ErneuerbareEnergien

ÜbersichtWas bedeutet regenerative Energie?Welche regenerativen Energiequellen gibt es?SonnenenergieWindenergieWasserkraftBioenergieGeothermieSituation in Deutschland / der EUAusblick

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 regenerativenEnergiequellen gibt es?

die Sonnenstrahlen (durch Kernfusion in der Sonne entstanden)

die im Erdinnern vorhandene Wärmedie Effekte der Erdrotation Gezeiten

Diese Energiequellen können vom Menschen genutzt werden als

1. Sonnenlicht und –wärme2. Windenergie3. Wasserkraft4. Erdwärme5. Biomasse

Die Sonne• 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

SolarenergieDie Sonnenenergie lässt sich auf verschiedene

Arten nutzen:

Sonnenkollektoren, erzeugen Wärme und HitzeSolarzellen, erzeugen elektrischen GleichstromWind- und Wasserkraftwerke, erzeugen

elektrischen Strom

Intensität der Sonneneinstrahlung liegt bei 1,367 kW/m² (Solarkonstante)

Nachteile der SonnenenergienutzungSonneneinstrahlung 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 SonnenenergienutzungSonneneinstrahlung 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 erreichtKraftwerke die mit fossilen Brennstoffen betrieben

werden, können sich durch den ständigen Verbrauch von Brennstoffen niemals energetisch amortisieren

PhotovoltaikTechnik, 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)

SonnenkollektorenRohre 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

ParabolrinnenkraftwerkeHöhere 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

Turmkraftwerkehoher Turm im Zentrum der

Anlagean 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

SolaröfenDer 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-AnlagenBestehen 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

10.000 – 25.000 W50.000 W

Man heizt unter einer großen Glasfläche Luft durch die Sonne stark auf und leitet sie in einen Kamin, wo eine Turbine Strom produziert.

• 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

Aufwindkraftwerk in Manzanares

StromkostenStrom aus Kohle / Kernkraft 4-5 Cent / kWhStrom aus Windkraft 6-8 Cent / kWhStrom aus Wasserkraft 8-9 Cent / kWhStrom aus solarthermischen

Kraftwerken 9-22 Cent / kWh Strom aus Photovoltaik 40-50 Cent / kWh

WindenergieKönnen 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 StromWirkungsgrad 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-RotorVertikale RotationsachseVon Windrichtung unabhängig,

keine Windnachführung nötigturbulenter Bodenwind kann

genutzt werdenGünstiger in Bau und Wartung40% WirkungsgradKann nicht von selbst anlaufenWird daher mit leicht

anlaufenden Savonis-Rotoren kombiniert

Savonius-RotorEinfacher Aufbau, einfache

MontageHohes Drehmoment bei niedriger

DrehzahlUnabhängig von der Windrichtung,

keine Ausrichtung nötigEinsatz schon bei extrem niedrigen

Windgeschwindigkeiten (2-3 m/s)Koppelung mehrerer Rotoren

möglich, sowohl vertikal als auch horizontal

Sturm- und BöensicherSehr leiseWirkungsgrad ca. 30%

Weltweit installierte Nennleistung

WasserkraftStellt ca. 25% der weltweit erzeugten

Energie nimmt an Bedeutung noch weiter zuin manchen Ländern ist Wasserkraft die

wichtigste Quelle für elektrischen Strom:

Norwegen 99%Zaire 97%Brasilien 96%Deutschland 4%

LaufwasserkraftwerkWandeln 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

WasserkraftDer Drei-Schluchten-Damm

Wasserkraft

Bauzeit 1993-1996Länge 2310 mHöhe 185 m

Staukapazität 39,3 Mrd. m³Nennleistung 18.200 MW

26 Turbinen

13 überflutete Städte657 überflutete Fabriken23.793 Hektar überflutetes Land1,3-2 Millionen umgesiedelte Personen

8.789 Millionen m³ Erde und Felsen abgetragen28 Millionen m³ Beton verbaut

Spart jedes Jahr 168 Millionen Tonnen Kohle

Wasserkraft

Meereswärmekraftwerk

Wellenkraftwerk

Meeresströmungskraftwerk

Osmosekraftwerk

Bioenergie

DeponiegasanlagenBei 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 GezeitenNiedrigster Anteil an

alternativen Energien

Große PotentialeFunktionsweise wie

WasserkraftwerkeNutzt Ebbe und Flut,

permanent vorhanden und berechenbar

Prinzip wie Laufwasserkraftwerk

GeothermieBereitgestellt 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)

UnerschöpflichUnterliegt keinen SchwankungenMan zapft Heißwasserquellen anSteht noch relativ am AnfangWird 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)

UnerschöpflichUnterliegt keinen

Schwankungen

Vorteile der Geothermiesehr zuverlässig und sicherganzjährig nutzbarWartungsfreiLanglebighohes Temperaturniveaugeringer Platzbedarffrei 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

Ausblick700 Millionen $ teures und 1000 Meter hohes

200 Megawatt-Aufwindkraftwerk in Australien geplant

Quellenerneuerbare-energien.deumweltdatenbank.dede.wikipedia.orgwissenschaft.debmu.de