Perspektiven der globalen Energieversorgung

Transkript

1 Strahlung der Sonne 1 Perspektiven der globalen Energieversorgung Der Treibhauseffekt Treibhausgase reflektierte Infrarot-Strahlung Stratosphäre Troposphäre Infrarot-Strahlung der Erde Grafik: Zeitbild Verlag Hintergrundinformationen auf der Kopiervorlage 3 Wie entsteht der Treibhauseffekt? Wie kommt es zum zusätzlichen Treibhauseffekt, und welche Folgen ergeben sich daraus?

2 2 Weltkarte Energieverbrauch Nordamerika 11,1 t SKE West- und Südeuropa 5,0 t SKE Mittel- und Osteuropa 3,2 t SKE Afrika 0,5 t SKE Naher Osten 3,2 t SKE ehem. UdSSR 4,5 t SKE Südasien 0,4 t SKE China 0,9 t SKE Südostasien 0,6 t SKE Mittel- und Südamerika 1,4 t SKE Australien/Ozeanien 6,0 t SKE Welt 2,1 t SKE je Einwohner im Jahr 2001 Hintergrundinformationen auf der Kopiervorlage 7 Quelle: RWE Vergleichen und bewerten Sie den jährlichen Primärenergieeinsatz pro Kopf in Industrie- und Entwicklungsländern. Welche Veränderungen sind in der Zukunft zu erwarten?

3 SHELL-Energie-Szenarien bis zum Jahr Exajoules Wellen-/Gezeitenkraft Solarthermie Photovoltaik Geothermie Wind Biomasse (elektrisch) Biomasse (Kraftstoffe) Kernenergie Wasserkraft Gas Öl CH 4 /H 2 aus Kohle Kohle Trad. Biomasse Nachhaltige Energieversorgung im Jahr 2050 Quelle: Shell Deutschland Oil Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 8a und 8b Vergleichen Sie die vorgestellten Szenarien von Shell mit den Studien World Energy Outlook der International Energy Agency (IEA) und International Energy Outlook der Energy Information Administration (EIA) des US-Departments of Energy. Welche Gemeinsamkeiten bzw. Unterschiede gibt es? Formulieren Sie Ihre eigene Hypothese auf der Basis der untersuchten Studien Konzern/Pressecenter/Mediencenter/Publikationen/Weltenergiereport RWE AG 2002 (Zusammenfassung der drei Studien auf Deutsch)

4 Perspektiven der globalen Energieversorgung Erneuerbare Energien im Überblick 4 Wasserkraft Verdunstung, Niederschlag, Schmelzen Wasserkraftwerke Sonne Windkraft Atmosphärenbewegung (Wind) Wellenbewegung Windenergiekonverter Wasserkraftwerke Meeresströmung Meeresströmungskraftwerk Solarstrahlung Erwärmung von Erdoberfläche und Atmosphäre Solarstrahlung Meereswärmekraftwerk Wärmepumpen Kollektor, Solarthermisches Kraftwerk Solarzelle, Photovoltaisches Kraftwerk Wärme Wärme Photolyse Brennstoffe Biomasse Biomasse-Produktion Heizkraftwerk Konversionsanlage Wärme Brennstoffe Erde Geothermie Geothermie Geothermisches Heizkraftwerk Wärme Mond Gravitation Gezeiten Gezeitenkraftwerk Quelle: Preussen Elektra Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 11 und 34 Recherchieren Sie, welche Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien in Ihrer Nähe zu finden sind.

5 5 Mittlere jährliche Sonneneinstrahlung 180 W 90 W 0 90 E 180 E 85 N 85 N 60 N 60 N 30 N 30 N Globalstrahlung Mittlere Jahressummen in kwh/m S 60 S 85 S 180 W 90 W 0 90 W 180 E 85 S 60 S 30 S 0 > < 800 keine Angaben Quelle: Deutscher Wetter Dienst Hamburg Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 15 und 25 Veranschaulichen Sie die jährlich auf einen Quadratmeter in Deutschland einfallende Sonnenenergie durch eine äquivalente Menge Öl (ein Liter Öl enthält eine Energie von ca. 10 kwh).

6 6 Funktionsprinzip einer Solarzelle Photon Aufbau einer Silizium-Solarzelle Vorderseitenkontaktgitter Antireflexschicht n-halbleiterschicht Verbraucher pn-übergang p-halbleiterschicht Rückseitenkontakt Quelle: Shell Deutschland Oil Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 20 bis 24 Planen Sie mit Ihrem Physiklehrer ein Projekt zur Solarzelle z. B. mit dem Shell-Solar-Wasserstoff-Koffer.

7 Perspektiven der globalen Energieversorgung Konkrete Anwendungsmöglichkeiten solarer versorgungssysteme Tankstelle mit Solardach in Hamburg 2 Solar-Control-System für eine Krankenstation in Südafrika 3 Photovoltaisch (PV) versorgte Navigationshilfe an der holländischen Küste 4 PV-betriebene Wasserpumpe in Kenia 5 PV-Anlage zum Schutz eines Bohrturms vor Korrosion 6 19 Wohnungen beziehen ihren aus PV-Dachanlagen 7 Zwischen 50 und 200 Watt Peak liefert die auf einem Boot angebrachte PV-Anlage Quelle: Shell Deutschland Oil Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 25 und 27 Welche typischen Anwendungsarten für solare versorgung werden in den Einzelbildern gezeigt (netzfern, netzfrei, netzgekoppelt)?

8 8 Solar Control System Investment: 450 Euro mtl. Zahlung von 9 Euro Versorgungsleistung: 4 Lampen 4 Stunden 1 Radio 10 Stunden 1 Fernseher 4 Stunden Freigabe- Code Steuergerät mit Batterie als Speicher 4 Tage ohne Sonne funktionsfähig Wartung und Austausch von defekten Lampen und Batterien Quelle: Shell Deutschland Oil Hintergrundinformationen auf der Kopiervorlage 26 Vergleichen Sie den täglichen elektrischen Energiebedarf pro Kopf in Deutschland mit dem in einem Entwicklungsland. Ermitteln Sie hierfür Ihren persönlichen Bedarf in kwh aus der Jahresabrechnung für Ihre Familie und stellen Sie elektronische Geräte in Ihrem Haushalt zusammen. Für den Vergleich mit einem Entwicklungsland können Sie diese Folie sowie Kopiervorlage 26 heranziehen. Das Solar Control System soll vier Lampen mit je 10 W, ein Radio mit 5 W und einen Fernseher mit 40 W während der angegebenen Zeiten versorgen. Welche Energie in kwh wird dafür benötigt? Welche Energie muss die Batterie speichern, wenn die Anlage vier Tage ohne Sonne laufen soll?

9 9 Funktionsweise eines Biomasse-Heizkraftwerkes Wärme- und erzeugung aus Pflanzenöl Wärmeerzeugung aus Holz Holzhackschnitzel, Resthölzer aus Waldbewirtschaftung, Sägenebenprodukte Pflanzenölkessel Pflanzenölmotor Pflanzenöltanklager Einspeisung Fernwärmenetz Einspeisung netz 3-Zug-Schornstein Rauchgastrübemessung Schaltzentrale Rauchgaskatalysator Gereinigte Hydraulikaggregat für Abgase Fördereinrichtung Mehrtagessilo mit Schubbodensystem E-Filter Holzkessel Förderbandsystem Radlader netz Fernwärmenetz Asche Filterasche (Feinasche) Kesselasche (Grobasche) Entsorgung Verwertung Flüssigbrennstoffhalle Energiezentrale Festbrennstoffhalle Holzhackschnitzelhalle Quelle: Stadt Ostritz St. Marienthal Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 28 bis 29 Welche ökologischen Vorteile bietet die Gesamtkonzeption dieses Biomasse- Heizkraftwerkes?