Regenerative Energien

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1 FACHTHEMA ENERGIE Regenerative Energien Reichen die regenerativen Energien allein aus? Möglichkeiten, Risiken und Grenzen neuer Technologien

2 Der globale Primärenergieverbrauch hängt ab von: Bevölkerungszahl Bruttoinlandsprodukt Fachthema Energie Folie 2

3 Primärenergiemix USA Kohle + Gas + Erdöl Kernenergie andere Fachthema Energie Folie 3

4 Primärenergiemix Deutschland Kohle + Gas + Erdöl Kernenergie andere Fachthema Energie Folie 4

5 Primärenergiemix Welt Kohle + Gas + Erdöl Kernenergie andere Fachthema Energie Folie 5

6 Das Bevölkerungswachstum aktuelle Wachstumsrate: 1 Milliarde alle 12 Jahre schwarz: UN - Prognose rot: linearer Fit Fachthema Energie Folie 6

7 Photovoltaik Die Photovoltaik ist ein sehr deutsches Phänomen Fachthema Energie Folie 7

8 Photovoltaik Vergleich Photovoltaikwerk Faktor 125 (1KKW) Waldpolenz/Sachsen Hochskaliert Jahresstromerzeugung: 40 Millionen kwh 5 TWh Preis: 130 Millionen Euro 16 Milliarden Euro Fläche: 220 Hektar = 2,2 km km 2 Flächenbedarf für aktuelle Jahresstromproduktion (680 TWh): km 2 Flächenbedarf für Primärenergiebedarf (14400 PJ = 4000 TWh): km 2 Fachthema Energie Folie 8

9 Die Zukunft? Solarturmkraftwerke Beispiel PS 10 Sevilla Flächenwirkungsgrad 2 % Fachthema Energie Folie 9

10 Die Zukunft? Parabolrinnenkraftwerke Beispiel Nevada Solar One Flächenwirkungsgrad 3,7 % Fachthema Energie Folie10

11 Die Zukunft? Solarenergie Platzbedarf von Solarturmkraftwerken, die den Strombedarf Deutschlands decken könnten. Photovoltaik benötigt etwa die Hälfte der Fläche. Fachthema Energie Folie11

12 Vergleich Solarthermie - Photovoltaik Typ der Stromerzeugung Photovoltaik Photovoltaik Parabolrinne Solarturm Name Waldpolenz Parque Olmedilla Nevada Solar One PS 10 Standort Leipzig, Deutschland Olmedilla, Spanien Nevada, USA Sevilla, Spanien Sonneneinstrahlung/m kwh/jahr 2000 kwh/jahr 2500 kwh/jahr 2000 kwh/jahr Fertigstellung Nennleistung 40 MW 60 MW 75 MW 11 MW Lebensdauer 25 Jahre 25 Jahre 15 Jahre 15 Jahre Jährl. Stromerzeugung 40 GWh 87,5 GWh 134 GWh 24,3 GWh Investitionskosten 130 Mio Euro 384 Mio Euro 157 Mio Euro a 35 Mio Euro Flächenbedarf m m m m 2 Abschreibung + Zinsen b 0,26 Euro/kWh 0,35 Euro/kWh 0,13 Euro/kWh 1 0,15 Euro/kWh Flächenwirkungsgrad 4 % 4,2 % 3,7 % 2 % a Umrechnungskurs 2008: 1 Euro = 1,40 US Dollar b 4 % Verzinsung Fachthema Energie Folie12

13 Die Zukunft! Windenergie Anteil an Stromerzeugung in D 2008 : 6,5 % = 40 TWh Zum Vergleich: Photovoltaik 4 TWh Zum Vergleich: Ein Kohlekraftwerk 4 TWh pro Jahr Fachthema Energie Folie13

14 Ausbaupotenzial der Windenergie Fachthema Energie Folie14

15 Vergleich Photovoltaik - Windenergie Typ der Stromerzeugung Photovoltaik Windpark Windpark Off-Shore Name Waldpolenz Wybelsumer Polder Horns Rev Standort Leipzig, Deutschland Emden, Deutschland Blavands Huk, Dänemark Fertigstellung Nennleistung 40 MW 70 MW 160 MW Lebensdauer 25 Jahre 10 Jahre 4 Jahre Jährl. Stromerzeugung 40 GWh 180 GWh 600 GWh Investitionskosten 130 Mio Euro 90 Mio Euro 270 Mio Euro Flächenbedarf m m m 2 Abschreibung, Zinsen a 0,26 Euro/kWh 0,07 Euro/kWh 0,14 Euro/kW a 4 % Verzinsung Fachthema Energie Folie15

16 Die Realität Beitrag zur globalen Primärenergieversorgung Solarenergie 0,064 % Windenergie 0,039 % Quelle: Studie der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe In Hannover: Energierohstoffe 2009: Reserven, Ressourcen, Verfügbarkeit. Fachthema Energie Folie16

17 Biomasse: Holz verbrennt nicht klimaneutral In Deutschland hat der Wald seine Funktion als CO 2 - Senke seit 2002 fast ganz verloren, weil die Holznutzung nicht zuletzt durch die Pelletheizungen massiv zugenommen hat. Statistisches Bundesamt, IIIE-Umweltökonomische Gesamtrechnungen, Wiesbaden Fachthema Energie Folie17

18 Kenndaten Holzgewinnung in Deutschland Gesamtfläche Deutschland km 2 Waldfläche Deutschland 11 Millionen Hektar = km 2 Holzzuwachs pro Hektar 10 m 3 Holzzuwachs insgesamt 120 Millionen m 3 mittlerer Energieinhalt 2000 kwh pro m 3 Gesamter Energieinhalt 220 TWh Einstrahlung Sonnenenergie 1000 kwh pro m 2 und pro Jahr Gesamteinstrahlung auf Waldfläche TWh Anteil für Bauholz, Möbel, Papier, etc. 65 % Flächenwirkungsgrad 0,20 % Maximum 35 % für Heizzwecke 77 TWh = 2 % der Primärenergie Fachthema Energie Folie18

19 Biofuel Für Biotreibstoffe benötigte Anbaufläche Fachthema Energie Folie19

20 Energiebilanz Biofuel gesamte Umweltbelastung (%) Ökobilanz von Biotreibstoffen im Vergleich zum Benzin (=100 %) Zuckerrohr Holz, Gras Altspeiseöl Soja USA Zuckerrüben Raps Ölpalmen Gülle Klärschlamm Bioabfall Roggen Erdgas Diesel Kartoffeln Mais Soja Brasilien Benzin Treibhausgasemission (%) Fachthema Energie Folie20

21 Kenndaten Biomasse in Deutschland Gesamtfläche Deutschland km 2 Landwirtschaftliche Nutzfläche 17 Millionen Hektar = km 2 Einstrahlung Sonnenenergie 1000 kwh pro m 2 und pro Jahr Gesamteinstrahlung auf Nutzfläche TWh Angenommener Flächenwirkungsgrad 0,2 % Anteil der bisher ungenutzten Bioenergie 35 % Maximal nutzbare Energie aus Biomasse 120 TWh = 3 % der Primärenergie Fachthema Energie Folie21

22 Wasserkraft (Talsperren) 100 km Wanxian N Jangtsekiang (Yangtse) Sandouping Yichang Chongqing 1. Qutang-Schlucht 2. Wu-Schlucht 3. Xiling-Schlucht Bejing Zum Vergleich: das Saarland China Yichang Yangtse Chongqing Fachthema Energie Folie22

23 Vergleich Windkraft - Wasserkraft Typ der Stromerzeugung Windpark Wasserkraftwerk Name Wybelsumer Polder Drei-Schluchten-Damm Standort Emden, Deutschland Yichang, China Fertigstellung Nennleistung 70 MW MW Lebensdauer 10 Jahre 40 Jahre Jährl. Stromerzeugung 180 GWh GWh Investitionskosten 90 Mio Euro Mio Euro Flächenbedarf m m 2 Abschreibung, Zinsen a 0,07 Euro/kWh 0,035 Euro/kWh Flächenbedarf pro GWh m m 2 a 4 % Verzinsung Fachthema Energie Folie23

24 Geothermie Kraftwerk Sedimentgesteine Tiefengestein Injektionsbohrung Produktionsbohrung künstlich erzeugte Risse Fachthema Energie Folie24

25 Vergleich Windkraft - Geothermie Typ der Stromerzeugung Windpark Geothermie Geothermie Name Wybelsumer Polder The Geysers Landau Standort Emden, Deutschland San Francisco, USA Landau, Deutschland Fertigstellung Nennleistung 70 MW 700 MW 3 MW Lebensdauer 10 Jahre 15 Jahre 12 Jahre Jährl. Stromerzeugung 180 GWh 5800 GWh 26 GWh Investitionskosten 90 Mio Euro 2000 Mio Euro 21 Mio Euro Flächenbedarf m m m 2 Abschreibung, Zinsen a 0,07 Euro/kWh 0,04 Euro/kWh 0,1 Euro/KWh a 4 % Verzinsung Fachthema Energie Folie25

26 Erdwärmepumpe - Ölheizung Name Ölheizung Erdwärmepumpe Größe Einfamilienhaus Einfamilienhaus Heizenergiebedarf kwh/jahr kwh/jahr Energieverbrauch 2000 Liter Öl 4000 kwh Elektrizität Lebensdauer 15 Jahre 15 Jahre Investitionskosten Euro (Brenner+Tank) Euro (Bohrung+Pumpe) Kosten pro Jahr 2900 Euro 2900 Euro gültig für: 0,8 Euro pro Liter Heizöl und 0,2 Euro pro kwh Elektrizität Haus mit Fußbodenheizung. Pro verbrauchte Kilowattstunde Elektrizität vier Kilowattstunden Wärme. Fachthema Energie Folie26

27 Fusion ITER In Bau befindlicher Fusionsreaktor in Cadarache (Frankreich) Fachthema Energie Folie27

28 Meeresströmungskraftwerk "SeaGen" in Nordirland Max. 1,2 MW Fachthema Energie Folie28

29 Gezeitenkraftwerk Meer Straßendamm Bucht Generator La Rance Seit MW 5 cts/kwh Ebbe Flut Fundament Turbine Ebbe Flut Fachthema Energie Folie29

30 Wellenkraftwerk Wellen Turbine Luftströmung Oszillierende Wassersäule OWC* Kraftwerk Islay Limpet *Oscillating Wave Column Fachthema Energie Folie30

31 Weitere exotische Energien Meereswärmekraftwerke Osmosekraftwerke Aufwindkraftwerke Fachthema Energie Folie31

32 Was tun? Ausbau der Windenergie, z. B. in Norwegen. Ausbau der viel versprechenden neuen Energien Geothermie und Fusion Industrieländer: maximal 50% durch erneuerbare Energien Wenig entwickelte Länder: Sichere Kernkraftwerke und effiziente Kohlekraftwerke Fachthema Energie Folie32

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