Ein Beitrag zur Energiediskussion

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1 Ein Beitrag zur Energiediskussion Lino Guzzella 45 Minuten

2 Ein paar Definitionen Leistung Grösse der Anlage, definiert Baukosten Einheiten W, kw, PS, Energie Energie = Leistung x Zeit Nützliche Arbeit, für das zahlen wir Einheiten J, kwh, kcal, BTU, l Benzin Lastfaktor In einem Jahr tatsächlich produzierte Energie geteilt durch die maximal mögliche Energie (maximale Leistung x 1 Jahr) Lastfaktor meistens nur für elektrische Energie verwendet 2

3 Ein Beispiel: AKW Leibstadt Maximale Leistung: kw (1.2 GW) Produzierte Energie: kwh (8.8 TWh) Lastfaktor: 8'800'000'000 kwh 1'200'000 kw 8760 h =

4 Ein Beispiel: PV-Anlage Maximale Leistung: 5 kw Produzierte Energie: kwh Lastfaktor: 6'000 kwh 5 kw 8760 h =

5 Das Problem der grossen Zahlen 1 Wh = 10 0 Wh 1 Stunde telefonieren mit NATEL 1 kwh = 10 3 Wh 1 Stunde Haare föhnen 1 MWh = 10 6 Wh 1 Stunde ein Tram betreiben 1 GWh = 10 9 Wh 1 Stunde Stromverbrauch Kanton Bern 1 TWh = Wh 6 Tage Stromverbrauch Schweiz 1 PWh = Wh 17 Tage Stromverbrauch Welt Alle Vergleiche approximativ, Zahlenwerte variieren stark je nach Betriebsart/Gerät/Jahreszeit/etc. 5

6 Wetzikons grösste Solar- Anlage knackt die Traum- Grenze (Tages-Anzeiger, ) Das Ziel von kwh ist somit nach drei Jahren und vier Monaten früher als erwartet erreicht. Frage: Wie lange dauert es bis das AKW Leibstadt die gleiche Menge an elektrischer Energie produziert hat? 6

7 Dreisatzrechnung Die Leistung des AKW-Leibstadt ist kw In einer Stunde erzeugt es also kwh elektrische Energie Wie lange braucht es um kwh zu machen? 60 Minuten = kwh? Minuten = kwh 7

8 Einsatz Energie OECD Diesel/Benzin PKW Flugzeuge, Schiffe Diesel 5% LKW 15% 11% Nahrung 2% 10% Strom Haushalt 15% Strom Industrie Gewerbe Wärme Industrie Gewerbe 20% 23% Wärme Haushalt CH etwa 150 kwh pro Tag und Person (entspricht der 6.5 kw Gesellschaft ) 8 8

9 Primärenergie Schweiz TJ/Jahr Quelle: BfE,

10 Woher kommt unser tägliches Brot? Nutzenergie 10 MJ/kg (2 300 kcal/kg) Laden 0.6 MJ/kg (0.1 kwh/kg, η el =0.6) Bäckerei 6.0 MJ/kg (1 kwh/kg, η el =0.6) Mühle 1.2 MJ/kg (0.2 kwh/kg, η el =0.6) Transport 0.2 MJ/kg (total 200 km Distanz) Landwirtschaft 2.0 MJ/kg (300 l Diesel/ha, 6000 kg/ha) Summe 10 MJ/kg Fossile Primärenergie Annahme: Elektrische Energie wird aus fossilen Energieträgern mit 60% Wirkungsgrad erzeugt. 10

11 Elektrische Energie CH Entwicklung Mittlere Zuwachsrate = 3.1% Quelle: BfE,

12 Elektrischer Energie CH Stand 2010 Zuwachs

13 Globaler Primärenergieverbrauch PJ/Jahr PJ/Jahr Quelle: OECD/IEA (2005 und 2011) Jahr 13

14 Stromerzeugung Neue Optionen Geothermie Photovoltaik Solarthermie Windenergie Erdgas Effizientere Geräte Sparen Liste nicht abschliessend! 14

15 Geothermie im Mittelland CH Temperaturzunahme 3 pro 100 m η =1 T kalt T heiss Für Wärme inkl. saisonale Wärmespeicherung denkbar Für Elektrizitätserzeugung mind. 150 Temperaturdifferenz (besser 200 ) nötig, ergibt Bohrtiefen bis 5 km Elektrische Gesamtwirkungsgrade von ca. 15% Kosten sehr hoch, Risiko sehr hoch, Investoren? Daher Forschungsbedarf hoch (Risiko senken, Rentabilität maximieren, Nebenfolgen abschätzen ) 15

16 PV-Module Preisentwicklung, US $ / W Quelle: BfE,

17 Stromproduktion PV-Anlagen 100% 75% April Oktober Quelle: F. Baumgartner et al., 2011, Bulletin Electrosuisse April 17

18 Saisonale Schwankungen Quelle: BfE,

19 Pumpspeicherkraftwerke Quelle: Axpo,

20 Solarthermie Zum Beispiel Desertec Quelle: 20

21 Windenergie Quelle: 21

22 Windenergie Kapazitäten 2010 Leistung: Energie: 200 GW 430 TWh Lastfaktor: 0.25 Quelle: 22

23 Windenergie Ökonomie und Ökologie Teuer im Bau (Kapitalkosten), billig im Betrieb (keine Treibstoffkosten) On-shore Technik reif, off-shore gibt es noch Herausforderungen Bei kleinem Netzanteil totale Kosten in der Grössenordnung konventioneller Energieträger Bei höherem Anteil (> 5-10% Wind) Speicherund Netzausbau nötig Sehr niedriger CO 2 -Ausstoss 23

24 Moderne Kombi-Gaskraftwerke Quelle: Wikipedia 24

25 Erdgas Ökonomie und Ökologie Billig und schnell im Bau (Bewilligungen), teuer und unsicher im Betrieb (Erdgas) Stromkosten im Mittelfeld, hängen fast nur vom Erdgaspreis ab Auch gut geeignet für Lastregelung (schnelles Hochfahren) Relativ hoher CO 2 -Ausstoss 25

26 Unkonventionelles Erdgas 26

27 Spotmarktpreise Erdgas (USA) $ pro Million BTU (1 mmbtu = 290 kwh) 1 mmbtu entspricht 29 l Erdöl 1 bbl Erdgas kostet also 11 $ 27

28 Schätzung Stromkosten Quelle: Zukunft Stromversorgung Schweiz, Akademien der Wissenschaften Schweiz,

29 Reserven (sehr unsicher!) PJ Kohle Konventionelles EÖ Konventionelles EG Konventionelle Fission Braunkohle Nichtkonventionelles EÖ Nichtkonventionelles EG 29

30 Deutschlands Kraftwerksliste Leistung Energieträger Betrieb/Status Betreiber MW Braunkohle ab 2011/im Bau RWE Power MW Steinkohle ab 2017 Südweststrom MW Steinkohle ab 2012/im Bau Vattenfall Europe MW Steinkohle ab 2012/im Bau RWE Power MW Pumpspeicher ab 2019 Schluchseewerke AG MW Erdgas ab 2013 RheinEnergie AG MW Erdgas ab 2015 Adv. Power/Siemens MW Steinkohle ab 2013 E.ON Kraftwerke MW Erdgas ab 2014 Iberdrola MW Steinkohle offen E.ON Kraftwerke MW Steinkohle ab 2012/im Bau E.ON Kraftwerke MW Erdg./St.Kohle ab 2014 Dow Chemicals 996 MW Wind ab 2015 RWE Innogy 912 MW Steinkohle ab 2013/im Bau EnBW 911 MW Steinkohle ab 2013 GKM 900 MW Erdgas ab 2013/14 Enovos Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft, e.v., Berlin,

31 Der Faktor Zeit ist Mitentscheidend Beitrag zur globalen Primärenergieversorgung von Quelle: IEEE Spectrum, July 2012, pp

32 Sparen Elektrospeicherheizungen durch Wärmepumpen ersetzen Best in class Verbraucher (Kühlschränke, Tumbler, ) als Standard vorschreiben. Gebäudehüllen isolieren, Dreifachgläser für Fenster, Zwangslüftung, 32

33 Der Wert und der Preis von Energie Mechanische Dauerleistung Mensch = 100 W Preis von 1 kwh elektrische Energie = 0.2 Fr. Zeit um diese Energie zu produzieren = 10 h Stundenlohn also 0.02 Fr. 33

34 Merci für Ihre Aufmerksamkeit! 34 34

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