ERNEUERBARE (ALTERNATIVE) ENERGIEN. Theoretische Potentiale, reale Zukunft der Energieversorgung

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1 Karl-Heinz Miiller Janos Giber ERNEUERBARE (ALTERNATIVE) ENERGIEN Theoretische Potentiale, reale Zukunft der Energieversorgung Unterder Mitwirkung von: Ferenc Reti, Gabor Dobos und Nikolas Adrian Miiller Shaker Media Aachen 2007

2 INHALTSVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG (PROGNOSEN, SZENARIEN) Solarzellen Windenergie Biomasse-Energie Geothermische Energie Warmeproduktion mittels emeuerbarer Energien Problemstellung Angaben zu Preisen und Kosten SOLARENERGIE, ELEKTRISCHE ENERGIEPRODUKTION MIT SOLARZELLEN (PHOTOVOLTAIK, PV) Globale Leistungsdichte (Intensitat, I), Solarkonstante, Leistungsfluss bzw. Energiefluss der Sonnenstrahlung am obersten Rand der Stratosphare Gleichgewicht der globalen Strahlungsbilanz in dem Erde- Atmosphare (E-A)-System Lokale Leistungsdichte bzw. Energiedichte an der Erdoberflache Technische Grundlagen Derzeitige und prognostizierte PV-Kapazitaten, - Kosten, - Programme WINDENERGIE, WINDKRAFTWERKE Abschatzung des globalen Windenergiepotentials Mechanischer und elektrischer Wirkungsgrad einer Windkraftanlage (WKA) Technische Probleme, Umweltfreundlichkeit bzw. Landschaftsvertraglichkeit Windkarten, ortliche Verteilung, installierte Kapazitaten BIOMASSE, BIOMASSE-KRAFTWERKE Photosynthese, deren COi-Verbrauch und die jahrlichc Biomasse-Produktion Biomassegut der Erde, insbesondere das energetisch verwendbare Holzgut der Waldgebiete Analyse von Biomassekraftwerken Andere energetisch nutzbare Biomasse-Ressourcen Warum ist die Biomasse (wieder) aktuell und wirtschaftlich geworden? 70 I

3 5. BIOGAS, BIOKRAFTSTOFFE Biogasproduktion und deren energetische Anwendung Aufarbeitung von Klarschlamm Hausmiilldeponie als Biogas- Dauerreaktor Energetische Nutzung von Biogas Biokraftstoffe Biodiesel Bioalkohol (100 %-iges Ethanol, Et-OH, CH 3 -CH 2 - OH) Zukunft der Biotreibstoffe (bzw. Zusatzstoffe) GEOTHERMISCHE ENERGIE Aufbau des Erdinneren, Quelle und Menge der geothermischen Energie Grundsatzliche Verfahren zur Erdwarmegewinnung Hydrothermale (konvektive) Quellen Hot-dry-rock- (HDR) Verfahren Warmesonden kombiniert mit Warmepumpen Erzeugung elektrischer Energie auf geothermaler Basis Detaillierte Angaben zu geothermischen Karten und Anlagen weltweit Nutzung geothermischer Potentiale in Deutschland Deutschlands geothermische Elektrizitatsproduktion Geothermische Potentiale in anderen Regionen der Welt Ill 7. WARMEPRODUKTION MIT ERNEUERBAREN ENERGIEN, SONNENKOLLEKTOREN, SOLARTHERMISCHE KRAFTWERKE Solarkollektoren (Sonnenkollektoren) SK Eingestrahlte Intensitat (Bestrahlungsstarke) [W s /m 2, Index s: Strahlung] und Warmeaufnahme Sonnenkollektoren (SK) - Typen Wirkungsgrad der Sonnenkollektoren Rechenbeispiele Solarthermische (ST) Kraftwerke 128

4 8. BRENNSTOFFZELLEN (BZ) AUF METHAN-(ERDGAS-, BIOGAS-) BASIS (KWK, DEA FURHAUSHALTE UND KLE1NKRAFTWERKE) Physikalisch-chemische bzw. technische Grundlagen der BZ-n (komplexe BZ-Systeme) Probleme bei der industriellen Fertigung von Brennstoffzellen in konstruktiver, technischer und wirtschaftlicher Hinsicht Beschreibung einiger wichtiger BZ-Systeme Das MCFC (molten-carbonate) BZ-System PEM-Brennstoffzellensysteme fur den Haushalt Das tubulare SOFC-HCP-Kleinkraftwerk (Siemens- Westinghouse) WASSERSTOFFTECHNOLOGIE (WT), WASSERSTOFFWIRTSCHAFT Begriff bzw. Definition Industrielle Moglichkeiten zur Herstellung, Speicherung und zum Transport von Wasserstoff Industrielle Produktion Speichermoglichkeiten des Wasserstoffs Wasserstoff als Energietrager ALTERNATIVEN UND ZUKUNFT DER ENERGIE VERSORGUNG Versorgungsgrad und Reserven der fossilen bzw. nuklearen Primarenergiearten Geographische Verteilung der traditionellen Primarenergiereserven, Export - Import Die Rolle der erneuerbaren Energiesorten in der Energieversorgung Was ist in den nachsten 50 Jahren zu erwarten? Fazit und Schlussfolgerung 163 ANLAGEN 165 A. 1 MaCeinheiten, Umrechnungsfaktoren 166 A.2 Energiegehalt (gross heat of combustion) und Heizwerte (net heat of combustion) von einigen Stoffen 168 A.3 Primar- bzw. elektrischer Energieverbrauch; installierte elektrische Kapazitaten weltweit 170 A.4 Energieproduktion der OECD- (EU28*-) Lander 172 III

5 A.5 Elektrische Energie (Produktion, Export, Import) 173 A.6 Elektrische Energieproduktion durch fossile Energietrager. 174 A.7 Elektrische Energieproduktion auf nuklearer Basis 175 A.8 Elektrische Energieproduktion durch Wasserkraftwerke 177 A.9 Kohleproduktion, Export, Import 178 A.10 Die grogten Kohlereserven 179 A. 11 Erdolproduktion, Nettoexport, Nettoimport 180 A.12Diegro(3tenErdolreserven 181 A. 13 Erdgasproduktion, Nettoexport, Nettoimport 182 A.14 Die grofiten Ergasreserven 183 A.15 Die grogten Uranreserven 184 A.16Benzin-und Dieselverbrauch / Jahr 185 A.17Abkurzungen 187 ALLGEMEINE LITERATUR 188