Energie und das Klima der Welt

Transkript

1 Energie und das Klima der Welt 10. Stunde: Energie STROM(3) (Auch der heutige Text findet sich in meinem Buch STROM) Christoph Buchal Forschungszentrum Jülich und Universität zu Köln Köln, Universität zu Köln

2 UBA aktuell: Bis 2050 alle fossilen Treibstoffe beenden Die Präsidentin des UBA, Frau Maria Krautzberger, hat in der letzten Woche bekräftigt, dass die fossilen Treibstoffe Benzin, Diesel, Kerosin ab 2050 überhaupt nicht mehr genutzt werden dürfen, wenn die Deutschen Klimaziele erreicht werden sollen. Elektromobilität mit EE-Strom soll es richten. Wir erinnern uns an die gegenwärtige Realität:

3 Strom Strom liefert nur 20% der End-Energie, strittig ist davon etwa die Hälfte! Der riesige Rest der Torte Universität zu Köln

4 Welt Energiebedarf 2011 (Anteile ~ const.) Umsatz (als mittl. Leistung)!!! Sonneneinstrahlung TW Die Nutzung der Sonnenwärme (durch Architektur) bleibt hier völlig verborgen!

5 Indien und China setzen vor allem auf Kohle

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9 N = U I cos φ 380 kv km 110 kv, km 10 / 20 kv km 230/400 V >1 Mio km, verkabelt

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11 NorNed-Kabel (Statnett - TenneT) Länge: 580 km, Technologie: +/- 450 kv DC-Kabel Übertragungsleistung: 0,7 GW Kosten: 600 Mio. Euro Eigennütziger Vorschlag: Norwegen als Speicher für D Sachverständigenrat für Umweltfragen: 100% RE power until 2050

12 Erneuerbare Stromerzeugung Holz, Wasserkraft, Wind, PV, Müll, Faulgas, Gezeiten, Wellen, CSP,

13 Erneuerbare E. fluktuieren Produktionsgraphen: Speichern wäre toll! Mechanisch? Elektrisch? Elektro-Chemisch? Chemisch? Wärme? Technisch gesehen: Zurück in die Zeit der unzuverlässigen E.-Versorgung

14 Energy Charts (FHG) Stromproduktion letzte Woche

15 Februar 2016: Wind fluktuiert stark, PV pausiert

16 6.6. bis

17 Seilbahn: 1 t x 360 m = 1 kwh Staudamm: 10 Mio.m³ ~ = 10 GWh zb.: 1 km x 300 m x 30 m tief, 360 m Fallhöhe 1 Liter Diesel ~ 10 kwh 1 m³ Erdgas 50 kg Li-Akku dt. Pumpspeicher ~ 40 GWh dt. Erdgasspeicher ~ GWh (x 5000) Gas- Jahresbedarf ~ GWh Strom-Jahresbedarf ~ GWh Universität zu Köln

18 Staudämme (WKW) sind prima Speicher auch prima Erzeuger, dienen obendrein zum Hochwasserschutz, aber : enorme Landschafts-Verwandelung, großer Höhenbedarf (Bergtäler) Alpen, Norwegen, und völlig ignoriert -? Universität zu Köln

19 Goldisthal: 12 Mio m³; Höhe: 350 m; 8,5 GWh; 1 GW Großer Widerstand der Naturschutz Organisationen. Eröffnet 2003

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21 Wasserkraftwerke, Folie Nr 2

22 Wasserkraftwerke, Folie Nr. 3

23 Wasserkraftwerke, Folie Nr. 4 Nr. 73! Nr. 90!

24 3 Schluchten: 1,4 Mio Zwangsumsiedler, 600 km Seelänge, 18 GW, Schleusen! 600 km = Rhein von Basel bis Emmerich

25 Itaipu, Mauer h = 120m, l = 8 km, Fläche = 2 x Bodensee, 14 GW, ~ 100 TWh Die 10 verbliebenen deutschen KKW (2015) zusammen: 13 GW

26 Rhein- Laufwasser KW Iffezheim: 11m, 0,146 GW,!Schleusen, Fische,

27 Welt Energiebedarf 2011 (Anteile ~ const.) Umsatz (als mittl. Leistung)!!! Anteil der Wasserkraft an der globalen STROMERZEUGUNG: 16%!

28 Enercon Anlagen

29 WEA mit Getriebe und Standard-Generator Getriebe-Erwärmung: 2% von 5 MW = 100 kw (Reibungswärme)

30 ENERCON Eiförmige Kuppel Generator mit vielen Polen: teuer Kann auf Getriebe verzichten: günstig

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32 Große WEA sind erstaunlich: Beispiel ALPHA VENTUS 12 Türme 45 km vor Borkum, je 21 Mio 5 MW Generatoren H: 143 m (Kölner Dom: 157 m) D: 116 m (Rotordurchmesser) T: bis 60 m unter Meeresspiegel Volllaststunden : ca. 40% von 8760 h an Land: 18-20% Deutschland 2016: > Anlagen mit ges. 40 GW (peak) Für die Energieausbeute gilt: 1000 große 5MW-WEA offshore ~ Biblis A + B oder 2000 onshore

33 London array: 175 WEA mit 630 MW(peak) Endausbau: 340 WEA, mehr als 1 GW(peak) (Energie: 1/5 Weisweiler)

34 Gebiete für geplante Windparks ( > 45 GWpeak) etwa 300 km vom Festland bis zum weitesten Park

35 Bodenreibung Wald Hindernisse A B S T A N D! Jeder zusätzliche Meter an Höhe bringt ein Prozent an Ertrag mehr!!!

36 WEA im Windschatten der ersten Reihe - die Dichte ist begrenzt

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39 SCHEUERLE (auf youtube)

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41 WEA- Jahres-Volllast- Stunden (JVh) Energie-Ernte: Nennleistung x Jahresvolllast-Stunden Onshore: ca. 20%, 2 /W; aber gute Standorte werden knapp Off-Shore: bis zu 40% >4 / W Nur: Off-Shore hat drastisch höhere Kosten (> x 2) vgl.: PV: etwa 10% (in D) <1,5 / W

42 Verzicht auf die konzentrierten Fossilen Energieträger Turm mit 5 MWmax: ca. 9 Mio kwh/y kostet ca. 10 Mio. Euro 21,4%.. 18%

43 Flächenbedarf dafür: 2000 x 2 km² = 4000 km² = 100 km x 40 km Jülich - Bitburg - Rhein

44 CSP: Concentrated Solar Power (Solar-Kraftwerk) Wärmekraftwerk, nur für Regionen mit klarem Himmel (Subtropen) sinnvoll

45 PV ist auch für diffuses Licht geeignet

46 Strom S. 86 E (ev) = 1,24 / λ (µm) Universität zu Köln

47 STROM Seite E (ev) = 1,24 / λ (µm) Universität zu Köln

48 Strom S. 108, 112 Dicke 0,2 mm Gute Absorption AR- Schutzschicht Leiter (Ag) Spiegelschicht Kühlen wegen Rekombination 1 m² : 1000 W Sonne Wirkgrad: 15% Elektr.: 150 W pro m² Universität zu Köln

49 PV-Zelle: Am pn-übergang bildet sich eine Potenzialstufe aus Silizium 4-wertig ko-valente Bindung Tetraeder-Struktur Bor: 3- wertig S Phosphor: 5-wertig Universität zu Köln Physiker/Chemiker: Bessere Erläuterungen, Bitte nach der Vorlesung nach vorne kommen

50 Universität zu Köln Built In Potential mit E-Feld durch Dipol-Doppelschicht

51 Dickes Material (0,2 mm) Universität um Photonen zu effektiv Köln zu Absorbieren nur dünne Schicht zum Kontakt

52 STROM S. 108, 112 Dicke 0,2 mm Absorp 100 m² 15 kwpeak h/y kwh/y Familie: 4 Pers., 6000 kwh/y Universität zu Köln AR- Schutzschicht Leiter (Ag) Spiegelschicht Temp. (Rekomb) 1 m² 1000 W Sonne 15% 150 W elektr. Zelle 25 cent / Watt Modul 50 cent / Watt Dach/kompl. 2 / W