tübingen39 Energie = Masse x Erdbeschleunigung x Höhe = m g h [Joule = Newton Meter] Masse= m: 700 Liter/qm 700 kg/qm Erdbeschleunigung = g = 10 Meter/sec 2 Fläche/Einwohner = 4300 qm/p ; Höhe = 150 Meter; Verdunstung u. Reibung: ¼ 700 (kg/qm) x10 (Meter/sec 2 )x150Meter x 4300 Meter/p / kWh/pa 0,86 kWh/pd ~ 1 kWh/pd

40 Energie = m g h ; g = 10 Meter/sec 2 Fäche/Einwohner = qm/p 50 % der Fläche h = 600 Meter 50 % der Fläche h = 150 Meter 50 % der Fläche 1200 Liter/qm 50 % der Fläche 800 Liter /qm 50% Verdunstung + 50 % Reibung: ¼ Wasser-Energie/Person x Tag = 7 kWh/pd Haben: Wasserkraft (A) Amand Faessler. Tübingen40

41 Soll und Haben: Soll: Auto 40 + Fliegen 28 + Bad- Küche 12 + Heizung 28 = 108 kWh/pd Haben: Wind an Land 15 (5) + Sonne 53 (93) + Bio 26 + Wasser. 1(7) = 95 (in A: 131) kWh/pd Amand Faessler. Tübingen41

42 Soll: Licht Daheim + Arbeit (4 Lichtquellen a 100 Watt 5 Stunden/d): 2 kWh/pd Mit Sparlampen: 0,5 kWh/pd Mischung: 1 kWh/pd Amand Faessler. Tübingen42

43 HABEN: Wind auf See; Off-Shore Windkraft Amand Faessler. Tübingen43 Leistung durch Windkraft ~ v 3 = Windgeschwindigkeit 3

44 Windparks im Meer (geplant) 100 bis 120 Meter hoch 63 Meter Flügel Amand Faessler. Tübingen44 Hier: Windpark 8,6 km vor Themsemündung: 2,6 Watt /qm. Wind fluktuiert und Energie muss gespeichert werden. Transport von Nordsee nach Süden. Neue hochvoltige Überlandleitungen.

45 Haben: Windparks im Meer [Nordsee] 2,6 W/qm 8,5 km vor Themse-Mündung Amand Faessler. Tübingen km 2 ; 3 W/qm; Hälfte 30 Millionen kW; 9kWh/pd

46 Haben: Windparks im Meer [Ostsee] Amand Faessler. Tübingen km 2 ; 3 W/qm; Hälfte 15 Millionen kW; 5kWh/pd

47 Zwischenbilanz: Soll und Haben: Soll: Auto 40 + Fliegen 28 + Bad-Küche 12 + Heizung 28 + Licht 1 = 109 kWh/pd Haben: Wind an Land 15 (5) + Solar 53 (93) + Biomasse 26 (26) + Wasserkraft 1 (7) + Meer-Windparks 14 (0) = 109 kWh/pd (A: 131 kWh/pd) Amand Faessler. Tübingen47

48 Soll: Jede Kleinigkeit zählt. BBC : How can we keep Britains lights on? % of UK consumers leave chargers on. Die bösen Objekte: die Handy- Ladegeräte. Das Ladegerät verbraucht 0,01 kWh/pd weniger als eine Sekunde Autofahren/d. Amand Faessler. Tübingen48

49 Plakat der englischen Grünen: Amand Faessler. Tübingen49 Unplug: If every London Household unplugged their mobile-phone charger when not in use, we would save tonnes of CO 2 and 7,75 Million pounds per year. Richtig gerechnet: 7000 Tonnen CO 2 3 Millionen Pfund Pro Kopf pro Jahr: 1 kg CO 2 /pa 38 Pennies /pa

50 Plakat der englischen Grünen: Amand Faessler. Tübingen50 Unplug: If every London Household unplugged their mobile-phone charger when not in use, we would save … pro Kopf pro Jahr: 1 kg CO 2 /pa 38 Pennies /pa

51 Welche Energie fressen die kleinen elektronischen Ungeheuer? [Watt] Computer und Umgebung: on on+inaktiv St-by off Personal Computer Kathoden-Bildschirm Flachbildschirm Beamer Laser-Drucker Wireless Modem 9 Laptop-Computer ,5 Amand Faessler. Tübingen51

52 Weitere Kleinigkeiten an [Watt]: Tragbarer CD-Spieler 2 Radio-Wecker 2 Digitaler Radio 9 Kassettenspieler 3 Stereo-Verstärker 13 Fernseher 100 Video-Recorder 13 Staubsauger 1600 Amand Faessler. Tübingen52 Kleinigkeiten: 5 kWh/pd

53 Zwischenbilanz: Soll und Haben Soll: Auto 40 + Fliegen 28 + Bad-Küche 12 + Heizung 28 + Licht 1 + Kleinigkeiten 5 = 114 kWh/pd Haben: Wind/Land 15 (5) + Sonne 53 (93) + Biomasse 26 (26) + Wasserkraft 1 (7) + Meer-Windparks 14 (0) = 109 kWh/pd (A: 131 kWh/pd) Amand Faessler. Tübingen53

54 Haben: Wellen Amand Faessler. Tübingen km Am Atlantik in den Wellen 40 kW/m Durch England abgeschirmt

55 Pelamis-Wellenenergiekollektor in Potugal 6 kW/m, bei uns viel weniger Amand Faessler. Tübingen55 6kW/m 172 km: 0,3 kWh/pd bei uns viel weniger Wir vergessen die Wellen.

56 Andere Technik: Vawegen/Schottland In Testphase 100 kW von Siemens Amand Faessler. Tübingen56

57 Haben: Ebbe und Flut Nur am Atlantik interessant. Mindestens 5 Meter Tidenhub. Nordsee max 3 Meter Atlantik/Frankreich bis 14 Meter Gezeiten Kraftwerk bei St. Malo Amand Faessler. Tübingen57

58 Soll: Essen, Landwirtschaft, Dünger 2600 Kalorien /pd = 2600 kcal/pd 2600 kcal = 3 kWh (Minimum für 65 kg) Doch die 2600 kcal muessen produziert werden: Düngung, Kuh (Milch, Käse:1,5 kWh/pd), Schwein (Fleisch: 8kWh/pd), Eier (1 kWh/pd), kWh/pd Katze 2, Hund 9, Pferd 17 kWh/(Tier x d) Soll: 15 kWh/pd Amand Faessler. Tübingen58

59 Soll und Haben: Soll: Auto 40 + Fliegen 28 + Bad-Küche 12 + Heizung 28 + Licht 1 Kleinigkeiten Essen = 129 kWh/pd Haben: Wind an Land 15 (5) + Solar 53 (93) + Biomasse 26 + Wasserkraft 1 (7) + Meer- Windparks 14 (0) = 109 kWh/pd (A: 131 kWh/pd) Amand Faessler. Tübingen59

60 Soll: Kaufen und wegwerfen: Zeug Rohmaterial Produktion Nutzung Abfall (Rohmaterial ?) Amand Faessler. Tübingen60

61 Büchsen (Cola, …) Verpackung 400 g/pd Computer Batterien Zeitungen Häusser Autos Transport (Schienen) u. Straßen 12 kWh/pd Soll: 60 kWh/pd und mehr Amand Faessler. Tübingen61

62 Soll und Haben: Soll: Auto 40 + Fliegen 28 + Bad-Küche 12 + Heizung 28 + Licht 1 Kleinigkeiten Essen + 60 Zeug = 189 kWh/pd Haben: Wind an Land 15 (5) + Solar 53 (93) + Biomasse 26 + Wasserkraft 1 (7) + Meer- Windparks 14 (0) = 109 kWh/pd (131) Amand Faessler. Tübingen62

63 Haben: Erdwärme 1) Aus Erdinnern 10 mW/qm 2) Radioaktivität aus Kruste 40 mW/qm Amand Faessler. Tübingen63 Erdoberfläche: Fluß = 50 mW/qm Temp. = 5° 40 km Tiefe: Fluß = 10 mW/qm Temp. = 500° Opt. Fluß u. Temp.: Tiefe 15 km Fluß = 17 mW/qm Temp = 200°

64 Geothermie in Island und in D Gross Schönebeck/Geoforschungszentrum Potsdam Amand Faessler. Tübingen64 Island gewinnt 300 MW (24kWh/pd) für die Einwohner Abbau von Erdwärme in D

65 Temperatur und Tiefe Wasser verdamft nicht, Druck Amand Faessler. Tübingen65

66 Stromgewinnung in Groß Schönebeck (30 km nördl. Berlin) Amand Faessler. Tübingen66 Turbine

67 Geothermie: Optimale Tiefe 15 km (ohne Berücksichtigung der Kosten) Wärmefluß: 17 mW/qm 4300 qm pro Person in D 73 W/p 2 kWh/pd (10 4 qm in A: 4kWh/pd) Amand Faessler. Tübingen67

68 Soll und Haben: Soll: Auto 40 + Fliegen 28 + Bad-Küche 12 + Heizung 28 + Licht 1 Kleinigkeiten Essen + 60 Zeug = 189 kWh/pd Haben: Wind an Land 15 (5) + Solar 53 (93) + Biomasse 26 + Wasserkraft 1(7) + Meer- Wind 14 (0) + Geo 2 (4) = 111 kWh/pd (135) Amand Faessler. Tübingen68

69 SOLL: Öffentlicher Dienst und Verteidigung (Zahlen von Groß-Britannien) Ausbildung an Univ. 1,4 kWh/pd Betriebliche Ausbildung ? 1,6 kWh/pd Schulen+öffentl Dienst? 4 kWh/pd Verteidigung (England) 4 kWh/pd ____________________________________ Total (GB) 11 kWh/pd Amand Faessler. Tübingen69

70 Endstand: Soll und Haben: Soll: Auto 40 + Fliegen 28 + Bad-Küche 12 + Heizung 28 + Licht 1 Kleinigkeiten Essen + 60 Zeug + Öffentl. 11 = 200 kWh/pd Haben: Wind an Land 15 (5) + Solar 53 (93) + Biomasse 26(26) + Wasserkraft 1(7) + Meer-Wind 14(0) + Geo 2(4) = 111 kWh/pd (135 kWh/pd) Amand Faessler. Tübingen 70

71 Endresultat: SOLL und HABEN Amand Faessler. Tübingen kWh/pd 111 kWh/pd 131 kWh/pd

72 Können wir im eignen Land von Erneuerbarer Energie leben? Sehr wahrscheinlich nicht. Wir müssen wie heute Öl oder Gas dann Erneuerbare Energie vielleicht aus der Sahara Concentrating Solar Power(CSP) importieren. Die Politik muss ein gutes Verhältnis zu den südlichen Anrainern ans Mittelmeer aufbauen. Amand Faessler. Tübingen72

73 Solarturm: Concentrating Solar Power (CSP) Amand Faessler. Tübingen73 Solarturm in Portugal

74 Leistungsverluste 6 % pro 100 km bei 110 Tausend Volt 0.5 % pro 100 km bei 800 Tausend Volt Sahara Deutschland ~5000 km bei 800 kV Leitungen 25 % Verlust Amand Faessler. Tübingen74

75 Welche Erneuerbare Energien stehen wo zur Verfügung? Amand Faessler. Tübingen75

76 Concentrating Solar Power in der Sahara Deutschland 350 Millionen Tonnen Öl(eq.)/a D: 4x10 12 kWh/a = 4 Billionen kWh/a Rabat: 217 Watt/qm 1900 kWh/a qm Mit 50% für Wärme und 30% für Elektizität und 25 % Leitungsverlusten Benötigt: km 2 = 140km x 140 km ?? Kühlung, Hochspannungsleitung: 800 kV Amand Faessler. Tübingen76 Photovoltaic: 170 km x 170 km (keine Kühlung)

77 Solarstrom Projekt der Münchner Rück Strom aus der Sahara 400 Milliarden Investition bis % des Deutschen Stromverbrauchs 100 Gigawatt; 80 km x 80 km (Photo-Voltaic) Gewünschte Partner: Siemens (800 Volt-Leitungen, EON, RWE, Schott-Solar, …) Verlangen vom Steuerzahler garantierte Einspeisevergütung für das Projekt Firmen: Interessant, doch Machbarkeit prüfen. Amand Faessler. Tübingen77 ENDE

78 Was halten Sie vom Kyoto-Protokoll ? Die Steinzeit ist nicht durch eine internationale Vereinbarung über den Verzicht auf Steine zu einem vorzeitigen Ende gebracht worden. Die Steinzeit ist zu Ende gegangen, weil es eine technologische Alternative gab. Das wird wohl auch für das fossile Zeitalter gelten. Amand Faessler. Tübingen78

79 Kostenüber dem Marktwert durch das Stromeinspeisegesetz


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