Vorlesung Solarenergie: Terminplanung

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1 Vorlesung Solarenergie: Terminplanung Vorlesung Termin Thema Dozent Nr. 1 Di Wirtschaftliche Aspekte/Energiequelle Sonne Lemmer/Heering 2 Di Halbleiterphysikalische Grundlagen Lemmer 3 Fr Kristalline pn-solarzellen Heering Di Lichttechnik-Tage "Automobile Lichtund Displaytechnik" in Karlsruhe 4 Fr Elektrische Eigenschaften Heering 5 Di Optimierung kristalliner Solarzellen Lemmer 6 Di Technologie kristalliner Solarzellen Lemmer 7 Fr Anorganische Dünnschichtsolarzellen Lemmer 8 Di Organische Dünnschichtsolarzellen Lemmer 9 Di Third Generation Photovoltaics Lemmer 10 Fr Photovoltaische Systeme I Heering 11 Di Photovoltaische Systeme II Heering 12 Di Solarkollektoren Heering Weihnachtsferien 13 Di Passive Sonnenenergienutzung Heering 14 Di Solarthermische Kraftwerke Lemmer 15 Di Energiespeicher/Solarchemie Heering 16 Di Kostenrechnungen zu Solaranlagen Heering 17 Di Energieszenarien Lemmer Mi Exkursion zum ZSW Heering/Lemmer

2 Weitere Infos Exkursion zum ZSW (Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung) in Stuttgart: Nächste Woche Mittwoch, d Abfahrt 12:30 Uhr, Lichttechnisches Institut Rückkkehr ca. 18:00 Uhr Unkostenbeitrag: < 5 Prüfung: mündl min, Termin nach Absprache ( )

3 Energieszenarien? Hier: Energieszenarien für eine nachhaltige Energieversorgung Nachhaltigkeitsdefizite: 1. Der übermäßige Verbrauch begrenzter Energieressourcen 2. Die sich bereits abzeichnende globale Klimaveränderung 3. Die Risiken der Kernenergienutzung 4. Das extrem starke Gefälle des Energieverbrauchs zwischen Industrie- und Entwicklungsländern

4 Strategien für eine zukünftige Energieversorgung Grundproblem 1: Energieverbrauch 1 Exajoule = J gesamte Welt: > 400 EJ Deutschland: 15 EJ

5 Stromerzeugung: Deutschland Insgesamt: TWh 2094 PJ (in 2002)

6 Primärenergieverbrauch: Deutschland entspricht: 488 Mio t SKE/a Energieeinheiten: 1 PJ = 1 Petajoule = J = EJ 1 TWh = 1 Terawattstunde = 10 9 kwh = 3.6 PJ 1 Mio Tonnen Steinkohleeinheiten = 1 Mio t SKE 29.3 PJ (Primärenergie = Endenergie + Verluste + Nichtenergetischer Verbrauch)

7 Grundproblem 2: Beschränkte nicht erneuerbare Energiereserven..das reicht für EJ 420 EJ / a < 90a..weniger als 90 Jahre! BGR: Bundesanstalt fü Geowissenschaften und Rohstoffe Kritische Betrachtung der Einschätzung der Vorräte Keine scharfe Grenze (hängt ab von den erlaubten Förderkosten)

8 - kein Wachstum eingerechnet

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12 Grundproblem 3: Entsorgungsproblematik fossiler Brennstoffe: Der Treibhauseffekt Quelle Blumberg & Spinnler, derzeitiger Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre: 400 Gt -derzeitiger Jahresemission 6 Gt bleiben zu 1/3 in der Atm. (0.5 % Zuwachs/a)

13 Grundproblem 3: Entsorgungsproblematik fossiler Brennstoffe: Der Treibhauseffekt

14 Grundproblem 3: Entsorgungsproblematik fossiler Brennstoffe: Der Treibhauseffekt - ein ernsthaftes wirtschaftliches Problem

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16 Lösungsansatz: Kernenergie - Beschränkte Uranvorräte (-) - Ungeklärte Entsorgung (--) - GAU-Gefahr (--) - Akzeptanz (-) In der Forschung: - schneller Brüter (60-80 fach bessere Urannutzung) - inhärent sichere Reaktoren - Transmutation (Umwandlung in kurzlebige Nuklide) - Kernfusion??

17 Sichere und unsichere Energiereserven Methanhydrate:..sind allein in den marinen Gashydratvorkommen Methanmengen in einer Größenordnung von Billionen Kubikmetern vorrätig. Noch einmal Billionen Kubikmeter kämen demnach aus den verschiedenen Permafrostlagerstätten hinzu. Quelle: BGR ggf. eine Gasquelle für Jahrhunderte Förderung??, Treibhauseffekt??

18 Löungsansatz: CO 2 -Sequestrierung - Abtrennung des CO 2 und endgültige Einlagerung

19 Löungsansatz: CO 2 -Sequestrierung

20 Lösungsansatz: Geothermie Betrachtet man den ständigen Erdwärmestrom vom Erdinneren zur Erdoberfläche, so liefert er allein auf der Landfläche ein Potential von weltweit 10 Milliarden Tonnen SKE (=Steinkohleneinheiten) pro Jahr. Ein erheblich höheres Energiepotential bietet allerdings der Wärmeinhalt der Erde. Würde in einer Zone zwischen vier und sechs Kilometer Tiefe soviel Wärme entzogen, dass sich das Gestein auf 130 C abkühlt, könnte weltweit insgesamt eine Energie von Milliarden Tonnen SKE (6,1*10 14 Tonnen SKE) freigesetzt werden. Auf 30 Jahre verteilt würde dies eine jährliche Energiemenge von Milliarden Tonnen SKE bedeuten. (Weltenergieverbrauch: 14 Milliarden Tonnen SKE) Quelle:

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23 Forderungen an die Energiepolitik eine wesentliche Steigerung der Energieproduktivität (möglichst Verdopplung bis 2020) auf allen Stufen und in allen Bereichen der Energiewandlung und nutzung; insbesondere eine deutliche Ausweitung der gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme (mindestens Verdopplung, längerfristig Ausschöpfung der strukturellen Potenziale mittels fortschrittlicher, dezentraler Technologien); eine deutliche und lang anhaltende Steigerung des Beitrags erneuerbarer Energien mit dem Verdopplungsziel 2010 (bezogen auf 2000) und einem anzustrebende Anteil um 2050 von rund 50% am Primärenergieverbrauch.

24 Portfolio der umweltfreundlichen Technologien Wasserkraft: ausgereifte Technologie, zusätzliche Potentiale durch Erneuerung und Modernisierung bestehender Anlagen Windkraft: Potentiale durch Austausch kleinerer Anlagen, Große Potentiale durch Offshore-Anlagen, langfristig Stromgestehungskosten < 5cts/kWh und über 100 TWh/a (1/6 des Gesamtbedarfs) Biomasse: vielfältige Technologien, mehr als 50 % Anteil an regenerativer Endenergie Geothermie: langfristig 66 TWh/a, langfristige Stromgestehungskosten 6-8 cts/kwh Solarthermische Kollektoren: saisonale Speicherung bisher nur in Pilotanlagen Solarthermische Kraftwerke: langfristig Kosten für Importstrom aus Nordafrika bei 5,5 cts/kwh

25 Portfolio der umweltfreundlichen Technologien

26 Lernkurven - allgemeiner Zusammenhang zwischen kumulierter Produktion und Kostenreduktion - Lernfaktor f=0.8 (Fotovoltaik) heisst 20 % Reduktion bei Verdoppelung der kumulierten Produktion - Windenergie: f=0.94

27 CO 2 -Vermeidung

28 Ökobilanzen - erhöhter Eisenbedarf

29 Lösungsansatz: Rationeller Umgang mit Energie Rationeller Umgang mit Energie: - in den allermeisten Fällen die preiswerteste und eleganteste Methode

30 Energieeffizienzsteigerungen

31 Effizienzsteigerungen

32 Löungsansatz: Rationeller Umgang mit Energie Forderung im Nachhaltigkeitsszenario (J. Nitsch): - 45 %ige Reduktion des Wärmebedarfs (insbesondere Altbausanierung) - breite (2/3) Wärmeversorgung über Nah- und Fernwärme - Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

33 Rationeller Umgang mit Energie (Wärme) -45 %ige Reduktion des Wärmebedarfs Quelle: Nitsch/Fischedick/Staiß, FVS Themen 2002

34 Potentiale zur Nutzwärmeerzeugung

35 Rationeller Umgang mit Energie (Verkehr) - 4,5 l/100 km (2030) - 2l/100 km (2050) -Erdgas ab 2020 als Wegbereiter für Wasserstoff -keine wichtige Rolle für Biodiesel, da Konkurrenz mit ökologischem Landbau und Biomasse für KWK Quelle: Nitsch/Fischedick/Staiß, FVS Themen 2002

36 Perspektiven einer nachhaltigen Energieversorgung Maximalvariante: Frühere Substitution von fossilen Treibstoffen durch solaren Wasserstoff

37 Potentiale zur Stromerzeugung

38 Perspektiven einer nachhaltigen Stromversorgung

39 Import erneuerbarer Energien Der Import von unter wettbewerbsfähigen Gestehungskosten erzeugtem Strom ist eher ein politisches als ein technisch/wirtschaftliches Problem. -solarthermische Grosskraftwerke -off-shore Windkraftanlagen Bsp.:

40 Kostenverläufe Erneuerbare Energien

41 Kostenverläufe

42 Perspektiven einer nachhaltigen Energieversorgung

43 Perspektiven einer nachhaltigen Energieversorgung: Langfrist-Maximal-Szenario

44 Gegenläufige Entwicklung: Erhöhter Energieverbrauch durch Wirtschaftswachstum - Szenarien für die voll entwickelten Industrieländer sind im Widerspruch zu einem erheblichen Wirtschaftswachstum in den weniger entwickelten Ländern

45 Perspektiven einer weltweiten Energieversorgung Quelle: Heinloth

46 Perspektiven einer weltweiten Energieversorgung Quelle: Heinloth

47 Perspektiven einer weltweiten Energieversorgung: CO 2 -Emission

48 Lösungsbeiträge

49 Idealszenario (2003)

50 Fazit - wir haben keine Alternative zu einer Energieversorung mit erneuerbaren Energien - erneuerbare Energien machen sowohl ökologisch als auch ökonomisch Sinn -eine Reduktion der weltweiten CO 2 -Emission ist fraglich -großer Forschungsbedarf