Effiziente Fossile Energie Basis-themeninformationen für Lehrer Effiziente (fossile) thermische Kraftwerke Kraft-Wärme-Kopplung ermöglicht eine effizientere Nutzung fossiler Energieträger Bis eine lückenlose und flächendeckende Versorgung mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen möglich sein wird, gewährleisten fossile (z. B. Gas- und Kohle-)Kraftwerke eine sichere Stromversorgung in Europa. Diese Kraftwerke werden auch noch längerfristig als back-up im Einsatz sein für den Fall, dass Anlagen, die erneuerbare Energiequellen nutzen, z. B. witterungsbedingt, keinen Strom liefern können. Um diese fossilen Kraftwerke optimal zu nutzen, werden sie zu Kraft-Wärme-Kopplung-Kraftwerken umgebaut. Mit Kraft-Wärme-Kopplung ausgestattete Kraftwerke erreichen meist doppelt so hohe Wirkungsgrade solche ohne diese Technologie. Die höhere Effizienz ergibt sich daraus, dass auf Basis eines einzigen Brennstoffes (z. B. Erdöl, Kohle oder Gas) gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt werden. Letztere wird z. B. in Form von Fernwärme für Verbraucher zur Verfügung gestellt. Effizient genutzte fossile Energieträger (wie z. B. Erdgas) sind wichtige Brücken in eine CO 2 -arme Energiezukunft. Effizient genutzt bedeutet, dass in vielen thermischen Kraftwerken Energie einerseits zur Stromerzeugung und andererseits zur Wärmeerzeugung genutzt wird. Damit wird der Gesamtwirkungsgrad der Kraftwerke erhöht. Und thermische Kraftwerke sind in der Stromerzeugung als Brücke in die CO 2 -arme Energiezukunft notwendig, da die erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik- oder Windkraftanlagen nicht auf Knopfdruck zur Verfügung stehen die Stromkunden sich aber Strom auf Knopfdruck erwarten. Facts & Figures Was ist ein fossiler Energieträger? Erdöl, Erdgas, Braunkohle oder Steinkohle sind fossile Energieträger, die vor Millionen Jahren unter Druck aus Abbauprodukten von toten Pflanzen und Tieren entstanden sind. Diese Energieträger basieren auf einem Kohlenstoffzyklus und ermöglichen damit, dass gespeicherte (Sonnen-)Energie heute verwertet wird. Bei der Verbrennung fossiler Energieträger wird CO 2 freigesetzt, das laut Weltklimarat ein Mitverursacher der globalen Erwärmung ist. Was versteht man eigentlich unter dem Wirkungsgrad? Der physikalische Wirkungsgrad ist das Verhältnis von abgegebener zu aufgewendeter Energie bei der Energieumwandlung. Bei Energiewandlern (z. B. einem Kraftwerk) soll die zugeführte Energie (z. B. gespeicherte Energie in der Kohle) in eine gewünschte Energieform (z. B. elektrische Energie) übergeführt werden. Ein Energiewandler ist besonders effizient, wenn er von der zugeführten Energie möglichst viel in gewünschte Energieformen umwandelt. Je höher der Wirkungsgrad ist, desto mehr der gespeicherten Energie wird genutzt. Beispielsweise beträgt der Gesamtwirkungsgrad (Strom und Wärme zusammen) bei einem Kraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung 80 Prozent und mehr, da sowohl Strom als auch Wärme genutzt werden. www.oesterreichsenergie.at/jugend-und-schule.html 1/8
Effiziente Fossile Energie Basis-themeninformationen für Lehrer Facts & Figures Pflanzenöl Bioethanol Heizöl Erdgas Kohle KWK-Kraftwerk Strom Holz und Stroh Biogas Siedlungsabfälle Brennstoff Gasturbine/ Generator Wärme Quelle: B.KWK e. V. Ein Schattenkraftwerk was ist das? Schatten- oder Ausgleichskraftwerk sagt man zu einem Kraftwerk, das einspringt und Strom erzeugt, wenn ein anderes Kraftwerk ausfällt, z. B. ein Windrad, das plötzlich keinen Strom mehr produziert, weil der Wind nicht bläst aber trotzdem Strom gebraucht wird. Denn im Stromnetz muss immer ein Gleichgewicht herrschen, das heißt, es muss exakt so viel Strom erzeugt werden, wie zur gleichen Zeit verbraucht wird. Damit dieser Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch zu jeder Zeit ohne viele Verluste möglich ist, versucht man, etwas in die Zukunft zu schauen, um herauszufinden, wann bspw. Windkraft- und Photovoltaikanlagen wie viel Strom erzeugen, wie viel Strom vielleicht gebraucht wird und wie viel Strom zusätzlich aus anderen Anlagen beigesteuert werden muss. So kann ein Gaskraftwerk als Ausgleichskraftwerk für Windkraftanlagen dienen. Und damit das Gaskraftwerk auf Knopfdruck einspringen kann, muss es in Bereitschaft stehen, was natürlich Geld kostet. Welche Länder haben weltweit die höchste Kohleförderung? Es sind China, die USA und Indien. In Europa sind es Deutschland und Polen. In welchen Ländern gibt es weltweit die größten Erdölvorkommen? In Saudi-Arabien, Russland, den USA, Mexiko und im Iran. www.oesterreichsenergie.at/jugend-und-schule.html 2/8
Effiziente Fossile Energie Basis-themeninformationen für Lehrer Facts & Figures Der Energiemix: Wie sieht er in Österreich, Europa und weltweit aus? Energiemix nennt man in der Stromerzeugung die verschiedenen Energiequellen, die alle gemeinsam die Stromerzeugung ermöglichen: In Österreich sind das fossile Energiequellen (überwiegend Erdgas) und erneuerbare Energiequellen (Wasser, Wind, Photovoltaik, biogene Brennstoffe etc.). In Österreich fallen damit nur 155 Gramm CO 2 bei der Erzeugung einer Kilowattstunde Strom an. In Europa und weltweit kommt auch Kernkraft zum Einsatz, der Hauptteil des Stroms wird aus CO 2 -haltigen fossilen Energiequellen (Erdöl, Erdgas, Kohle) gewonnen. Der Energiemix in Österreich, Europa und weltweit 80 60 Österreich in Prozent 59 % 80 60 Europa in Prozent 51 % 80 60 Weltweit in Prozent 68 % 40 20 0 32 % 9 % 40 20 0 28 % 12 % 5 % 40 20 0 13 % 16 % 3 % Fossile Energieträger Wind-Biomasse-PV-Geothermie Wasser Fossile Energieträger Kernenergie Wind-Biomasse-PV-Geothermie Wasser Fossile Energieträger Kernenergie Wind-Biomasse-PV-Geothermie Wasser Quelle: IEA, Eurostat 2012 (Daten 2010) www.oesterreichsenergie.at/jugend-und-schule.html 3/8
Effiziente Fossile Energie Arbeitsblätter für Schüler Entstehung fossiler Energieträger Aufgabe 1: Auf diesen Bildern siehst du, welche Stoffe man in Kraftwerken verbrennen kann, um Strom zu erzeugen, und wie diese Stoffe entstanden sind. Schreib die folgenden Wörter an die richtigen Stellen im Text. Erdgas Pflanzen Erdöl Tieren Pflanzen und Tieren Kohle Durch die Ablagerung und Zersetzung von Durch die Ablagerung und Zersetzung von Durch die Zersetzung von entstand entstand entstand auch www.oesterreichsenergie.at/jugend-und-schule.html 4/8
Effiziente Fossile Energie Arbeitsblätter für Schüler Wege von Strom und Fernwärme Aufgabe 2: In der Abbildung sind Stationen des elektrischen Stroms und verschiedene Leitungen zwischen diesen Stationen beschriftet. Einige dieser Stationen zeigen, wie man fossile Rohstoffe noch effizienter nutzen kann z. B. indem man auch die bei der Verbrennung frei werdende Wärmeenergie nutzt. Schneide die Bilder aus und klebe sie auf den passenden Stellen auf das Arbeitsblatt! Umspannwerk Kohlekraftwerk Gastankstelle Gaskraftwerk mit Kraft-WärmeKopplung Hochspannungsleitung Transformator Fernwärme Handel Privathaushalte Bürogebäude Industrie www.oesterreichsenergie.at/jugend-und-schule.html 5/8
Effiziente Fossile Energie Lösungen zu den Aufgaben Lösungen zu den Aufgaben Aufgabe 1: Durch die Ablagerung und und Zersetzung von Durch die Ablagerung und und Zersetzung von Durch die Zersetzung von Pflanzen entstand Tieren entstand Pflanzen und Tieren entstand auch Kohle Erdöl Erdgas www.oesterreichsenergie.at/jugend-und-schule.html 6/8
Effiziente Fossile Energie Lösungen zu den Aufgaben Aufgabe 2: Fernwärme www.oesterreichsenergie.at/jugend-und-schule.html 7/8
Effiziente Fossile Energie Hinweise für Lehrer für weitere Unterrichtselemente Weiterführende Anregungen für den Unterricht Fossile Energieträger hautnah Die Lehrperson bringt Proben unterschiedlicher fossiler Energieträger mit in den Unterricht: ein paar Stück Steinkohle, etwas Öl (z. B. Motor- oder Schmieröl), ein Fläschchen Benzin und Gas (z. B. in Form eines Feuerzeugs oder in Form eines Campingkochers). Steinkohle und Öl können betrachtet und angegriffen werden, an Benzin kann man (vorsichtig!) riechen, das Feuerzeug bzw. der Campingkocher werden unter Aufsicht entzündet. Hier kann die Wärmeentwicklung erlebt werden. An diesen Beispielen können die SchülerInnen unmittelbare Erfahrungen mit den verschiedenen Formen von Rohstoffen machen und anhand der Wärmeentwicklung exemplarisch erleben, wie Energieumwandlungen funktionieren können. Weiterführende Links auf www.oesterreichsenergie.at/jugend-und-schule.html Interaktive online 360 -Fotomotive Auf http://jugend-und-schule.oesterreichsenergie.at/3-4-schulstufe/effiziente-fossile/ sehen Sie ein 360 -Fotopanorama, welches das Thema interaktiv veranschaulicht. + Die 360 -Fotokugel zeigt das Gas- und Dampfkraftwerk Timelkam in Oberösterreich, das ein KWK-Kraftwerk ist. Trotz sorgfältiger Prüfung wird keine Gewähr für die inhaltliche Richtigkeit übernommen. Außer für Vorsatz und grobe Fahrlässigkeit ist jegliche Haftung von Herausgeber und Medieninhaber aus dem Inhalt dieses Werks ausgeschlossen. Diese Publikation ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte vorbehalten. 2013 www.oesterreichsenergie.at/jugend-und-schule.html 8/8