Vorläufige Terminplanung Vorlesung Solarenergie WS 2005/2006 Stand: 26.01.2006 Termin Thema Dozent Di. 25.10. Wirtschaftliche Lemmer/Heering Aspekte/Energiequelle Sonne Fr. 04.11. - verschoben wg. Krankheit Di. 01.11. Allerheiligen - Di. 08.11. Symposium Automobile - Displaytechnik Fr. 11.11. Halbleiterphysikalische Grundlagen Lemmer Di. 15.11. Kristalline pn-solarzellen Heering Fr. 18.11. Elektrische Eigenschaften Heering Di. 22.11. Optimierung kristalliner Solarzellen Lemmer Fr. 25.11. Technologie kristalliner Solarzellen Lemmer Di. 29.11. Anorganische Lemmer Dünnschichtsolarzellen Di. 6.12. Organische Dünnschichtsolarzellen Lemmer Fr. 9.12. Third generation Photovoltaics Lemmer Di. 13.12. Photovoltaische Systeme I Heering Fr. 16.12. Photovoltaische Systeme II Heering Di. 20.12. Solarkollektoren Heering Weihnachtsferien Di. 10.01. Passive Sonnenenergienutzung Heering Di. 17.01. Solarthermische Kraftwerke Lemmer Fr. 20.01. Energiespeiche/Solarchemie Heering Di. 24.01. Kostenrechnungen zu Solaranlagen Heering Di. 14.02. Energieszenarien Lemmer Mi. 15.02. Exkursion zu Würth Solar Heering/Lemmer
Weitere Infos Exkursion zu Würth Solar: Morgen! Abfahrt 12:30 Uhr, Lichttechnisches Institut Rückkkehr ca. 18:00 Uhr Unkostenbeitrag: < 5 Prüfung: mündl. 20-30 min, Termin nach Absprache (Email) Unterlagen zur Vorlesung ( Folien) werden ab dem 8.3. am LTI verkauft (5 )
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
Strategien für eine zukünftige Energieversorgung Grundproblem 1: Energieverbrauch 1 Exajoule = 10 18 J gesamte Welt: > 400 EJ
Stromerzeugung: Deutschland Insgesamt: 581.6 TWh 2094 PJ (in 2002)
Primärenergieverbrauch: Deutschland entspricht: 488 Mio t SKE/a Energieeinheiten: 1 PJ = 1 Petajoule = 10 15 J = 0.001 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)
Grundproblem 2: Beschränkte nicht erneuerbare Energiereserven..das reicht für 36.200EJ 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)
- kein Wachstum eingerechnet
Grundproblem 3: Entsorgungsproblematik fossiler Brennstoffe: Der Treibhauseffekt Quelle Blumberg & Spinnler, 2003 -derzeitiger Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre: 400 Gt -derzeitiger Jahresemission 6 Gt bleiben zu 1/3 in der Atm. (0.5 % Zuwachs/a)
Grundproblem 3: Entsorgungsproblematik fossiler Brennstoffe: Der Treibhauseffekt
Grundproblem 3: Entsorgungsproblematik fossiler Brennstoffe: Der Treibhauseffekt - ein ernsthaftes wirtschaftliches Problem
Lösungsansatz: Kernenergie - Beschränkte Uranvorräte (-) - Ungeklärte Entsorgung (--) - GAU-Gefahr (--) - Akzeptanz (-) In der Forschung: - inhärent sichere Reaktoren - Transmutation (Umwandlung in kurzlebige Nuklide) - Kernfusion??
Sichere und unsichere Energiereserven Methanhydrate:..sind allein in den marinen Gashydratvorkommen Methanmengen in einer Größenordnung von 5.700 Billionen Kubikmetern vorrätig. Noch einmal 3.600 Billionen Kubikmeter kämen demnach aus den verschiedenen Permafrostlagerstätten hinzu. Quelle: BGR ggf. eine Gasquelle für Jahrhunderte Förderung??, Treibhauseffekt??
Löungsansatz: CO 2 -Sequestrierung - Abtrennung des CO 2 und endgültige Einlagerung
Löungsansatz: CO 2 -Sequestrierung
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 610.000 Milliarden Tonnen SKE (6,1*10 14 Tonnen SKE) freigesetzt werden. Auf 30 Jahre verteilt würde dies eine jährliche Energiemenge von 20.000 Milliarden Tonnen SKE bedeuten. Quelle: www.geoscience-online.de
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.
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 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
Portfolio der umweltfreundlichen Technologien
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
CO 2 -Vermeidung
Ökobilanzen - erhöhter Eisenbedarf
Lösungsansatz: Rationeller Umgang mit Energie Rationeller Umgang mit Energie: - in den allermeisten Fällen die preiswerteste und eleganteste Methode
Effizienzsteigerungen
Effizienzsteigerungen
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)
Rationeller Umgang mit Energie (Wärme) - 45 %ige Reduktion des Wärmebedarfs Quelle: Nitsch/Fischedick/Staiß, FVS Themen 2002
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
Perspektiven einer nachhaltigen Energieversorgung Maximalvariante: Frühere Substitution von fossilen Treibstoffen durch solaren Wasserstoff
Potentiale zur Stromerzeugung
Potentiale zur Nutzwärmeerzeugung
Perspektiven einer nachhaltigen Stromversorgung
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.:
Kostenverläufe Erneuerbare Energien
Kostenverläufe
Perspektiven einer nachhaltigen Wärmeversorgung
Perspektiven einer nachhaltigen Energieversorgung
Perspektiven einer nachhaltigen Energieversorgung: Langfrist-Maximal-Szenario
Gegenläufige Entwicklung: Erhöhter Energieverbrauch durch Wirtschaftswachstum - Szenarien für die voll entwickelten Industrieländer sind im Widerspruch zu einem erheblichen Wirtschaftswachstum in den weniger entwickelten Ländern
Perspektiven einer weltweiten Energieversorgung Quelle: Heinloth
Perspektiven einer weltweiten Energieversorgung Quelle: Heinloth
Perspektiven einer weltweiten Energieversorgung: CO 2 -Emission
Idealszenario (2003)
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