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

Soll und Haben: Gibt es in Deutschland (u. Österreich)

genügend Erneuerbare Energie ?

Amand Faessler Tübingen

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. Tübingen 7

SOLL: Autos (Fahren) Flugzeuge (Fliegen) Heizung Licht Kleinigkeiten (TV, ….) Essen und

Landwirtschaft Gekauft und

weggeworfen Industrie u. Gewerbe


Haben:

WindSonneWasserkraftErdwärmeWellen, Ebbe und Flut in D:< 0.1 kWh/Person x Tag

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%


Buchhaltung: Soll für Auto 2009

8Liter /100 km; 18 000 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


Buchhaltung: HABEN vom Wind


In D im Mittel Windgeschwindigkeit: v ~ 5 m/sec; Leistung ~ v3

Gemessen bei Windfarmen: 1,2 Watt/ qm

Maximale erzeugbare Energie durch Wind in D pro Person

• Mittlere Fläche pro Person in D: 4 300 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/dInstallierte Windleistung: 550 Millionen kWh/d



Verteilung der

Windkraft-anlagen in

Deutschland.

Soll: Fliegen 20 000km/p Jahr• Boing 747-400 mit 416 Sitzplätzen (Jumbo-Jet)• 170 000 Liter Kerosin auf 10 000 km


Boing747-400 Airbus340-600

• 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


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 Fläche1)Solar-Heizung (Thermische Ernergie; 50%)2)Solar-Strom (Photozellen; < 20%)3)Biomasse (Holz, Mais, Soya, Bohnen, Raps,…)

4)Essen (Biomasse ernährt Menschen oder Tiere)



Thermische Stromerzeugung

Spiegel von Parabolrinnen.

In der Brennebene eine Leitung mit Flüssigkeit, die

aufgeheizt wird.

Solarturm:Concentrating

Solar Power (CSP)


Solarturm in Portugal

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


Speicherung;Wärme =

mindere Energie

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/p220 Watt x d/pd = 220 Watth x 24/pd =

5 kWh/pdAmand Faessler. Tübingen 26

Es geht nur eines der beiden:Wärme oder Elektrizität

Haben: Solare Energie (Verzweiflungstat; Solarfarm)

• 4300 qm /p in D (10 000 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

Solarpark in Bayern/Mühlhausen 5Watt/qm (Sun Power)


Biomasse

1) Kultiviere Pflanzen und verbrenne sie (Kohle-Substitution)2) Raps, Zuckerrohr, Mais, Soya Biodiesel (Öl-Substitution, Lebensmittel Hunger ???)3) Verbrenne Bioabfall (Stroh, HühnermistBioenergie

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

Miscanthus ist am erfolgreichsten;wächst sehr schnell 0,5 Watt/qm

31

50 % der ganzen Fläche. Doch auf diesem Land

keine Lebensmittel

Energie aus Biomasse

• 50 % der Fläche mit Biomasse: 4300 qm/p x 0,5 = 2 200 qm/p • 2 200 qm/p x 0,5 Watt/qm = 1 100 Watt/p


26 kWh/pd (26 kWh/pd)

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


SOLL: Energie für Baden, Kochen und WaschenkWh/pd• Duschen 1• Mikrowelle 0,5 • Elektr. Herd 1,6• Elektr. Ofen 1,5• Waschmasch. 2


Trockner 2Geschirrspül. 1,5Kühlschrank 0,5Tiefgefrierfach 2,3

Zusammen: 12 kWh/pd

Soll: Heizung• 1000 Liter Öl pro Jahr pro

Person• 28 kWh/pd• SOLL: Bad+Küche 12 + Heizung 28

= 40 kWh/pdAmand Faessler. Tübingen 37

Haben: Wasserkraft (EnBW)


Jetzt: 19 TWh/a = 19 x 109 kWh/a

Max: 25 TWh/a =25 x 109 kWh/a

73 % ausgeschöpft

Wasser: 0,8 kWh/pd

Maximum Wasserkraft:


• Energie = Masse x Erdbeschleunigung x Höhe = m g h [Joule = Newton Meter]

• Masse= m: 700 Liter/qm 700 kg/qm• Erdbeschleunigung = g = 10 Meter/sec2

• Fläche/Einwohner = 4300 qm/p ; • Höhe = 150 Meter; Verdunstung u. Reibung: ¼ • 700 (kg/qm) x10 (Meter/sec2)x150Meter x 4300 Meter/p /4 1200 kWh/pa

• 0,86 kWh/pd ~ 1 kWh/pd

• Energie = m g h ; g = 10 Meter/sec2

• Fäche/Einwohner = 10 000 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)


Soll: Licht• Daheim + Arbeit • (4 Lichtquellen a 100 Watt 5

Stunden/d): 2 kWh/pd• Mit Sparlampen: 0,5 kWh/pd

•Mischung: 1 kWh/pdAmand Faessler. Tübingen 42

HABEN: Wind auf See;Off-Shore Windkraft


Leistung durch Windkraft ~ v3 = Windgeschwindigkeit 3

Windparks im Meer (geplant)100 bis 120 Meter hoch 63 Meter Flügel


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.

Haben: Windparks im Meer [Nordsee]2,6 W/qm 8,5 km vor Themse-Mündung


20 000 km2;

3 W/qm;Hälfte

30 MillionenkW;

9kWh/pd

Haben: Windparks im Meer [Ostsee]


10 000 km2;

3 W/qm;Hälfte

15 MillionenkW;

5kWh/pd

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)


Soll: „Jede Kleinigkeit zählt.“ • BBC : „How can we keep Britains lights

on?...... 65% 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.


Plakat der englischen

Grünen:


Unplug: If every London Household

unplugged their mobile-phone

charger when not in use, we would save

…pro Kopf pro Jahr: 1 kg CO2/pa38 Pennies /pa

Welche Energie fressen die kleinen

elektronischen Ungeheuer? [Watt]• Computer und Umgebung: on on+inaktiv St-by offPersonal Computer 80 55 2Kathoden-Bildschirm 110 3 0Flachbildschirm 34 2 1Beamer 150 5 Laser-Drucker 500 17Wireless Modem 9Laptop-Computer 16 9 0,5


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


„Kleinigkeiten“:5 kWh/pd

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)


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), .... 12 kWh/pd• Katze 2, Hund 9, Pferd 17 kWh/(Tier x d)

Soll: 15 kWh/pdAmand Faessler. Tübingen 58

Soll: Kaufen und wegwerfen: „Zeug“

• Rohmaterial• Produktion• Nutzung• Abfall (Rohmaterial ?)


• Büchsen (Cola, …)• Verpackung 400 g/pd• Computer• Batterien• Zeitungen• Häusser• Autos• Transport (Schienen) u. Straßen 12 kWh/pd

Soll: 60 kWh/pd und mehrAmand Faessler. Tübingen 61

Haben: Erdwärme1) Aus Erdinnern 10 mW/qm2) Radioaktivität aus Kruste 40 mW/qm


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°

Geothermie in Island und in DGross Schönebeck/Geoforschungszentrum Potsdam


Island gewinnt 300 MW (24kWh/pd) für die 300 000 Einwohner

Abbau von Erdwärme in D

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 (104 qm in A: 4kWh/pd)


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/pdAmand Faessler. Tübingen 69

Endresultat: SOLL und HABEN

Amand Faessler. Tübingen71

200 kWh/pd

111kWh/pd

131kWh/pd

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. Tübingen 72

Solarturm:Concentrating

Solar Power (CSP)


Solarturm in Portugal

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


„Concentrating Solar Power“ in der Sahara

• Deutschland 350 Millionen Tonnen Öl(eq.)/a• D: 4x1012 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: 19 000 km2 = 140km x 140 km• ?? Kühlung, Hochspannungsleitung: 800 kV


• Photovoltaic: 170 km x 170 km (keine Kühlung)

Solarstrom Projekt der Münchner Rück

Strom aus der Sahara • 400 Milliarden Investition bis 2050 • 15 % 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. Tübingen 77ENDE

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. Tübingen 78

1956 1959 1962 1965 1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010

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4500

Mill. Euro 2000

BMWi IIIA1

Förderung derEnergieforschungdurch den Bund

Mehrkosten im Vergleichzum MarktwertQuelle: BDEW)

Kostenüber dem Marktwert durch das

Stromeinspeisegesetz

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