FACHTHEMA ENERGIE Regenerative Energien Reichen die regenerativen Energien allein aus? Möglichkeiten, Risiken und Grenzen neuer Technologien
Der globale Primärenergieverbrauch hängt ab von: Bevölkerungszahl Bruttoinlandsprodukt Fachthema Energie 14.05.2010 Folie 2
Primärenergiemix USA Kohle + Gas + Erdöl Kernenergie andere Fachthema Energie 14.05.2010 Folie 3
Primärenergiemix Deutschland Kohle + Gas + Erdöl Kernenergie andere Fachthema Energie 14.05.2010 Folie 4
Primärenergiemix Welt Kohle + Gas + Erdöl Kernenergie andere Fachthema Energie 14.05.2010 Folie 5
Das Bevölkerungswachstum aktuelle Wachstumsrate: 1 Milliarde alle 12 Jahre schwarz: UN - Prognose rot: linearer Fit Fachthema Energie 14.05.2010 Folie 6
Photovoltaik Die Photovoltaik ist ein sehr deutsches Phänomen http://www.statistik.thueringen.de/public/pdf/2009/41004_2009_01.pdf Fachthema Energie 14.05.2010 Folie 7
Photovoltaik Vergleich Photovoltaikwerk Faktor 125 (1KKW) Waldpolenz/Sachsen Hochskaliert Jahresstromerzeugung: 40 Millionen kwh 5 TWh Preis: 130 Millionen Euro 16 Milliarden Euro Fläche: 220 Hektar = 2,2 km 2 275 km 2 Flächenbedarf für aktuelle Jahresstromproduktion (680 TWh): 37400 km 2 Flächenbedarf für Primärenergiebedarf (14400 PJ = 4000 TWh): 220 000 km 2 Fachthema Energie 14.05.2010 Folie 8
Die Zukunft? Solarturmkraftwerke Beispiel PS 10 Sevilla Flächenwirkungsgrad 2 % Fachthema Energie 14.05.2010 Folie 9
Die Zukunft? Parabolrinnenkraftwerke Beispiel Nevada Solar One Flächenwirkungsgrad 3,7 % Fachthema Energie 14.05.2010 Folie10
Die Zukunft? Solarenergie Platzbedarf von Solarturmkraftwerken, die den Strombedarf Deutschlands decken könnten. Photovoltaik benötigt etwa die Hälfte der Fläche. Fachthema Energie 14.05.2010 Folie11
Vergleich Solarthermie - Photovoltaik Typ der Stromerzeugung Photovoltaik Photovoltaik Parabolrinne Solarturm Name Waldpolenz Parque Olmedilla Nevada Solar One PS 10 Standort Leipzig, Deutschland Olmedilla, Spanien Nevada, USA Sevilla, Spanien Sonneneinstrahlung/m 2 900 kwh/jahr 2000 kwh/jahr 2500 kwh/jahr 2000 kwh/jahr Fertigstellung 2009 2008 2007 2006 Nennleistung 40 MW 60 MW 75 MW 11 MW Lebensdauer 25 Jahre 25 Jahre 15 Jahre 15 Jahre Jährl. Stromerzeugung 40 GWh 87,5 GWh 134 GWh 24,3 GWh Investitionskosten 130 Mio Euro 384 Mio Euro 157 Mio Euro a 35 Mio Euro Flächenbedarf 1 100 000 m 2 1 080 000 m 2 1 400 000 m 2 600 000 m 2 Abschreibung + Zinsen b 0,26 Euro/kWh 0,35 Euro/kWh 0,13 Euro/kWh 1 0,15 Euro/kWh Flächenwirkungsgrad 4 % 4,2 % 3,7 % 2 % a Umrechnungskurs 2008: 1 Euro = 1,40 US Dollar b 4 % Verzinsung Fachthema Energie 14.05.2010 Folie12
Die Zukunft! Windenergie Anteil an Stromerzeugung in D 2008 : 6,5 % = 40 TWh Zum Vergleich: Photovoltaik 4 TWh Zum Vergleich: Ein Kohlekraftwerk 4 TWh pro Jahr Fachthema Energie 14.05.2010 Folie13
Ausbaupotenzial der Windenergie Fachthema Energie 14.05.2010 Folie14
Vergleich Photovoltaik - Windenergie Typ der Stromerzeugung Photovoltaik Windpark Windpark Off-Shore Name Waldpolenz Wybelsumer Polder Horns Rev Standort Leipzig, Deutschland Emden, Deutschland Blavands Huk, Dänemark Fertigstellung 2009 2001 2002 Nennleistung 40 MW 70 MW 160 MW Lebensdauer 25 Jahre 10 Jahre 4 Jahre Jährl. Stromerzeugung 40 GWh 180 GWh 600 GWh Investitionskosten 130 Mio Euro 90 Mio Euro 270 Mio Euro Flächenbedarf 1 100 000 m 2 3 800 000 m 2 20 000 000 m 2 Abschreibung, Zinsen a 0,26 Euro/kWh 0,07 Euro/kWh 0,14 Euro/kW a 4 % Verzinsung Fachthema Energie 14.05.2010 Folie15
Die Realität Beitrag zur globalen Primärenergieversorgung Solarenergie 0,064 % Windenergie 0,039 % Quelle: Studie der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe In Hannover: Energierohstoffe 2009: Reserven, Ressourcen, Verfügbarkeit. Fachthema Energie 14.05.2010 Folie16
Biomasse: Holz verbrennt nicht klimaneutral In Deutschland hat der Wald seine Funktion als CO 2 - Senke seit 2002 fast ganz verloren, weil die Holznutzung nicht zuletzt durch die Pelletheizungen massiv zugenommen hat. Statistisches Bundesamt, IIIE-Umweltökonomische Gesamtrechnungen, Wiesbaden Fachthema Energie 14.05.2010 Folie17
Kenndaten Holzgewinnung in Deutschland Gesamtfläche Deutschland 360 000 km 2 Waldfläche Deutschland 11 Millionen Hektar = 110 000 km 2 Holzzuwachs pro Hektar 10 m 3 Holzzuwachs insgesamt 120 Millionen m 3 mittlerer Energieinhalt 2000 kwh pro m 3 Gesamter Energieinhalt 220 TWh Einstrahlung Sonnenenergie 1000 kwh pro m 2 und pro Jahr Gesamteinstrahlung auf Waldfläche 110 000 TWh Anteil für Bauholz, Möbel, Papier, etc. 65 % Flächenwirkungsgrad 0,20 % Maximum 35 % für Heizzwecke 77 TWh = 2 % der Primärenergie Fachthema Energie 14.05.2010 Folie18
Biofuel Für Biotreibstoffe benötigte Anbaufläche Fachthema Energie 14.05.2010 Folie19
Energiebilanz Biofuel gesamte Umweltbelastung (%) 500 400 300 200 100 0 Ökobilanz von Biotreibstoffen im Vergleich zum Benzin (=100 %) Zuckerrohr Holz, Gras Altspeiseöl Soja USA Zuckerrüben Raps Ölpalmen Gülle Klärschlamm Bioabfall Roggen Erdgas Diesel Kartoffeln Mais Soja Brasilien Benzin 0 20 40 60 80 100 Treibhausgasemission (%) Fachthema Energie 14.05.2010 Folie20
Kenndaten Biomasse in Deutschland Gesamtfläche Deutschland 360 000 km 2 Landwirtschaftliche Nutzfläche 17 Millionen Hektar = 170 000 km 2 Einstrahlung Sonnenenergie 1000 kwh pro m 2 und pro Jahr Gesamteinstrahlung auf Nutzfläche 170 000 TWh Angenommener Flächenwirkungsgrad 0,2 % Anteil der bisher ungenutzten Bioenergie 35 % Maximal nutzbare Energie aus Biomasse 120 TWh = 3 % der Primärenergie Fachthema Energie 14.05.2010 Folie21
Wasserkraft (Talsperren) 100 km Wanxian N Jangtsekiang (Yangtse) 1 2 3 Sandouping Yichang Chongqing 1. Qutang-Schlucht 2. Wu-Schlucht 3. Xiling-Schlucht Bejing Zum Vergleich: das Saarland China Yichang Yangtse Chongqing Fachthema Energie 14.05.2010 Folie22
Vergleich Windkraft - Wasserkraft Typ der Stromerzeugung Windpark Wasserkraftwerk Name Wybelsumer Polder Drei-Schluchten-Damm Standort Emden, Deutschland Yichang, China Fertigstellung 2001 2011 Nennleistung 70 MW 22 500 MW Lebensdauer 10 Jahre 40 Jahre Jährl. Stromerzeugung 180 GWh 100 000 GWh Investitionskosten 90 Mio Euro 54 000 Mio Euro Flächenbedarf 3 800 000 m 2 1000 000 000 m 2 Abschreibung, Zinsen a 0,07 Euro/kWh 0,035 Euro/kWh Flächenbedarf pro GWh 20 000 m 2 10 000 m 2 a 4 % Verzinsung Fachthema Energie 14.05.2010 Folie23
Geothermie Kraftwerk Sedimentgesteine Tiefengestein Injektionsbohrung Produktionsbohrung künstlich erzeugte Risse Fachthema Energie 14.05.2010 Folie24
Vergleich Windkraft - Geothermie Typ der Stromerzeugung Windpark Geothermie Geothermie Name Wybelsumer Polder The Geysers Landau Standort Emden, Deutschland San Francisco, USA Landau, Deutschland Fertigstellung 2001 1960 2007 Nennleistung 70 MW 700 MW 3 MW Lebensdauer 10 Jahre 15 Jahre 12 Jahre Jährl. Stromerzeugung 180 GWh 5800 GWh 26 GWh Investitionskosten 90 Mio Euro 2000 Mio Euro 21 Mio Euro Flächenbedarf 3 800 000 m 2 2 20 000 m 2 100 000 m 2 Abschreibung, Zinsen a 0,07 Euro/kWh 0,04 Euro/kWh 0,1 Euro/KWh a 4 % Verzinsung Fachthema Energie 14.05.2010 Folie25
Erdwärmepumpe - Ölheizung Name Ölheizung Erdwärmepumpe Größe Einfamilienhaus Einfamilienhaus Heizenergiebedarf 16 000 kwh/jahr 16 000 kwh/jahr Energieverbrauch 2000 Liter Öl 4000 kwh Elektrizität Lebensdauer 15 Jahre 15 Jahre Investitionskosten 12 000 Euro (Brenner+Tank) 20 000 Euro (Bohrung+Pumpe) Kosten pro Jahr 2900 Euro 2900 Euro gültig für: 0,8 Euro pro Liter Heizöl und 0,2 Euro pro kwh Elektrizität Haus mit Fußbodenheizung. Pro verbrauchte Kilowattstunde Elektrizität vier Kilowattstunden Wärme. Fachthema Energie 14.05.2010 Folie26
Fusion ITER In Bau befindlicher Fusionsreaktor in Cadarache (Frankreich) Fachthema Energie 14.05.2010 Folie27
Meeresströmungskraftwerk "SeaGen" in Nordirland Max. 1,2 MW Fachthema Energie 14.05.2010 Folie28
Gezeitenkraftwerk Meer Straßendamm Bucht Generator La Rance Seit 1966 240 MW 5 cts/kwh Ebbe Flut Fundament Turbine Ebbe Flut Fachthema Energie 14.05.2010 Folie29
Wellenkraftwerk Wellen Turbine Luftströmung Oszillierende Wassersäule OWC* Kraftwerk Islay Limpet *Oscillating Wave Column Fachthema Energie 14.05.2010 Folie30
Weitere exotische Energien Meereswärmekraftwerke Osmosekraftwerke Aufwindkraftwerke Fachthema Energie 14.05.2010 Folie31
Was tun? Ausbau der Windenergie, z. B. in Norwegen. Ausbau der viel versprechenden neuen Energien Geothermie und Fusion Industrieländer: maximal 50% durch erneuerbare Energien Wenig entwickelte Länder: Sichere Kernkraftwerke und effiziente Kohlekraftwerke Fachthema Energie 14.05.2010 Folie32