Sonnen, wasserenergie und biomasse
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Sonnen, wasserenergie und biomasse Sonnen, wasserenergie und biomasse Document Transcript

  • Erneuerbare Energien: Wasserenergie, Sonnenenergie und BiomasseAutoren: Epifanio Brañas Friedamn und Leonie Welsch
  • 1. Die Solarenergie1.1 Sonnenenergie DefinitionSolarenergie (bzw. Sonnenenergie) ist die Energie, die in derSonne durch ständige Kernfusionen entsteht und die zum Teilals elektromagnetische Strahlung auf die Erde gelangt. DieSonne ist die größe Energiequelle der Erde, alles Leben auf derErde ist von ihr abhängig. So basiert die Photosynthese dergrünen Pflanzen auf der Zufuhr von Solarenergie.1.2 Photovoltaik SystemeBei der Stromerzeugung durch Solarsysteme, die für zuHause genutzt werden können, gibt es immer nur einGrundsystem, das auf unterschiedliche Weisen montiert werdenkann. Die Grundlage des Photovoltaik Systems ist immergleich, mehrere Solarzellen stehen in einem Solarmodul underzeugen in diesem Strom.
  • 1.2.2 Wie funktioniert ein Solarmodul ?Die Photovoltaik ermöglicht es, Sonnenlicht direkt inelektrischen Strom umzuwandeln. Diese Umwandlung erfolgtdurch den sogenannten photovoltaischen Effekt, sprich dieWechselwirkung zwischen einstrahlendem Sonnenlicht unddotiertem (mit Fremdelementen verunreinigten)Halbleitermaterial der Solarzelle. Dabei kommt es zurFreisetzung von elektrischen Ladungsträgern, die mittelsmetallischer Kontakte abgeführt werden.1.2.3 Wie wird der erzeugte Strom gespeichert?Der so erzeugte Gleichstrom lässt sich durch einennachgeschalteten Wechselrichter in netztauglichenWechselstrom transformieren (umwandeln). WichtigstesElement eines Solargenerators ist die Solar- oderPhotovoltaikzelle. Mehrere Solarzellen werden zu einerelektrischen Einheit zusammengefasst, das sogenannteSolarmodul.1.3 Solarthermische KraftwerkeSolarthermische Kraftwerke gelten als eine vielversprechendeLösung für die Energieprobleme der Welt. In der Wüstemassenhaft aufgestellte Spiegel bündeln das Sonnenlicht underhitzen so Öl oder Luft auf mehrere hundert Grad Celsius. Ineinem Generator kann auf diese Weise Strom erzeugt werden,der deutlich günstiger ist als jener aus Solarzellen.1.3.1 Wie wird der erzeugte Strom gespeichert?
  • Die vergleichsweise einfache Zwischenspeicherung vonSonnenenergie macht die Solarthermie besonders attraktiv. Inriesigen Behältern mit flüssigen Salzen kann Wärme überStunden fast verlustfrei gespeichert werden. Ein derartkonstruiertes Kraftwerk kann theoretisch rund um die Uhr einekonstante Energiemenge liefern - ein entscheidender Vorteilgegenüber Windkraft- und Photovoltaikanlagen.1.3.2 HintergrundinformationenIm Oktober 2009 wurde die "Desertec Industrial Initiative"gegründet - eine Vereinigung von Firmen, die gewaltigeSolarstromprojekte in Nordafrika ermöglichen soll. Die riesigenWüstenkraftwerke sollen Nordafrika, den Nahen Osten und zumTeil auch Europa versorgen.Eine weitere Idee zur Energiespeicherung könnte dieSolarthermik noch günstiger machen. Deutsche Forscherexperimentieren derzeit mit Sand, ob dieser sich auch alsWärmespeicher eignet. Und da es bei fast allen potenziellenStandorten Sand in Massen gibt, würde das die Kosten enormreduzieren.2. WasserkraftWasserkraft ist derzeit die bedeutendste erneuerbareEnergiequelle. Sie deckt bundesweit knapp 5% desStrombedarfs. Über Laufwasser-, Speicher-, Pumpspeicher-und Gezeitenkraftwerke wird die Bewegungsenergie desWassers genutzt und in Turbinen der Wasserkraftwerke inelektrische Energie umgewandelt. Weltweit sind augenblicklich
  • Wasserkraftwerke mit einer Leistung von 780.000 MW inBetrieb.2.2 GeschichteFrüher wurde Wasserkraft über Wasserräder meistens zurVerrichtung mechanischer Arbeit genutzt (Mühlen). Seinerzeitunterschied man zwischen oberschlächtigen Rädern (dabeiwerden die Schaufeln des Rades von oben mit Wassergespeist) und unterschlächtigen Rädern (hierbei hängend dieunteren Schaufelspitzen in fließendem Wasser).undmittelschlächtigen Rädern, wobei letzteres am effektivsten ist.2.3 Wasserkraft HeuteDie heutige Nutzung der Wasserkraft erfolgt über Turbinen.Einer der großen Vorteile der Wasserkraft liegt in seinereinfachen Speicherbarkeit. Durch Aufstauung oder durchHochpumpen auf ein höheres Niveau(Pumpspeicherkraftwerke) ist die Wasserkraft nicht nur fastverlustfrei speicherbar, sondern auch sehr kurzfristig verfügbarund somit gut zur Deckung von Spitzenlastbedarf einsetzbar.
  • 2.3.1 Wie funktioniert Wasserkraft Heute ?In einem Wasserkraftwerk strömt Wasser durch eine odermehrere Turbinen, die einen Generator antreiben; diesererzeugt Strom.Wasserkraft ist ein erneuerbarer Energieträger und leistet inDeutschland mit Abstand den größten Beitrag allererneuerbaren Energien zur Stromerzeugung. Weltweit liegt derAnteil an der Stromerzeugung aus Wasserkraft bei über 20Prozent mit hohem Ausbaupotenzial; in Deutschland hingegenliegt dieser Wert bei lediglich vier Prozent, wobei das Potenzialbereits zu 80 Prozent ausgeschöpft ist.2.3.2 GezeitenkraftwerkEin Gezeitenkraftwerk ist eine spezielle Bauart des klassichenWasserkraftwerks, welche die Energie aus dem ständigenWechsel von Ebbe und Flut schöpft. Bei ausreichend hohemTidenhub (Differenz zwischen Hoch-und Niedrigwasserstand)
  • können die Gezeiten in abgesperrten Buchten als durchauseffiziente Energiequelle genutzt werden.Trotzdem gibt es bis heute noch keine rentableStromerzeugungs-Technologie in diesem Bereich. Das weltweitgrößte Gezeitenkraftwerk mit einer Gesamtleistung von 240MW befindet sich an der Mündung des französischen FlussesLa Rance bei Saint-Malo. Diese im Jahre 1966 errichteteAnlage ist jedoch extrem korrosionsanfällig und das hat sehrnegative Auswirkungen auf das Ökosystem des Flusses.Außerdem gibt es weltweit nur wenige Standorte, die für einGezeitenkraftwerk dieser Art geeignet wären, denn es ist nursinnvoll, wenn der Tidenhub mehr als 6 m beträgt. Ein britisch-deutsches Projekt will diese Probleme mit einer Anlagebeheben, welche nicht den Tidenhub, sondern die durchGezeiten verursachte Meeresströmung nutzt, eine Art"Unterwasser-Windkraftanlage".3. BiomasseAls Biomasse wird die gesamte organische Substanzbezeichnet. Basis für die Bildung von Biomasse ist die vor allemvon Pflanzen betriebene Photosynthese, bei derSonnenenergie absorbiert und durch Bildung von Biomassegespeichert wird. Zur Biomasse werden sowohl lebendePflanzen, als auch die von ihnen abgeleitete organischeSubstanz, wie Tiere und Mikroorganismen, als auch toteorganische Substanz wie Totholz , Laub, Stroh und anderesgezählt.
  • Man bezeichnet sie daher auch als nachwachsende Rohstoffe.Die aus Biomasse entstandenen fossilen Energieträger (Kohle,Erdöl und Erdgas) werden ihr nicht zugeordnet. Die Naturproduziert jährlich große Mengen an Biomasse, von der einkleiner Teil als Nahrung, Futtermittel oder nachwachsenderRohstoff (Nawaro) zur stofflichen Nutzung oder zurEnergiebereitstellung (Bioenergie) genutzt wird.Da Biomasse rund um die Uhr verfügbar und flexibel einsetzbarist, kommt ihr eine bedeutende Rolle bei der Energieversorgungauf Basis Erneuerbarer Energien zu. Die Bioenergie bietet derLandwirtschaft ein zusätzliches Standbein. Rund 130.000Arbeitsplätze werden bundesweit in diesem Bereich gezählt.Die dezentrale Nutzung der Bioenergie stärkt zudem diekommunale Wertschöpfung: Nach Berechnung des Instituts fürökologische Wirtschaftsforschung sorgte die Erzeugung vonStrom, Wärme und Kraftstoffen aus Biomasse im Jahr 2010 für1,9 Milliarden Euro an Einkommen, Steuereinnahmen undUnternehmensgewinnen in den Kommunen. Biomasse wird vorallem von Pflanzen als Primärproduzenten gebildet.Konsumenten ernähren sich von diesen Pflanzen oder vonanderen Konsumenten und setzen so z. B. die pflanzliche in
  • tierische Biomasse um. Auch abgestorbene Pflanzen, Tiere undandere Lebewesen werden als Biomasse bezeichnet. Diesewird wiederum von Destruenten zersetzt und zum Aufbaulebender Biomasse genutzt. Fossile Energieträger sind inMillionen Jahre andauernden chemischen und geologischenProzessen zwar aus Biomasse entstanden, werden dieserjedoch nicht zugeordnet. Torf wird meist nicht als Biomassebezeichnet, sondern ebenfalls den fossilen Energieträgernzugeordnet. Biomasse hat eine wichtige Funktion als Lebens-und Futtermittel, Rohstoff (Nachwachsender Rohstoff) undEnergieträger (so genannte Bioenergien wie Brennholz,Biokraftstoff etc.). Aber auch vom Menschen nicht genutzteBiomasse hat eine wichtige Funktion in Ökosystemen, z. B. alsNährstoff oder Lebensraum für verschiedenste Lebewesen.Darüber hinaus sind große Mengen des TreibhausgasesKohlendioxid (CO2) in Biomasse gespeichert, so dass sie einebedeutende Rolle für das Klima spielt. Der größte Teil der inDeutschland erzeugten und einer Nutzung zugeführtenBiomasse dient der Erzeugung von Lebensmitteln undFuttermitteln, als Nawaro zur stofflichen Nutzung (Nutzholz,Stärke etc.) oder der klassischen energetischen Verwendung inForm von Brennholz. Seit mehreren Jahren findet eine deutlicheZunahme der Biomassenutzung statt. Hauptgrund ist diezunehmende energetische Verwendung (Bioenergie). Durchdas Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wird unter anderemder Einsatz von Biomasse zur Stromerzeugung gefördert. Dasgeschieht beispielsweise durch die Verbrennung von Holz inBiomassenheizwerken bzw. Biomasseheizkraftwerken oderdurch die Gärung von Gülle und Silage aus Energiepflanzen inBiogasanlagen und anschließende Verstromung des Biogases.Eine exakte rechtliche Definition von Biomasse findet durch dieBiomassenverordnung (BiomasseV) statt. Die Nachhaltigkeitsoll durch die Biomassenstrom-Nachhaltigkeitsverordnung
  • (BioSt-NachV) sichergestellt werden. Eine weitere bedeutendeenergetische Verwendung ist die Erzeugung und Nutzung vonBiokraftstoffen. Durch im Vergleich zu fossilen Kraftstoffenreduzierten Steuersätzen (Energiesteuergesetz) und eineZwangsbeimischung gemäß dem Biokraftstoffquotengesetzfindet eine Förderung statt. Insbesondere bei importiertenRohstoffen zur Biokraftstoffherstellung war die Nachhaltigkeitbisher nicht sichergestellt. Durch die seit September 2009gültige Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV)soll die Herkunft der Rohstoffe kontrolliert werden, z. B. durchdie Zertifizierung von Biomasse. Durch das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) soll die nachhaltigeBereitstellung von Wärme, z. B. für das Heizen von Gebäuden,gewährleistet werden. Die Nutzung von Biomasse(Pelletheizung, Hackschnitzelheizug etc.) stellt eine Option dar.Und unserer Meinung stellt sie eine überaus wichtige Optiondar, eine Möglichkeit lebenswichtige Energie zu erzeugen, dieauch gleichzeitig nachhaltig ist.