Energie und Klima. Prof. Dr. Harald Lesch. LMU & HfPh

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1 Energie und Klima Prof. Dr. Harald Lesch LMU & HfPh

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5 Quelle:

6 Klimawandel und Energiewende Erwärmung der Erdoberfläche Erwärmung der Meere: Meeresspiegelanstieg, Strömungsveränderungen Abschmelzen der Polkappen Gletscherschmelze extreme Wetterlagen: Wirbelstürme, Regenfälle, Überschwemmungen Expansion der Wüsten

7 Quelle: Umwelt-Prognose-Institut (UIP) 2000 Klimawandel und Energiewende

8 Schema des Transports elektrischer Energie Speicherbecken; Fluss Wasser; (Wind) Kraftwerksverbund: Nachtstrom der Wärmekraftwerke => Pumpspeicherkraftwerke Turbine Generator Transformator: Hochspannung, niedrige Stromstärke Dampf Kernkraft; Kohle; (Gas; Müll) Der Transport elektrischer Energie kann entweder mit hoher Spannung (Isolierung!) und niedriger Stromstärke oder mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke (dicke Leitung!) erfolgen. Die Umwandlung erfolgt in Transformatoren. Diese arbeiten nur mit Wechselstrom bzw. spannung. Daher haben wir ein Wechselspannungsnetz. Hoch- und Höchstspannungsnetz P = U I Transformator: Niederspannung, hohe Stromstärke Verbraucher Verbraucher

9 Elektrokraftwerke Hauptsächliche Quelle elektrischer Energie: Wärme: Umwandlung der Bewegungsenergie von Wasserdampf mit Hilfe der Induktion

10 Elektrokraftwerke Nutzung mechanischer Energie: Wasser: Laufwasser Speicher Pumpspeicher Gezeiten Wind

11 Elektrokraftwerke Solarelektrische Direktumwandlung

12 Elektrokraftwerke Brennstoffzelle: Direktumwandlung chemischer in elektrische Energie Sauerstoff Wasserstoff O 2 -> 2 O* 2 H 2 -> 4 H + +4e - O -- 2H + Wasser H 2 O I

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14 Die elektrische Stromstärke Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viele Elektronen pro Sekunde durch den Draht fließen. Die Abkürzung für Stromstärke ist I Sie wird in Ampere gemessen. (Abkürzung 1A) Bei 1 A fließen pro Sekunde Elektronen durch den Draht. 1 A = 1000 ma (Milli-Ampere)

15 Elektrischer Strom und Energie Es fließen 0,3 A also etwa Elektronen pro Sekunde Es fließen auch 0,3 A also auch etwa Elektronen pro Sekunde Die große Lampe liefert mehr Licht, obwohl genauso viele Elektronen pro Sekunde fließen. Jedes Elektron transportiert die gleiche Ladung.

16 Elektrischer Strom und Energie Die Elektronen müssen bei der großen Lampe aber mehr Energie transportieren. Die Energie, die pro Ladung transportiert wird, nennt man elektrische Spannung

17 Elektrischer Strom und Energie Spannung = Energie Ladung Die Spannung beträgt 1 Volt, wenn für 1 Coulomb (das sind Elektronen) die Energie 1 Joule zur Verfügung steht (damit kann man z.b. eine Tafel Schokolade 1 m hoch heben) 1 Volt = 1 Joule 1 Coulomb 1 V= 1J 1 C

18 Elektrischer Strom und Energie Spannung = Energie Ladung Um Spannung zu erzeugen, müssen wir arbeiten. Die Ladungen müssen getrennt werden.

19 Wertschöpfungskette Umwandlung Primärenergie Transport Transport Verteilung Verbrauch Entsorgung 19/118

20 Arten der Energiewandlung Primärenergiearten: Wasser Chemisch (und physikalisch) gebundene Energie (Kohle, Öl, Gas, NaWaRo, Geothermie) Wind Solare Strahlung Umwandlung nutzt (i. A.) folgende Schritte: Direkte Umwandlung Brennstoffzelle Photozelle Primärenergie Nutzenergie Indirekte Umwandlung Linearbewegung chemische Energie Strahlung Wärme Rotation 20/118

21 Arten der Energiewandlung Primärenergiearten: Wasser Chemisch (und physikalisch) gebundene Energie (Kohle, Öl, Gas, NaWaRo, Geothermie) Wind Solare Strahlung Umwandlung nutzt (i. A.) folgende Schritte: Direkte Umwandlung Brennstoffzelle Photozelle Primärenergie Nutzenergie Indirekte Umwandlung Linearbewegung chemische Energie Strahlung Wärme Rotation 21/118

22 Arten der Energiewandlung Primärenergiearten: Wasser Chemisch (und physikalisch) gebundene Energie (Kohle, Öl, Gas, NaWaRo, Geothermie) Wind Solare Strahlung Umwandlung nutzt (i. A.) folgende Schritte: Direkte Umwandlung Brennstoffzelle Photozelle Primärenergie Nutzenergie Indirekte Umwandlung Linearbewegung chemische Energie Strahlung Wärme Rotation 22/118

23 Arten der Energiewandlung Primärenergiearten: Wasser Chemisch (und physikalisch) gebundene Energie (Kohle, Öl, Gas, NaWaRo, Geothermie) Wind Solare Strahlung Umwandlung nutzt (i. A.) folgende Schritte: Direkte Umwandlung Brennstoffzelle Photozelle Primärenergie Nutzenergie Indirekte Umwandlung Linearbewegung chemische Energie Strahlung Wärme Rotation 23/118

24 Rationeller Energienutzung Minimierung des energetischen Aufwandes für ein Energiesystem in dessen Lebenszeit Möglichkeiten 1. Erhöhung der Effizienz bei Umwandlung 2. Erhöhung der Effizienz bei Anwendung von Energieströmen Minimierung der Verluste Mehrfachnutzung und Energierückgewinnung Energie einsparen, Regenerative Erzeugung 24/118

25 Energieformen Primärenergie: Endenergie (Nutzenergie) Sonne Wind Wasser Organische Substanzen Wärme / Kälte Strom (Kraft, Licht) Informationen Gezeiten, Strömungen, Wellen Geothermie Braunkohle Steinkohle Erdgas inkl. unkonv. Vorkommen Öl inkl. unkonventioneller Vorkommen Uran 25/118

26 Statische Reichweiten konventioneller Energieträger Die regionale Verteilung von Erdöl, Erdgas und Uran benachteiligt Europa Andere / zusätzliche Lösungen? 26/118

27 Quelle: Michael Scharp, IZT Überblick zu Eneuerbaren Energien (EE)

28 Solarthermie Das Projekt Desertec: Strom aus der Sahara Ein zentraler Einwand ist: Bevor dieses Projekt zum Tragen gebracht werden kann wird der weitere Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien in Deutschland zu niedrigeren Kosten und Preisen möglich sein als der Solarstromimport aus Nordafrika. (Eurosolar) Welt Europa Mittlerer Osten Nordafrika Quelle: (bearbeitet Rolf Behringer, Solare Zukunft e.v.

29 DESERTEC Konzept für EU-MENA Studies by DLR for EUMENA region MED-CSP & TRANS-CSP for German government CLUB OF ROME WhiteBook Skizze eine möglichen Infrastruktur für eine nachhaltige Energieversorgung für EUrope, the Middle East and North Africa (EU-MENA)

30 Die Windparks werden an der Nordsee mit den großen Wasserspeichern Norwegens gekoppelt, ihre Energie steht faktisch rund um die Uhr bereit. Sie decken dann auch die Grundlast ab. Eine ähnliche Verbindung mit 700 MW besteht seit 2008 zwischen den Niederlanden und Norwegen. Bislang halten die vier großen deutschen Erzeuger in Deutschland, RWE, Eon, Vattenfall und EnBW, an neuen Kohlekraftwerken zur Grundlastversorgung fest. Das Kabel verändert diese Situation: Wenn die deutschen Energieversorger nicht bald aufwachen, erleiden sie in einigen Jahren ein ähnliches Schicksal wie heute General Motors. Alfred Richmann vom Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft: Das ist ein Beitrag, um die verkrusteten Erzeugungsstrukturen in Deutschland aufzubrechen. 30/118 Quellen: Neue Energie 6/2009, Rheinischer Merkur, und powernews vom

31 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) Das intelligente Netz muss ein HGÜ-Netz sein: HGÜ verursacht über große Entfernungen viel kleinere Verluste, ist viel billiger, braucht viel weniger Material und viel kleinere Schneißen als die Übertragung der gleichen Energie mit Wechselstrom- Hochspannung. Photo source: G. Czisch, Barcelona, /118

32 Klimawandel: Krisen, Kriege, Wanderungen

33 Zum Optimismus gibt es keine Alternative! Wind Sonne Wasser Vernunft Solidarität - Verzicht Ressourcen, die schon immer da waren, clever nutzen. Den gesunden Menschenverstand einsetzen für ein würdiges Leben aller.