Energie Fakten, Mythen, Chancen

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1 Ein paar Begriffe Energie Fakten, Mythen, Chancen Lino Guzzella Leistung: Grösse der Anlage, definiert Baukosten Einheiten kw, PS, Energie: Energie = Leistung x Zeit Nützliche Arbeit, für das zahlen wir Einheiten kwh, J, Liter Benzin, Lastfaktor: Pro Jahr tatsächlich produzierte Energie geteilt durch maximal mögliche Jahresleistung 30 Minuten 2 Ein Beispiel: AKW Leibstadt Ein Beispiel: PV-Anlage Maximale Leistung: kw Produzierte Energie: kwh Lastfaktor: 8'800'000'000 kwh 1'200'000 kw 8760 h = 0.83 Maximale Leistung: 5 kw Produzierte Energie: kwh Lastfaktor: 6'000 kwh 5 kw 8760 h =

2 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 KKW Leibstadt kwh elektrische Energie produziert hat? For a successful technology, reality must take precedence over public relations, because nature cannot be fooled. Richard Feynman ( ) On the occasion of the Rogers Commission hearing investigating the Challenger accident, Verbrauch Energie CH Diesel/Benzin PKW Flugzeuge, Nahrung 2% Schiffe 11% Diesel 5% LKW 15% 10% Strom Haushalt 15% Strom Industrie Gewerbe In der CH eingesetzte Energie TJ/Jahr Wärme Industrie Gewerbe 20% 23% Wärme Haushalt CH etwa MJ/Tag = 6-7 kw Dauerleistung (thermisch, elektrisch, ) Quelle: BfE,

3 Woher kommt unser tägliches Brot? In der CH produzierte elektrische Energie Endenergie 10 MJ/kg (230 kcal/100 g) 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. Mittlere Zuwachsrate = 3.2% Quelle: BfE, Anteil erneuerbare elektrische Energie Zuwachs 2010 Prognose AKW-Kapazitäten CH Strom in TWh/Jahr 20 10?? Bundesratsbeschluss 25. Mai

4 Weltweiter Energieverbrauch PJ/Jahr PJ/Jahr Stromerzeugung Neue Optionen Geothermie Photovoltaik Solarthermie Windenergie Erdgas Sparen Jahr PJ/Jahr = AKW (1 GW Klasse) 1 AKW alle 2 Tage für die nächsten 50 Jahre = WT (5 MW Klasse ) 300 WT pro Tag für die nächsten 50 Jahre Quelle: OECD/IEA (2005 und 2010) 13 Es gibt noch einige mehr! 14 Geothermie im Mittelland CH Temperaturzunahme 3 pro 100 m Für WP und evtl. für saisonale Wärmespeicherung OK Für Elektrizitätserzeugung mind. 150 Temperaturdifferenz (besser 200 ) nötig, ergibt Bohrtiefen im Bereich von 5 km Elektrische Gesamtwirkungsgrade von maximal 20% Kosten sehr hoch, Risiko sehr hoch, Investoren? PV-Module Preisentwicklung, US $ / W Quelle: BfE,

5 Monatsertrag PV-Anlagen 100% Pumpspeicherkraftwerke 75% Quelle: F. Baumgartner et al., 2011, Bulletin Electrosuisse 17 Quelle: Axpo, Solarthermie Zum Beispiel Desertec Windenergie Quelle: Quelle: 20

6 Windenergie Kapazitäten 2010 Leistung: 200 GW Energie: 430 TWh (2%) Lastfaktor: 0.25 Windenergie Ökonomie und Ökologie Teuer im Bau (Kapitalkosten), billig im Betrieb (keine Treibstoffkosten) Bei kleinem Netzanteil totale Kosten im Bereich konventioneller Energieträger (ca /kwh) Bei höherem Anteil (10% Wind) Speicher- und Netzausbau nötig (Kosten in D /kwh) Sehr niedriger CO 2 -Ausstoss (0.01 kg/kwh) Quelle: Moderne Kombi-Gaskraftwerke Erdgas Ökonomie und Ökologie Billig und schnell im Bau (Bewilligungen), teuer und unsicher im Betrieb (Erdgas) Kostengünstigste Variante der Neuen, aber für Zukunft keine Garantien Auch gut geeignet für Lastregelung (schnelles Hochfahren) Quelle: Wikipedia Relativ hoher CO 2 -Ausstoss (ca. 0.5 kg/kwh) 23 24

7 Unkonventionelles Erdgas Spotmarktpreise Erdgas (USA) $ pro Million BTU (1 mmbtu = 290 kwh) 1 mmbtu entspricht 29 l Erdöl 1 bbl Erdgas kostet also 11 $ Schätzung Stromkosten Sparen Elektrospeicherheizungen durch Wärmepumpen ersetzen Best in class Verbraucher (Kühlschränke, Tumbler, ) als Standard vorschreiben. Gebäudehüllen isolieren, Dreifachgläser für Fenster, Zwangslüftung, Quelle: Zukunft Stromversorgung Schweiz, Akademien der Wissenschaften Schweiz,

8 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 Merci für Ihre Aufmerksamkeit! Folienkopien: lguzzella@ethz.ch Laborwebsite: Stundenlohn also 0.02 Fr