Strombedarf und deckung durch erneuerbare Energien im Landkreis Eichstätt

Transkript

1 Strombedarf und deckung durch erneuerbare Energien im Landkreis Eichstätt IST-Zustand und ein mögliches Zukunftsszenario November 2011 von Roland Kuffer unter Mitwirkung von Anna-Maria Hetzer

2 Wieviel Strom braucht unser Landkreis jährlich? Unser Landkreis benötigt insgesamt etwa 0,92 Terrawatt Stunden (= 1 TWh = Wh) an elektrischer Energie pro Jahr. Heizöläquivalent als Würfel: Im Vergleich hierzu sei erwähnt, dass Deutschland im letzten Jahr 621 TWh Strom benötigte. Ingolstadt ohne AUDI braucht ebenfalls ca. 1 TWh jährlich. Und nur AUDI benötigt auch in etwa 1 TWh. Kantenlänge :45,4 Meter Der Strombedarf im Landkreis teilt sich zu ca. 30% auf den privaten Bereich und zu ca. 70% auf den gewerblichen und industriellen Bereich auf.

3 Wie sehen die Strombedarfslinien im Landkreis aus?

4 Welche erneuerbare Energieformen hat unser Landkreis? Im Landkreis Eichstätt herrscht ein guter Mix aus den unterschiedlichsten erneuerbaren Energieformen: Wasserkraft (ca. 84 km Gesamtlänge): Die wichtigsten Flüsse sind: -Donau(wenige Kilometer bei Großmehring) -Altmühl( 0,5 Meter Gefälle pro Kilometer) -Anlauter( 5,0 Meter Gefälle pro Kilometer) -Schwarzach -Schutter - diverse Bäche Wald(ca. 482 qkm) Sonne (ca Stunden pro Jahr) (Photovoltaik, Solarthermie) Wind (gute Verfügbarkeit auf Jurahöhen oder mittels hohen Windrädern) Geothermie: Tiefengeothermie eher unwarscheinlich, da wir schon am Rand des Süddeutschen Molassebeckensliegen und auf ca. 3 bis 4 Kilometer Tiefe bohren müssten. Biomasse (organische Abfälle aus der Landwirtschaft, Mais, Elefantengras, etc.)

5 Welche erneuerbare Energieformen hat unser Landkreis? Gesamtfläche: qkm Wiesen und Äcker: 592 qkm Wald: 482 qkm Höchste Erhebung: 585 m ü. NN bei Workerszell (Forst) Niedrigster Punkt: 356 m ü. NN bei Pförring

6 Welcher Flächenbedarf ist für 1 kwh Strom im Jahr je Energieträger erforderlich? Wasserkraft: ca. 0,008 qm/ 1kWh*Jahr für Wehranlage und Fläche des aufgestauten Wassers (am Beispiel Staustufe Ingolstadt abgeschätzt) Wald: 3,3 qm/ 1kWh*Jahr bei nachhaltiger Bewirtschaftung (Holz verstromen) Biomasse(wie Mais, Elefantengras, etc.): 0,66 qm/ 1kWh*Jahr (Biomasse verstromen) Sonne (Photovoltaik, Solarthermie): PV = 0,008qm/ 1 kwh*jahr (= 80qcm) Solarthermie = 0,0025 qm/1 kwh*jahr (= 25 qcm) (nur als Wärmeenergie berücksichtigt) Wind:0,004 qm/ 1 kwh*jahr inklusive der nötigen Zwischenflächen von Windrad zu Windrad; ca. 2 Hektar je 3 MW Rad > Ertrag: kwh/jahr (Tiefen)Geothermie: ca. 0,1 qm/ 1 kwh*jahr Faktoren: PV zu Wasser: 1 : 1 PV zu Wald: 1 : 412 PV zu Biomasse: 1 : 82 PV zu PV: 1 : 1 PV zu S-thermie: 1 : 0,3 PV zu Wind: 1 : 0,5 PV zu Geoth.: 1 : 12,5

7 Welche Energieträger sind am interessantesten? Die Energieträger mit dem geringsten Flächenbedarf pro kwh Ernteertrag im Jahr und einer entsprechenden Verfügbarkeit sind am interessantesten. Dies wären für unseren Landkreis die Biomasse, die Sonnenenergie und die Windenergie. Anzahl an qkm um rechnerisch den ganzen Strom liefern zu können: Biomasse(wie Mais, Elefantengras, etc.): 0,66 qm/ 1kWh*Jahr (Biomasse verstromen) Sonne (Photovoltaik, Solarthermie): PV = 0,008qm/ 1 kwh*jahr (= 80qcm) Solarthermie = 0,0025 qm/1 kwh*jahr (= 25 qcm) (nur als Wärmeenergie berücksichtigt) 607 qkm! (> Landkreis hat aber nur 592 qkm landwirtsch. Fläche) 7,36 qkm (Nettofläche) 2,30 qkm (nur Wärme) Wind:0,004 qm/ 1 kwh*jahr inklusive der nötigen Zwischenflächen von Windrad zu Windrad; ca. 2 Hektar je 3 MW Rad > Ertrag: kwh/jahr 3,68 qkm (Bruttofläche) dies entspricht einer An- Zahl von 184x 3MW Windrädern

8 Wie könnte ein neues Strom-Energiekonzept für unseren Landkreis aussehen? Zu berücksichtigen ist der Strombedarf mit all seinen zeitlichen Schwankungen. Dabei hat sich gezeigt, dass das Hauptproblem darin besteht, den Strombedarf in den Wintermonaten decken zu können, weil natürlich im Winter die Photovoltaik so gut wie keinen Beitrag leistet. Ferner ersieht man aus dem Flächenverbrauch für Wald und Biomasse, dass es nicht möglich ist allein daraus den Strom für den Landkreis zu decken. Biomasse sollte nur bis zu einem Ackerflächenverbrauch von ca. 15% betrieben werden. Darüber hinausgehende Aktivitäten verdrängen zu stark die Nahrungsmittelpflanzen. Auch bei der Nutzung des Waldes stößt man an natürliche Grenzen, da die Energienutzung in Konkurrenz zum Bauholz für Hausbau und Möbel steht. Wasserkraft: ca. 3%, teilweise grundlastfähig, gute Eignung mittels Speicherseen für Stundenspeicher Wald: ca. 10% maximal, sehr gut grundlast- und spitzenlastfähig Biomasse(organische Abfälle aus der Landwirtschaft, Mais, Elefantengras): ca. 15%, sehr gut grundlast- und spitzenlastfähig Zwischensumme: ca. 28% Gesamtdeckungsbeitrag >> es fehlen immer noch ca. 72% Deckungsbeitrag! Diese könnten aus PV und Windkraft gedeckt werden. Allerdings fehlt im Winter die PV-Leistung, sodass man im Winter die fehlende Lücke anderweitig decken müsste.

9 Fortsetzung: Wie könnte ein neues Strom-Energiekonzept für unseren Landkreis aussehen? Die Versorgungslücke könnte also zum Einen durch Windkraft und zum Anderen durch PV im Sommer gedeckt werden (beispielsweise im Verhältnis 50:50): Windkraft: ca. 36%, teilweise grundlastfähig (wegen Windschwankungen), aber derzeit nicht spitzenlastfähig, da das Speicherproblem noch nicht gelöst ist. (evtl. mehrere kleinere Speicherseen je Windpark für Spitzenlastfähigkeit?) PV: Strombeitrag von ca. 36% wäre im Sommer möglich, aber im Winter fast kein Deckungsbeitrag gegeben! Abhilfe: Damit auch im Winter der benötigte Strom zur Verfügung steht gibt es unterschiedliche Ansätze. > Es wäre beispielsweise denkbar, die Windenergie auf die vollen 72% Gesamtdeckungsbeitrag auszubauen, allerdings wäre dann die PV im Sommer überflüssig, da der Energiebedarf bereits von Windrädern gedeckt werden würde. Nachteil: doppelte Anzahl an Windrädern erforderlich, die optisch dann stärker in die Landschaft eingreifen > Die Stromlücke besteht im Winter. Eine Kombination aus Heizung und Stromproduktion wäre somit ideal. Das Stichwort heisst Blockheizkraftwerk (BHKW) bzw. Kraft-Wärme- Kopplung (KWK) und dessen finanzieller Anreiz durch das KWK-Gesetz. Erst Strom erzeugen und dann mit der restlichen Abwärme heizen. Dies wäre energetisch extrem effektiv! (> 90%)

10 Fortsetzung: Wie könnte ein neues Strom-Energiekonzept für unseren Landkreis aussehen? Um allerdings die im Winter noch fehlenden 36% Strombedarf über BHKWs decken zu können müsste fast jeder Haushalt solch eine KWK-Anlage betreiben, welche a)nur im Winter Strom produzieren sollte, wenn Wärme benötigt wird (denn im Sommer: wohin mit der Wärme?) und b) mit Biomasse (vorzugsweise Holz) oder Biogas zu betreiben wäre. Nachteile: -zu a) die Wirtschaftlichkeit wäre mit dem existierenden EEG nicht gegeben, da sich das System nur über den ganzjährigenstromverkauf amortisiert. Eine ganzjährige Stromproduktion ist aber nicht nötig, da PV im Sommer genug zur Stromerzeugung beiträgt. -zu b) die Biomasse im Landkreis Eichstätt würde nicht ausreichen um den Strombedarf von zusätzlichen 36% im Winter zu decken. Eine zusätzliche Deckung von 10% im Winter wäre wohl als realistisches Maximum zu sehen.

11 Fortsetzung: Wie könnte ein neues Strom-Energiekonzept für unseren Landkreis aussehen? Ferner: noch kein ausgereiftes Micro/Mini-BHKW am Markt verfügbar. Die voraussichtliche Entwicklungszeit beträgt ca. 2 bis 5 Jahre. Fazit: Die Deckungslücke von ca. 25 bis 36% im Winter kann einerseits durch Energieeinsparung bewerkstelligt werden, oder durch mehr Windräder, welche grundlastfähig konstruiert sein sollten (mit Tages-/ Wochenspeicher). Parallel dazu sollten neue Innovationen im Landkreis gefördert werden. (Pilotanlagen) Vielversprechende Innovationen wären beispielsweise: Vielversprechende Innovationen wären beispielsweise: * Methanisierung: mit Strom Elektrolyse betreiben und den Wasserstoff mit CO2 zu Methan (gasförmig) raffinieren * Methylisierung: mit Strom Elektrolyse betreiben und den Wasserstoff mit CO2 zu Methyl (flüssig) raffinieren * Carbazol: ein flüssiger Wasserstoffträger, der ähnlich wie Diesel getankt werden könnte * Mini-KWK Anlagen: die Heizung produziert nicht nur Wärme sondern auch Strom * Speichertechnologien: Redox-Flow Batterie, kleine Speicherseen, etc.

12 Fortsetzung: Wie könnte ein neues Strom-Energiekonzept für unseren Landkreis aussehen? für KWK-Anlagen Entspricht 2,65 qkm Nettofläche Entspricht 65 x 3MW Windrad Entspricht 15,5% der Ackerfläche 8 x die Staustufe Ingolstadt wäre ausreichend für die rechnerische 100% Deckung.

13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Sonne Wind Biomasse