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 Sonnenlicht und –wärme Windenergie Wasserkraft Erdwärme Biomasse

Die Sonne entspricht dem 60.000-fachen des Gesamtweltstrombedarfs 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) Kraftwerke die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, können sich durch den ständigen Verbrauch von Brennstoffen niemals energetisch amortisieren teuer

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 Elektronen in die andere Schicht und so entsteht Spannung (Gleichstrom)

Sonnenkollektoren Rohre auf 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€

Parabolrinnen- Kraftwerke

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 „Solar One“ in Barstow, Kalifornien

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 Stirling-Motor. 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 / Kernkraft 4-5 Cent / kWh Strom aus Windkraft 6-8 Cent / kWh Strom aus Wasserkraft 8-9 Cent / kWh Strom aus solarthermischen Kraftwerken 9-22 Cent / kWh Strom aus Photovoltaik 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 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

Wasserkraft Bauzeit 1993-1996 Länge 2310 m Höhe 185 m Staukapazität 39,3 Mrd. m³ 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 abgetragen 28 Millionen m³ Beton verbaut Spart jedes Jahr 168 Millionen Tonnen Kohle Wasserkraft

Wasserkraft

Meereswärmekraftwerk

Wellenkraftwerk

Meeresströmungskraftwerk

Osmosekraftwerk

Bioenergie

Deponiegasanlagen Bei Lagerung von Müll auf Deponien bilden sich unter Luftabschluß durch Gärung und Verrottung Gase mit hoher Methankonzentration verstärken Treibhauseffekt, daher teuer, trotzdem sinnvoll Gase werden abgesaugt und verbrannt

Energie durch Gezeiten Niedrigster Anteil an alternativen Energien Große Potentiale Funktionsweise wie Wasserkraftwerke Nutzt Ebbe und Flut, permanent vorhanden und berechenbar Prinzip wie Laufwasserkraftwerk

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

Geothermie (Erdwärme) 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

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. Neben einfachen Wasser- und Bodenspeichersystemen gibt es kompaktere Speichermethoden, die sich die Phasenübergangseigenschaften eutektischer Salze (Salze, die bei niedrigen Temperaturen schmelzen) zunutze machen. Darüber hinaus können Akkus als Speicher für überschüssige elektrische Energie dienen. auch möglich, überschüssige Energie in das allgemeine Stromnetz einzuspeisen und in Zeiten, in denen das Angebot an Sonnenenergie gering ist, den Fehlbedarf aus dem Stromnetz zu decken. Allerdings kann diese Alternative aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit nicht unbegrenzt angewendet werden. Lithium-Polymer-Akku 0,55 MJ / kg Wasserstoff 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

Quellen erneuerbare-energien.de umweltdatenbank.de de.wikipedia.org wissenschaft.de bmu.de