Übersicht was bedeutet regenerative energie? welche regenerativen energiequellen gibt es?...
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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