Nutzung der Strahlungsenergie

Präsentation zum Thema: "Nutzung der Strahlungsenergie"—  Präsentation transkript:

1 Nutzung der Strahlungsenergie
isc = 1,367 kW/m2  1% 5 GW GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

2 Nutzung der Strahlungsenergie
idir  direkte Strahlung idif  difuse Strahlung (~30 %) Globalstrahlung: igl = idir + idif GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

3 Nutzung der Strahlungsenergie
Karlsruhe: igl = 1100 kWh/m2a Sahara, Kalifornien: kWh/m2a GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

4 Nutzung der Strahlungsenergie
in Äquatornähe: die höchste Jahressumme GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

5 Nutzung der Strahlungsenergie ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Umwandlung in Wärme mit Sonnenkollektoren (aktive Systeme) Umwandlung in Wärme durch architektonische gestaltete Bauelemente (passive Nutzung) GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

6 Nutzung der Strahlungsenergie ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Direkte Umwandlung in elektrische Energie mit photovoltaischen Solarzellen Direkte Umwandlung in chemische Energie durch Photolyseeinrichtungen (noch im Forschungsstadium) GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

7 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Wasserkraft An der Elektroenergieerzeugung in der Welt hatten Wasserkräfte 2006 einen Anteil von 19 % Die lagen damit noch über der Kernenergie, die mit 16 % zur Elektroenergieerzeugung beitrug Als Vorteil der Wasserkraftnutzung ist das bei den meisten Anlagen nutzbare Speicherverhalten zu nennen Es wurden auch Wasserkraftanlagen errichtet, die bei Bedarf als Pumpspeicherwerk arbeiten können GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

8 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Wasserkraft Der Nutzungsgrad des Wasserkraftpotentials ist in den Ländern sehr unterschiedlich Am höchsten ist er in den industriell entwickelten Ländern Die größten Reserven liegen in den Entwicklungsländern Asiens, Afrikas und Südamerikas Wasserkraft ist die einzige regenerative Energiequelle, die gegenwärtig eine wesentlichen Anteil an der kommerziellen Energieversorgung der Menschheit hat Ihr Ausbau und ihre Anwendung sind aber auch mit bedeutenden Risiken verbunden GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

9 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Windenergie GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

10 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Windenergie  horizontale Komponente der Corioliskraft  Druckgradientkraft m  Masse   Kreisfrequenz v  Geschwindigkeit Die Corioliskraft: GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

11 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Die auftretenden Windgeschwindigkeiten sind zeitlich und räumlich sehr unterschiedlich Hohe Windgeschwindigkeiten mit Jahresmittelwerten von 5 bis 8 m/s in 10 m Höhe treten an Meeresküsten auf Bis ins Innere großer Kontinente fallen sie auf unter 3,6 m/s ab Die Absolutwerte der Windgeschwindigkeit liegen auf dem Festland zwischen 0 und 40 m/s und auf dem Meer zwischen 0 und 60 m/s Für die Energieausbeute eines Windenergiekonverters ist die Häufigkeit des Auftretens der verschiedenen Windgeschwindigkeiten von Bedeutung GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

12 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Verteilungsdichte der Windgeschwindigkeiten nach einer RAYLEIGH-Verteilung: GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

13 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Das gesamte Potential der Windenergie beträgt ein vielfaches des gegenwärtigen Primärenergieverbrauchs Nutzbar davon ist nur ein geringer Anteil Standorte für Windkraftanlagen müssen auf dem Festland oder in Küstennähe im flachen Wasser liegen (Offshore‑Aufstellung) Technische, ökonomische und Standortprobleme führen zu weiteren Einschränkungen In Deutschland erreichte 2003 der Anteil der Windenergie an der gesamten Stromerzeugung 3,3 % GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

14 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Biomasse Biomasse wird durch Photosynthese von Pflanzen erzeugt Der Jahresnutzungsgrad ist der jährlich produzierte Heizwert der Biomasse geteilt durch die jährliche Globalstrahlung und erreicht 0,1 bis 1% Der spezielle Anbau von Pflanzen zur Energiegewinnung dient der Erzeugung von Holz, Öl, Zucker oder Stärke Neben der Verwendung von Holz als Brennstoff ist die Gewinnung von Kraftstoffen (Biodiesel, Biogas und Alkohol) von Bedeutung Wirtschaftlich sind diese Verfahren gegenwärtig meistens nicht Für Deutschland kann von einem zukünftig, erschließbaren Potential in der Größe von bis zu 2 % des gegenwärtigen Primärenergieverbrauchs ausgegangen werden. GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

15 Geothermische Energie
Im Inneren der Erde eine Temperatur von ca °C herrscht Aus radioaktivem Zerfall (von Uran 238 und Thorium 232 zu Blei) resultiert ein in der Erdkruste nach außen gerichteter Wärmestrom von 25 mW/m2 Insgesamt wird ein mittlerer Erdwärmestrom von 62,5 mW/m2 gemessen Örtlich treten Werte von 30 bis über 100 mW/m2 auf Der Wärmetransport erfordert ein Temperaturgefälle von dT/dx = 30 K/km, wenn man im Mittel eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 2,1 W/mK voraussetzt, was etwa der von Granit entspricht Messungen des Temperaturverlaufs liegen bis in m Tiefe vor und bestätigen diesen mittleren Temperaturgradienten in den meisten Gebieten der Erde GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

16 Geothermische Energie
Aus wasserdurchlässigen Gesteinsschichten ist Wärme günstiger abzuleiten, wenn ein Wasserstrom durch das Gestein gedrückt werden kann die Kontaktflächen sind groß Verbreitet existieren auch unter Druck stehende Reservoire mit heißem Wasser Sie ermöglichen hohe Förderraten pro Bohrung ohne zusätzlichen Energieaufwand zur Förderung GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

17 Geothermische Energie
Gegenwärtig sind in der Welt ca. 10 GW an elektrischer Leistung installiert Das älteste geothermale Kraftwerk in Larderello (Oberitalien) liefert seit 1913 Elektroenergie Zur Wärmenutzung sind in der Welt Anlagen mit ebenfalls ca. 10 GW installiert Auch in Deutschland ist die direkte Nutzung (Wärmepumpenheizung) schon verbreitet und hat hohe Zuwachsraten (14% pro Jahr) Im Jahr ,04 % des Primärenergie-verbrauchs in Deutschland wurde durch Geothermie gedeckt, d.h. 180 MW GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

18 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Gravitationsenergie GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

19 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Gravitationsenergie Allerdings sind die vom Mond ausgeübten Kräfte 2,18 mal so groß wie die von der Sonne hervorgerufenen Addieren sich die durch den Mond und die Sonne hervorgerufenen Kräfte (bei Neumond und Vollmond, d. h. Sonne, Erde und Mond befinden sich auf einer Geraden), ergibt sich die Springflut Wirken die Kräfte gegeneinander  Nippflut Die Differenz zwischen Niedrigwasser und Hochwasser wird als Tidenhub bezeichnet Entsprechend der relativen Umlaufzeit des Mondes um die Erde von 24 h 50 min werden gleiche Extremwerte (Niedrigwasser oder Hochwasser) alle 12 h 25 min erreicht GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

20 ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN
Gravitationsenergie Genutzt werden können in bestimmten Küstenregionen auftretende hohe Tidenhübe von über 5 m Höhe Für die Nutzung sind Buchten günstig, in denen mit vertretbarem Aufwand Stau-mauern errichtet werden können Die größte Anlage, inzwischen stillgelegt, mit einer Leistung von 240 MW wurde 1966 in Frankreich und in der Mündung der Rance in Betrieb genommen GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN

21 Energieverbrauch in der Bundesrepublik Deutschland
GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR

22 Statistische Werte, Deutschland 2003
Der Pro-Kopf-Verbrauch an Energie: 6,0 t SKE Dies entspricht fast dem Dreifachen des weltweiten Durchschnitts Der Energieverbrauch: rund 232 kg SKE pro € Bruttoinlandsprodukt Im weltweiten Durchschnitt ist dieser spezifische Energieverbrauch doppelt so hoch In Deutschland wird die Energie sehr effizient genutzt Importenergien decken 61 % des Energieverbrauchs Die Devisenrechnung für die Energieimporte (netto) betrug rd. 34,1 Mrd. € GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR

23 ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR
Mineralöl 106+ 36 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR

24 ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR
Die Nachfrage nach Ottokraftstoffen wird sich bis 2020 um etwa ein Drittel vermindern Bestimmungsfaktoren: Rückgang des Bestands an benzinbetriebenen PKW eine kontinuierliche Verringerung des spezifischen Verbrauchs Der Verbrauch an Dieselkraftstoff steigt in den nächsten Jahren aufgrund eines zunehmenden Bestandes an PKW mit Dieselantrieb, sinkt aber in den Folgejahren und dürfte 2020 unter dem im Jahr 2003 erreichten Niveau liegen Der Bedarf an leichtem und an schwerem Heizöl dürfte 2020 um etwa ein Fünftel geringer sein als 2003 Demgegenüber wird bei Flugkraftstoff künftig noch mit einer leichten Zunahme der Nachfrage gerechnet GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR

25 ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR
Erdgas 18% 82% 32% 26% 17% 7% GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR

26 ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR
Steinkohle 42% Polen Südafrika Kolumbien Australien 60% 3% 26 9% 28% GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR

27 ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR
Braunkohle 159TWh 26,6% J 2020: 180TWh 30% GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR

28 ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR
Strom 4% Netzverluste: 4% 8% 10% 27% Import: 45,8 TWh 27% 27% Export: 53,8 TWh 46% 25% 28% Brutto: 589 TWh GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR

29 ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR
es wird erwartet, dass der Verbrauch künftig noch wachsen wird, in der Größenordnung von unter einem Prozent pro Jahr die deutsche Stromwirtschaft steht vor einer umfassenden Modernisierung und Erneuerung ihres Kraftwerkparks ab 2010 sind voraussichtlich verstärkt fossil gefeuerte Kraftwerke mit dem Ende ihrer technischen Lebensdauer zu ersetzen die politisch beschlossene Beendigung der Nutzung der Kernenergie erfordert die Bereitstellung von Ersatzkapazitäten in der Dekade 2010 bis 2020 sind bis Megawatt Kraftwerksleistung zu errichten GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR

30 ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR
Erneuebare Energien EEG 65% EFD2004.pdf S45 von 56 45 TWh 8% GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK ENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR