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Erneuerbare Energien - Innovationen für eine nachhaltige

1. OWC Kraftwerk mit Wells Turbine siehe Prinzipbild Wellenkraftwerke 1 lange Strecken ungest rt ber das Meer weht Deshalb eignen sich in Europa die Westk sten des Atlantik und der Nordsee am besten zur Nutzung der Wellenenergie Die kinetische Energie und die Lageenergie der Welle lassen sich gleicherma en zur Stromerzeugung nutzen Dazu gibt es eine Vielzahl methodisch unterschiedlicher Projekte Zwar sind die meisten Meeresenergie Kraftwer ke direkt an der K ste oder in K stenn he angesiedelt Strom l sst sich aber auch im offenen Meer erzeugen OWC Oscillating Water Column In einem teilweise getauchten Hohlk rper f hrt die Hebebewegung des Wassers zu einem abwechselnden gt Wellenkraftwerke 1 berflutung Beh lter Generator Links berflutungskraftwerk rechts OWC Kraftwerk 126 berflutungs Kraftwerk siehe Prinzipbild Wellenkraftwerke 1 Zusammenpressen und Entspannen der Luft und damit zu einer sich hin und her bewegenden Luftstr mung Diese wird mit Hilfe von speziellen Turbinen so genann ten Wells Turbinen zur Stromerzeugung genutzt berflutungsapparate Overtopping Devices Der obere Teil der Wellen flie t in ein erh htes Reser voir Die Lageenergie des Wassers wird dann mit Hilfe von Turbinen zur Stromerzeugung genutzt Ein Beispiel Der Wave Dragon in D nemark hat eine elektrische Leistung von 7 MW so viel wie f nf Windr der Luftstr mung Generator T Luft
2. In Vakuumr hrenkollektoren liegen die W rmeabsor ber in gl sernen beinahe luftleeren R hren Dadurch geht weniger W rme als beim Flachkollektor an die um gebende Luft verloren konvektiver Verlust Dieser Kol gt Wirkungsgradkennlinien Kollektorwirkungsgrad in Prozent 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 Schwimmbad E Warmwasser lektortyp wird mit einem durchlaufendem W rme tr gerrohr gebaut so genannte heat pipes in denen ein w rmeempfindliches Medium beim Erw rmen ver dampft aufsteigt seine W rme an einen Kondensator au erhalb des Rohres abgibt und wieder zum Anfang des Kreislaufs flie t um erneut W rme aufzunehmen Durch die hohen erreichbaren Temperaturen eignen sich Vakuumr hrenkollektoren auch f r die Bereit stellung von Prozessw rme Ein typisches Warmwassersystem f r ein Einfamilien haus nimmt eine Dachfl che von 6 m ein und kann bis zu 60 des j hrlichen Brauchwasserbedarfs be reitstellen Eine solche Anlage deckt im Sommer den Bedarf vollst ndig ab in den anderen Jahreszeiten muss ein konventioneller Kessel das vom Kollektor vorge w rmte Wasser nachheizen Abbildung Kollektoranla ge Um einen hohen Wirkungsgrad des Kollektors egal welcher Bauart zu erreichen sollte das erforderli che Temperaturniveau der genutzten W rme niedrig sein Soll mit einer Anlage auch Raumw rme bereitge stellt werden bieten sich daher Fu boden oder Wand fl chenheizunge
3. hnliches Muster ergibt sich auch f r photovoltaische Systeme Allerdings hat hier die Bew lkung einen weni ger starken Einfluss da die Photovoltaik auch diffuse Strahlung nutzt Verst rkt werden die r umlichen Poten zialunterschiede wenn technische Einschr nkungen und Abz ge f r nicht nutzbare oder anderweitig genutzte Fl chen ber cksichtigt werden beispielsweise Siedlungs fl chen Wald und landwirtschaftliche Fl chen Gew s ser und S mpfe D nen Schutzgebiete oder Fl chen die auf Grund zu hoher Gel ndeneigung nicht f r die Ener gt Nat rliches Angebot erneuerbarer Energien DD i Weltenergieverbrauch Erdw rme Quelle DLR Doss ee Solarstrahlung auf Kontinente EEE Meeresw rme Wellenenergie EEE Wind EEE Biomasse Hintere W rfel Das nat rliche Angebot der erneuerbaren Energien ist au erordentlich gro Vordere W rfel Die daraus technisch gewinn baren Energiemengen in Form von Strom W rme und chemischen Energietr gern bertreffen den derzeitigen Weltenergieverbrauch grau er W rfel links um etwa das Sechsfache giebereitstellung geeignet sind Wie die Weltkarte zeigt haben Nordafrika die arabische Halbinsel und Austra lien ein enorm hohes Potenzial f r die solarthermische Stromerzeugung Allein in Nordafrika k nnte mehr als das Hundertfache des Weltstrombedarfs mittels solarer Kraftwerke bereitgestellt werden Nordafrikanische Standorte liefern mit 200 bis 3
4. sind reine Biokraftstoffe ganz oder teilweise steuerbefreit Zunehmend werden auch Biokraftstoffe und rohstoffe vor allem Palm und Soja l aus dem Ausland importiert Strenge Kriterien an die Nachhaltigkeit m ssen k nftig kologische Fehlentwicklungen vermeiden Neue Kraftstoffe wie BtL Biomass to Liguid Holz oder Biogas werden zuk nftig die Energiebilanz und ausbeute steigern Zuckerr benverarbeitung Fermenter und Biodiesel an der Zapfs ule er Verkehr braucht sehr viel Energie Mehr als 51 Mio t Kraftstoffe auf Erd lbasis wurden im Jahr 2007 in Deutschland getankt verbrannt und letzten Endes als Kohlendioxid in die Atmosph re geblasen Insgesamt ist der Verkehr nach den Haushalten der zweitgr te Energieverbraucher dicht gefolgt von der Industrie Drei Probleme machen Ver nderungen dringend not wendig Die Importabh ngigkeit von Erd lprodukten die Endlichkeit fossiler Ressourcen und der Klima wandel Zwar sind die klimasch dlichen CO Emissio nen aus dem Stra enverkehr seit 1999 leicht r ckl ufig aber das wachsende Verkehrsaufkommen und eine Zu nahme der Emissionen aus dem Luftverkehr mindern die Reduktionserfolge Auch der Anteil der umwelt freundlicheren Verkehrsmittel Bahn Bus und Binnen schiff sinkt Problematisch ist auch der G terverkehr Die erw nschte Entkopplung von Transportleistung und Wirtschaftswachstum hat noch nicht stattgefunden Biokraftstoffe sind eine M glichkeit Minera
5. 67 Blick in die Gondel einer Windenergieanlage Die Rotation wird ber eine Welle in einem Generator in Strom umgewandelt In vielen Anlagen ist ein Getrie be dazwischengeschaltet Das Getriebe bersetzt die nie drigen Drehzahlen des Rotors auf die erforderliche Generatordrehzahl von 1 500 Umdrehungen pro Minute Durch das Getriebe entstehen allerdings Verluste in der Gr enordnung von 2 je Getriebestufe au erdem ist das Getriebe eine potenzielle Quelle der Ger uschent wicklung Getriebelose Anlagen umgehen diese Proble me allerdings sind hier aufw ndig gefertigte und sehr gro e vielpolige Generatoren notwendig Durch die bis Mitte der neunziger Jahre dominierenden Asynchrongeneratoren wird die Drehzahl der Rotoren an die Frequenz des elektrischen Netzes gefesselt Die ses System ist regeltechnisch relativ einfach und robust erlaubt aber keine kontinuierliche Drehzahlregelung des Rotors Durch den Einsatz eines so genannten dop peltgespeisten Asynchrongenerators l sst sich die Be triebsdrehzahl in Grenzen variieren Ein Synchrongene rator erlaubt dagegen eine variable Drehzahl da der gesamte erzeugte Strom durch einen Frequenzumrichter auf die Netzfrequenz von 50 Hz gebracht wird Die T rme der gr ten Windenergieanlagen sind in zwischen ber 120 m hoch so dass neue Windr der zu sammen mit dem Rotor eine H he von bis zu 170 m er reichen Dabei gilt Je h her der Turm desto weniger st ren
6. Die erste Offshore Windkraftanlage im Windenergiepark Alpha Ventus schlie lichen Wirtschaftszone zu errichten Der j hrli che Stromertrag wird auf 85 bis 100 TWh gesch tzt und entspr che damit rund 15 des heutigen Stromver brauchs in Deutschland Bei der Standortwahl werden aber nicht nur wirtschaft liche und energietechnische Aspekte ber cksichtigt Die Belange des Natur und Umweltschutzes aber auch die der Schifffahrt der wirtschaftlichen Fischerei Bo densch tze und milit rischen Nutzung m ssen genauso abgewogen werden siehe Abschnitt Windenergie Na tur und Umweltschutz So sind inzwischen in Zusam menarbeit verschiedener Bundesministerien die Meeres fl chen identifiziert worden die als Eignungsgebiete der Offshore Windenergienutzung in Betracht kommen Vom Bundesamt f r Seeschifffahrt und Hydrographie wurden Ende 2005 erstmals besondere Eignungsge biete f r Windenergieanlagen in Nord und Ostsee ausgewiesen In einer strategischen Umweltpr fung und einer Natura 2000 Vertr glichkeitspr fung wurden un ter Beteiligung zahlreicher Umwelt und Naturschutz verb nde knapp 700 km in der Ausschlie lichen Wirt schaftszone der Ost und Nordsee als Eignungsgebiete ausgew hlt Insgesamt wurden bisher 18 Windparkprojekte in der Nordsee und sechs Projekte in der Ostsee genehmigt 69 der Generatorgr e sondern vor allem von der Rotor fl che der Nabenh he der Steuerungstechnik und von aer
7. In engem Zusammenhang hiermit steht auch die Diver sifizierung von Energietr gern und Produzentenl n dern beim Einsatz erneuerbarer Energien Eine breite Palette von Arten der Energiebereitstellung steigert die Versorgungssicherheit Die EU intensiviert diesen positi ven Prozess durch eine Liberalisierung der Energiem frkte Zus tzlich kann der vermehrte Einsatz erneuerbarer Energien neue Entwicklungsm glichkeiten schaffen Durch ihre Dezentralit t k nnen die erneuerbaren Ener gietr ger einen Beitrag zu einer gerechteren Verteilung der Wertsch pfung aus der Energiebereitstellung errei chen Das gilt insbesondere f r L nder wie Angola Kon go Brazaville oder quatorial Guinea die zu ber 80 vom lexport abh ngig sind Die Profite dieses Exportes gehen dabei oft nur an kleine Eliten die auch die Streit kr fte einsetzen um ihre Privilegien zu sch tzen Res sourcenfluch Au erdem erm glichen erneuerbare Energien den Zugang zu einer modernen Infrastruktur Beleuchtung Kommunikation medizinische Versor gung gerade in l ndlichen Regionen siehe S 51 Flankierend ist bei der Entwicklung erneuerbarer Ener gien sicherzustellen dass negative Folgesch den vermie den werden wie etwa bei der Palm lnutzung in Indone sien oder Malaysia durch Konkurrenz des Bioenergie handels mit dem Recht indigener V lker siehe Kapitel Biokraftstoffe 11 Quelle IFEU nach Wuppertal Institut amp Adelph
8. Turbinenhalle in einem Wasserkraftwerk in Bergisch Gladbach Wasserkraftanlagen gelten als technisch ausgereift und lassen keine gro e Kostensenkung mehr erwarten Die Kosten einer Wasserkraftanlage werden ganz wesentlich von der installierten Leistung und den rtlichen Rand bedingungen wie der Fallh he bestimmt Neue Klein wasserkraftanlagen zwischen 70 und 1 000 kW Leistung kosten zwischen 8 500 und 10 000 Euro je Kilowatt in stallierter Leistung Bei einer typischen Auslastung von 4 000 bis 5 000 Volllaststunden pro Jahr liegen die Strom gestehungskosten einer solchen Anlage zwischen 10 und 20 Cent kWhn Bei Kleinanlagen unter 100 kW k nnen die f r einen wirtschaftlichen Betrieb erforderlichen Stromgestehungskosten teilweise deutlich dar ber lie gen Aufgrund der Kostendegression liegen die spezifi schen Investitionskosten bei Gro anlagen 10 bis 100 MW zwischen 2 000 und 4 000 Euro kW so dass Stromerzeu gungskosten in H he von 4 5 bis 10 Cent kWh realisiert FE 2 Quelle I W ISET gt Investitionskosten f r Kleinwasserkraftwerke aa Investitionen in Euro kW 14 000 12 000 10 000 Neubau 8 000 ME Revitalisierung 6 000 EEE Modernisierung 4 000 2 000 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000 Installierte Leistung in kW Investitionskosten von neuen reaktivierten und modernisierten Kleinwasserkraftwerken als Funktion der installierten Leistung werden k nnen Bei Reaktivierung oder Modernisierun
9. befindlichen erneuerba ren Energien die einzig sinnvolle Versorgungsm glich keit da schlechte Verkehrsinfrastrukturen die ohnehin Einfache Biogasanlagen nutzen die R ckst nde der Landwirtschaft F kalien oder Tierdung um ein brenn bares Gas f r Koch und Beleuchtungszwecke zu erzeu gen Ballons aus Kunststoffplanen einfach konstruierte Betontanks oder Metalltonnen wurden in China und Indien bereits in gro en St ckzahlen eingesetzt Insge samt sind rund 25 Millionen solcher kleinen Biogas anlagen in Betrieb Solarkocher b ndeln die Solarstrahlung und sind zum Kochen aber auch f r gewerbliche Zwecke geeignet Windbetriebene mechanische Wasserpumpen ver bessern die Wasserversorgung in Argentinien aber auch in vielen afrikanischen L ndern Mit solar Home Systems oder gr eren photovol taischen Anlagen k nnen einzelne H tten aber auch D rfer mit Elektrizit t versorgt werden In d rflichen Stromnetzen sogenannten Mini Grids werden die So larmodule mit Batteriespeichern und ggf kleinen Wind energieanlagen und Dieselaggregaten gekoppelt Die l ndliche Elektrifizierung ist ein wichtiger Entwick lungsbeitrag Der Betrieb von gewerblichen Anlagen M hlen K hlanlagen etc erh ht die Wirtschaftskraft Kommunikationsmittel und Beleuchtung erm glichen neue Bildungschancen der Anschluss von Kranken stationen an eine Stromversorgung erlaubt die K hlung von Medikamenten und die Aufbereitung von Trink wa
10. clean coal Wasserstoff 64 Der Wasserstoff aus erneuerbaren Energien w re zudem nahezu unbegrenzt verf gbar Mittel und langfristig ist daher nur eine Wasserstoffwirtschaft auf Basis erneuer barer Energien sinnvoll Gelingt es allerdings das Elek troauto mit attraktiven Reichweiten und Kosten zu reali sieren so ist zumindest der verkehrliche Finsatz von Wasserstoff unattraktiv weil der Wirkungsgrad der Wandlungskette Strom gt Wasserstoff gt Strom gt Kraft deutlich niedriger ist als der Wirkungsgrad des Elek troautos Daher ist der Einsatz von Wasserstoff insbeson dere in Lkws Bussen oder Flugzeugen zu pr fen die schwerer oder gar nicht batterieelektrisch betrieben werden k nnen Wasserstoff kann zum einen in Verbrennungsmotoren Gasturbinen oder speziellen Brennern verbrannt wer den F r die zuk nftige Nutzung von Wasserstoff ist je doch insbesondere die elektrochemische Umwandlung von Wasserstoff mit Brennstoffzellen von Bedeutung Die Brennstoffzelle ist deshalb zum Synonym f r die Wasserstoffwirtschaft geworden Mit diesem Energie wandler wird die chemische Energie der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff unmittelbar effizient und emissionsfrei in elektrische Energie und Nutzw rme umgewandelt Prinzipiell ist sie damit als Umkehrung der Elektrolysetechnologie eine ideal geeignete Wand lungstechnologie in einer sich auf Wasserstoff st tzen den Energiewirtschaft Brennstoffzellen wer
11. dung f r eine nachhaltige Energiewirtschaft Selbstver st ndlich d rfen bei allen Anstrengungen zum Klima schutz andere Ziele nicht aus den Augen geraten Die Sicherung einer konomisch und sozial vertr glichen Energieversorgung aber auch weitere umweltrelevante Ziele wie die weitere Minderung von anderen Schad stoffen der Stopp der gro fl chigen Landschaftszerst rung bei der F rderung von Kohle Erd l und Uran die Meeresverschmutzung durch Erd lf rderung und bei Tankerhavarien vermehrte Umweltbelastungen durch den Abbau unkonventioneller Kohlenwasserstoffe sowie die teilweise gravierenden Folgen gro er Wasserkraft werke insbesondere wenn mit ihrer Errichtung die ber flutung gro er Landschaften verbunden ist Atomenergie Risiken gr er als der Nutzen Da mit der Kernspaltung Strom weitgehend CO frei bereitgestellt werden kann wird Atomenergie und in ihrem Gefolge oft auch die Kernfusion h ufig als un verzichtbar zur Erreichung der angestrebten CO Reduk tionsziele bezeichnet Diese These ist jedoch bei genauer Betrachtung nicht haltbar Nur eine lang anhaltende Vermeidung sehr gro er Mengen Kohlendioxid macht unter Klimaschutzgesichtspunkten Sinn Dazu m sste der Beitrag der Atomenergie zur globalen Energiever sorgung um mehr als das Zehnfache gesteigert und ber Jahrhunderte aufrechterhalten werden Abgesehen von der Zunahme des Risikos mit jedem neuen Atomkraft werk gerade auch in L ndern de
12. ten in Indien und China hohem lpreis und vor allem Marktspekulation zu handeln Wie gro der Einfluss der Biokraftstoffe letztendlich ist vermag niemand pr zise zu sagen f r Biokraftstoffe zur ckgenommen Derzeit wird ein Anteil von rund 12 f r das Jahr 2020 angestrebt Der Anteil soll berwiegend ber die Beimischung von Bio kraftstoffen zu fossilen Kraftstoffen und nur zu einem kleinen Teil durch biogene Reinkraftstoffe erreicht wer den Die Potenziale f r eine Biokraftstoffproduktion h ngen allerdings stark von der Zukunft der deutschen Land wirtschaft ab Auch andere Entwicklungen die aus Nachhaltigkeitssicht w nschenswert sind beanspruchen Fl che etwa die Extensivierung der Landwirtschaft im kolandbau oder die Umsetzung von Kompensations fl chen und Biotopverb nden siehe S 41 Die Nutzung der biogenen Reststoffe und Energiepflan zen f r die Kraftstoffherstellung steht zudem in einer Konkurrenz zu CO Einsparungen die mit diesen Stoffen in anderen Sektoren erzielt werden k nnen Die Verfeu erung von Biomasse in effizienter Kraft W rme Kopp lung tr gt beispielsweise st rker zum Klimaschutz bei als die Nutzung als Kraftstoff Langfristig wird sich die Fl chensituation aufgrund stei gender spezifischer Ertr ge in der Landwirtschaft und sinkender Bev lkerungszahlen entspannen Dem Import von Biomasse als Rohstoff wie auch als fertiger Bio energietr ger k nnte eine verst rkte Bedeutung
13. wenn die Sonne am st rksten scheint wird der Kollektor in Kombination mit einer K ltemaschine besonders gut ausgenutzt Damit lassen sich fossile Energietr ger ein sparen konventionelle Klimaanlagen arbeiten h ufig mit Strom oder Gas Der Wunsch nach h herem Wohn 93 komfort und ver nderte Bauweisen mit gr eren Glas fassaden f hren zu einem steigenden Bedarf an umwelt vertr glicher Klimatisierung Besonders in s dlichen L ndern in denen der Stromverbrauch durch elektri sche Kompressionsk ltemaschinen zu Spitzenlastzeiten die Netze schon heute an ihre Leistungsgrenzen zwingt stellen diese Systeme eine verl ssliche Alternative dar Bei der solaren K hlung wird zwischen zwei Klassen un terschieden Bei der ersten treibt solare W rme einen Absorptionsk lteprozess an Da die am K lteprozess teil habenden Fl ssigkeiten nicht mit der Atmosph re in Kontakt treten spricht man vom geschlossenen Verfah Ten Im Gegensatz dazu steht im offenen Verfahren das K l temittel Wasser direkt mit der Atmosph re im Kontakt Beim so genannten Desiccant Verfahren wird dem Zu luftstrom einer L ftungsanlage durch ein Trockenmittel Luftfeuchtigkeit entzogen Hierbei handelt es sich bei spielsweise um Kiesel Gel wie es auch in Verpackungen feuchteempfindlicher Produkte zu finden ist Dies istin der Regel auf einer por sen Walze aufgebracht die Feuchtigkeit aufnimmt adsorbiert Durch Rotation wird ein Teil der Walze st nd
14. Die Seeverkabelung und die spe ziellen Gr ndungstechniken machen den Windpark Alpha Ventus Das fertige Offshore Umspannwerk aus der Hubschrauber perspektive auf See teurer als an Land Bei den kommenden Wind parks in Gebieten mit moderaten Wassertiefen kommen Tragekonstruktionen zum Einsatz die im Boden veran kert werden F r noch gr ere Wassertiefen werden heute auch schwimmende Tragekonstruktionen entwickelt Die T r me werden auf hoher See dagegen weniger hoch gebaut als bei vergleichbar leistungsstarken Anlagen an Land Denn wegen der geringeren Verwirbelungen des Win des ber der Meeresoberfl che erreicht man die f r ei nen wirtschaftlichen und sicheren Betrieb n tigen Windgeschwindigkeiten schon in geringerer H he Die Netzanbindung von Offshore Windparks h ngt von der Gr e des Windparks und der Entfernung zur K ste ab Innerhalb eines Offshore Windparks werden die ein zelnen Anlagen mit einem Mittelspannungskabel mit einander verbunden wie bei einem Windpark an Land Bei kleinen Offshore Windparks nahe der K ste kann die Verbindung zum Netz auch durch eine Mittelspan nungsleitung erfolgen F r h here Leistungen und gr Bere K stenentfernungen kann eine Hochspannungs Drehstromanbindung wegen der hohen Blindleistung zu technischen Problemen bei der Anbindung an das Landnetz f hren Bei Entfernungen von mehr als 50 km ist die Hochspannungsgleichstrom bertragung eine technisch und wirtschaftli
15. Diese k nnten sich frequenzabh ngig ab schalten und somit als Sofortreserve dienen In Haushal ten sind auch die Verbrauchssegmente Waschen Sp len und Elektro Heizen f r Lastmanagement geeignet Energiespeicher Eine weitere Ma nahme zum Ab gleich zwischen Stromeinspeisung und Stromnachfrage besteht in der Zwischenspeicherung elektrischer Ener gie Die Speicherung kann sowohl dezentral geschehen beispielsweise in Batterien als auch zentral Bisher wurden f r die Speicherung gr erer Mengen elektrischer Energie vor allem Pumpspeicher Wasser kraftwerke genutzt Sie nutzen den H henunterschied zwischen ihrem oberen Speicher und dem unteren Spei cher aus siehe S 75 Gro e Pumpen bef rdern Wasser in die Speicherseen Sp ter flie t das Wasser zur ck und treibt dabei Stromturbinen an Weltweit gibt es 280 die ser Pumpspeicherkraftwerke Der Gigant unter den deut schen Anlagen das Kraftwerk Goldisthal im Th rin gischen Schiefergebirge mit ber 1 000 Megawatt elek trischer Leistung ging Ende 2003 ans Netz vier Jahr zehnte nachdem die ersten Planungen begonnen hat ten Schon heute leisten Pumpspeicherkraftwerke wie Gol disthal einen wichtigen Beitrag f r die Sicherheit der Stromversorgung Sie k nnen ihre Pumpen mit einem enormen Stromverbrauch anlaufen lassen wenn zu viel Strom im Netz ist oder der Strom billig ist was meist dasselbe ist Und sie lassen das Wasser aus den hoch gelegenen Speicherbecken w
16. Energieverbrauchs zu bremsen Studien zeigen dass sowohl in Deutschland als auch global ein solcher Weg gegangen werden kann gt Energieverbrauch pro Kopf Welt 71 OECD 196 GUS 140 S damerika mm 45 Afrika BE 28 Asien BE 26 Bahrein HEHE 425 USA ir 328 Deutschland Her 176 Japan HE 170 Italien mm 131 Portugal mem 103 Mexiko mm 65 China BEE 46 Indonesien EE 31 Indien BE 22 Jemen E 13 Haiti E Bangladesh I 7 GJ pro Kopf 0 100 200 300 400 Energieverbrauch pro Kopf im internationalen Vergleich Wege zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft Fine v llig objektive Abw gung zwischen den Gefahren des Klimawandels den zu erwartenden Verknappungs und Verteuerungstendenzen der fossilen Rohstoffe den unterschiedlichen Meinungen zu den Risiken der Atom energie und den volkswirtschaftlichen und sozialen Sch den die durch den extrem unausgewogenen Zu gang zu Energie entstehen erscheint aus heutiger Sicht nicht m glich Aus den vorliegenden Erkenntnissen k n nen jedoch prinzipielle Schl sse gezogen werden Die zuk nftige Energieversorgung darf sich nicht weiterhin beinahe ausschlie lich auf fossile und auf nukleare Energietr ger st tzen Vielmehr muss ein System eta bliert werden das den acht Leitlinien einer nachhalti gen Energieversorgung m glichst nahe kommt siehe S 8 und eine stetige und z gige Ann herung an sie er laubt F r eine Umgestaltung der Energieversorgung in diese Richt
17. F r die Ermittlung der CO Min derungskosten durch W rme aus erneuerbaren Ener gien wird die W rmebereitstellung in Einfamilienh u sern durch einen Mix aus l und Gas angenommen Der Bandbreite der Strom und W rmegestehungskosten entsprechend spannen auch die CO Vermeidungskosten einen gro en Kostenbereich mit zum Teil heute noch betr chtlichen Vermeidungskosten auf siehe Grafik CO Vermeidungskosten F r eine vorausschauende Politik ist es besonders wichtig die zeitliche Dynamik zu ber cksichtigen W hrend die CO Vermeidungskosten f r die Stromerzeugung aus Wind Geothermie solar thermischen Kraftwerken und Biomasse heute noch zwi schen 40 und 100 Euro t CO liegen gehen sie bis 2030 wegen der sinkenden Kosten f r Technologien zur Nut zung erneuerbarer Energien und steigender fossiler Brennstoffpreise deutlich zur ck Langfristig werden zum Teil sogar negative CO Vermeidungskosten er reicht Das bedeutet wir sparen Klimagase und Geld zugleich Die H he der Vermeidungskosten f r Strom aus einem Biomasse Heizkraftwerk h ngt von den Brennstoffkosten und der W rmeverg tung ab Wegen der heute noch hohen Stromerzeugungskosten liegen die CO Vermei dungskosten der Photovoltaik bei rund 700 Euro t CO sinken aber langfristig auf ca 60 Euro t CO Auch die CO Vermeidungskosten der W rmebereit stellung mit Solarkollektoren liegen heute noch in der Gr enordnung von 700 Euro t CO Allerdings beste
18. Heutige Energienutzung in Deutschland Sechs Tonnen Steinkohle oder rund 47 000 Kilowatt stunden so viel Energie verbrauchte 2008 im Schnitt jeder Deutsche pro B rger ein LKW voll Kohle Tech nisch ausgedr ckt sind dies insgesamt 14 003 Petajoule PJ Energierohstoffe Von den 14 003 PJ die in Kraft werken als Rohstoffe eingesetzt werden kommen wegen Verbrauch und Verlusten im Energiesektor nur zwei Drittel beim Verbraucher an dies ist die sogenannte Endenergie Bei der Stromerzeugung kommt auf Grund der Verluste der Kraftwerke sogar nur ein Drittel der Prim renergie beim Endkunden an Knapp ein Drittel dieser Endenergie nutzen wir f r die Beheizung von Wohnungen zum Kochen f r Beleuchtung und andere private Stromanwendungen Ein weiteres Drittel geht in den Verkehrssektor der Rest wird von Industrie und Ge werbe f r die Bereitstellung von Waren und Dienstleis tungen eingesetzt Im Jahr 2007 ist der Prim renergieverbrauch im Ver gleich zu 2006 deutlich zur ckgegangen 2008 aber wie der leicht angestiegen Dennoch liegt der Verbrauch von 2008 wesentlich unter dem des Jahres 2006 Die Gr nde sind vielf ltig Einen Teil hat dazu der warme Winter beigetragen Betrachtet man einen l ngeren Zeitraum erkennt man aber auch eine steigende Effi zienz in der Industrie und den privaten Haushalten die mit immer effizienterer Technik mit dem industriellen Strukturwandel und der Tendenz zu mehr Dienstleis tungen zusammen h n
19. L cke entsteht nicht nur durch erneuerbare Energien St rf lle konventioneller Kraft werke revisionsbedingte Abschaltungen und die Schwankungen in der Stromnachfrage das sprichw rt liche gleichzeitige Anschalten der Kaffeemaschinen morgens um halb sieben tragen genauso dazu bei Zum Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch sind Regelkraftwerke erforderlich Heute werden dazu neben Speicherwasserkraftwerken auch gedrosselte Dampf und Gaskraftwerke verwendet Systemintegration erneuerbarer Energien Dem Ausbau der erneuerbaren Energien muss sich das Energiesystem anpassen Ein solcher Anpassungsprozess war brigens auch in den 1970er und 80er Jahren erfor derlich als die meisten Atomkraftwerke errichtet wur In der Leitwarte der Evonik Power Saar GmbH werden Kraftwerke und Gro verbraucher je nach Bedarf zu und abgeschaltet Die Firma ver marktet dies als Regelenergie den Damals wurden in erheblichem Umfang neue H chstspannungsleitungen verlegt Nachtspeicher Heizungen vermarktet und gro e elektrische Warm wasserboiler installiert um den nachts in den AKWs produzierten Strom verkaufen und verbrauchen zu k nnen Dass eine Integration hoher Anteile dezentraler Energie tr ger m glich ist zeigen Beispiele aus anderen L n dern Die Stromerzeugung D nemarks beispielsweise ist gekennzeichnet durch die h chsten prozentualen An teile an Kraft W rme Kopplung KWK und Windenergie in Europa Durch eine kon
20. Nutzung k nnen Lebensraumqualit t und Artenvielfalt erhalten werden ebenso wie die Vielfalt und Eigenart des Landschaftsbildes 6 Stilllegungsfl chen f r den Naturschutz erhalten Die urspr nglich aus konjunkturellen Gr nden aus der Nutzung genommenen Ackerfl chen haben heute auch eine hohe naturschutzfachliche Bedeutung Insofern ist der Erhalt eines Mindestanteils dieser Fl chen als Rotations oder Dauerbrachen erw nscht Werden Energiepflanzen auf diesen Fl chen ange baut sollte die Stilllegungspr mie entfallen oder der Anbau zum Erhalt der kologischen Funktion an Mindestanforderungen gekn pft sein 7 Bei vorgezogenen Ernteterminen keine vollst ndige Aberntung In Gebieten mit besonderem Vorkommen von Bodenbr tern z B Feldlerchen k nnen vorgezogene Erntetermine z B in Verbindung mit Zweikulturnutzung den Bruterfolg gravierend st ren In diesen Gebieten sollte entweder auf vorgezogene Erntetermine verzichtet werden oder es sollten Streifen oder Inseln als R ckzugsr ume auf der Ackerfl che eingerichtet werden die nicht einges t und beerntet wer den 8 Auf standortangepassten Anbau von wasserzehrenden Kulturen achten Auf Standorten mit beschr nktem Wasserdargebot wirkt sich der Anbau wasserzehrender Kulturen besonders nachteilig auf den Wasserhaushalt aus Das hat sowohl nachteilige Auswirkungen auf die nach haltige Nutzbarkeit des Standortes als auch auf angrenzende Lebensr ume Auf diesen Fl chen sollte der
21. Oberrheingraben und im s ddeutschen Molassebecken genutzt werden Eine hnliche Analyse f hrt bei der Nutzung der hei en Gesteine beispielsweise mittels Hot Dry Rock siehe S 118 zu einem Angebotspotenzial von rund 800 TWhja F r die solarthermische W rmeerzeugung werden geeignete Stellfl chen f r Kollektoren ben tigt Hierf r kommen in erster Linie D cher sowie die Mehrfachnut zung geeigneter Siedlungsfl chen wie beispielsweise L rmschutzw lle oder Parkplatz berdachungen in Frage Nach Abzug des von Photovoltaikanlagen genutz ten Anteils steht in Deutschland eine Fl che von knapp einer Milliarde Quadratmeter zur Verf gung entspre chend einem j hrlichen solaren Ertrag von ca 290 TWhja Insgesamt ergibt sich ein Nutzungspotenzial von min destens rund 800 TWh pro Jahr Endenergie was gut der H lfte der heute zur W rmeerzeugung eingesetzten Brennstoffmenge entspricht je nach Annahmen f r die Verteilung der Biomasse und die Entwicklung der Geo thermie auch deutlich mehr Zuk nftig wird der Raum w rmebedarf wegen besserer Geb udestandards und der Sanierung des Geb udebestandes au erdem deut lich sinken der Anteil erneuerbarer Energien kann auch dadurch kr ftig gesteigert werden Aus der bisher geringen Aussch pfung des Potenzials der erneuerbaren Energien sollte nicht der Schluss gezo gen werden dass allein wirtschaftliche Erw gungen eine schnelle Ausweitung erneuerbarer Energien beein tr chtigen
22. S 71 1 2 Bundesverband Windenergie S 72 Paul Langrock Zenit S 74 1 picture alliance 2 Werner Otto S 74 3 picture alliance S 75 Rainer Weisflog S 76 blickwinkel McPhoto S 77 DUH S 78 1 Paul Langrock Zenit S 78 2 ISFH 3 FH M nchen S 80 1 ALIMDI NET G nter Fischer 2 www brinkhoff fotos de S 81 1 Rainer Weisflog 2 Paul Langrock Zenit S 82 Jochen Zick Keystone S 83 1 DLR 2 Stadtwerke J lich S 83 3 DLR S 84 1 Solarmundo 2 DLR www markus steur de S 85 1 DLR 2 Hans Blossey Das Fotoarchiv S 86 1 2 DLR S 88 Gollmer Solar Millenium AG S 89 1 Michael Nast DLR 2 ExpoStadt 3 Paul Langrock Zenit S 90 J rg Boethling agenda S 91 Michael Nast DLR S 92 1 2 Rainer Weisflog S 94 Stadtwerke Crailsheim S 95 ExpoStadt S 97 Leon Schmidt TU Darmstadt S 98 1 C A R M E N 2 Haase 3 Rainer Weisflog S 100 1 Schapowalow Weisser 2 argum Falk Heller S 101 1 blickwinkel McPhoto 2 www BilderBox com S 103 und 104 Rainer Weisflog S 107 1 Nordzucker S 107 2 logen 3 Jochen Zick Keystone S 108 emo pictures S 109 1 Wolfgang Steche VISUM S 109 2 Jochen Zick Keystone S 111 Choren Industries S 112 picture alliance S 113 Rainer Weisflog S 115 ALIMDI NET Konrad Wothe S 117 1 Hans G nter Wessely photoplexus S 117 2 picture alliance 3 Bestec GmbH S 119 Bestec GmbH S 120 1 Pfalzwerke AG 2 Bestec GmbH S 124 picture
23. Von ebenso gro er Bedeutung f r ihre konti nuierliche m glichst ungest rte Erschlie ung ist die Be r cksichtigung der Investitionszyklen im Geb ude und Kraftwerksbereich Ein beschleunigter Ausbau erfordert daher die rechtzeitige und vorrangige Einbeziehung er neuerbarer Energien in alle Planungen und Investitions entscheidungen welche die Energieversorgung und ins besondere den Siedlungsbereich betreffen 41 Quelle IFEU gt Potenziale erneuerbarer Energien Nutzungspotenzial u Verbrauch TWh a 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 Wasserkraft heute Potenzial Wind Onshore heute Potenzial Wind Offshore heute Potenzial Biomasse heute Potenzial STROM Photovoltaik heute Potenzial TPE p Geothermie heute Potenzial gt Gesamtpotenzial gt Verbrauch heute Potenzial k nftig reduziert oO Nutzungspotenzial u Verbrauch TWh a 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 Solarthermie heute Potenzial Geothermie heute Potenzial Biomasse heute Potenzial W RME gt Gesamtpotenzial gt Verbrauch heute Potenzial k nftig reduziert gt Verbrauch heute Potenzial k nftig reduziert Nutzungspotenzial u Verbrauch TWh a O0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 ne Biomasse heute FH 25 Potenzial FE Lil gt Gesamtpotenzial MEE LLJ Das vorsichtig abgesch tzte langfristig realisierbare Ausbaupotenzial erneuerbarer Energien im Vergleich zur heutigen
24. nstiger herstellen Die Korn grenzen zwischen den Kiristalliten der Siliziumzelle bremsen jedoch den Strom der Elektronen und f h ren zu etwas schlechteren Wirkungsgraden Sie lie gen heute bei 13 bis 16 Dies schl gt sich in einem Bedarf an gr eren Solarfl chen und gr eren Ge stellen nieder Noch billiger in der Herstellung sind D nnschicht zellen aus amorphem Silizium Allerdings haben sie deutlich niedrigere Wirkungsgrade und die Langzeit stabilit t gegen ber den kristallinen Zellen ist gerin ger was die Kostenvorteile weitgehend wieder aus gleicht Neben dem heutigen Standard Material Silizium sind eine Vielzahl weiterer Stoffe und Materialkombinatio nen in der Erprobung und Entwicklung Vor allem von der D nnschichttechnologie die mit deutlich weniger Material als die kristallinen Silizium Zellen auskommt werden starke Kostensenkungen erwartet Die wichtigs ten Materialien f r Solarzellen sind neben dem amor phen Silizium das Gallium Arsenid GaAs Germanium Ge Cadmium Tellurid CdTe und Kupfer Indium Diselenid CIS Die D nnschichttechnologie hat in Deutschland mit 10 der installierten Leistung beson ders bei Freifl chenanlagen schon einen wichtigen Markt erschlossen gt Marktentwicklung ee Installierte Leistung MW Stromkosten Euro kWh 5 500 2 75 5 000 2 50 4 500 2 25 4 000 2 00 3 500 1 75 Stromkosten 3 000 1 50 2 500 1 25 Installier
25. setzlich geregelt worden Energieverschwender und Energie habenichtse ein brisanter Zustand Ein weiteres gravierendes Nachhaltigkeitsdefizit besteht in dem sehr starken Gef lle des Energieverbrauchs zwi schen Industrie und Entwicklungsl ndern das sich in den letzten Jahren eher vergr ert als verringert hat Derzeit verf gen die 18 der Weltbev lkerung in den OECD L ndern ber 81 des weltweiten Bruttosozial produkts und sind f r mehr als die H lfte des weltwei ten Prim renergieverbrauchs und der globalen CO Emissionen verantwortlich So verbraucht im Durch schnitt ein B rger der USA nahezu 12 mal mehr Energie 15 18 der Weltbev lkerung in den OECD L ndern verf gen ber 81 des weltweiten Bruttosozial produkts und sind f r mehr als die H lfte des welt weiten Prim renergieverbrauchs und der globalen CO Emissionen verantwortlich pro Kopf als ein Afrikaner und liegt damit um das fast 5 fache ber dem globalen Durchschnitt Die rmsten L nder wie Jemen Haiti oder Bangladesh m ssen dage gen mit einem Drei igstel der Energie eines Nordameri kaners auskommen Die Europ er und Japaner verbrau chen etwa halb soviel Energie pro Kopf wie Nordameri kaner und zeigen damit dass hoher Energieverbrauch nur in Grenzen etwas mit Wohlstand zu tun hat Trotz dem liegen sie mit rund 175 GJ pro Kopf und Jahr ent sprechend dem Energiegehalt von 6 Tonnen Steinkohle noch um das Zweieinhalbfache b
26. tze entstehen oft dort wo sie besonders gebraucht werden Die Wind energie w chst besonders in den K stenregionen in denen Werften im Bau von Windkraftanlagen ein neues Arbeitsfeld gefunden haben In Ostdeutschland und der ehemaligen Kohleregion in Nordrhein Westfalen haben sich ebenfalls neue Unternehmen der erneuerbaren Energien angesiedelt und treiben den Strukturwandel voran Allein in den vergangenen zwei Jahren sind min destens 15 neue Solarfabriken in Betrieb gegangen oder noch im Bau mit einem Investitionsvolumen von je weils rund einer Milliarde Euro Drei Viertel der deut schen F hrungskr fte von einer gro en Wirtschaftszei tung nach der Branche mit dem gr ten Zukunftspoten zial befragt nennen die alternativen Energien an erster Stelle Weil erneuerbare Energien heimische Energietr ger sind verbleibt ein Gro teil der Wertsch pfung vor Ort Insbesondere mit der Nutzung von Biomasse schaffen wir neue lokale Wirtschaftskreisl ufe und damit Arbeits pl tze im Land Dies gilt ebenso f r die Bauwirtschaft und das Handwerk Schrittweise flie en so die finanziel len Mittel die bislang l Gas und Kohle exportierenden L ndern zugute kamen in nationale Wertsch pfung Allerdings ist die Bereitstellung von Strom W rme und Kraftstoffen aus erneuerbaren Energien heute noch meist teurer als herk mmliche Energie Solange die Wettbewerbsf higkeit noch nicht erreicht ist siehe S 18 m ssen diese sogenannten
27. 1980er Jahre zwi schenzeitlich auf 800 bis 900 Euro kW gesunken Die weltweit enorm gestiegene Nachfrage und steigende Rohstoffkosten bewirkten in den vergangenen Jahren jedoch ein Anziehen der Preise Zu den reinen Kosten von Turm Rotoren und Maschinenhaus kommen Aus gaben f r Fundament Netzanbindung Anfahrts wege Grundst ck und Planung hinzu Sie liegen bei etwa 30 der reinen Anlagenkosten F r die gesamten Projektkosten einer 2 MW Anlage mit 100 m Naben g i B Die im Laufe der Lebensdauer einer Windanlage erzeugte Strommenge ver h he sind somit etwa 3 Millionen Euro zu veranschla meidet die Verbrennung einer Menge Kohle in einem konventionellen Kraft gen Da der Energieertrag einer Anlage nicht nur von werk die aufgesch ttet beinahe die H he der Windenergieanlage erreicht 70 Positive Ver nderung des Landschaftsbildes durch Repowering Weniger Windr der erzeugen mehr Leistung werden Dabei muss man neben einer konkreten Be trachtung der Einzelf lle und standorte auch die Vor und Nachteile der Windenergie abw gen Dabei ist ins besondere auch zu ber cksichtigen welche Sch digun gen der Umwelt durch die Windenergieanlage an ande ren Stellen vermieden werden k nnen Die Windenergie kann die Umwelt durch Ger uschemis sionen St rung der Tierwelt hiervon betroffen sind ins besondere V gel und Flederm use und ihrer Lebens r ume belasten sowie durch die Beeintr chtigung des Landschaftsbilde
28. Akzeptanz der Bev lkerung kologische Restriktionen hinsichtlich der Fl chen beanspruchung bei der Windenergie oder Solar energie der Beeintr chtigung von Flie gew ssern bei der Wasserkraft und Landschaftsbildern Wind energie sowie eingeschr nkte Nutzungsm glich keiten von Biomasse etwa Reststoffe aus Forst und Landwirtschaft Energiepflanzenanbau 36 Diese technischen Potenziale erneuerbarer Energien sind somit keine f r alle Zeiten unverr ckbare Gr e Sie liefern einen Orientierungsrahmen f r das innerhalb eines l ngeren Zeitraums Machbare und zeigen welche Bedeutung die einzelnen Energiequellen und Nutzungs technologien f r die betrachteten L nder oder Regionen haben k nnen Vom technischen Potenzial ist das reali sierbare oder erschlie bare Potenzial abzugrenzen Es beschreibt den Beitrag der erneuerbaren Energien der in einem langfristigen Zeitraum beispielsweise 50 Jah re tats chlich zu erwarten ist Unter Beachtung dieser einschr nkenden Kriterien sind von den nat rlichen Energiestr men nur wenige Pro mille Solarstrahlung Wind bis Prozente Biomasse Erdw rme energetisch nutzbar W rfel im Vordergrund Lediglich bei der bereits konzentrierten Wasserkraft ist eine technische Nutzung im Bereich von 10 m glich Das global realisierbare Potenzial der erneuerbaren Energien liegt aber selbst bei strengen Restriktionen in der Gr enordnung des Sechsfachen des derzeitigen weltw
29. Bedingungen zu beachten Der Anbau von Jatropha sollte ausschlie lich auf B den erfolgen auf denen nicht auch Nahrungsmittel oder ertragreichere Energiepflanzen angebaut werden k nn ten Meist sind das Regionen in denen die wirtschaft lichen M glichkeiten der lokalen Bev lkerung aufgrund der ung nstigen klimatischen Bedingungen einge schr nkt sind Daher kann der Gewinn und Verkauf von Jatropha l den Menschen vor Ort eine Existenzgrund lage schaffen Sobald aber gute B den f r den Jatropha anbau genutzt werden sind die besonderen Vorteile von Jatropha dahin Einige Firmen kaufen derzeit erhebliche Landfl chen in Indien und Afrika auf um in gro em Ma stab Jatropha anzubauen Da die Jatrophapflanze auf gutem Boden und mit Bew sserung h here Ertr ge bringt als auf n hrstoffarmen B den wird Jatropha zunehmend auf B den angebaut die auch Nahrungs mittel produzieren k nnten Aus Tansania beispielsweise h ufen sich Meldungen dass gro e fruchtbare Fl chen anstatt mit Reis mit Jatro pha bepflanzt werden Jatropha hat also durchaus Po tenzial es h ngt aber von den Randbedingungen ab ob das Potenzial kologisch g nstig genutzt wird oder ob Fehlentwicklungen auftreten Umweltfreundlich am Steuer mit Bioalkohol im Tank Die Alkohole Ethanol und Methanol eignen sich sehr gut als Kraftstoffe im Verkehr da mit ihnen schon seit langem Erfahrungen gesammelt wurden Schon Niko laus August Otto nach dem der Ottom
30. Bei einfachen Systemen kann auf das Prinzip der W rmefalle verzichtet werden man spricht dann von Solarabsorbern Elektrische Leistung die nur an wenigen Tagen im Jahr oder an wenigen Stunden am Tag nachgefragt wird Maximalleistung eines Sonnenenergiewandlers bei Standardbedingungen Globalstrah lung der St rke 1 000 W m Umgebungstemperatur von 25 C und Spektralverteilung der Sonne bei 1 5 facher Durchquerung der Erdatmosph re blicherweise nur bei Photovoltaikanlagen als Bezugsgr e gew hlt Die Werte sind reproduzierbare Labor werte die aber in der Natur in unseren Breiten niemals auftreten Einheiten Eine Zusammenschaltung von kleinen dezentralen Kraftwerken wie zum Beispiel Photovoltaikanlagen Kleinwasserkraftwerken und Biogasanlagen kleinen Windenergie anlagen und Blockheizkraftwerken kleinerer Leistung gegebenenfalls aber auch ver schiedener Lasten zu einem Verbund der gemeinsam gesteuert wird Betriebszeit einer Anlage bezogen auf volle Stunden als Ma f r deren Auslastung Das j hrliche Maximum liegt bei 8 760 Stunden Verh ltnis von Energieertrag zu Energieeinsatz Unter Windenergieanlagen WEA oder Windenergiekonvertern WEK werden hier im engeren Sinne Anlagen zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie ver standen Spitzenleistung 137 Technische Anlage mit der das Temperaturniveau von verf gbarer W rmeenergie erh ht werden kann so dass eine technische Nutzung m glich
31. Die Vielf ltigkeit der Weiterentwicklungen ist ein Zeichen f r die Kreativit t und Dynamik die im Bereich der erneuerbaren Energien steckt Eine aktuelle Wissensbasis ist Voraussetzung f r die weitere Entwicklung Die hier vorliegende Publikation vollst ndig aktualisiert und umfangreich erg nzt bietet daher allen B rgerinnen und B rgern einen berblick die sich f r den aktuellen Stand der Technik die Potenziale Entwicklungsperspektiven und Einsatzm glichkeiten erneuerbarer Energien interessieren Neben der deutschen erscheint auch eine englische Fassung dieser stark nachgefragten Ver ffentlichung INHALTSVERZEICHNIS Erneuerbare Energien Garanten einer zukunftsf higen Energieversorgung Die Nachhaltigkeit unserer Energieversorgung Fossile Energien der Motor der heutigen Weltwirtschaft Das Klima ger t aus dem Gleichgewicht Atomenergie Risiken gr er als der Nutzen Energieverschwender und Energiehabenichtse ein brisanter Zustand Wege zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft Innovationsmotor erneuerbare Energien Die kologische Qualit t der erneuerbaren Energien Klima und Ressourcenvertr glichkeit erneuerbarer Energien CO Vermeidungskosten Andere Umweltwirkungen der erneuerbaren Energien Erneuerbare Energien und Naturschutz Stand und Perspektiven erneuerbarer Energien Heutige Energienutzung in Deutschland Erneuerbare Energien als Wirtschaftsfaktor Die F rderung der erneuerbaren Energien Innovationsstr
32. Ein Kohlekraftwerk kommt ber ein gewisses Ma an CO Minderung prinzipiell nicht hinaus Im Gegensatz dazu gehen die CO Vermeidungskosten f r Wind wegen der erwarteten Kostendegression kontinuierlich zur ck und liegen bereits mittelfristig deutlich unter den Minderungskosten der Steinkohle Technologien Andere Umweltwirkungen der erneuerbaren Energien Neben den aus energiewirtschaftlicher Sicht besonders wichtigen Treibhausgas Emissionen und dem Verbrauch energetischer Ressourcen gibt es weitere Umweltwirkun gen Die Versauerung des Bodens die N hrstoffanrei cherung Eutrophierung von B den und Gew ssern Sommersmog oder der Aussto toxischer Stoffe Hier h ngt das Ergebnis der kobilanz sehr stark von der spezifischen Technologie dem verwendeten Energie tr ger den Umgebungsfaktoren sowie der geografi schen Lage der Anlage ab 24 Die versauernden Emissionen fast aller erneuerbarer Stromsysteme liegen deutlich unter den durchschnitt lichen Emissionen des deutschen Kraftwerksparks Dies gilt auch f r erneuerbare W rmesysteme bis auf Stroh das auf Grund seines Chlor und Schwefelgehaltes und der Stickoxide h here Emissionen hat als ein typischer l oder Gaskessel Eine weitere Ausnahme bildet die Erzeugung von Strom und W rme aus Biogas der bei der Biogaserzeugung entstehende G frrest bringt pro zessbedingt Ammoniakemissionen aus dessen Lagerung und Ausbringung auf Felder mit sich Allerdings k nnen di
33. Eine weitere deutsche Neuentwicklung ist der geschlos sene oder druckbeladene volumetrische Receiver REFOS Konzept Die Druckluft aus der Kompressorstufe einer Gasturbine wird in diesem Absorber solar erhitzt und treibt dann die Turbine an Das Prinzip wurde erstmals Ende 2002 auf der Plataforma Solar in Spanien erfolg reich zur Stromerzeugung eingesetzt Damit wird erst mals der Betrieb solar gefeuerter Gasturbinen m glich Eine Pilotanlage mit kombinierter Strom und Absorp tionsk lteerzeugung wird derzeit f r den semi kommer ziellen Einsatz in Italien gefertigt Mit dieser Techno 86 Turm des geplanten 200 MW Aufwindkraftwerks H he 1 000 m mit spe ziellen Speichenr dern zur St tze unten das Kollektordach Durchmesser 6 km logie wird es auch m glich sein Sonnenenergie direkt in ein modernes hocheffizientes Gas und Dampftur binenkraftwerk einzukoppeln und dort mit hohen Wir kungsgraden von ber 50 in Strom umzuwandeln Paraboloidkraftwerke Dish Anlagen Mit typischen Leistungen ab wenigen bis einigen 10 kW sind Paraboloidkraftwerke auch Dish Anlagen genannt besonders f r den dezentralen Einsatz geeignet Bei die sem Konzept konzentriert ein zweiachsig der Sonne nachgef hrter Parabolspiegel englisch Dish die Son nenenergie direkt auf einen im Brennpunkt des Spiegels aufgeh ngten Absorber In diesem wird ein Arbeitsgas Helium oder Luft zum Antrieb eines Stirling Motors oder einer Gasturbine die unm
34. Geothermiekraftwerk Landau medium ein Ammoniak Wasser Gemisch verwendet Die Bohrung liefert pro Sekunde 150 Liter Thermalwasser bei einer Temperatur von ber 120 C und versorgt zu s tzlich 2 000 Wohnungen mit W rme Hydrothermale Systeme mit niedrigem Temperaturangebot In anderen Regionen Deutschlands vor allem im so genannten s ddeutschen Molassebecken Malmkarst im Oberrheintalgraben in der Schw bischen Alb und in Teilen der norddeutschen Tiefebene liegt das erschlie bare Temperaturniveau der Tiefengew sser zwischen gt Thermalwasser Heiznetzvorlauftemperatur 55 C W rme bertr ger m gliche F rdertemperatur 80 C F rdersonde F rderung und Nutzung von Thermalwasser Injektionstemperatur 32 C ORC Anlage in einem Geothermie Kraftwerk 40 C und 100 C Das reicht nicht immer zur Strom erzeugung Diese Erdw rme wird stattdessen zur Ge b ude und Wasserheizung in Thermalb dern und zu gewerblichen Zwecken wie der Beheizung von Gew chs h usern genutzt In S ddeutschland vor allem in dem Landstrich zwischen der Donau und den Alpen kann das Thermalwasser nach dem Abk hlen auch als Trink wasser verwendet werden Hier flie t unterirdisch gen gend Wasser nach und der Mineralgehalt ist gering Im bayerischen Pullach wurde nach einer Bohrzeit von nur 42 Tagen in 3 300 m Tiefe Thermalwasser mit einer Temperatur von 94 C gefunden Bei der zweiten Boh rung wurden 107 C
35. HINAUS WAS JEDER EINZELNE ZUM KLIMASCHUTZ BEITRAGEN KANN Jeder kann erneuerbare Energien einsetzen Die Installation einer Solaranlage oder die Beheizung der eigenen vier W nde mit Solarenergie Biomasse oder Erdw rme sind wichtige Schritte zur Verbesserung der Energie und Klimabilanz Das Marktanreizprogramm f rdert diese Heizungen Ausk nfte ber Zusch sse im Rahmen des Marktanreizprogramms erteilt das Bun desamt f r Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle www bafa de aber auch das lokale Handwerk Fragen zur Gew hrung verbilligter Darlehen f r gewerbliche oder kommunale Antragsteller beantwortet das Infor mationszentrum der Kreditanstalt f r Wiederaufbau KfW www kfw de Ein erster Schritt bei dem Einbau einer erneuerbaren Heizung kann eine umfangreiche Energieberatung sein Bei dieser Beratung wird gepr ft welche Heizung sich eignen w rde mit welchen Ma nahmen der Ge b uded mmung bzw sanierung der Einbau sinnvoll gekoppelt werden kann und welche weiteren Optimie rungspotenziale bestehen Auch diese Vor Ort Beratung wird durch einen Zuschuss gef rdert Ausk nfte erteilen die rtlichen Energieberater oder Beratungsagenturen der Landkreise Kommunen oder Stadtwerker Eine Liste der Energieberater ist auf der Internetseite des Bundes amts f r Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle www bafa de zu finden Das Bundesumweltministerium hat in Kooperation mit dem BINE Informationsdienst www bine info eine aus f hrlic
36. Meer ab flie t Fast 90 des Wasserkraftstroms wird in Bayern und Baden W rttemberg erzeugt da hier ergiebige Nieder Wasserkraft wurde schon in vorindustrieller Zeit zum schl ge und ein hohes Gef lle in den Mittelgebirgen Antrieb von M hlen S ge und Hammerwerken genutzt und im Alpenvorland f r g nstige Verh ltnisse sorgen Die Energie des Wassers wird ber ein Turbinenrad in In Deutschland werden heute ber 7 000 Kleinanlagen Rotationsenergie umgewandelt und zum Antrieb von mit einer Leistung unter 1 MW betrieben die sich vor Maschinen oder Generatoren genutzt Heute wird mit allem in der Hand von kleinen Unternehmern und Pri Wasserkraft in Deutschland fast ausschlie lich elektri vatpersonen befinden Der Beitrag dieser Anlagen zur scher Strom erzeugt Stromerzeugung ist relativ gering Mehr als 90 des Stroms aus Wasserkraft wird in den etwa 350 Wasser Wasserkraftanlagen sind eine ausgereifte Technologie kraftanlagen mit einer Leistung von mehr als 1 MW mit der weltweit nach der traditionellen Nutzung der erzeugt die in erster Linie von Energieunternehmen 14 betrieben werden Insgesamt betr gt die installierte Leistung an Wasserkraftwerken in Deutschland 4 740 Megawatt Turbinen F r die Nutzung der Wasserkraft gibt es unterschiedli che Turbinen die je nach durchflie ender Wassermen ge und Fallh he unterschiedliche Einsatzbereiche haben Die Kaplanturbine funktioniert hnlich wie eine Schiffsschraube bei der
37. Natur und Land schaft weil die Fruchtfolgen verengt und Gr nland umgebrochen wurden Wie eine intensive landwirt schaftliche Bodennutzung generell kann auch der An bau von Energiepflanzen zu problematischen Belastun gen von Natur und Umwelt f hren Dazu geh rt die Ver ringerung der Biodiversit t in der Landwirtschaft durch die Konzentration auf wenige Kulturarten das Risiko einer verst rkten Erosion oder eines erh hten Stickstoff eintrags Um solche Konflikte zwischen Energiepflanzen anbau und Naturschutz zu mindern bzw zu vermeiden gibt es eine Reihe an m glichen Handlungsfeldern sie he Kasten Daneben bedingt eine erh hte Nachfrage nach Energiepflanzen auch eine zunehmende Fl chen nutzungskonkurrenz Sie kann dazu f hren dass ehe mals extensiv oder nicht genutzte Fl chen wie etwa Fl chen aus dem Vertragsnaturschutz S ume oder Brachen in intensive Nutzung genommen werden und ihre wichtigen kologischen Funktionen verlieren Dies ist insofern nicht unerheblich da von einigen dieser Fl chen eine besondere Naturschutzrelevanz f r den Aufbau des Netzes Natura 2000 ausgehen kann Da r ber hinaus sind viele dieser Fl chen f r den in der Nationalen Strategie zur Biologischen Vielfalt ange strebten Biotopverbund von erheblicher Bedeutung Um den zunehmenden Fl chendruck durch Energie pflanzenanbau zu mindern ist mittelfristig eine ver st rkte r umliche Steuerung des Energiepflanzenanbaus sin
38. Nutzung die Aufhellung der Potenzialbalken steht f r die m gliche Bandbreite Das Potenzial erneuerbarer Energien im Verkehrs Di e l n g erfri sti ge Persp ektiv e bereich h ngt davon ab in welchen Anwendungen die Biomasse eingesetzt wird Allein mit deutschen Rest stoffen und Fl chen ist im Prinzip mindestens ein Viertel des heutigen Kraftstoffbedarfs zu decken Verschiedene Studien weisen nach dass ein Einsatz der Biomasse in der Strom und W rmeerzeugung Vorteile bez glich der Einsparung von Klimagasen und Ressourcen aufweist Hinzu kommen allerdings die sorgf ltig ausgew hlten Importm glichkeiten von nachhaltig im Ausland er zeugter Biomasse Einsparpotenziale bei den Fahrzeu gen und die M glichkeit elektrischen Strom in Elektro autos einzusetzen siehe S 61 Die Potenziale f r erneuerbare Energien sind also da Die Bundesregierung setzt daher auf einen dynami schen Ausbau der erneuerbaren Energien Dazu hat sich die Regierung konkrete Ziele gesetzt Erh hung des Anteils der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung auf mindestens 30 bis zum Jahr 2020 und anschlie end ein weiterer kontinuier licher Ausbau Erh hung des Anteils der erneuerbaren Energien an der W rmeversorgung auf mindestens 14 bis zum Jahr 2020 Erh hung des Anteils von Biokraftstoffen am Kraft stoffverbrauch auf rund 12 bis zum Jahr 2020 Der Anteil erneuerbarer Energien am Energieverbrauch des gesamten Verkehrs soll
39. Stand orten in Nordafrika im Rahmen eines mediterranen Stromverbunds in der Gr enordnung einiger 10 000 TWhja Zusammen ergibt dies ein zus tzliches Prim renergie potenzial von mehr als 80 000 P pro Jahr mit dem prin zipiell auch ein steigender Energiebedarf Westeuropas langfristig mit erneuerbaren Energien gedeckt werden kann Die unterschiedliche Verf gbarkeit der Ressourcen Son ne Wind Wasserkraft Erdw rme und Biomasse in den einzelnen europ ischen L ndern macht deutlich dass die Potenziale Europas und vor allem auch Nordafrikas durch eine engere Vernetzung und Zusammenarbeit der Regionen gemeinsam f r eine nachhaltige Ener gieversorgung genutzt werden sollten Auf diese Weise k nnen erneuerbare Energien Teil einer internationalen Kooperation zum globalen Klimaschutz und zur nach haltigen Entwicklung werden Potenziale f r Deutschland Deutschland ist ein gutes Beispiel daf r wie ein Land mit gem igtem Klima auf eine Vielfalt von erneuerba ren Energien zur ckgreifen und damit betr chtliche Anteile seines Energiebedarfs decken kann Entschei dend ist dabei nicht nur das theoretische Potenzial das die Natur zur Verf gung stellt sondern auch das tat s chlich realisierbare Potenzial das die technischen Einschr nkungen die Kapazit tsgrenzen der Hersteller die Akzeptanz der Bev lkerung und andere Faktoren ber cksichtigt Das kosteng nstigste Potenzialsegment f r Strom liegt bei der restliche
40. Stirling System Solarturm und Parabolrinnenkraftwerk n solarthermischen Kraftwerken werden die Sonnen strahlen mit Brennspiegeln so genannten konzentrie renden Spiegelsystemen geb ndelt Sie erhitzen eine Fl ssigkeit die dann eine konventionelle Turbine an treibt Diese Kraftwerke bestehen also aus einem innova tiven Teil zur solaren W rmeerzeugung und einem kon ventionellen Teil zur Stromerzeugung Die Anlagen k n nen zur reinen Stromerzeugung oder zur Kraft W rme Kopplung eingesetzt werden also zur Erzeugung von Strom und Prozessw rme So kann ein solarthermisches Kraftwerk gleichzeitig Elektrizit t K lte ber eine Ab sorptionsk ltemaschine industriellen Prozessdampf und sogar Trinkwasser ber eine Meerwasserentsal zungsanlage erzeugen und dabei bis zu 85 der ge ernteten Solarw rme in Nutzenergie verwandeln Um rund um die Uhr Energie bereit zu stellen kann die Turbine von solarthermischen Kraftwerken dann wenn die Sonne nicht scheint auch mit fossilen oder erneuer baren Brennstoffen betrieben werden Das gew hrleistet nicht nur eine Stromqualit t wie man sie von konven tionellen Kraftwerken gewohnt ist Diese doppelte Nut zung tags ber als Solar nachts als konventionelles Kraftwerk macht auch den Bau von Reservekraftwer ken unn tig und erm glicht eine Halbierung der Strom kosten gegen ber dem reinen Solarbetrieb Thermische Speicher welche die Solarw rme des Tages f r den Be tr
41. Stromproduktion immer dasselbe Level haben Dazu regelt er einen Verbund aus Erneuerbare Energie Anlagen die ber ganz Deutschland verteilt sind Ein Windpark steht kurz hinter den Nordseedeichen an der holl ndischen Grenze ein Park bei Berlin weitere Anla gen in Aachen Die 18 Solaranlagen finden sich bei Frei berg in Sachsen in Bayern und Baden W rttemberg Die Biogaskraftwerke sind in Bayern Nordrhein Westfalen und Hessen Und als Energiedepot fungiert ein Pump speicherkraftwerk das nach den technischen Eckdaten einer Anlage in Th ringen konzipiert ist In Kassel lau fen die Steuer Leitungen zusammen Gef rdert wird dieser Versuch vom Bundesumwelt ministerium Man sieht hier dass es f r die Fr neuerbaren keine Grenze nach oben gibt Wir k n nen Deutschland zu 100 mit erneuerbaren Ener gien versorgen verspricht Rohrig Wenn der Wind sehr stark weht l sst er mit dem bersch ssigen Strom die Wasserspeicher des Pumpspeicherkraftwerkes f llen Weht der Wind nicht schultern Solar und Biogas anlagen die Hauptlast der Energieversorgung Und wenn auch das nicht reicht l sst Rohrig das Wasser in die Turbinen des Wasserkraftwerkes donnern Die er neuerbaren Energien m gen jede f r sich genommen unstet sein Zusammen k nnen sie ihre Schw chen je doch kompensieren Wir halten fast jeden beliebigen Fahrplan ein sagt Rohrig zufrieden Das kombinierte Kraftwerk das vom ISET aus gesteu ert wird ist d
42. Taro ne o 2 re 2 a e j wirtschaftliche Fl chen wir stilllegen wie wir uns ern h x I we E nn ERD nee ren wie hoch die Ertr ge sind wie viel kolandbau wir nt R N Sn haben wollen wie viel Nahrungs oder Energiepflanzen u a e apa e wir importieren und welche Pflanzen wir anbauen Al Gar i i i o Zn es r lerdings ist es keineswegs selbstverst ndlich dass frei r Ka Aa ie u werdende Fl chen f r den Anbau von Energiepflanzen er ge a BE KK N eingesetzt werden Eine dringend gebotene Extensivie oa 2 s x a re ne as rung der Landwirtschaft w re ebenfalls auf gro e zu a s ee ze 3 2 f s tzliche Fl chen angewiesen Fl chen werden auch f r E ge Ter Th o die Schaffung von Biotopfl chen und andere Erforder F AAi ER T amp a nisse des Natur Boden und Gew sserschutzes ben tigt EEE a i ne a n Quelle IE Leipzig 2008 Seit der Novellierung des EEG 2004 wird in Biogas anlagen verst rkt ackerbaulich erzeugte Biomasse zur Kleine landwirtschaftliche Biogasanlagen gibt es im S den Biogaserzeugung eingesetzt weil es hierf r finanzielle die meisten gr eren Anlagen im Norden Deutschlands Anreize gibt Eingesetzt werden insbesondere Mais Getreideganzpflanzensilage Grassilage und Getreide in Form von K rnern Biodiesel aus Raps ist Deutschland sogar Weltmeister Ausgehend von 2 5 Mio ha Anbaufl che und den M g siehe Kapitel Biokraftstoffe lichkeiten der Nutzung von Rest und Abfallstoff
43. Trotz stetiger Verbesserungen hat der Mix der deutschen Gro kraftwerke einen durchschnittlichen Nutzungsgrad von nur 36 Prozent Mit anderen Worten fast zwei Drittel der im Brennstoff vorhandenen Energie wird sinnlos in gro en K hlt rmen an die Umgebungs luft abgegeben oder erw rmt die Fl sse Klimaschutz kommunal Gutes Gewissen und feste Energiepreise Es gibt heute rund 100 Regionen und Kommunen in Deutschland die ihre Energieversorgung zu hundert Prozent aus erneuerbaren Energien bestreiten m ch ten Ihr Ziel Neben ihrem Beitrag zum Klimaschutz wol len sie die Wertsch pfung bei der Energiebereit stellung in der Region steigern und neue Arbeits pl tze schaffen Vorreiter sind ber ganz Deutschland verteilte Orte wie Trendelburg Steinfurt Ostritz Frei amt Dardesheim Neustrelitz Prenzlau und Neckarsulm Eine der Kommunen ist Trendelburg ein kleines St dt chen in der N he von Kassel mit knapp 5 700 Einwoh nern Bei einem Gesamtstromverbrauch von rund 19 GWh hat es sich zum Ziel gemacht hat eine 100 Erneuerbare Energie Kommune zu werden Sich also vollst ndig selber mit erneuerbaren Energien wie Wind Solar und Biomasseenergie zu versorgen Und sich so auch gegen steigende Energiekosten abzusichern Die B rger wachen auf Sie f hlen sich von den hohen Energiepreisen stranguliert erkl rt Bernhard Klug B rgermeister von Trendelburg Und der Ort will noch mehr Denn Selbstversorger ist d
44. Verfahren zu entwickeln und die Produktionskosten zu senken Einige der Verfahren beruhen auf der Vergasung von Biomasse Werden Holz Stroh oder andere Biomassen nach der Vergasung in einem so genannten Fischer Tropsch Verfahren in Fl ssigkraftstoff umgewandelt l sst sich die Energie der ganzen Pflanze nutzen an ders als bei der Produktion von Biodiesel aus Raps bei der nur die Samen zu Treibstoff werden BTL hei t der Kraftstoff in Fachkreisen Biomass to Liquid oder Fl s siger Treibstoff aus Biomasse Diese ma geschneiderten Kraftstoffe haben hervorra gende Verbrennungseigenschaften Darum wartet ins besondere die Automobilindustrie auf eine Produktion in Industriema st ben Leider sind die verschiedenen Herstellungsverfahren noch nicht vollst ndig technisch ausgereift Derzeit laufen zu allen Verfahren verschiede ne Forschungs und Pilotvorhaben und man muss ab Diese Anlage vergast Biomasse und produziert daraus einen synthetischen Biokraftstoff warten ob und welche Verfahren sich als praxistauglich erweisen Die unter Hitze und Luftabschluss vergaste Biomasse muss nicht zwangsl ufig in einen Fl ssigkraftstoff ver wandelt werden Man kann dieses Erdgas hnliche Gas auch aufbereiten und in das Erdgas Netz einspeisen Au Berdem l sst sich der Wasserstoff aus diesem Gas abtren nen und als Kraftstoff f r Brennstoffzellen Autos oder spezielle Wasserstoff Verbrennungsmotoren nutzen Wasserstof
45. Wasser kraftanlage umlaufen erleichtern dabei die Wanderung gt Leitfaden des Bundesumweltministeriums f r Errichtung von Fischen und anderen Kleinlebewesen Die Str und Betrieb von Wasserkraftanlagen unter mungsgeschwindigkeiten k nnen von Steinen oder www erneuerbare energien de B scheln aus Plastikborsten vermindert werden und geben den Fischen Ruhe und Versteckm glichkeiten 17 Solarzellen erzeugen in Deutschland 4 0 TWh Strom mit stark steigender Tendenz und sparen somit j hrlich 2 7 Mio Tonnen CO ein Die Kosten des solar erzeugten Stroms und der Zeitraum der energetischen Amortisation der Solarzellen sinken durch die Effizienzsteigerung in der Produktion permanent Durch das EEG entwickelte sich Deutschland zum derzeit gr ten Markt f r Solarenergie weltweit Deutsche und japanische Solarfirmen sind technisch und konomisch f hrend Photovoltaik Kraftwerk Herstellung einer R ckseitenkontaktzelle im Laserverfahren mikroskopische Aufnahme einer laserstrukturierten CIS Solarzelle olarzellen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um Herzst ck jeder Solarzelle ist ein Halblei ter der meist aus Silizium besteht und den photovol taischen Effekt nutzt Bei bestimmten bereinander angeordneten Halbleiterschichten entstehen unter dem Einfluss von Licht Photonen freie Ladungen die als Elektronen ber einen elektrischen Leiter abflie en k n nen Der so entstehende Gleichstrom ka
46. Wirkung die dazu f hrt dass die Energieversorgung insgesamt berhaupt bezahlbar bleibt Die bis 2020 noch zu erbringenden zus tzlichen Aufwendungen erweisen sich damit als vorausschauende Investition in eine dauerhaft tragf hige Energieversorgung Ber cksichtigt man zus tzlich die externen Kosten der Energieversorgung siehe S 19 beispielsweise die Kli maschadenskosten so weist der Beitrag erneuerbarer 46 Energien bereits heute eine volkswirtschaftlich positive Bilanz auf Erneuerbare Energien in der Europ ischen Union Das Europ ische Parlament und die Europ ische Kom mission haben bereits in der Vergangenheit wichtige Ziele f r den Ausbau erneuerbarer Energien in Europa gesetzt Beispielhaft daf r ist das Ziel von 1997 den Bei trag erneuerbarer Energien bis zum Jahr 2010 zu ver doppeln Ausschlaggebend f r die Aktivit ten der EU ist auch dass mehr als die H lfte des europ ischen Energie bedarfs aus Importen gedeckt wird Strukturver nderungen in der Energieversorgung brau chen Zeit Deshalb m ssen heute die Weichen f r die Zukunft gestellt werden Angesichts der Herausforderun gen denen sich Europa in den n chsten Jahren und Jahrzehnten gegen bersieht und angesichts der j ngs ten Entwicklungen an den internationalen Energie m rkten haben die europ ischen Institutionen Ende 2008 im Rahmen des europ ischen Klimapaketes eine neue Richtlinie verabschiedet die verbindliche Ziele f r Europa
47. alliance S 125 1 Universit t Stuttgart 2 ISET S 125 3 Voith AG S 126 bis 129 ISET Juni 2009 20 000 Exemplare Seit zehn Jahren gibt das Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit diese Publikation zu erneuerbaren Energien heraus in immer wieder aktualisierter Fassung In dieser Zeit haben die Technologien die gesellschaftlichen Rahmenbedingungen die F rderinstrumente aber auch das Wissen um die kologischen Aspek te unserer Energieversorgung immense Fortschritte gemacht Wir haben gelernt Eine beherzte Energiepolitik die auf erneuerbare Energien und Energieeffizienz setzt ist die beste Versicherung gegen begrenzte Ressourcen Kli mabedrohungen und L cken in der Versorgung angesichts eines weltweit wachsenden Energiebedarfs Nur die jenigen Volkswirtschaften die es verstehen intelligent mit Energie umzugehen werden in der globalen Wirtschaft mittel und langfristig eine f hrende Rolle einnehmen k nnen Es ist in Deutschland gelungen im Laufe von nunmehr 20 Jahren ein umfangreiches Ma nahmenpaket zu schn ren das in allen Bereichen der Gesellschaft wirksam wird Mit dem Erneuerbare Energien Gesetz EEG haben wir einen wichtigen Meilenstein erreicht Denn dieses Gesetz hat nicht nur die rasante Entwicklung erneuerbarer Energietr ger im Bereich der Stromerzeugung beschleunigt sondern auch einen stabilen Entwicklungsrahmen f r eine gesunde innovationsstarke Branche geschaffen Dieser Erfolgsku
48. auch Technologien entwickelt werden deren Anwendungspotenzial vorran gig im Ausland liegt Dazu z hlt unter anderem die so larthermische Stromerzeugung Bei den Forschungsausgaben f r erneuerbare Energien liegt Deutschland weltweit an der Spitze Im Jahr 2008 hat das Bundesumweltministerium im Bereich der erneuerbaren Energien neue Forschungsprojekte mit einem Gesamtvolumen von 150 Mio Euro bewilligt Insgesamt wurden ber 160 neue Projekte auf den Weg gebracht Die Schwerpunkte liegen bei der Photovoltaik PV und der Windenergie mit jeweils rund 40 Mio Eu ro Bei der Photovoltaik weil hier die Verg tungss tze des EEG die h chste Degression aufweisen und entspre chende Kostensenkungen erreicht werden m ssen gt Ausgaben des Bundes Ausgaben in Mio Euro inflationsbereinigt in Preisen von 2008 2 000 Zudem besteht hier das gr te Innovationspotenzial Die hohe Bedeutung der Windenergieforschung ergibt sich daraus dass vor allem im Offshore Bereich gro e techni sche Herausforderungen zu bew ltigen sind Neben PV und Windenergie hat auch der neu geschaffene F rder schwerpunkt Systemintegration mit knapp 30 Mio Euro starkes Gewicht Er zielt auf die Optimierung der Strom versorgung f r einen hohen Anteil erneuerbarer Ener gien ab Aber auch in den anderen Bereichen der erneuerbaren Energien wird die Forschungsf rderung auf hohem Ni veau fortgesetzt Um die ambitionierten Ausbauziele der Bundes
49. dem Flugzeug herangeschafft wird lassen sich 7 Prozent der individuellen CO Emissionen einsparen Durch unsere Ern hrung verursachen wir 1 65 t 6 8 CO Aussto pro Person und Jahr Fleisch ist besonders klimasch dlich Unser Verbrauch lie e sich leicht um 20 Prozent reduzieren 19 Mio Pendler fahren t glich mit dem eigenen 2 3 Pkw zur Arbeit Da die H lfte der Arbeitswege k rzer sind als 10 km lie en sich leicht 10 Prozent der Strecken mit dem Rad zur cklegen Das ist nicht nur gut f r die CO Bilanz sondern auch gegen das in Deutschland verbreitete ber gewicht Zuletzt haben Flugg ste 9 5 Mrd Personenkilo 1 3 meter auf innerdeutschen Fl gen zur ckgelegt Wenn sie die Bahn nehmen sinkt der CO Aussto von 193 auf 56 Gramm CO pro Personenkilo meter 1 32 GLOSSAR Bei der Verg rung organischer Materie entstehendes Gas das berwiegend aus Methan CH und Kohlendioxid CO besteht Biogas z hlt zur Biomasse Die gesamte durch Pflanzen und Tiere anfallende erzeugte organische Substanz Beim Einsatz von Biomasse zu energetischen Zwecken ist zwischen nachwachsenden Rohstoffen Energiepflanzen und organischen Reststoffen und Abf llen zu unterschei den siehe Kohlendioxid Energiereiches Gas das bei der Verrottung von Abf llen entsteht siehe Lastmanagement 1 Joule J ist die Basiseinheit f r Energie 1J 1 Nm Newtonmeter 1Ws Wattsekunde Da 1J nur einer geringen Ener
50. der Zukunft In dezentralen Strukturen mit hohen Anteilen erneuer barer Energien m ssen sich auch die Stromnetze n dern W hrend heutige Netze daf r konzipiert sind Strom aus den zentralen Kraftwerken zum Verbraucher zu bringen wird es in Zukunft vielf ltiger zugehen Gro kraftwerke speisen Strom in das H chstspannungs netz ein kleine dezentrale Anlagen Solaranlagen Blockheizkraftwerke Windr der liefern ihren Strom an das Nieder oder Mittelspannungsnetz Steuerungen regeln den optimalen Betrieb des Systems Um die Elek trizit t von Windanlagen in Norddeutschland und von den Offshore Anlagen in unsere Verbrauchszentren zu bringen wird es auch einen begrenzten Neubau von Hochspannungstrassen geben m ssen Diese Leitungen stehen auch f r den Stromhandel zur Verf gung Insbesondere der beschleunigte Netzausbau ist f r die Erreichung der Energie und Klimaziele elementar Daher hat der Bundestag ein Gesetz erlassen das der Beschleunigung des dringenden notwendigen Ausbaus der Stromnetze dient Denn nur damit kann gew hrlei stet werden dass Strom aus neuen effizienten fossilen Kraftwerken und von Windenergieanlagen auf dem Meer und an Land in die Verbraucherzentren transpor tiert werden kann Kraft W rme Kopplung erneuerbare Energien effizient genutzt Wenn ein Gro kraftwerk Strom erzeugt werden gro e Dampfmengen produziert und mit Turbinen in Strom umgewandelt Bei der Umwandlung entstehen hohe Verluste
51. des Wohlstands in der Welt und um eine humane Gestaltung der Lebensgrund lagen f r alle Menschen geht Nachhaltigkeit umfasst somit sowohl kologische als auch konomische und soziale Aspekte die stets gemeinsam und in ihrer Wechselwirkung betrachtet werden m ssen Eine um Leitlinien f r eine weltweit nachhaltige Energieversorgung gt 1 Zugang und Verteilungsgerechtigkeit f r alle fassende Definition von Nachhaltigkeit wurde erstmals von der Brundtland Kommission erarbeitet und von der Rio Konferenz 1992 aufgegriffen Nachhaltige Entwicklung befriedigt die Bed rfnisse der heutigen Generationen ohne die F higkeiten k nftiger Generationen zu gef hrden ihre eigenen Bed rfnisse zu befriedigen und ihre eigenen Lebensstile zu w hlen F r diese nachhaltige Entwicklung spielt Energie eine zentrale Rolle Die Art ihrer Verf gbarkeit wirkt sich praktisch in allen Bereichen sozialen konomischen und politischen Handelns aus der Zustand von Umwelt und Klima wird durch sie beeinflusst vielfach entschei det sie ber ein friedliches oder konfliktbelastetes Zusammenleben von V lkern Einer Interpretation des Umweltministeriums zufolge ist die Energienutzung nur nachhaltig wenn sie eine ausreichende und dauerhafte Verf gbarkeit von geeigneten Energieressourcen sicherstellt und zugleich die negativen Auswirkungen von Energie bereitstellung transport und nutzung begrenzt Daraus lassen sich konkrete Leitlin
52. eine Tonne CO emittieren etwa so viel wie ein Inder heute Daraus abgeleitet ergibt sich f r Deutschland das l ngerfristige Ziel eine Senkung der nationalen CO Emissionen auf h chstens ein F nftel der Emissionen des Jahres 1990 zu erreichen Im Gegensatz zu den klassischen Luftschadstoffen haben die negativen Wirkungen des Kohlendioxids globalen Charakter sie machen sich nicht sofort sondern schlei chend und regional sehr unterschiedlich bemerkbar Eine Verminderung der Emissionen f hrt nicht direkt zu Quelle IPCC 2002 Historisch Szenario A1FI Szenario 550 Szenario 450 2060 2080 2100 550 450 1 000 700 550 450 2 5 3 0 15 2 0 Entwicklung der energiebedingten C0 Emissionen in verschiedenen IPCC Szenarien im Vergleich zum historischen Verlauf und ihre Aus wirkungen auf CO Konzentration und Temperatur in der Atmosph re A1FI Wachstumsszenario mit Deckung durch weitgehend fossile Energien 450 und 550 jeweilige Mittelwerte von Szenarien die zu einer stabilen Konzentration von CO in der Atmosph re f hren lokalen Vorteilen f r die dortigen Energieverbraucher Erst wenn weltweit Ma nahmen ergriffen werden k n nen die CO Emissionen in dem notwendigen Ausma reduziert werden Einzelne Staaten oder Staatengruppen m ssen allerdings eine wichtige Vorreiterrolle berneh men Angesichts der weitreichenden Gefahren des Treibhaus effektes ist der Klimaschutz eine ganz zentrale Begr n
53. eine opti male Nutzung erneuerbarer Energien verspricht der Einsatz von erneuerbaren Energien Abhilfe in vielen Bereichen Die erneuerbaren Brennstoffe sind die na t rlichen Energiestr me der Sonne und des Windes die Energie des flie enden Wassers und der Wellen der Energieinhalt von Biomasse und Erdw rme Ihre Nut zung verhindert dass weiterhin fossile oder nukleare Energievorr te auf unserer Erde verbraucht werden m ssen Gleichwohl muss auch der Ausbau erneuer barer Energien mit den strengen Kriterien einer umwelt vertr glichen Energieumwandlung gepr ft werden 20 Klima und Ressourcenvertr glichkeit erneuerbarer Energien In den Brennstoffen der erneuerbaren Energie aus Wind Sonne Wasserkraft und Erdw rme steckt kein fos siles Kohlenstoffatom das bei der Verbrennung zu kli masch dlichem CO oxidiert wird Und bei der Nutzung nachhaltig angebauter Biomasse entsteht zwar Kohlen dioxid doch bei der Bildung der Biomasse wurde die gleiche Menge des Treibhausgases der Atmosph re ent zogen Weil der Kohlenstoffkreislauf geschlossen ist wird auch hier kein zus tzliches Treibhausgas emittiert Erneuerbare Energien sind daher nicht nur ressourcen sondern auch klimavertr glich Allein im Jahr 2008 hat ihre Nutzung den CO Aussto um rund 109 Mio t ver mindert Anders ausgedr ckt W rden wir erneuerbare Energien nicht nutzen l gen die energiebedingten CO Emissionen in Deutschland rund 15
54. erreicht Inzwischen versorgen die Bohrungen ber 700 Wohneinheiten mit W rme Heizkreislauf Heiznetzr cklauftemperatur 30 C Thermalwasserkreislauf Injektionssonde Nutzhorizont Sandsteinschicht 120 Die Investitionskosten einer hydrothermalen Heizzen trale liegen bei Anlagen mit einer installierten Leistung zwischen 3 und 30 MW im Bereich von 400 bis 1 000 Eu ro pro Kilowatt Dazu kommen meist noch Kosten f r die Leitungen und Verteilstationen eines W rmenetzes Je nach Temperaturniveau und Ergiebigkeit der Quelle k nnen die W rmegestehungskosten zwischen 2 und 4 Cent kWh liegen Dabei geht man von einer Aus lastung mit 2 500 bis 3 000 Volllaststunden vor allem in der kalten Zeit des Jahres aus Bei industriellen Ab nehmern mit hoher Auslastung ber 5 000 h a k nnen die W rmekosten unter 2 Cent kWh sinken In Deutschland wird die hydrothermale Geothermie schon seit langem genutzt Im Jahr 2008 wurden etwa 160 GWh geothermischer W rme ohne Thermalb der bereitgestellt Tiefe Erdw rmesonden Vorhandene Tiefbohrungen die zur Prospektion von Erdgas Erdw rme oder m glichen Endlagerst tten angelegt wurden k nnen ebenfalls zur geothermischen Energiebereitstellung verwendet werden 5 000 bis 7 000 solcher Bohrungen soll es allein in Deutschland geben In die Tiefbohrungen werden sogenannte Doppelrohr sonden bis zu 4 km tief in das Bohrloch eingef hrt Durch diese Sonden zirkuliert Wasser in einem
55. es zu sch tzen Auf Hanglagen sollte daher auf Maisanbau verzichtet werden bzw grunds tzlich auf besonders erosionsmindernde Anbauverfahren zur ckgegriffen werden Die Begrenzung der Stickstoffgaben und die Nachweispflicht einer ausgeglichenen Humusbilanz sind weitere Merkmale eines standortangepassten Energiepflanzenanbaus 3 kologisch wertvolle Brachen oder Grenzertragsfl chen f r den Naturschutz erhalten Nicht oder nur extensiv genutzte Fl chen haben in der Agrarlandschaft eine besondere kologische Bedeutung Daher sollte ein Anteil von Fl chen mit kologischen Ausgleichsfunktionen in einer Gr en ordnung von 10 erhalten werden Diese Fl chen sollten extensiv bewirtschaftet werden wenn es f r die Aufrechterhaltung der kologischen Funktionen erforderlich ist 4 Gr nlandbestand erhalten Die Umwandlung von Gr nland zu Acker ist in den meisten F llen mit gravierenden nachteiligen Auswirkungen auf den Naturhaushalt verbunden Auch wirkt sich der Umbruch nachteilig auf den Klimaschutz aus Die derzeitigen rechtlichen Instrumente zum Erhalt von Gr nland sind nicht ausrei chend und sollten angesichts des zunehmenden Fl chendrucks versch rft werden Daneben sollten Biogasanlagen die auf ehemaligem Dauergr nland angebaute Energiepflanzen einsetzen aus der Verg tung ausgeschlossen werden 5 Extensive Gr nlandnutzung f rdern Auch extensiv erzeugter Grasschnitt kann zur Biogaserzeugung genutzt werden Durch die extensive
56. geschlos senen Kreislauf In der Tiefe wird es erw rmt an der Erdoberfl che wird die W rme an einen W rmepum penkreislauf abgegeben siehe Prinzip der W rme pumpen Das technische Potenzial solcher Sonden liegt in Deutsch land bei etwa 800 Mrd kWhj a Die W rmeleistung je Sonde ist jedoch viel geringer als die einer etwa gleich teuren hydrothermalen Bohrung G nstige wirtschaftli che Verh ltnisse ergeben sich daher nur wenn ein vor handenes Bohrloch genutzt werden kann Umweltfolgen der tiefen Geothermie W hrend die Umweltauswirkungen der Bohrlocherstel lung vergleichbar sind mit denen der Bohrungen f r die Gewinnung von Erd l und gas kann es im Betrieb zu einer leichten Abk hlung des Untergrundes und da durch zu Ver nderungen in der Chemie der Umgebung kommen Jedoch besteht in der Regel keine Verbindung zur Biosph re weshalb keine Umwelteffekte auf Flora und Fauna zu erwarten sind Durch die hydraulische Stimulation und Ausk hlung kann es in seismisch labilen Gebieten zu kleineren Erdbeben kommen Studien und praktische Erfahrung zeigen jedoch dass kaum ein praktisches Gefahren potenzial besteht da die labilen Zonen vorher identifi ziert und Gegenma nahmen getroffen werden k nnen und da au erdem die St rke m glicher seismischer Luft als W rmequelle f r eine W rmepumpe Aktivit t sehr gering ist Die eigentliche Ursache solcher Beben sind nat rliche tektonische Spannungen Um die U
57. h her Die Klima schutzverpflichtungen der Bundesregierung lassen sich ohne die Erneuerbaren nicht erf llen Dabei f llt auf dass der Beitrag der erneuerbaren Ener gien am Klimaschutz wesentlich gr er ist als ihr Anteil am Energieverbrauch Dies h ngt damit zusammen dass die Erneuerbaren vor allem zur Stromproduktion genutzt werden und hier vor allem Kohle ersetzen einen Brennstoff der im Vergleich mit Mineral lpro duktion und Erdgas mit einem besonders hohen CO Faktor behaftet ist Der Effekt im Strommarkt ist aber auch deswegen besonders hoch weil die Wirkungs grade von Kraftwerken deutlich geringer sind als bei W rme erzeugenden Systemen Von der gesamten CO Vermeidung erneuerbarer Energien entfallen deshalb trotz geringerer Energiemengen etwa 72 Mio t auf die Stromerzeugung und nur 29 Mio t auf die W rme bereitstellung Abbildung CO Vermeidung durch die Nutzung erneuerbarer Energien Im Kraftstoffmarkt sind es rund 8 Mio t Diese Berechnungen ber cksichtigen bereits die not wendigen Aufwendungen um etwa Wind und Solar Quellen AGEE Stat BMU gt Vermeidung von CO Emissionen durch die Nutzung erneuerbarer Energien 72 Mio t bei der Stromerzeugung 29 Mio t bei der W rmeerzeugung 8 Mio t bei der Kraftstofferzeugung CO Minderung Mio t O0 10 20 30 E Wasser BE Geothermie E Wind m Solarthermie 40 50 60 70 80 D Biomasse E P m Biokraftstoffe Die CO Vermei
58. im Verkehrssektor zu sorgen Mit der neuen Erneuerbaren Energien Richtlinie die im Juni 2009 in Kraft getreten ist wird das Ziel festgeschrieben dass in den Mitgliedsstaaten im Jahr 2020 schon 10 des Ener giebedarfs des Verkehrssektors aus erneuerbaren Energien stammen soll Dies sind im wesentlichen Biokraftstoffe aber auch aus erneuerbaren Energie tr gern erzeugter Strom f r Elektroautos Die Bundesregierung hat angesichts der intensiven Debatte ber Fl chenkonkurrenzen des Biokraftstoff anbaus die urspr nglichen u erst ambitionierten Ziele Infos zu Biokraftstoffen gt Bio Kraftstoff Portal der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe www bio kraftstoffe info gt Union zur F rderung der l und Proteinpflanzen e V insbesondere Biodiesel www ufop de gt Bundesverband Biogene und Regenerative Kraft und Treibstoffe e V www biokraftstoffe org 116 unter steigenden Nahrungsmittelpreisen da sie einen immer gr eren Teil ihres Einkommens f r die Ern h rung aufwenden m ssen Die Ursachen f r die steigenden Nahrungsmittelpreise wiederum sind sehr vielschichtig und nicht alleine auf die steigende Nachfrage bei Biokraftstoffen zur ckzu f hren Vielmehr scheint es sich um ein Zusammenspiel aus rekordverd chtig niedrigen weltweiten Lagerbest n den schlechten Ernten in Australien der Ukraine und Europa vernachl ssigter Entwicklung der Landwirt schaft erh htem Konsum von Fleisch und Milchproduk
59. k n anschlusses wird ein Offshore Windpark sehr viel gr er nen Da die Auswirkungen von Offshore Windparks auf sein als sein Gegenst ck auf dem Festland In Deutsch die Meeresumwelt heute noch nicht endg ltig beurteilt land werden die ersten Windparks Stromgestehungskos werden k nnen wurden bislang nur Pilotprojekte mit ten zwischen 13 und 15 ct kWh erreichen hnlich wie maximal 80 einzelnen Windenergieanlagen zugelassen auf dem Land wird bei einer gro technischen Offshore Der erste Offshore Windpark in Deutschland Alpha Windenergienutzung auch ein gro es Kosteneinspar Ventus 45 km vor der Insel Borkum ist seit Ende potenzial erwartet Langfristig werden darum auch die 2008 im Bau Die ersten sechs der insgesamt zw lf Kosten der Stromerzeugung Offshore deutlich sinken geplanten 5 MW Anlagen sollen 2009 errichtet und ans Netz geschlossen werden Vollst ndig aufgestellt wird der gesamte Park mit 3 800 Volllaststunden Natur und Umweltschutz Energie f r 50 000 Haushalte aus zw lf Windr dern liefern Je mehr Windr der gebaut werden desto genauer muss auch ihre Natur und Umweltvertr glichkeit hinterfragt W hrend die Offshore Nutzung in Deutschland erst be ginnt gibt es in D nemark Irland Schweden den Nie derlanden und Gro britannien bereits rund 1 100 MW an installierter Offshore Leistung Die Kosten sind kontinuierlich gesunken Die Kosten f r Windenergieanlagen an Land sind von knapp 4000 Euro kW Anfang der
60. konstruktive nderungen die zu der Verbesserung der Herde f hren W rmeisolierte Beh l ter um die FeuerrToste erh hte Brennkammern und opti mierte Luftf hrung sorgen f r eine m glichst vollst ndi ge Verbrennung Durch die hohe Effizienz der Holznut zung muss wesentlich weniger Brennholz gesammelt werden die Bev lkerung spart Zeit f r andere T tig keiten die Holzvorr te werden geschont Menschen wird in St dten mit mehr als einer Million Einwohnern leben Diese Entwicklung ist f r die zuk nftige Energieversor gung in diesen L ndern von gro er Bedeutung Sie ste hen vor einer weit gr eren Herausforderung als die Industriel nder wenn es um die Ann herung an eine nachhaltige Energieversorgung geht Diese L nder m s sen n mlich gleicherma en f r beide Bereiche stark wachsende Ballungsr ume und l ndliche Regionen nachhaltige L sungsans tze finden F r die erneuerba ren Energien gibt es hier zwar ein reiches Potenzial es kann aber nur mit technischer und vor allem finanziel ler Hilfe der Industriel nder erschlossen werden Auch Effizienzsteigerungen bei der Erzeugung Kraft W rme Kopplung im industriellen und gewerblichen Bereich hocheffiziente Gas Kraftwerke und erst recht bei der Nutzung von Energie sind von enormer Bedeutung ebenso eine Erneuerung und Verbesserung der beste henden Infrastruktur In den l ndlichen Gebieten weniger entwickelter L nder sind bereits heute die vor Ort
61. m Solarthermische Stromerzeugung Wasserentsalzung ME Geothermie EEE Windkraft strom von unter 6 Cent kWh erreichbar sind F r diesen Zweck werden leistungsf hige Leitungen ben tigt wie sie bisher weltweit mit knapp 60 GW Leistung und ber tragungsl ngen von bis zu 2 500 km je Leitung betrie ben werden Die Bedeutung der Entwicklungsl nder Aus der Sicht der Energieversorgung werden Entwick lungsl nder gew hnlich mit dezentralen nicht oder nur wenig vernetzten Versorgungsstrukturen gleichge setzt Die Verbraucher dort haben also keinen Zugang zum Stromnetz und verf gen wegen ihrer geringen Ein kommen kaum ber fossile Energien Dies trifft heute f r knapp drei Milliarden Menschen in Entwicklungsl n dern und damit die H lfte der Menschheit insgesamt zu Gleichzeitig befinden sich die Entwicklungsl nder in einem unaufhaltsamen Urbanisierungsprozess Bereits in 15 Jahren wird die H lfte ihrer Bev lkerung 2015 ins gesamt sechs Milliarden Menschen in St dten wohnen die oftmals deutlich gr er sind als in der n rdlichen Hemisph re Von den derzeit 15 St dten mit mehr als zehn Millionen Einwohnern liegen elf St dte mit zusam men 140 Millionen Einwohnern in Entwicklungsl ndern Mexico City Sao Paulo und Bombay sind dabei die gr ten Im Jahr 2010 werden bereits mehr als 20 St dte die ser Gr e mit dann 350 Millionen Menschen in den Ent wicklungsl ndern zu finden sein Eine weitere Milliar
62. mm Hochmoderne Nullenergieh user sind so konstruiert dass weder Brennstoff noch Heizstrom ben tigt werden Architekten ist es die Geb ude so zu konstruieren dass die passiven solaren Gewinne m glichst hoch sind kei ne sommerliche berhitzung eintritt und nachts die zus tzlichen Verluste durch vergr erte Fensterfl chen in vertretbaren Grenzen gehalten werden Passive Solar nutzung ist wie keine andere Technologie auf die ganz heitliche Betrachtung der Geb udestruktur und Energie versorgung angewiesen Grafik Geb udeenergiekenn werte Je geringer der Heizw rmebedarf eines Neubaus ist desto geringer ist die j hrliche Heizkostenrechnung Dem stehen Mehrkosten beim Neubau des Geb udes gegen ber Abbildung Mehrkosten F r Passivh user rechnet man mit maximal 10 zus tzlichen Investi tionskosten gegen ber einem Standardhaus nach EnEV 2007 Dies entspricht Mehrkosten von rund 150 Euro m Nutzfl che Bei guter Planung k nnen die zus tzlichen Kosten aber deutlich geringer ausfallen und bei Verwen dung von F rderprogrammen auf das Niveau von Stan dardgeb uden sinken Daf r bieten sie einen zuverl ssi gen Schutz gegen ber zuk nftigen Energiepreisspr n gen und k nnen selbst im Winter notfalls ganz ohne Heizung auskommen Wenn man die W rmed mmung noch verst rkt und eine Solaranlage mit sehr gro em Speicher im Inneren des Hauses installiert braucht das Geb ude berhaupt keinen Brennstof
63. nen Fl ssen ausschlie t Auch die Biomasse wird bereits in gr erem Umfang genutzt Allerdings liegen gerade im Bereich Biomasse auch noch gro e Potenziale brach Die anderen M glichkeiten erneuerbarer Energiebereit Angaben in m s 0 1 2 4 5 8 stellung werden bisher nur zu Bruchteilen ausgenutzt Insgesamt steht in Westeuropa ein gesichertes techni sches Potenzial erneuerbarer Energien von mindestens 40 000 PJ pro Jahr zur Verf gung dies entspricht etwa 60 des gegenw rtigen Prim renergieverbrauchs der EU 25 L nder Sind alle erneuerbaren Energien erst einmal in der zu k nftigen Energieversorgung etabliert k nnen in den Quelle DLR Langfristige Mittelwerte der Windgeschwindigkeit in 80 m H he ber Grund in m s 38 Quelle Bestec 2004 Temperaturen der Gesteinsschichten in 5 000 m Tiefe in Europa als Indikator f r die vorhandenen geothermischen Stromerzeugungspotenziale n chsten Dekaden weitere Potenziale erschlossen wer den Einige Beispiele daf r sind eine ausgedehntere Nutzung von Windenergie auf See an europ ischen K sten mit rund 2 000 TWh a zus tzlicher Stromerzeugung Energiepflanzenanbau auf zus tzlichen landwirt schaftlichen Stillegungsfl chen von insgesamt 30 Mio ha mit zus tzlich 3 500 PJ a Prim renergie Nutzung weiterer Geothermieressourcen mit Stromerzeugungspotenzialen in Westeuropa bis zu 1 700 TWhja Strom aus solarthermischen Kraftwerken mit
64. nutzen Um die W rme der meist kristallinen Gesteine wie Marmor oder Granit an die Erdoberfl che zu bringen m ssen sie von einem W rmetr ger durchsp lt werden W rde man Wasser ohne weitere Ma nahmen durch die Schichten pressen w ren die W rmeaustauschfl che und die Durchl ssigkeit der Steinschichten viel zu gering Daher wird zuerst eine Tiefbohrung angelegt aus der sehr viel Wasser unter sehr hohem Druck durch das Gestein ge presst wird Dabei werden nat rlich vorhandene Risse und Spalten aufgeweitet geschert und neue Risse er zeugt hydraulische Stimulation Das Resultat Die Durchl ssigkeit des Gesteins steigt und man erzeugt einen nat rlichen W rmetauscher Zum Betrieb einer HDR Anlage wird dann kaltes Wasser in die Injektionsbohrung gepumpt und ber eine zweite Produktions Bohrung wieder an die Oberfl che ge f hrt Das in den hei en Tiefengesteinen erhitzte Wasser kann zur Speisung von Nah und Fernw rmenetzen und zur Bereitstellung von Industriedampf genutzt werden Besonders attraktiv ist es aus dem Geothermalwasser Strom zu erzeugen Dazu werden sogenannte ORC TUr binen Organic Rankine Cycle ORC eingesetzt die im Wesentlichen wie Dampfturbinen arbeiten Allerdings ist es bei den vergleichsweise geringen Temperaturen des W rmetr gers 100 bis maximal 180 C notwendig anstelle von Wasser im Dampfturbinenkreislauf eine organische Fl ssigkeit mit niedrigem Siedepunkt wie Propan oder Is
65. r terroristische Anschl ge Nebenher schaffen und verst r ken die geostrategischen Ressourcen regionale Krisen Viele unterentwickelte L nder leiden noch heute unter Energiearmut Der daraus resultierende Mangel an Grundversorgung und die Ungerechtigkeiten in der Versorgung mit Energie schaffen ein gro es Konflikt potenzial auf lokaler und globaler Ebene Erneuerbare anstelle fossiler Energietr ger l sen eine kologische Transformation unseres bestehenden Energiesystems aus Dieser Wandel kann einen wesent lichen friedenspolitischen Beitrag zu einer verst rkten globalen Energiesicherheit leisten und bringt viele Vorteile mit sich Eine Versorgung unter Einsatz erneuerbarer Energien bedeutet eine Senkung der Importabh ngigkeit In Deutschland liegt der Anteil importierter Energietr ger insgesamt bei ber siebzig Prozent wenn man die oft ignorierte Einfuhr von Kernbrennstoffen nicht au er Acht l sst siehe Grafik Importabh ngigkeit Der Ausbau der erneuerbaren Energien kann auch ei nen Beitrag zu einer verbesserten inneren Sicherheit leisten Die Diskussion um die Sicherheit von Atom kraftwerken gegen ber terroristischen Anschl gen seit dem 11 September 2001 zeigt deutlich die Vorteile einer Abschaffung solcher Risikotechnologien Setzt man erneuerbare Energien ein so werden die Energiepro duktionsst tten dezentralisiert Diese Ver nderung der Versorgungsstrukturen reduziert die nationale Ver wundbarkeit
66. rmegestehungs kosten aufweisen als l oder Gaskessel Dies h ngt vor allem mit den rapide gestiegenen Gas und lpreisen zusammen W hrend beispielsweise Holzpellets unter 4 Cent pro Kilowattstunde kosten liegen die Gas und lpreise bei 8 bis 9 Cent pro Kilowattstunde Stand Au gust 2008 Rechnet man die Investitions und Wartungs kosten hinzu die bei Holzheizungen deutlich ber fos silen Kesseln liegen sind Holzpellets und erst recht Scheitholz oder Hackschnitzel dennoch g nstiger als Gas oder l gt Wirtschaftlichkeit W rmekosten Ct kWh 6 4 2 U Heiz l Erdgas Brennstoff BE Investition Pellets Seit Sommer 2008 arbeitet am einstigen Braunkohlestandort Lauch hammer ein Biogaspark Verarbeitet wird Mais Silage Die Kosten der Strom und W rmeerzeugung von Bio gasanlagen h ngen in starkem Ma e von der Anlagen gr e dem Kofermentationsanteil und den eventuellen Entsorgungsgutschriften der Gasausbeute dem Strom eigenbedarf dem externen W rmebedarf und anderen Neben Nutzen wie einer m glichen D ngewertverbesse rung ab Die Bandbreite liegt zwischen 12 und 28 Cent pro Kilowattstunde Durch die Verg tungss tze des Er neuerbare Energien Gesetzes sind viele landwirtschaftli che Anlagen wirtschaftlich Zudem k nnen Landwirte durch Eigenleistung viel Geld beim Bau der Anlage spa ren Wichtig ist es die Anlagen maximal auszulasten So werden in D nemark zur besseren Auslastung und
67. sein Einsatz kologisch berhaupt sinnvoll ist Die kobilanz ist eine Methode um m gliche Umweltwir kungen im Verlauf des Lebensweges eines Produktes zu erfassen M glichst alle wichtigen Prozesse die mit der Herstellung Nutzung und Entsorgung in Verbindung stehen m ssen dabei betrachtet werden Erstellt man kobilanzen der Biokraftstoffe so sind Anbau und Auf bereitung Verteilung und Nutzung sowie m glicher weise entstehende Abgase bei der Verbrennung wichti ge Aspekte gt Herstellungsprozess von Biodiesel Saatgut D ngemittel An erster Stelle der Energiepflanzen Nutzung steht ihr Anbau Auf einem Hektar Acker k nnen pro Jahr bei spielsweise zwischen 3 bis 4 Tonnen Rapssaat geerntet werden woraus sich etwa 1 300 bis 1 700 Liter Biodiesel gewinnen lassen Die Fl che eines Fu ballfeldes reicht also aus um Kraftstoff f r die durchschnittliche Jahres fahrleistung eines Pkws bereitzustellen Die Rapssaat wird gepresst raffiniert unerw nschte Nebenprodukte werden entfernt und bei Biodiesel auch noch chemisch ver ndert Bei der Umesterung zu Biodiesel wird das gro e Raps lmolek l durch Zugabe von Methanol in je weils drei Bruchst cke zerlegt Dadurch entstehen nicht nur dem Dieselkraftstoff hnliche Molek le sondern gleichzeitig auch der Chemierohstoff Glyzerin Ethanol wird in Deutschland bevorzugt aus Zuckerr ben Weizen oder Roggen gewonnen wobei die Zuckerr be den h chsten Ertrag liefert D
68. unter www erneuerbare energien de Dezentrales Energiemanagement Auf dem Weg in eine dezentralere Energieversorgung mit Blockheizkraftwerken erneuerbaren Energien und konventionellen Kraftwerken hilft die rapide Entwick lung der Informationstechnologien Schon heute bieten Hersteller kleiner Blockheizkraftwerke BHKW Internet Schnittstellen an die die Fernkontrolle der Systeme er m glichen Auch selbst lernende Systeme werden einge setzt Die Steuerung des BHKWs merkt sich beispiels weise wann der Haushalt bevorzugt Strom nachfragt Zu diesen Zeiten wird dann auch der W rmespeicher aufgef llt Damit kann der kostspielige Bezug von Strom aus dem Stromnetz minimiert werden das Stromnach frage Profil wird gegl ttet Ein solches klug gesteuertes Kleinkraftwerk f gt sich ein in den Trend zum smarten Haus Das Mini BHKW wird zur Energiemanagement Zentrale zuverl ssig Strom liefert Kurt Rohrig beobachtet gespannt die langsam vorw rts kriechende rote Linie Der Strich auf dem Bildschirm im Institut f r solare Energieversorgungstechnik in Kassel ISET symbolisiert den Verbrauch von 11 740 Menschen 5 5 Megawatt brauchen diese Leute jetzt am Vormittag Fr h um sechs lag der Verbrauch noch bei schl frigen 3 62 MW Am Nachmittag soll er mit 6 MW das Maxi mum erreichen Der Bedarf schwankt st ndig Rohrig Bereichsleiter Information und Energiewirt schaft am ISET sorgt daf r dass Stromverbrauch und
69. von Wasser entsteht Dieses Prinzip machten sich schon die alten R mer bei der K hlung von Fr chten in feuchten Tongef en zu Nutze und noch heute sind offenporige Weink hler aus Ton verbreitet TEAN a r NEUE r a De T re T A Fi Um W rme zu erzeugen flie t in der einfachsten tech nischen Variante ein W rmetr germedium durch nicht abgedeckte schwarze Kunststoffmatten die Absorber genannt werden Solche Anlagen erreichen keine hohen Temperaturen Daf r sind sie g nstig und werden bei spielsweise f r die Erw rmung des Badewassers in Frei b dern eingesetzt Da sie meist kosteng nstiger sind als fossil gefeuerte Heizkessel k nnen sie die Betriebskosten eines Bades deutlich reduzieren Technisch ausgefeilter sind Flachkollektoren Um die W rmeverluste des Kollektors zu vermindern ist der Absorber der aus Metall besteht auf den sonnenabge wandten Seiten gut isoliert und zur Sonne hin mit einer 89 Kollektoranlage zur Warmwasserbereitung Glasscheibe abgedeckt Diese Scheibe ist mit einer spe ziellen Antireflexschicht versehen um Reflexionen zu minimieren Eine weitere Verminderung der Abstrah lungsverluste l sst sich durch Aufbringung von schwar zem Solarlack oder noch wirksameren selektiven Schich ten wie Schwarznickel oder Schwarzchrom erreichen Bei gleicher Sonnenstrahlung kann ein solcher Flach kollektor h here Wassertemperaturen erzielen als die schwarzen Kunststoffmatten
70. von fossilen Energietr gern zu reduzieren Nach Aussagen des IPCC k nnten theoretisch mehr als 8 000 TWh Strom pro Jahr aus Gezeitenstr mungsenergie und bis zu 80 000 TWh aus Wellenenergie erzeugt werden Bei der thermischen Energienutzung kommt man auf die gigantische Sum me von 810 000 TWh theoretisch erzeugbaren Stroms Aktuell gibt es aber nur wenige Anlagen zur Meeres energienutzung einige befinden sich in der Testphase Hohe Anfangsinvestitionen und Entwicklungskosten f h ren dazu dass die Stromgestehungskosten bei einigen Nutzungsformen noch nicht oder nur langfristig konkur renzf hig sind Mit zunehmender technischer Reife ist aber mit einer Preisreduktion zu rechnen Die Hersteller streben langfristig Stromgestehungskosten zwischen 5 und 10 Cent pro kWh an Zugleich birgt die Nutzung der Meeresenergie gro e technische Herausforderungen Ein Problem ist die An bindung von Anlagen vor der K ste oder im offenen Meer an das Stromnetz Dar ber hinaus unterliegen die Anlagen starker mechanischer Beanspruchung und Korrosion Die Wartung insbesondere der sich unter Wasser befindenden Teile ist schwierig Deutschland bietet f r einige Erzeugungsformen ausrei chend M glichkeiten Meeresenergie wird aber bezogen auf den Strommix absehbar eine Nischenposition ein nehmen Die Exportchancen f r deutsche Unternehmen des Anlagen und Maschinenbaus sind allerdings hervor ragend 129 ERNEUERBARE ENERGIEN UND DAR BER
71. weiter an wird die maximale Nennleistung des Generators erreicht Bei weiter wachsender Windge schwindigkeit muss der Leistungs berschuss weggere gelt werden Bei modernen Anlagen werden dazu die Rotorbl tter aus dem Wind gedreht Die maximale Leis tung der Anlage wird bestimmt von der durchstr mten Rotorfl che und ist im Prinzip unabh ngig von der An zahl der Fl gel W hrend in anderen Regionen der Welt die Windener gie auch zum Antrieb von Pumpen eingesetzt wird die nen Windenergieanlagen in Deutschland heute aus schlie lich der netzgekoppelten Erzeugung von 2000 2001 2002 2003 66 Stahlturmfertigung f r Windkraftanlagen Elektrizit t Die technische Entwicklung der Wind energieanlagen hat sich in den letzten 20 Jahren haupt s chlich auf die Konstruktion immer gr erer Anlagen konzentriert um so die Standorte mit guten Windver h ltnissen optimal auszunutzen Damit ist eine rasante technische Entwicklung angesto en worden Lag die durchschnittliche Gr e der installierten Windenergie anlagen 1987 bei weniger als 50 kW so betrug sie im ersten Halbjahr 2008 mit etwa 1 9 MW knapp das Vier zigfache Grafik Windenergieleistungen Es ist gegen w rtig noch nicht abzusehen bei welcher Anlagengr e das technische und wirtschaftliche Optimum erreicht ist Heute verf gen die gr ten Anlagen ber eine Leistung von 6 MW Der Ertrag einer solchen Anlage entspricht dem j hrlichen Stromverbrauch von bis
72. zentralen Infrastruktu ren ersetzen gleichwohl eine dezentrale Entwicklung erneuerbarer Energien nicht sondern erg nzen sie nur Denn erneuerbare Energiepolitik hat gerade bei dezen tralen Entwicklungen besonders erfolgreich gewirkt Der Ausbau neuer zentraler Strukturen hingegen erfordert einen internationalen Politikprozess und ist entspre chend schwerf lliger zu schwerf llig als dass wir uns allein auf diese Versorgungsoption verlassen k nnten DIE KOLOGISCHEN QUALIT TEN DER ERNEUERBAREN ENERGIEN 2008 haben erneuerbare Energieanlagen 112 Mil lionen Tonnen kKlimasch dliches Kohlendioxid ein gespart W rden wir die erneuerbaren Energien nicht nutzen so l gen die energiebedingten CO Emissionen in Deutschland rund 13 h her Wir haben gesehen Noch weist unser Energiesystem zahlreiche Nachhaltigkeitsdefizite auf insbesondere im kologischen Bereich Die Energieversorgung basiert auf Energietr gern deren Reichweite begrenzt ist Sie bela stet Atmosph re B den und Gew sser mit Schadstoffen und Treibhausgasen Und nicht nur das Leckagen in lpipelines Tankerhavarien und fl chenzehrender Koh leabbau eine ungel ste Entsorgungsfrage des Atom m lls und die M glichkeit von Reaktorunf llen Die Liste der Umweltprobleme im Energiebereich ist lang Neben einem vorsichtigen und sparsamen Umgang mit unseren Energieressourcen siehe Infobox Effizienz und Sparen eine notwendige Voraussetzung f r
73. zu kommen Allerdings ist die vorrangige Aussch pfung der Effi zienzpotenziale insbesondere im Stra enverkehr so wohl durch sparsame Fahrzeuge wie auch durch Ver kehrsvermeidung und verlagerung eine unabdingba re robuste und kosteneffiziente Voraussetzung f r das Erreichen hoher Anteile alternativer Kraftstoffe am Ge samtkraftstoffbedarf wie auch f r die Erreichung der Klimaschutzziele insgesamt Erdw rme ist eine nach menschlichen Ma st ben unersch pfliche Energiequelle Die erste Tiefengeothermieanlage Europas zur Stromerzeugung nach dem Hot Dry Rock Verfahren ging 2008 in Betrieb und soll eine Leistung von drei Megawatt erreichen Hierzu sind bis zu 5 000 Meter tiefe Bohrungen erforderlich W rmepumpen nutzen das geringe Temperaturniveau oberfl chennaher Geothermie und Umweltw rme Effizient und gut geplant k nnen sie W rme umweltschonender bereitstellen als herk mmliche Heiztechnik Das Temperaturniveau von Erdw rmeanlagen eignet sich neben der Stromproduktion in erster Linie zur Geb ude und Wassererw rmung Die W rme muss ber Nahw rmenetze verteilt werden W rmepumpe Turbinenanlage in einem Geothermiekraftwerk hydrothermale Geothermie eothermie auch Erdw rme genannt ist die Hitze die vom schmelzfl ssigen Kern im Erdinneren an die Erdoberfl che dringt Die Energie aus dem Erdkern erhitzt auf ihrem Weg nach oben sowohl Gesteins und Erdschichten als auch unterirdische WasserTeservoirs An m
74. zwei Wege unterschieden Grafik Prinzipien der Wasserstofferzeugung Elektrolytische Herstellung aus Wasser Am ein fachsten und wirkungsvollsten kann Wasserstoff durch Elektrolyse hergestellt werden Wasser wird hier mit Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt Dabei entsteht in einer Elektrolyse zelle unter Gleichspannung an der Kathode Wasser stoff und an der Anode Sauerstoff Fortschrittliche Elektrolyseure haben heute einen Wirkungsgrad von etwa 70 bezogen auf den Heizwert des Wasser stoffes langfristig gesehen werden Wirkungsgrade nahe 80 erwartet Reformierung von Erdgas Erd l Kohle oder Biogas Der weitaus berwiegende Teil des Wasser stoffs wird heute aus fossilen Energien hergestellt indem Wasserdampf mit Kohlenstoff oder kohlen stoffhaltigen Energietr gern Erdgas Erd l zu Was serstoff reduziert wird Der Wirkungsgrad der Dampf reformierung betr gt in heutigen Anlagen je nach Gr e zwischen 67 und 74 und l sst sich lang fristig gesehen um weitere drei bis vier Prozent punkte steigern Prinzipiell kann auch Biogas oder Holzgas reformiert und in Wasserstoff verwandelt werden F r die Reformierung wird jedoch einerseits zus tzliche Energie ben tigt zum anderen wird zwangsl ufig auch das Treibhausgas Kohlendioxid freigesetzt Als Resultat sind die spezifischen Treibhausgas Emissionen fossil her gestellten Wasserstoffs immer h her als die des Aus gangspr
75. 00 GWh km a auf jedem Quadratkilometer Landfl che genau soviel Energie wie ein konventionelles Kraftwerk mit 50 MW Leistung und 6 000 Volllastbetriebsstunden pro Jahr Auch der Mittel meerraum eignet sich als Lieferant von Solarstrom Die in Spanien prinzipiell verf gbaren Fl chen und Einstrah lungspotenziale reichen rechnerisch sogar aus um so viel Strom zu produzieren wie Europa heute verbraucht Das technische Potenzial der Windenergie h ngt wieder von anderen Faktoren ab ber den Landmassen der Kontinente wo die raue Gel ndestruktur den Wind ab bremst ist die mittlere Windgeschwindigkeit deutlich niedriger als ber den Weltmeeren wo der Wind nahe zu ungebremst weht Eine der st rmischsten Regionen der Welt ist die Nordsee Aber auch an Land gibt es La gen an denen durch besondere Gel ndeformen hervor ragende Windverh ltnisse zu finden sind Durch die h heren Masten heutiger Generationen von Windenergie anlagen steigt die Energieausbeute gegen ber alten An lagen deutlich Insgesamt variiert das technische Potenzial der einzel nen erneuerbaren Energiequellen r umlich stark Das realisierbare Potenzial der erneuerbaren Energien liegt bei einem Mehrfachen des der zeitigen weltweiten Bedarfs an Endenergie nicht in jedem Land ist jede Energiequelle verf gbar Bestimmte Regionen verf gen offensichtlich ber sehr kosteng nstige Potenziale Je breiter also die Vielfalt der genutzten Energiequ
76. Anbau dieser Kulturen z B durch Nutzungsbestimmungen in Schutzgebietsverordnungen begrenzt wer den 27 gt Synergien zwischen Naturschutz und Bioenergie Die verschiedenen Naturschutzma nahmen k nnen nicht nur zu Restriktionen in der Biomassenutzung f h ren es k nnen sich auch eine Reihe von Synergieeffek ten ergeben Beispielsweise entstehen zus tzliche Bio massepotenziale wenn Biotope verbunden werden bei Kompensationsma nahmen und bei der Pflege von Of fenland und Walds umen Diese Potenziale belaufen sich auf etwa 150 PJ pro Jahr das ist viel soviel wie die ge samten Biogaspotenziale ausmachen Insofern gilt es zu k nftig besonders die Potenziale zu realisieren bei de nen Klimaschutz und Naturschutz Hand in Hand gehen Zudem entwickeln sich neue innovative Anbausysteme wie der Mischfruchtanbau bei dem verschiedene Ener giepflanzen wie Mais und Sonnenblumen gleichzeitig der Anbau von mehrj hrigen Kulturen auf stark ero sionsgef hrdeten Fl chen einem Anbau von einj hrigen Kulturen vorzuziehen Damit ergibt sich zwar eine Re duktion von frei zur Verf gung stehenden Fl chen andererseits aber k nnen die mehrj hrigen Pflanzen als Energiepflanzen genutzt werden Durch geeignete Standortwahl die auf die stand rtlichen Empfindlichkeiten R cksicht nimmt durch den Verzicht auf Gr nlandumbruch oder Nutzungsintensivierungen und durch einen sinn vollen Mix an erneuerbaren Energien k n
77. Berlin Hannover u M nsterl nder i Becken zz i l Ri nes Molassebecken m M nchen I Becken mit hydrothermalen Energieressourcen Becken mit potenziellen hydrothermalen Energievorkommen Becken ohne nachgewiesene hydrothermale Energievorkommen Grundgebirge ohne oder unter geringer Sedimentbedeckung Quelle GeoForschungsZentrum Geothermie Vorkommen in Deutschland die Fl ssigkeit muss erst in die Tiefe gepumpt und er hitzt wieder nach oben gebracht werden Die gewonnene W rme l sst sich unmittelbar zur Behei zung von Geb uden oder anderer W rmeverbraucher einsetzen Attraktiv ist aber auch die Verwendung der Erdw rme zur Stromerzeugung da die Erdw rme rund um die Uhr zur Verf gung steht Erdw rmekraftwerke k nnten also einen wichtigen Beitrag zur GTundversor gung mit erneuerbarem Strom leisten Auch bei der geothermischen Stromerzeugung fallen gro e Mengen von W rme an Diese kann meist nur dann genutzt werden wenn die Geb ude in der Um gebung ber ein Nahw rmenetz beheizt werden Eine stark zunehmende Verbreitung von Nahw rmenetzen ist daher eine entscheidende Voraussetzung f r die tech nische Erschlie ung des gro en Potenzials der Geother mie Daf r gibt es f nf verschiedene Verfahren Hot Dry Rock Verfahren Hei e trockene Gesteinsschichten Hot dry rock HDR in bis zu f nf Kilometer Tiefe lassen sich zur geothermi 118 schen Strom und W rmeerzeugung
78. Der kologisch optimierte Ausbau der erneuerbaren Energien muss darum auch den Erhalt der biologischen Vielfalt des Naturhaushaltes und des Landschaftsbildes sowie den naturvertr glichen Hochwasserschutz sicherstellen Um m gliche negative Effekte auszuschlie en oder zu minimieren m ssen die Auswirkungen auf Naturhaus halt und Landschaftsbild f r Erzeugung und Nutzung von erneuerbaren Energien ermittelt werden Dazu geh rt auch die Erprobung und Entwicklung langfristig wirksamer Vorkehrungen zur Vermeidung und Vermin derung negativer Auswirkungen sowie geeigneter Aus gleichsma nahmen Windanlagen werden naturgem an besonders wind reichen und damit exponierten Standorten aufgestellt Dadurch beeintr chtigen sie das Landschaftsbild und kollidieren h ufig mit Vogelflugrouten Die Anlagen planung muss diese und andere naturschutzfachlichen Belange ber cksichtigen Die sachgem e Standortwahl ist daher ein aus Naturschutzsicht wesentlicher Schritt Bei den Auswirkungen von Windenergieanlagen auf die Fauna und Avifauna V gel geht es dabei um die Beein tr chtigung von Lebensr umen bis hin zum Verlust von Rast Brut und Nahrungshabitaten um St rungen und Scheuchwirkungen und schlie lich auch um direkten Verlust durch Vogelschlag Dies gilt sowohl f r Wind kraftanlagen an Land und auf See Die potenzielle Beeintr chtigung des Landschaftsbildes speziell in den stark strukturierten Mittelgebirgsregio nen kann
79. Dieser Anteil wird durch den Beschluss zum Atomausstieg bis Anfang der 20er Jahre auf null zur ck gehen Erneuerbare Energien sind eine Alternative zu fossilen und nuklearen Energietr gern Biomasse Wasserkraft Windenergie Geothermie und die thermische sowie elektrische Nutzung von Sonnenenergie deckten im Jahr Quelle AGEE Stat 2009 AG Energiebilanzen vorl ufige Angaben Wasser 0 9 Wind 1 6 Biomasse 6 6 Restliche EE 0 4 Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2008 8 828 PJ Zahlenabweichungen durch Rundung 29 Quelle BMU nach ZSW gt Beitr ge zur Energieversorgung Windenergie Wasserkraft Feste Biomasse inkl biogener Abfall Biogas Photovoltaik Deponie und Kl rgas Fl ssige Biomasse Geothermie Feste Biomasse Biomasse brige Solarthermie Geothermie Biodiesel Pflanzen l Bioethanol E Quelle AGEE Stat vorl ufige Angaben STROM 92 8 Mrd kWh Anteil am Bruttostrom verbrauch ca 15 1 W RME 103 8 Mrd kWh Anteil am Endenergieverbrauch f r W rme ca 7 4 KRAFTSTOFFE 36 7 Mrd kWh Anteil am Kraftstoff verbrauch ca 5 9 Endenergie Mrd kWh Beitr ge erneuerbarer Energien zur Strom W rme und Kraftstoffversorgung 2008 Anteil am gesamten Endenergieverbrauch 9 5 2008 rund 9 5 des Endenergiebedarfs Auf den ersten Blick scheint dies wenig zu sein bemerkenswert sind jedoch die hohen Wachstumsraten no
80. Differenzkosten also von den Energieverbrauchern getragen werden Dies hat auch zur Folge dass diesen Haushalten der entsprechen de Betrag nicht zur Verf gung steht um andere G ter zu konsumieren Dieser so genannte Budgeteffekt f hrt zu negativen Besch ftigungswirkungen in anderen Branchen Angesichts der anhaltend hohen Arbeits losenzahlen in Deutschland sollten umweltpolitische Ma nahmen deshalb auch den Nettobesch ftigungs effekt im Auge behalten Neuere wissenschaftliche Studien haben gezeigt dass unter dem Strich bisher nicht nur der Bruttobesch ftigungseffekt sondern auch der Nettobesch ftigungseffekt der Nutzung erneuer barer Energien positiv ist Dies liegt ma geblich am Au enhandel im Bereich der erneuerbaren Energien der die Besch ftigungsbilanz bereits jetzt positiv beein flusst und weiter zunehmen soll Viele Unternehmen exportieren deutlich mehr als sie aus dem Ausland beziehen So stieg die Exportquote der deutschen Windanlagenhersteller auf rund 70 im Jahr 2007 Wichtig f r einen starken Export ist auch ein funktionie render heimischer Markt In der Vergangenheit hat sich immer wieder gezeigt dass eine reale Chance f r eine gute Positionierung am internationalen Markt nur durch die Existenz eines nationalen Marktes besteht Ein be kanntes Beispiel daf r ist die Mobilfunktechnologie die in Japan und S dkorea fr hzeitig stark war und deren Unternehmen bis heute den Weltmarkt dominieren hnliches gil
81. ERNEUERBARE ENERGIEN Innovationen f r eine nachhaltige Energiezukunft IMPRESSUM Herausgeber Redaktion Fachliche Bearbeitung Gestaltung Druck Abbildungen Stand T akt Auflage Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU Referat ffentlichkeitsarbeit 11055 Berlin E Mail service bmu bund de Internet www bmu de Dr Wolfhart D rrschmidt Elke Hammer BMU Referat KI III 1 Allgemeine und grunds tzliche Angelegenheiten der erneuerbaren Energien Dr Martin Pehnt IFEU Koordination mit Philipp Otter Regine Vogt Guido Reinhardt IFEU Dr Wolfram Krewitt Michael Nast Dr Joachim Nitsch Dr Franz Trieb DLR BLOCK DESIGN Kommunikation amp Werbung Silber Druck S 1 Titel und S 3 P Langrock Zenit S 6 Solar Millenium AG S 48 Paul Langrock Zenit S 52 Mark Edwards Still Pictures S 53 Evonik Power Saar GmbH S 54 MVV Energie AG S 56 1 Picture Alliance S 56 2 Martin Pehnt S 57 Agentur f r Erneuerbare Energien S 59 Bernd M ller BMU S 60 1 Haase S 60 2 MVV Energie Mannheim S 61 Stadtwerke Neckarsulm S 62 Daimler AG S 63 Norsk Hydro Electrolyseurs S 64 MTU Friedrichshafen S 65 1 RegModHarz Konsortium 2 3 Vestas S 66 1 2 P Langrock Zenit S 67 Enercon S 68 1 Bundesverband Windenergie S 68 2 Stiftung Offshore Windenergie DOTI S 69 picture alliance S 70 1 Paul Langrock Zenit 2 Thomas Kl ber BLOCK DESIGN
82. Effizienz En Gezeiten Wellen BE Biomasse Wind En Erd l HE Kohle 2005 2010 2020 Quelle Greenpeace 700 000 ZZ 2030 2040 2050 BEE Geothermie A Solarenergie E Wasserkraft Erdgas Be Kernenergie Entwicklung des Prim renergieverbrauchs in einem globalen Klimaschutz Szenario Verst rkte Energieeffizienz und eine ausgewogene Mobilisierung aller erneuerbarer Energiequellen f hrt zu einer Halbierung des Beitrags fossiler Prim renergien bis zum Jahr 2050 ten Energieverbrauchs Dies erlaubt eine gute Verdopp lung des Pro Kopf Verbrauchs der heutigen Entwick lungsl nder und sichert ihrer wachsenden Bev lkerung im Jahr 2050 einen Anteil von 75 am Prim renergie verbrauch Die Verringerung weiterer Nachhaltigkeits defizite verlangt eine Halbierung des fossilen Energie einsatzes bis 2050 ein Auslaufen der Atomenergienut zung und eine Umstellung der h ufig umweltsch d lichen traditionellen Biomassenutzung Brennholz beschaffung auf eine umweltvertr gliche moderne Biomassenutzung Der Einsatz moderner Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien m sste demnach bis 2050 ber 50 des Gesamtenergiebedarfs decken Die Herausforderungen eines ambitionierten Klima schutzszenarios sind gewaltig Ein solcher Strukturwan del hat nur Aussicht auf Erfolg wenn sich die internatio nale Staatengemeinschaft zu einem gemeinsamen raschen und wirksamen Handeln entschlie t Die P
83. Erdgas reicht bei tr gern bereits am st rksten ausgebeutet Vergleicht gleichbleibendem Verbrauch noch etwa 63 Jahre w h man dies mit der gro en gegenw rtigen Bedeutung des rend uns die Reserven von Kohle deutlich l nger zur Erd ls mit einem Anteil von 38 an der globalen Verf gung stehen Uran eine weitere endliche Energie Energieversorgung wird klar dass hier in absehbarer quelle reicht bei einer Nutzung in Leichtwasserreakto Quelle BGR 2007 gt Reichweiten der Energiereserven Konventionelles Erd l ME Naher Osten Konventionelles Erdgas BE GUS Steinkohle Sonstige Braunkohle Uran 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Statistische Reichweite in Jahren Statische Reichweite weltweiter Energiereserven bei unver ndertem Verbrauchsniveau gt Importabh ngigkeit Deutschlands Prozent Quelle BMWi 2007 Steinkohle Mineral l Naturgase Kernenergie Insgesamt Anteil importierter Energierohstoffe an der deutschen Energieversorgung 2006 gt Die sicherheitspolitische Bedeutung erneuerbarer Energien Auf der ganzen Welt decken heute fossile Energietr ger wie Kohle l und Gas unseren Energiebedarf Die Glo balisierung macht die Welt kleiner und verst rkt somit das Konfliktpotenzial auf internationaler Ebene Die Abh ngigkeit der energieverbrauchenden von den ener gieproduzierenden Staaten steigt st ndig Zentralisierte Versorgungsstrukturen bieten eine Angriffsfl che f
84. Herstellung von Bioalkohol verwendet werden Zur Biomasse z hlen auch lhaltige Pflanzen die durch Pressung und nachfolgende Verarbeitung in fl ssige Energietr ger umgewandelt werden siehe Kapitel Biokraftstoffe Organische Reststoffe eignen sich ebenfalls als Ener gielieferant G lle Bioabfall Kl rschlamm und kommu nale Abw sser oder Speisereste k nnen in ein energie reiches Biogas verwandelt werden Auch aus M lldepo nien tritt Biogas aus Die lteste Nutzungsart Feuerungen Die lteste und einfachste Art der energetischen Nut zung ist die Verfeuerung der Biomasse Um eine voll st ndige und emissionsarme Verbrennung zu gew hr leisten und R cksicht auf den Aschegehalt die Brenn stoffzusammensetzung Form und Partikelgr e der Brennstoffe zu nehmen wurden f r die verschiedenen Gr enklassen der Anlagen unterschiedliche Feuerungs typen entwickelt die sich im Wesentlichen durch die Art der Brennstoffaufbereitung und zufuhr unterschei den Die heutige Nutzung biogener Feststoffe in Deutschland geschieht berwiegend in Kleinstanlagen unter 15 Kilo watt oder Kleinanlagen Eine automatische Brennstoff beschickung und Feuerungsregelungen haben den Bedienungskomfort erh ht Kleinanlagen unterliegen dabei auch den Grenzwerten des Bundesimmissions schutzgesetzes Einen besonderen Aufschwung erleben Heizungen auf Basis von Holzpellets Holzpellets sind kleine Presslinge aus naturbelassenem Holz m
85. O Emissionen allein im Umwandlungssektor bis 2020 um 40 und bis 2050 um 85 gegen ber dem Jahr 2000 Dies zeigt dass die Atomenergie zur Er reichung des Klimaschutzziels nicht ben tigt wird Im Gegenteil Das Leitszenario zeigt dass ein konsequenter Ausstieg notwendig ist um den Umbau hin zu einer regenerativen Energiewirtschaft nicht zu blockieren 45 Das Leitszenario geht davon aus dass hnliche Kombi nationen aus Effizienzsteigerungen und dem Ausbau erneuerbarer Energien auch in der W rmeversorgung und im Verkehr umgesetzt werden Kurz bis mittelfristig dominieren hier verst rkte Effizienzbem hungen mit tel bis langfristig w chst die Bedeutung des Beitrags der erneuerbaren Energien Folgen andere L nder dieser oder einer hnlichen Stra tegie was angesichts der zusammenwachsenden M rk te eine wesentliche Voraussetzung f r einen erfolgrei chen Umbau der Energieversorgung in Deutschland ist k nnen neben den heimischen erneuerbaren Energie quellen auch ausl ndische Ressourcen kosteng nstig genutzt werden Dies kann mittelfristig der Import von Windenergiestrom von ertragsreichen europ ischen K stenregionen sein l ngerfristig aber ebenso der Import von Strom aus Solarkraftwerken im Mittelmeer raum ber ein verst rktes europ isches Verbundnetz siehe S 50 Im Leitszenario liegt der Beitrag dieses Import Stroms im Jahr 2050 bei gut einem F nftel der gesamten Stromerzeugung Wegen der betr chtlich
86. Steuerungen o Marktanreizprogramm Programm des Bundesumweltministeriums BMU zur F rderung von Anlagen zur W rmegewinnung aus erneuerbaren Energien Verdr ngung von Kraftwerken die relativ teuer Strom produzieren durch den Markt eintritt von zus tzlichen Kraftwerken Der Begriff Merit Order bezeichnet die Ein satzreihenfolge von Kraftwerken Diese Reihenfolge bestimmt sich in der Regel ber den Preis Dies gilt nicht f r Kraftwerke die EEG Strom einspeisen F r diese wird der Markteintritt gesetzlich erzwungen Dadurch werden relativ teure konventionelle Kraftwerke vom Netz genommen wodurch der B rsenpreis sinkt Auch Nawaro Land und forstwirtschaftlich erzeugte Biomasse die zur Energie bereitstellung oder als Werkstoff genutzt wird Energiepflanzen 135 Niedrigenergiehaus Nutzenergie Offshore Windenergie Organic Rankine Cycle ORC Organische Reststoffe Passivhaus Prim renergie Receiver Regelleistung Repowering Sekund renergie 136 Niedrigenergie bezeichnet einen Geb ude D mmstandard der jedoch nicht genau definiert ist In der derzeitigen Baupraxis sind meist H user gemeint die gut ged mmt sind und einen spezifischen Jahres Heizw rmebedarf bei Mehrfamilienh usern von 50 kWh m a und bis 70 kWh m a bei Einfamilienh usern aufweisen Energie die nach der letzten Umwandlung der Energie in Ger ten dem Verbraucher zur Verf gung steht Stromerzeugung mit Winde
87. Strafen f r die Unterschreitung der Quoten zahlen Ein solches gemischtes Quoten und Zertifikate Modell wurde in einigen osteurop ischen L ndern installiert In zahlreichen Studien sowie Be richten z B der Europ ischen Kommission oder der Internationalen Energieagentur wurde in den letzten Jahren nachgewiesen dass gut ausgestaltete Strom einspeiseregelungen wie das EEG gegen ber Quoten regelungen teils deutlich besser abschneiden Sie f hren schneller zu einem st rkeren Ausbau und sind f r den Verbraucher g nstiger Rund 50 Staaten weltweit haben daher ein dem EEG vergleichbares Instrument einge f hrt Quellen VDEW VDN ZSW EEG ab 1 Januar 2009 TWh a EEG ab April 2000 EEG ab August 2004 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Verg tung Einspeisung und Verg tungszahlungen nach dem Stromeinspeisungsgesetz StrEG und dem Erneuerbare Energien Gesetz EEG 32 gt Kosten und Nutzen des EEG Strom aus erneuerbaren Energien ist derzeit aus be triebswirtschaftlicher Sicht also ohne Betrachtung der eingesparten externen Kosten teurer als Strom aus nicht erneuerbaren Energiequellen Wegen der im EEG festgeschriebenen Abnahmepflicht entstehen f r die Stromversorger h here Beschaffungskosten Sie betru gen 2007 etwa 4 3 Mrd Euro F r den durch erneuerba re Energien verursachten zus tzlichen Bedarf an Regel und Ausgleichsenergie Transak
88. Tidehub und Str mung zur Stromerzeugung nutzen Denn die Ozeane sind unser globaler W rmepuffer und nehmen Sonnenenergie auf speichern und transportieren die W rme mit der Meeresstr mung quer ber den Globus um sie in k hleren Regionen wieder abzugeben Das Potenzial der Bewegungsenergie Lageenergie und W r meenergie ist gewaltig Allein die Wellen und Gezeiten str mung k nnten theoretisch den weltweiten Strombe darf decken So unterschiedlich wie die Energiequellen des Meeres und ihre Ursachen sind so unterschiedlich sind auch die Methoden der Nutzung Einige sind technisch ausgereift und schon lange in Anwendung andere befinden sich noch in den Kinderschuhen oder sind bisher nur eine Vision Meereswellen entstehen vor allem durch den Einfluss des Windes sie sind also wenn man so will eine Art gespeicherter Windenergie Eine Welle besteht aus kine tischer Energie also bewegten Wasserteilchen und aus Lageenergie sichtbar an der Hebung und Senkung des Wassers von Wellenkamm zu Wellental Die Leistung die in einer gro en Welle steckt kann bis zu 50 Kilowatt pro Meter Wellenfront betragen So wie sich weltweit die Windverh ltnisse stark unter scheiden ist auch die Wellenenergie rund um die Welt sehr unterschiedlich hoch und ungleichm ig nutzbar Gute Bedingungen finden sich vor allem in den so ge nannten Westwindg rteln zwischen 30 und 60 Grad n rdlicher und s dlicher Breite in denen der Wind ber 125
89. Tonnen CO die langfristig alle Menschen auf der Welt erreichen sollen Wenn Sie Ihr Leben in Deutschland heute berwiegend nach Klimaschutzkriterien organisieren w rden k men Sie schon auf einen Wert von knapp f nf Tonnen CO pro Jahr Das verlangt Einiges Kein eigenes Auto keine Flugreisen Holzpelletheizung im Keller kostrom und Energiesparlampen vegetarisch leben und koprodukte aus der Region insgesamt wenig und eher dauerhafte G ter konsumieren Eine lange Liste Andererseits bringt es ein konsumkr ftiger reiselustiger Autovielfahrer im eigenen Haus schnell auf 30 Tonnen CO pro Jahr Man sieht also Verhalten wirkt sich aus Bei den Energiespartipps sehen Sie dass man auch ohne gro e Umstellungen seine Emissionen drastisch senken kann Fangen wir an mit der Energiedi t Die wichtigsten Tipps wie Sie Energie sparen k nnen ohne Ihr Verhalten und ihre Gewohnheiten wesentlich zu ndern Wenn zehn Millionen Haushalte den Stromanbie 20 ter wechseln und kostrom kaufen senken sie ihre CO Emissionen von durchschnittlich 605 auf 40 Gramm CO kWh Drei Viertel aller deutschen Wohnh user sind 9 4 lter als drei ig Jahre und haben einen Heiz energiebedarf von durchschnittlich 180 kWh m Wenn man nur zehn Prozent der Wohnfl che auf Niedrigenergie Standard bringt 50 kWh m lassen sich 31 2 Mrd kWh einsparen Stand by Schaltungen verschwenden in jedem 90 Haushalt 375 kWh pro Jahr Das sind mindeste
90. Verwirbelungen des Windes ber dem Boden und desto h her sind die durchschnittlichen Windge schwindigkeiten am Rotor Diese Windgeschwindigkei ten sind sehr wichtig f r die Leistung des Windrades Bei doppelter Windgeschwindigkeit verachtfacht sich n mlich der Stromertrag Die T rme werden meist als Stahlmantel T rme ausge f hrt die durch ihre schlanke Konstruktion den gerings ten Einfluss auf das Landschaftsbild haben Neben Stahl 68 t rmen kommen auch Betont rme zum Einsatz die auf grund ihrer D mpfung die Schallemissionen mindern Vor der K ste neue Potenziale erschlie en Da aus konomischen und kologischen Gr nden die Standorte an Land begrenzt sind hat man damit begon nen die gro en Potenziale auf See zu erschlie en Offshore also vor der K ste sind die Windgeschwin digkeit im Vergleich zu Standorten an Land deutlich h her und erlauben bis zu 40 mehr Strom zu erzeu gen Durch den Betrieb von Windparks auf See werden die Eingriffe in die Landschaft minimiert Gleichwohl m ssen potentielle negative Auswirkungen auf die Schutzg ter des Meeres untersucht werden Die gr te wirtschaftliche Herausforderung der Off shore Windenergietechnik ist es die Zusatzkosten f r den Umzug auf das offene Meer zu minimieren Des weiteren m ssen technische Schwierigkeiten wie Mee restiefen von bis zu 40 m starke Belastungen durch Wind und Wellen sowie ein hoher Salzgehalt der Luft beherrscht werden
91. W und f r mobile Antriebe etwa 50 Euro kW Zwischen 2000 und 2008 hat sich die Stromerzeugung aus Windkraft mehr als verf nffacht und tr gt inzwischen mit ber AOTWh zu rund 6 6 der Stromerzeugung in Deutschland bei Bei Aussch pfung des Potenzials an Land und auf See kann die Windenergie perspektivisch 30 der Bruttostromerzeugung in Deutschland decken Der erste Windpark auf See in Deutschland Alpha Ventus soll 2009 ans Netz gehen Windvorranggebiete an Land werden vor allem an der K ste inzwischen gr tenteils genutzt im Binnenland stehen weitere Fl chen zur Verf gung Besonders an K stenstandorten wird das Repowering zuk nftig eine Rolle spielen Die Erzeugungskosten von Windstrom betragen je nach Standort zwischen 5 und 12 Cent je kWh On und Offshore Windpark Montage einer Windkraftanlage ind wird von alters her vom Menschen genutzt Der Handel ber die Weltmeere wurde vor ET findung der Dampfmaschine ausschlie lich mit Segel schiffen durchgef hrt Windr der trieben Wasserpum pen zur Be oder Entw sserung an und Windm hlen mahlten das Korn in Europa und der ganzen Welt Noch um 1900 standen 30 000 Windm hlen allein in Norddeutschland Erst als Elektrizit t berall in Deutsch land ausreichend und billig zur Verf gung stand ver schwanden die Windm hlen aus dem Alltag Seit den f nfziger Jahren haben deutsche Pioniere ver sucht diese klimafreundliche und ressourcenschonende Technologi
92. Windkraft Wasser kraft Erdw rme und Gezeitenenergie In Deutschland war 2007 Mineral l mit 33 8 der wichtigste Prim renergietr ger gefolgt von Erdgas 22 7 Steinkohle 14 1 Braunkohle 11 7 und der Atomenergie 11 1 Die erneuerbaren Energietr ger deckten rund 3 des Prim renergieverbrauchs Solarstrahlungsabsorber der in solarthermischen Turmkraftwerken eingesetzt wird Leistung die f r den kurzfristigen Ausgleich von Schwankungen in Erzeugung und Verbrauch von Strom bereitgehalten wird Als Regelkraftwerke werden Dampfturbinen Speicherwasser Pumpspeicher und Gasturbinenkraftwerke eingesetzt die entweder im Teillastbetrieb operieren oder im Bedarfsfall gestartet werden Ersatz alter Anlagen zur Stromerzeugung durch neue leistungsst rkere Anlagen am selben Standort Energie die als Ergebnis eines Umwandlungsprozesses aus Prim renergie gewonnen wird Dabei vermindert sich die nutzbare Energiemenge durch Umwandlungs und Transportverluste Sekund renergietr ger sind entweder leitungsgebunden wie Strom Fernw rme und Stadtgas oder die veredelten Produkte Benzin Heiz l Koks Briketts etc Smart Meter Solarstrahlung Solarthermische Kraftwerke Solarzelle Sonnenkollektor Spitzenlast Spitzenleistung Steinkohleeinheit SKE Virtuelles Kraftwerk Volllaststunden Wirkungsgrad Windenergieanlagen Watt Peak WP Intelligenter Stromz hler der im Vergleich zu den herk mmlichen S
93. abei nicht vollst ndig autark Ein gerin ger Im und Export von Strom ber die Systemgrenzen hinaus ist erlaubt Denn auch ber die Grenzen Deutsch lands hinweg findet ein st ndiger Stromhandel statt In Zukunft sollen auch die Stromverbraucher helfen die Stromschwankungen auszugleichen Daf r ist so gar die Integration von Elektrofahrzeugen mit ihren Speicherkapazit ten vorgesehen Wie die Erneuerbare Energie Branche zeigt dass sie bei jedem Wetter Das Regenerative Kombikraftwerk vernetzt Windenergieanlagen Biogas und PV Kraftwerke zu einem Gesamtverband Intelligentes Energiemanagement im Haushalt wird der zeit in verschiedenen Pilotprojekten erprobt In der Mo dellstadt Mannheim ist die Steuerzentrale in der Lage einzelne Lasten wie K hlschrank Wasch oder Sp l maschine und kleine Erzeuger wie beispielsweise Block heizkraftwerke entsprechend der aktuellen Stromnach frage und Netzsituation ein oder abzuschalten Als Grundlage hierf r dient ein Preissignal das dem Ger t den aktuellen Strompreis bermittelt Der Preis h ngt dabei in erster Linie von der im Netz zu erwartenden Strommenge ab Ist zu viel Strom vorhanden beispiels weise durch viel Windeinspeisung sinkt der an der B rse gehandelte Strompreis In einem solchen Fall wer den Verbraucher im Haushalt zugeschaltet und der Kunde profitiert von den g nstigen Strompreisen Bei hohen Strompreisen werden Verbraucher abgeschaltet stromer
94. anchen Stellen dringen hei es Wasser und Dampf als hei e Quelle oder Geysir bis an die Erdoberfl che Je tiefer man in das Innere der Erde vordringt umso w rmer wird es In Mitteleuropa nimmt die Temperatur im Mittel um 3 C pro 100 m Tiefe zu Im obersten Erd mantel 40 bis 400 Kilometer unter der Oberfl che herrschen Temperaturen von etwa 1 300 C Im Erdkern etwa 5 100 bis 6 370 km tief sind es wahrscheinlich 5 000 C Die in der Erde gespeicherte W rme ist nach mensch lichen Ma st ben unersch pflich Aus den Tiefen unse res Planeten steigt t glich ein Mehrfaches des weltwei ten Energiebedarfs auf und macht sich ungenutzt in den Weltraum davon Der gr te Teil dieses W rmestroms stammt vom st ndigen Zerfall radioaktiver Elemente im Erdmantel und in der Erdkruste ein Vorgang der noch Milliarden Jahre anhalten wird Ein kleinerer Teil ist gespeicherte Restw rme die bei der Erdentstehung frei gesetzt wurde Diese Energieressource l sst sich prak tisch berall nutzen Um die W rme aus dem Untergrund zu gewinnen braucht man eine Fl ssigkeit f r den W rmetransport Das grundlegende Prinzip ist einfach entweder ist die ses Transportmittel in Form von Dampf oder hei em Wasser bereits im Untergrund vorhanden dann wird es an die Oberfl che bef rdert ausgek hlt und normaler weise wieder in den Untergrund zur ckgeschickt Oder 117 Hamburg Bremen Norddeutsches Becken
95. arten vor allem der Rotmilan oder der Gro e Abendsegler besonders vom Schlag an Windenergieanlagen betrof fen Anlagen sollten daher weder in den Hauptzug routen von V geln noch in Vogelschutzgebieten aufge stellt werden Da f r die Errichtung einer Windenergie anlage immer eine Baugenehmigung einzuholen ist werden diese Belange jeweils gepr ft Seit 2001 ist f r Windparks ab drei Anlagen auch eine Umweltvertr g lichkeitspr fung UVP gesetzlich vorgeschrieben Der Einfluss von Windenergieanlagen auf das Land schaftsbild wird subjektiv unterschiedlich bewertet Sehen die einen darin eine negative Ver nderung der Landschaft so verbinden andere mit ihrem Anblick eine positive Neuausrichtung der Energiepolitik und f hlen sich nicht gest rt Der Konflikt um die unterschied lichen subjektiven Wahrnehmungen l sst sich letztlich nicht aufl sen Aus naturschutzfachlicher Sicht ist das Landschaftsbild jedoch nicht ausschlie lich eine Frage subjektiver Wahrnehmung sondern auch die Beschrei bung eines Gesamtkontextes eines bestimmten Lebens raumes Insofern spielen auch Argumente des Land schaftsbildes eine Rolle bei der Standortwahl Neben den standortspezifischen Abw gungen m ssen auch die kologischen Vorteile der Windkraft betrachtet werden So k nnen durch eine Windenergieanlage mit einer Leistung von 1 5 MW im Laufe ihrer Lebensdauer von 20 Jahren rund 64 000 t CO Emissionen vermieden wer den Auch der Beitrag zum R
96. asant vorw rts dass man heute sagen kann In wenigen Jahren werden W rme und Strom aus erneuerbaren Energien ihre Startphase ber wunden haben und auch beim Marktpreis die her k mmlichen Energietr ger hinter sich lassen Und viel leicht geht es wieder mal schneller als viele Experten heute erwarten Technische Energieumwandlung Sekund renergie Heizkraftwerk Konversionsanlage W rme Strom Brennstoff Wasserkraftwerk Strom Windenergieanlage Strom Wellenkraftwerk Strom Meeresstr mungskraftwerk Strom W rmepumpen W rme Meeresw rmekraftwerk Strom Photolyse Brennstoff Solarzelle Photovoltaik Kraftwerk Strom W rme Strom Kollektor solarthermisches Kraftwerk Gezeitenkraftwerk Heizwerk Heizkraftwerk W rme Strom Erneuerbare Energien beziehen ihre Kraft vor allem aus der Sonnenstrahlung aber auch aus dem Isotopenzerfall und der Rest w rme der Erdentstehung im Erdinneren sowie der Gravitationskraft zwischen Erde und Mond Eine Energienutzung ist nachhaltig wenn sie eine ausreichende und dauerhafte Verf gbarkeit von geeigneten Energieressourcen sicherstellt und zugleich die negativen Auswirkungen von Energie bereitstellung transport und nutzung begrenzt Die Nachhaltigkeit unserer Energieversorgung Der Begriff nachhaltige Entwicklung pr gt seit etwa zwei Jahrzehnten die Diskussionen wenn es um einen schonenden Umgang mit unserer nat rlichen Umwelt um eine gerechtere Verteilung
97. ategie f r erneuerbare Energien Potenziale erneuerbarer Energien Die l ngerfristige Perspektive Erneuerbare Energien in der Europ ischen Union Erneuerbare Energien global Nord und S d Nutznie er einer gemeinsamen Energiestrategie Die Bedeutung der Entwicklungsl nder Neue Versorgungsstrukturen Systemintegration erneuerbarer Energien Dezentrales Energiemanagement Stromnetze der Zukunft Kraft W rme Kopplung erneuerbare Energien effizient genutzt Eintrittskarte in den W rmemarkt Nahw rme Erneuerbare Energien im Elektro Auto Ein Blick in die Zukunft die Wasserstoffversorgung Windenergie stark im Aufwind Technik der Windenergienutzung Vor der K ste neue Potenziale erschlie en Die Kosten sind kontinuierlich gesunken Natur und Umweltschutz Windenergie in Deutschland Wasserkraft bew hrt und aktuell Turbinen Kraftwerke Potenziale und Kosten kologisch vertr glicher Ausbau und Modernisierung Photovoltaik Sonnenstrom berall Von Milliwatt bis Megawatt Ein dynamischer Markt Neue Technologien f r die Zukunft Anwendungen kologisch zahlt es sich aus o 0 13 15 15 16 17 20 20 22 24 25 29 29 30 31 35 35 42 46 47 49 50 53 53 56 58 58 60 61 62 65 66 68 70 70 72 74 75 75 76 77 78 78 79 8l 82 Solarthermische Kraftwerke Saubere Energie aus dem Sonneng rtel der Erde Parabolrinnenkraftwerke Fresnel Kraftwerke Solarturmkraftw
98. ben Danach liefert jede Betriebsstunde den wertvollen Strom kolo gisch kostenlos Die Solarzellenherstellung ist energe tisch aufw ndiger Heutige Anlagen mit kristallinem Si lizium haben in unseren Breiten energetische Amortisa tionszeiten von einigen Jahren ihre Lebensdauer ist je 22 zur Nutzung erneuerbarer Energien holen also im Laufe ihrer Betriebszeit ein Vielfaches der Energie wieder he rein die zu ihrer Herstellung erforderlich war ganz im Gegensatz zu fossil gefeuerten Anlagen und auch Kern kraftwerken CO Vermeidungskosten Langfristiges Ziel der Klimaschutzpolitik ist es die welt weiten Treibhausgas Emissionen um 80 zu senken Die ses Ziel sollte effizient erreicht werden also zu m glichst geringen Kosten Als Ma f r die Effizienz von Minde rungsma nahmen werden oft die CO Vermeidungskos ten herangezogen das sind die Aufwendungen die durch den Einsatz einer bestimmten Technologie zur Reduk tion von CO Emissionen entstehen Eine wichtige Verein barung zur Berechnung von CO Vermeidungskosten ist die Festlegung eines Bezugs gegen ber dem die jeweili gen Kosten f r die Emissionsminderung ausgewiesen werden Als Bezugsgr e zur Darstellung der CO Ver meidungskosten durch Strom aus erneuerbaren Ener gien werden hier die Stromerzeugungskosten und CO Emissionen neuer fossiler Dampfkraftwerke herangezo gen au erdem wird ein moderater Anstieg der Brenn stoffkosten unterstellt
99. br cken Sonnenkollektoren eignen sich zur Erw rmung von Trinkwasser und zur Aufbereitung von hei em Wasser f r die Heizungsanlage Mehr als 1 2 Millionen Solarthermieanlagen mit elf Millionen Quadratmetern Fl che in Deutschland versorgen Haushalte Wohnsiedlungen Gewerbe und Industriebetriebe mit W rme und K lte Gegen ber fossilen W rme und K lteanlagen sparen sie j hrlich 900 000 Tonnen CO ein Gro es Potenzial liegt in der Speicherung von Solarw rme im Sommer f r den Winter und der Verteilung von hei em Wasser ber Nahw rmenetze Mit Solarthermieanlagen l sst sich auch K lte erzeugen Das lastet die Solaranlagen optimal aus und erlaubt eine klimafreund liche und effiziente K hlung von Geb uden Durch eine sorgf ltige architektonische Geb udeplanung gute D mmung Passivhaus Fenster Geb udeausrichtung kann auch die passive Solarnutzung den Heizw rmebedarf wesentlich senken Flachkollektoren transparente W rmed mmung und Vakuumr hrenkollektoren it Solarkollektoren wird die Strahlung der Sonne in W rme umgesetzt um Wasser f r den t glichen Bedarf zu erw rmen oder Geb ude zu heizen Das Prin zip ist hnlich der Erw rmung eines Gartenschlauchs in der Sonne Nach kurzer Zeit erhitzt sich in seinen Win dungen das Wasser Auch zum K hlen und Entfeuchten der Raumluft kann die W rme eines Sonnenkollektors verwendet werden Einige Verfahren nutzen dabei die K lte die bei der Verdunstung
100. ch rft also das Treibhausgas Doch nicht f r alle Umweltprobleme ist die Umwelt bilanz eindeutig positiv Tabelle kobilanz Biomasse Bei nachwachsenden Rohstoffen haben beispielsweise die Anbauweise der Standort und die D ngung einen gro en Einfluss auf die Schadstoffemissionen Aspekte der umwelt und naturvertr glichen Fl chen und Roh stoffnutzung m ssen darum genauso beachtet werden wie bei den Biokraftstoffen siehe S 113 Der Zielkonflikt zwischen der Schonung der Rohstoff vorr te und des Klimas einerseits und anderen kologi schen Problembereichen andererseits kann nicht allein wissenschaftlich gel st werden Hier m ssen die Ent scheidungstr ger eine Gewichtung vornehmen In der Politik wird dem Klimaschutz derzeit eine besonders gro e Bedeutung zugemessen Hinzu kommt dass durch einen kologisch optimierten extensivierten An bau von Bioenergietr gern mit niedrigem Einsatz von D nge und Pflanzenschutzmitteln durch eine weitge hende Nutzung von Reststoffen und durch weiter verbes serte Nutzungstechnologien dieser Zielkonflikt ent sch rft werden kann Im Jahr 2008 deckten Biokraftstoffe 5 9 des deutschen Kraftstoffbedarfs den gr ten Anteil hat dabei der Biodiesel Der Absatz an Pflanzen l und Biodiesel ist gegen ber 2007 gefallen die Bioethanolproduktion gestiegen Eine Beimischungspflicht verlangt von Mineral lkonzernen gewisse Anteile an Biokraftstoffen im Benzin und Diesel Au erdem
101. ch sinnvolle Alternative zur Wechselstromverbindung Das Infrastrukturplanungsbeschleunigungsgesetz das 2006 in Kraft trat verpflichtet inzwischen die Betreiber der gro en Stromnetze auch die Netzanbindung der Offshoreparks zu bernehmen Damit wird die konzen trierte und effiziente Anbindung der Parks durch weni ge leistungsf hige Trassen m glich Das vermindert auch die Auswirkungen der Trassen auf Natur und Umwelt Gro e Offshore Windparks m ssen als Kraftwerke im nationalen oder internationalen Strom Verbundnetz betrieben werden Schnelle Regelbarkeit der einzelnen Anlagen und des gesamten Parks sehr gute Netzvertr g lichkeit und die F higkeit zur Netzstabilisierung sind essenzielle Anforderungen die zus tzliche technische Ausstattungen bedingen Die optimale Auslegung eines Offshore Windparks ist aufgrund der h heren Kosten f r Gr ndung und Netz anbindung gr er als f r einen Windpark an Land Da der erschwerte Zugang bei St rungen zu l ngeren Stillstandzeiten f hrt muss die Zuverl ssigkeit der An lagen auf See besonders hoch sein Systeme die Fehler fr h erkennen und spezielle Betriebs und Wartungs strategien m ssen eine hohe Zahl der Betriebsstunden im Jahr garantieren Das Potenzial f r die Offshore Windenergienutzung ist betr chtlich Langfristig scheint es heute m glich Wind parks mit einer Leistung von bis zu 25 000 MW vor der deutschen K ste und in der weiter entfernten Aus
102. ch vor zehn Jah ren lag der Anteil bei 3 1 Im W rmemarkt legen die erneuerbaren Energien eben falls zu Der starke Preisanstieg f r Heiz l und Erdgas hat zu einer Renaissance des Holzes beigetragen Heute werden moderne effiziente und umweltfreundliche Holz zentralheizungen angeboten die meist Pellets kleine Presslinge aus Holz und Hackschnitzel einsetzen sie he Kapitel Biomasse als Brennstoff Weil sie sich sehr gut regeln und automatisch mit Brennstoff beschicken lassen bieten sie den Komfort den Nutzer erwarten und von l oder Gasheizungen gewohnt sind Die Erschlie gt Umsatz mit erneuerbaren Energien Wasserkraft 4 8 Biomasse 37 2 Windenergie 20 1 Geothermie 3 8 Solarenergie 33 8 Ums tze insgesamt rd 28 8 Mrd Euro Investitionen rd 13 1 Mrd Euro Betrieb rd 15 7 Mrd Euro Umsatz mit erneuerbaren Energien in Deutschland 2008 30 Bung von Geothermie und Sonnenenergie wird immer popul rer Inzwischen sind in Deutschland ber elf Millionen Quadratmeter Kollektorfl che installiert um Energie f r die Warmwasserbereitung und Heizungs unterst tzung bereitzustellen Auch im Verkehrsbereich stieg der Anteil erneuerbarer Energien am Kraftstoffver brauch rapide von 0 4 im Jahr 2000 auf 5 9 2008 Erneuerbare Energien als Wirtschaftsfaktor Erneuerbare Energien haben sich zu einem bedeuten den Wirtschaftsfaktor mit attraktiven Zuwachsraten ent w
103. chschnittliche j hrliche Sonneneinstrahlung in kWh m In Zukunft sollen die so genannten Stromgestehungskos ten weiter sinken Bis 2012 erwartet die Branche noch einmal eine Halbierung der heutigen Kosten Daf r wird vor allem ein deutlicher Anstieg des Produktionsvolu mens verantwortlich sein Aber auch die Verbesserung der Materialausbeute heute geht ein Gro teil des Halb leitermaterials beim Schneiden der Wafer und anderer Verarbeitungsschritte verloren und eine Steigerung des Wirkungsgrades der fertigen Zellen werden die Kos ten dieser innovativen Technologie weiter senken Neue Technologien f r die Zukunft Inzwischen steht eine gro e Zahl von Halbleitermateria lien f r die Herstellung von Solarzellen zur Verf gung Das wichtigste Element ist nach wie vor das Silizium Es wird in drei Varianten hergestellt Das teure aber sehr reine monokristalline Silizium istin der Herstellung besonders aufw ndig weist 19 Quelle Deutscher Wetterdienst Oben Netzunabh ngige PV Anlagen produzieren Solarstrom ausschlie lich f r den Eigenverbrauch Unten Netzgekoppelte Anlagen speisen den ber sch ssigen Strom in das Stromnetz ein wobei diese Einspeisung zu festen Tarifen verg tet wird aber die besten Wirkungsgrade f r die Umwandlung der Strahlungsenergie auf Monokristalline Silizium Zellen haben einen Wirkungsgrad von 15 bis 18 Polykristallines Silizium l sst sich einfacher schnel ler und damit kosteng
104. ckluftspeicher Optimierte Einbindung erneuerbarer Energien in den Kraftwerkspark nicht nur hocheffizient sondern zugleich auch leichter und schneller regelbar und k nnen damit besser an den fluktuierenden Last und Erzeugungsverlauf angepasst werden Nicht nur die schnelle Regelbarkeit spricht f r die Kom bination von Gaskraftwerken und erneuerbaren Ener gien Auch die geringen Investitionskosten zeichnen die sen Kraftwerkstyp aus Braunkohle oder Kernkraftwerke haben bei geringen Brennstoff und Betriebskosten ver gleichsweise hohe Investitionskosten Daher m ssen sie m glichst rund um die Uhr Grundlastkraftwerke ope Diese Familie in Stutensee bei Karlsruhe nimmt an einem Testversuch teil Ihr Stromtarif der per SMS bermittelt wird variiert t glich je nach Windangebot Stromnachfrage und anderen Randbedingungen 54 rieren um ihre Investitionskosten wieder einzuspielen Moderne Gaskraftwerke hingegen sind so genannte Mit tel bzw Spitzenlastkraftwerke Sie sind auch schon bei niedrigeren Betriebsstunden wirtschaftlich und eignen sich daher technisch und wirtschaftlich gut die Schwan kungen der erneuerbaren Energien auszugleichen Lastmanagement ist die gezielte Beeinflussung der H he und zeitlichen Struktur der Stromnachfrage Wenn der Strom knapp oder die Nachfrage nach Elektrizit t gro sind k nnten bestimmte Gro verbraucher abge schaltet werden Der Stromkunde wird f r seine Flex
105. d Kohlenhydrate enth lt Die Fettanteile in den Ex krementen oder im Bioabfall ergeben h here Methan gehalte die um die 60 liegen Bereits 1948 entstand die erste deutsche Biogasanlage im Odenwald Seitdem hat sich die Verfahrenstechnik stetig verbessert Die Kernkomponenten sind jedoch gleichgeblieben Grafik Biogasanlage In der Auf bereitungsstufe wird die organische Masse zerkleinert und von St rstoffen befreit Das Herzst ck der Anlage ist der Methanreaktor in dem die eigentliche bakterielle Zersetzung stattfindet Je nach Gr e der Anlage kann dieser Reaktor aus Beton Kunststoff oder Stahl gefertigt werden F r landwirtschaftliche Kleinanlagen in Ent wicklungsl ndern werden die Faulr ume oft im Boden versenkt gemauert Das organische Substrat verweilt zwischen zehn und 35 Tagen im Reaktor bevor der G rrest ausgeschleust und beispielsweise als D nge mittel oder Kompost weiterverarbeitet wird Anschlie Bend wird das erzeugte Biogas gegebenenfalls gereinigt und entschwefelt Mit einem Heizwert von circa 6 kWh entspricht ein Kubikmeter Biogas 0 6 Litern Heiz l oder 0 6 m Erdgas In Deutschland wird das im Reaktor entstandene Biogas nahezu ausschlie lich in Blockheizkraftwerken BHKW genutzt Das BHKW deckt zun chst den Eigenbedarf der Anlage an Strom f r R hrwerke und Steuerungen und den Eigenbedarf an W rme f r die Beheizung des Re aktors Das Biogas kann aber auch gereinigt aufbereitet und dann
106. d nu klearen Ressourcen unvermeidbar eintreten werden Erneuerbare Energieanlagen k nnen am Ende ih rer Lebensdauer einfach abgebaut und recycelt wer den Sie sind keine strahlende Altlast wie Atom kraftwerke und hinterlassen keine Kohlegruben Erneuerbare Energien sind vielfach heimische Energietr ger die zur regionalen Wertsch pfung beitragen und Arbeitspl tze sichern Erneuerbare Energien vereinfachen den Zugang gro er Bev lkerungsteile zu Energie beispiels weise durch l ndliche Elektrifizierung in Entwick lungsl ndern und k nnen diesen L ndern Wege aus der Armut weisen Quelle DLR gt Kostenverlauf erneuerbarer und herk mmlicher Energien Spezifische Energiekosten N a 2000 2010 2020 2030 2040 Erneuerbare Energien junge Technologien Technologiefortschritt und Kostendegression gro unbegrenzte gro r umige Verf gbarkeit global einsetzbar nicht missbrauchsf hig nahezu keine Gef hrdungen externe Kosten gering Anlagenherstellung Fossile und nukleare Energien begrenzte Ressourcen regionale Ungleichverteilung Preise l ngerfristig steigend nukleare als Ersatz f r fossile Energien verlangen teure und risikoreiche Systeme Br ter nukleare Energien kaum global einsetzbar Gefahr von Missbrauch und Risiken ist hoch externe Kosten fossile Energien langfristig prohibitiv Klima nukleare Energien potenziell prohibitiv Erneuerbar
107. de Quelle DLR Synergetisches Potenzial EEE Wasserkraft HG Verbundnetz erweitertes Verbundnetz Synergetische Potenziale Europas und Nordafrikas zur gemeinsamen nachhaltigen Entwicklung einer Energieversorgung Mittels eines transkontinentalen Stromverbunds zur gemeinsamen Nutzung der ergiebigsten erneuerbaren Energiequellen dieser Region k nnen diese Potenziale erschlossen werden 50 gt L ndliche Energieversorgung in Entwicklungsl ndern mit erneuerbaren Energien Rund zwei Milliarden Menschen verf gen nicht ber eine Stromversorgung aus Stromnetzen Dort ist auch der Verbrauch nichtkommerzieller Energie also Brenn holz f r Kochzwecke am h chsten Vielen Menschen in diesen L ndern gelingt ein berleben nur dank des zeit aufwendigen k rperlich anstrengenden aber dennoch unproduktiven und kologisch bedenklichen Sammelns von Brennholz Gerade in diesen l ndlichen Regionen von Entwicklungsl ndern kann der Einsatz von erneuer baren Energien einen wichtigen Entwicklungsimpuls lie fern Unterschiedliche Technologien werden zu diesem Zweck weiterentwickelt beispielsweise Verbesserte Holzherde erh hen die Effizienz der Bio masse Verbrennung und tragen zu einer erheblichen Verbesserung der Luftqualit t im Wohnbereich bei Vor sichtige Sch tzungen gehen davon aus dass bis zu zwei Millionen Tote pro Jahr auf die Folgen der Luftver schmutzungen in Innenr umen zur ckzuf hren sind Es sind einfache
108. de Rohstoffe f r die chemische oder pharma zeutische Industrie oder energetisch Bioenergie zur Strom und W rmeproduktion sowie Biokraftstoffe im Verkehrssektor genutzt Beg nstigt durch die konomischen und politischen Rahmenbedingungen ist die Nachfrage nach Bioener gietr gern in den letzten Jahren rapide angestiegen und hat zu einer starken Zunahme des Energiepflanzen anbaus gef hrt Bei der Strom und W rmeproduktion kam es insbeson dere durch das EEG zu einem Biogasanlagen Boom Die neu gebauten Anlagen werden vor allem mit Mais Getreideganzpflanzen und Gras betrieben die nur f r den Einsatz in Biogasanlagen angebaut werden Auch die Ganzpflanzennutzung von Stauden oder mehrj hri 26 gen Geh lzen in Feuerungsanlagen scheint langsam Fu zu fassen Da die Rest und Abfallstoffe selbst wenn ihr Potenzial vollst ndig erschlossen w rde den Bedarf in Deutschland nicht decken k nnen ist auch f r die Bio energieproduktion mit einer weiteren Ausweitung der Anbaufl chen zu rechnen Unter Naturschutzaspekten stellen sich zwei Fragen Wie ist dieser boomende Non Food Biomasseanbau aus Na turschutzsicht zu bewerten und wie ist der notwendige Fl chenbedarf in Konkurrenz zu anderen Zielen der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie die ebenfalls Fl che ben tigen zu sehen Die starke Zunahme des Energiepflanzenanbaus der letzten Jahre hatte zwar positive Folgen f r das Klima aber auch negative Auswirkungen auf
109. den in den letzten Jahren unternommen um auch die durch den Klimawandel verursachten Sch den abzusch tzen Dies zeigt eindr ck lich welche Sch den durch den Klimawandel auf uns zukommen Die Unsicherheiten bei der Bestimmung der Schadenskosten durch den Treibhauseffekt sind jedoch besonderes gro und lassen bis heute eine zuverl ssige monet re Bewertung der zum Teil unbekannten Folgen nicht zu Die Werte spannen eine Bandbreite von meh reren Gr enordnungen auf Es zeichnet sich ab dass nach heutigem Wissen Werte um 70 Euro pro Tonne gt Externe Kosten der Energiesysteme ct kWh CO eine plausible Gr enordnung f r die Schadens kosten des Klimawandels sein d rften Da die Folgen des Klimawandels noch nicht vollst ndig verstanden wer den k nnen die Kosten aber auch deutlich h her sein Die Internalisierung der Sch den verteuert die Kosten fossiler Energietr ger erheblich Die Berechnung exter ner Kosten der Atomenergienutzung ist vor allem wegen der umstrittenen Bewertung gro er Unf lle und der extrem langen Belastung durch radioaktive Abf lle schwierig und f hrt je nach Annahmen zu sehr unter schiedlichen Ergebnissen Im Gegensatz dazu entstehen bei den erneuerbaren Energietr gern nur Umweltsch den durch die geringen Emissionen aus dem Fertigungsprozess der Anlagen Die externen Kosten sind dabei f r Photovoltaik mit 0 8 Cent kWh am h chsten werden aber durch eine Verbesserung der Technologie u
110. den nach der Art des verwendeten Elektrolyten und der Betriebstemperatur unterschieden Die verschiedenen Brennstoffzellensysteme werden f r sehr unterschiedliche Bereiche entwickelt Membran Brennstoffzellen f r portable und station re Stromver sorgung und f r wasserstoffbetriebene Elektrofahrzeu ge dezentrale Stromerzeugungsaggregate und Kraft W rme Kopplung im Bereich bis zu einigen hundert kW elektrischer Leistung und Hochtemperatur Brennstoff zellen im MW Bereich zur effizienten Stromerzeugung Solange noch kein Wasserstoff zur Verf gung steht kann auch Erdgas oder Biogas verwendet werden Daf r m ssen diese Gase zun chst zu einem wasserstoffrei chen Brenngas reformiert werden bevor sie in der Brennstoffzelle mit Luftsauerstoff direkt in Strom um gewandelt werden Brennstoffzellen sind derzeit als Pilot und Demonstra tionsanlagen und teilweise in meist noch nicht wirt schaftlichen Kleinserien verf gbar Intensive Entwick lungen laufen in der Automobilindustrie um Brenn stoffzellen als emissionsfreie Antriebsaggregate in Ver bindung mit Elektromotoren f r Fahrzeuge serienreif zu machen Voraussetzung ist jedoch dass die volumen und gewichtsbezogenen Leistungsdichten noch weiter gesteigert werden und die Herstellungskosten um etwa eine bis zwei Gr enordnungen gesenkt werden k n nen Anzustrebende Zielwerte sind f r Hausenergie systeme mindestens 1 500 Euro kW f r Blockheizkraft werke 1 000 Euro k
111. der Kommune auf dem Weg zur 100 Erneuerba ren Stadt mitzunehmen Etwa als es um den Bau der ersten Windkraftanlagen ging Bedenken hinsichtlich einer Verspargelung der Landschaft wurden durch ausreichende Abst nde von den Wohnh usern und den Ausweis zweier Vorranggebiete im Regionalplan ber ck sichtigt au erhalb der nun keine weiteren Windkraft anlagen mehr genehmigt werden d rfen Die Finanzierung f r das ambitionierte Vorhaben kommt berwiegend aus der Region und bleibt in der Region Von den Ertr gen der Solaranlage auf dem Dach des Kindergartens konnten neue Spielger te gekauft wer den Damit k nnen wir auch unseren Kleinsten spie lend verst ndlich machen dass sich der Einsatz f r die Erneuerbaren Energien und damit den Klimaschutz lohnt meint B rgermeister Klug http www kommunal erneuerbar de http www trendelburg de Bei der Kraft W rme Kopplung macht man aus der Not eine Tugend und nutzt auch die Abw rme der Strom erzeugung um H user zu heizen Schwimmb der zu erw rmen oder industrielle Prozessw rme bereitzustel len Im Prinzip kann man jedes Kraftwerk in ein Heiz Kraftwerk umwandeln Besonders geeignet sind daf r aber dezentrale kleinere Kraftwerke Denn dann muss die W rme nicht so weit transportiert werden In Deutschland werden derzeit 14 des Strombedarfs mit Kraft W rme Kopplung gedeckt In D nemark sind es ber 50 Ein Gro teil davon stammt aus gro en Kraf
112. des Energiereport IV 100 14 2 50 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 E Wasser EEE EEE Wind onshore Photovoltaik BEE Geothermie 30 4 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 Biomasse E Wind offshore E Europ ischer Verbund Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien nach der Leitstudie 2008 bis 2030 im Vergleich zu lteren Szenarien 43 gegen ber dem Niveau des Jahres 1990 erreicht werden Diesen Empfehlungen nationaler und internationaler Experten tr gt die Nachhaltigkeitsstrategie der Bundes regierung Rechnung Um das Ziel erreichen zu k nnen muss neben die S ule Gesteigerte Effizienz bei der Um wandlung und Nutzung von Energie in gleichem Ma e die S ule Erneuerbare Energien treten Das Ziel der Bundesregierung lautet Bis Mitte des Jahrhunderts sol len erneuerbare Energien rund die H lfte des Energie verbrauchs decken Orientiert man ein Szenario an diesem Ziel so m ssen erneuerbare Energien und Energieeffizienz und Einspa rung weiter an Bedeutung gewinnen Mit der Leitstudie 2008 hat das Bundesumweltministerium dazu die der zeit aktuellste Untersuchung vorgelegt Im Leitszenario 2008 wird gezeigt wie es m glich ist den Prim rener gieverbrauch deutlicher zu senken als bei der unter den derzeitigen Rahmenbedingungen absehbaren Entwick lung Das Leitszenario geht von zwei Pr missen aus E
113. die Achse vertikal gelagert ist Die Laufradfl gel und der so genannte Leitapparat sind verstellbar und k nnen optimal an die Str mungsver h ltnisse angepasst werden Das Wasser str mt entlang der Achse durch das Laufrad Eine Sonderform der Kap lanturbine ist die Rohrturbine bei der die Drehachse horizontal gelagert ist Kaplan und Rohrturbinen wer den bei geringen Fallh hen und gro en Volumen str men eingesetzt und sind gut f r schwankende Was sermengen geeignet Bei den gro en Laufwasserkraft werken in Deutschland mit geringen Fallh hen von sechs bis 15 Metern sind sie die h ufigste Turbinenart Die konventionelle Francisturbine ist eine der ltesten Turbinenarten und wird nach wie vor haupts chlich im Quelle Universit t Stuttgart gt Wasserkraftpotenziale Gesamtes Wasserkraftpotenzial 25 5 TWh a Wasserkraftpotenziale in der Bundesrepublik Deutschland Pr fung einer im Bau befindlichen Turbinenanlage Durch dieses Schneckenrohr dr ckt das Wasser sp ter auf die Turbinenschaufeln Bereich der Kleinwasserkraftwerke angewendet Typisch ist das schneckenf rmige Geh use Sie wird bei geringen Fallh hen und mittleren Wassermengen eingesetzt Bei dieser Turbine ist nur der Leitapparat verstellbar Das Wasser str mt radial in das Laufrad hinein und verl sst es entlang der Drehachse Die Peltonturbine ist f r gro e Fallh hen und kleine Wassermengen geeignet Das Wasser wird hinter einer Druckleitu
114. dstrom erzeugt wertvolle erneuerbare Elektrizit t geht verloren Zun chst sollten daher Biomasse Anlagen zur Regelung herangezogen werden die bedarfsgerecht steuerbar sind Die Strom erzeugung aus erneuerbaren Energien wird zuk nftig st rker integriert erfolgen So lassen sich Biomasse und teilweise auch Wasserkraftwerke nach den Bed rfnissen des Strommarktes steuern Und mit dem speicherbaren Biogas steht ein Energietr ger zur Verf gung der im Prinzip genauso flexibel ist wie Erdgas 56 Seit drei ig Jahren erzeugt dieses Druckluft Speicherkraftwerk in Huntorf Strom Langfristig werden weitere Ma nahmen das Gesamt energiesystem verbessern Mit einer Umstrukturierung des Regelenergiemarktes k nnte eine deutschlandweite Koordinierung zur Nutzung der Ausgleichseffekte in den derzeit vier verschiedenen Regelzonen zu einer Senkung des Regelenergiebedarfs f hren Auch ein Stromtransfer ber die deutschen Grenzen hinweg wird die Ausgleichs effekte zwischen Nord und S d West und Ost erh hen Der Import von Solarstrom aus s dlichen L ndern w r de die Gleichm igkeit der erneuerbaren Stromproduk tion weiter steigern siehe S 50 Die Bundesregierung hat bereits eine Vielzahl an Ma nahmen ergriffen und plant weitere Vorschl ge um das Energiesystem f r sehr hohe Anteile erneuerbarer Ener gien fit zu machen siehe Bericht Verbesserung der Systemintegration der erneuerbaren Energien im Strom bereich Download
115. dung durch die erneuerbaren Energien lag in Deutschland im Jahr 2008 bei rund 109 Mio Tonnen anlagen zu errichten zu betreiben und nach ihrer Nut zung auch wieder zu demontieren also den gesamten Lebenszyklus der Energieanlagen Die Treibhausgas Emissionen die mit dem Lebenszyklus verbunden sind liegen f r die Techniken zur Nutzung erneuerbarer Energien sieht man von der Photovoltaik ab deutlich unter 100 Gramm pro bereitgestellter Kilowattstunde Nutzenergie siehe Grafik Treibhausgas Emissionen in der Strom und W rmeerzeugung Beim Einsatz von Biomasse in Heizkesseln Dampfturbinen oder Blockheiz kraftwerken schwanken die Werte je nach Anbau und Ernte des Holzes zwischen 20 und 75 g kWh Nutzener gie Gas und lkessel oder Kohlekraftwerke liegen im Vergleich dazu um etwa den Faktor Zehn h her Lediglich fossile Kraftwerke die das entstehende Kohlen dioxid auffangen und in geeigneten Speichern entsor gen kommen auf niedrigere Werte Die Ausr stung mo derner Kraftwerke mit CO Abtrennung und Speiche rung dies wird auch als Carbon Capture and Storage bezeichnet erh ht allerdings die Kosten der Kraft werke Die Abtrennung ist au erdem mit einem erheb lichen Energiebedarf verbunden Der Wirkungsgrad sinkt die Stromkosten aus solchen Kraftwerken steigen signifikant an Bei der Auswahl der geeigneten CO Speicher beispielsweise ausgediente Gasfelder oder tiefe Grundwasserseen muss au erdem eine maximal
116. e 5 58 Die Potenziale zur Energieeinsparung sind betr chtlich Analysen gehen von bis zu 50 des derzeitigen Energie verbrauchs aus ohne dass an Energiedienstleistungen Abstriche gemacht werden m ssten Ein gro er Anteil w re durch eine beschleunigte energetische Moderni sierung von Altbauten ein weiterer betr chtlicher An teil durch die rasche Einf hrung sparsamerer Fahrzeuge mobilisierbar Aber auch in anderen Bereichen wie den elektrischen Haushaltsger ten und der Industrie sind noch erhebliche Einsparungen m glich In der Summe wird eine Reduktion der Energieintensit t um 3 pro Jahr ber einen l ngeren Zeitraum f r m glich gehal ten Damit k nnte der Energieverbrauch auch bei einem vergleichbaren Wirtschaftswachstum wie in der Vergangenheit absolut zur ckgehen Moderne und effiziente Technologien die hier zum Ein satz kommen w ren auch ein hervorragendes Export gut in Volkswirtschaften mit hohem Nachholbedarf an Energiedienstleistungen etwa China Indien oder die USA So k nnte Deutschland eine Vorreiterrolle wie bei den erneuerbaren Energien einnehmen und davon in einigen Jahren auch wirtschaftlich profitieren len Kraftwerke im Leitszenario auf insgesamt 17 GW wachsen Im Jahr 2050 ist praktisch der gesamte Kraftwerkspark erneuert Den gr ten Teil der installierten Leistung tra gen dann Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien bei Durch die verschiedenen Ma nahmen reduzieren sich die C
117. e nutzung an Land Die von den Landkreisen ausgewiese Rotorblattfertigung f r Windenergieanlagen in Magdeburg Vorbereitung f r den Transport zur Montagestelle 12 gt MWindenergieleistung und Stromertrag Leistung in MW 3 500 2 000 1 500 1 000 500 Jahr 8 89 90 9 2 93 94 9 J hrlich installierte Leistung in MW Windenergie in Deutschland eine st rmische Entwicklung nen Eignungsgebiete sind mittlerweile bebaut Hinzu kommen neue Abstandsempfehlungen zur Wohnbebau ung sowie H henbegrenzungen welche die Umsetzung neuer Anlagen erschweren Aktuell ist zu erkennen dass L nder und Kommunen insbesondere in Niedersachsen Schleswig Holstein und Brandenburg den weiteren Aus bau der Windenergie mit neuen Fl chenausweisungen unterst tzen Zuk nftig wird der Zubau an Windener gieleistung verst rkt durch Repowering dem Ersatz technisch veralteter Anlagen durch moderne leistungs f higere getragen werden Obwohl die Geschwindigkeit des Windenergieausbaus seit 2003 zur ckgegangen ist stehen bisher in keinem Land der Erde mehr Windenergieanlagen als in Deutsch land siehe Grafik Installierte Windenergieleistung Knapp die H lfte der insgesamt installierten Leistung findet sich dabei in den windreichen K stenl ndern So kann Schleswig Holstein heute schon rund ein Drittel seines Strombedarfs aus Windenergieanlagen decken Doch die Technikentwicklung macht die Windenergie auch im Binnenla
118. e Dich tigkeit gew hrleistet sein eine zu hohe Leckage des eingespeicherten CO w rde die langfristige Klima schutzwirkung von CCS konterkarieren Beim Einsatz von Biogas aus nachwachsenden Rohstof fen zur Strom und W rmebereitstellung betragen die mit dem Lebenszyklus verbundenen Treibhausgas Emis sionen zwischen 20 und 200 g kWh je nachdem wie gut die W rme tats chlich genutzt wird Der niedrige Wert ergibt sich bei einer fast vollst ndigen W rmenut zung der hohe wenn blo 20 eingesetzt werden k n nen Au erdem werden diese Werte nur erreicht wenn die Biogasanlagen dem Stand der Technik entsprechen Ist dies nicht der Fall k nnen die Treibhausgas Emissio nen bis zu 360 g kWh betragen Die Treibhausgas Emissionen fossiler Stromerzeugung sind dagegen deut lich h her und liegen bei einem modernen Steinkohle kraftwerk ber 800 g kWh Biogasanlagen die tierische Exkremente nutzen bringen sogar zus tzlich zur Strom und W rmeerzeugung einen Klimanutzen weil sie durch die Nutzung des Biogases Methanemissionen ver meiden die ansonsten bei der Lagerung der G lle ent standen w ren Daher weisen sie in der Abbildung Treibhausgas Emissionen in der Strom und W rme erzeugung negative Emissionen auf Das Beispiel der Photovoltaik zeigt zugleich wie wichtig es ist nicht nur den heutigen Stand sondern auch die Entwicklungspotenziale der Technologien zu analysie ren W hrend die Herstellung der Phot
119. e Energien ME Fossile und nukleare Energien Externe Kosten Erneuerbare Energiequellen liefern auf Dauer die kosteng nstigste Energie gt Externe Kosten Wie man Energiekosten richtig bestimmt Die durch Energiewandlung und nutzung verursachten Sch den k nnen unter Umst nden zu erheblichen volks wirtschaftlichen Kosten f hren Da diese Kosten nicht vom Verursacher getragen werden und sich auch nicht in den Marktpreisen f r Strom W rme und Kraftstoffe widerspiegeln werden sie als externe Kosten bezeich net Solche externen Effekte f hren in der Sprache der konomen zu einer nicht optimalen Zuteilung Allo kation knapper Ressourcen und die Umwelt wird ber das optimale Ma hinaus in Anspruch genommen Eine einfache L sung w re die Internalisierung also die bertragung aller relevanten Folgekosten auf den Verursacher Dies kann durch Umweltsteuern Abgaben handelbare Emissionsrechte oder hnliche Instrumente erreicht werden Problematisch ist dabei die genaue Erfassung der Umweltsch den und deren konomische Bewertung Trotz zum Teil erheblicher Unsicherheiten ist es mit wissenschaftlichen Modellen m glich die Aus wirkungen von Luftschadstoffen auf Materialien die Wirkungen auf die menschliche Gesundheit von leich ten Atemwegssymptomen bis hin zu einem erh hten Sterblichkeitsrisiko oder die Versauerung und berd n gung von kosystemen quantitativ abzusch tzen Gro e Anstrengungen wur
120. e deut lich effizientere Energienutzung aller Energietr ger und die Substitution endlicher Energieressourcen durch erneuerbare Energien sind zwei Seiten einer Medaille Parallel dazu sollte auch ein Bewusstseins und Werte wandel stattfinden der weg vom stetig wachsenden G terkonsum und hin zu einem qualitativen Wachstum der Bed rfnisbefriedigung f hrt und die Sensibilit t f r die Umwelt sch rft Eine derartige Ver nderung wird aber wenn berhaupt nur ber l ngere Zeitr ume gr Bere Teile der Bev lkerung erfassen Vor allem die fort schreitende Globalisierung auch des Konsumverhaltens und die starke Ausrichtung auf sehr kurzfristige wirt schaftliche Erfolge statt auf vorsorgeorientierte l nger fristig angelegte Reformen stehen solchen Tendenzen im Wege Es sind noch eine Vielzahl von sozialen In novationen notwendig damit ein bewussterer Umgang mit den nat rlichen Ressourcen zur Selbstverst ndlich keit wird Innovationsmotor erneuerbare Energien ber die H he k nftig m glicher Effizienzsteigerungen und die Bedeutung der CO R ckhaltung bei fossilen Kraftwerken wird noch gestritten Klar ist dass eine deutliche Steigerung des Beitrags erneuerbarer Ener gien unverzichtbar ist um auf einen nachhaltigen Ener giepfad einzuschwenken Die erneuerbaren Energien sind somit verl ssliche Garanten f r eine zukunftsf hige Energieversorgung ber Jahrtausende hat der Mensch ausschlie lich diese erneuerbare
121. e und Warmwasser von 60 erreichen 91 Montage einer Kollektoranlage zur Warmwasserbereitung In Neckarsulm wird die W rme gespeichert in dem der vorhandene Lehmboden mit Erdsonden aufgew rmt wird und so als billiges Speichermedium dient Andere Projekte speisen das warme Wasser im Sommer in unter irdische wasserf hrende Schichten Aquifere ein nut zen Sch ttungen aus grobk rnigem Kies und Wasser oder teilweise ins Erdreich versenkte wassergef llte Be tonbeh lter Jedes dieser Speicherkonzepte hat seine Vor und Nachteile Eine erfolgreiche Entwicklung kos teng nstiger Langzeitspeicher wird der Solarenergie An wendungstelder erschlie en die weit ber die heute noch vorherrschende sommerliche Brauchwassererw r mung hinausgehen Technische Trends Solarkollektoranlagen garantieren heute einen zuverl s sigen Betrieb ber 20 Jahre Zuletzt gab es weitere Ver besserungen der Technik durch den Einsatz neuer selek gt Installierte Kollektorfl che J hrlich installierte Kollektorfl che 1 000 m 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 EEE Vakuumkollektoren E 1999 2000 2001 Flachkollektoren Die thermische Solaranlage auf dem Dach versorgt zwei 800 Liter Warm wasserspeicher im Keller tiver Schichten auf der Absorberoberfl che welche die Abstrahlung verringert und damit den Wirkungsgrad erh ht Zudem sind diese Schichten umweltfreundlicher als die bisher eingesetzten galvanischen Ob
122. e und Wasser Diese ver ale Symbiose zwischen Strom und Wasserstoff m g lockende Vision einer ganz neuen Versorgungsinfra lich gt Prinzipien der Wasserstofferzeugung en Biomasse Regenerativer Strom H 0 gt TI 0 T H 0 Strom W rme Kraftstoff Kraftstoff Fluktuationsausgleich Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbaren und ersch pflichen Prim renergiequellen 62 Tey i A i i je 1 ln na Bu hr Pi u ni di m F k gt E EA e ki Fin Mit diesem Elektrolyseur wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespaltet Woher soll der Wasserstoff kommen ber die Umwelt vertr glichkeit entscheiden der Prozess und die Rohstof fe aus denen Wasserstoff gewonnen wird Nutzen und Sinnhaftigkeit einer Wasserstoffwirtschaft h ngen in erster Linie davon ab woher der Wasserstoff kommt Dessen kosteng nstige und umweltfreundliche Herstellung ist das Schl sselproblem Zwar ist Wasser stoff im Universum das h ufigste Element und nicht zu letzt der Brennstoff unserer Sonne Da er jedoch sehr reaktionsfreudig ist gibt es ihn auf der Erde nur in reagierter also gebundener Form in Wasser in Koh lehydraten in Biomasse oder Erdgas Wasserstoff muss also unter Einsatz von Energie zun chst abgetrennt wer den Damit ist Wasserstoff nur so sauber wie der Prozess mit dem er hergestellt wird Grunds tzlich werden hier bei
123. e verschiedenen Auswirkungen des EEG auf Umwelt Arbeitspl tze und Strompreise lassen sich nicht in einer Zahl zusammenfassen Doch es wird sehr deutlich dass es viel zu kurz greift die Auswirkungen des EEG etwa auf den einen Cent je Kilowattstunde Mehrkosten zu sammenzufassen die durch das Gesetz den Betrieben und Privatkunden auf der Stromrechnung entstehen W rme Zum 1 1 2009 ist ein neues Gesetz in Kraft getreten das Erneuerbare Energien W rmegesetz Es verpflichtet Eigent mer von Neubauten ihren W rmebedarf anteilig mit erneuerbaren Energien zu decken Diese Nutzungs pflicht gilt f r alle Eigent mer Privatpersonen Unter nehmen oder staatliche Einrichtungen auch wenn die Immobilie vermietet wird Mit welchen erneuerbaren Energien diese Pflicht erf llt wird ist den Eigent mern berlassen Wer keine erneuerbaren Energien einsetzen will kann andere klimaschonende Ma nahmen ergrei fen Eigent mer k nnen ihr Haus st rker d mmen W r me aus Fernw rmenetzen beziehen oder W rme aus der so genannten Kraft W rme Kopplung KWK nutzen Gleichzeitig werden Heizungen die erneuerbare Ener gietr ger nutzen im Marktanreizprogramm zus tzlich gef rdert Altbauten die nicht der Nutzungspflicht un terliegen erhalten in der Regel eine h here F rderung Das Marktanreizprogramm stellt jedes Jahr rund 400 Millionen Euro zur Verf gung Es ist damit das gr te Programm seiner Artin Europa Bis heute wur den ber
124. e wieder zu beleben Aber erst die lkrisen der siebziger Jahre und das verst rkte Umweltbewusst sein seit den achtziger Jahren haben der Windenergie nutzung in j ngerer Zeit zur Wiedergeburt verholfen Moderne Windenergieanlagen nutzen das Auftriebs prinzip anstatt des Widerstandsprinzips Dem Wind wird also nicht ein Widerstand entgegengesetzt son dern der Wind erzeugt beim Vorbeistr men an den Fl geln einen Auftrieb hnlich wie beim Flugzeug Dieser Auftrieb versetzt den Fl gel in Rotation Kann mit dem Widerstandsprinzipdem Wind maximal 12 der Ener gie entzogen werden so sind es beim Auftrieb immer hin 59 Im besten Fall erreichen moderne Wind energieanlagen heute schon einen Wirkungsgrad von 50 damit sind sie also schon sehr nahe an der maxi mal m glichen Energieausbeute angelangt Man kann in Abh ngigkeit von der Windgeschwindig keit vier unterschiedliche Betriebsphasen einer Wind energieanlage unterscheiden Weht der Wind zu schwach so reicht die in ihm enthaltene Energie nicht aus die Reibungs und Tr gheitsmomente der Anlage zu ber 65 Generatorenproduktion und winden die Anlage steht still Ab einer gewissen Wind geschwindigkeit je nach Anlagentyp bei rund 3 m s beginnt die Anlage zu arbeiten Dabei nimmt die Leis tung mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zu Eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit veracht facht also die Leistung Steigt nun die Windgeschwin digkeit
125. e zur Klimatisierung und damit Steigerung des Wohnkomforts zu nutzen stellt eine viel versprechende Zukunftsanwendung dar 94 Im Leuchtturmprojekt Solare Nahw rmeversorgung mit Langzeitspeicher der Stadtwerke Crailsheim wurden insgesamt 5 000 m Kollektorfl che auf einem kologischen L rmschutzwall installiert In den meisten F llen muss der Betreiber einer solar unterst tzten Klimaanlage gegenw rtig noch draufzah len Betrachtet man alle anfallenden Kosten ist die sola re Variante momentan etwa 10 bis 40 teurer als eine konventionelle Anlage Doch bei solar unterst tzten Klimaanlagen gibt es ein gro es Potenzial f r techni sche Verbesserungen und Kostensenkungen Dies hat sich bei den bisher umgesetzten gr eren und noch nicht f r den Einzelhaushalt ausgelegten Anlagen ge zeigt Vor allem bei der komplexen aufeinander abge stimmten Steuerung von Sonnenkollektor und K lte anlage bestehen gro e Verbesserungschancen Damit k nnte die solare K hlung in den n chsten Jahren auch bei kleineren H usern oder Dachgeschossen eine gr e re Verbreitung erlangen Der gr te Teil des Marktes wird dabei jedoch nicht in Deutschland sondern in s dlichen sonnenreichen L ndern mit hohem Klimatisierungsbedarf liegen Perspektiven Langfristig kann solare W rme in erheblichem Ma e zu einer nachhaltigen Energieversorgung Deutschlands bei tragen Auf den D chern von Geb uden ist Platz f r 800 km Kollektore
126. ebauten Bioenergie tr gern k nnen sich weitere Umweltwirkungen erge ben Ein N hrstoffeintrag in Grund und Oberfl chen gew sser eine Belastung durch Pestizide und ein R ck gang der Tier und Pflanzenvielfalt siehe Kapitel Bio kraftstoffe Bez glich der Bodenerosion weisen mehr j hrige Pflanzen aufgrund der ganzj hrigen Boden bedeckung ein deutlich geringeres Austrags und Aus waschpotenzial auf als einj hrige Pflanzen Mehrj hrige Kulturen weisen auch deutlich geringere pestizidbeding te Umweltsch den auf denn hier werden deutlich weni ger Pestizide eingesetzt als bei den einj hrigen Kulturen wie Raps und Zuckerr be Das Risiko einer Belastung durch Pestizide kann in der Praxis sogar dann ausge schlossen werden wenn die Energiepflanzen nach ko landbaurichtlinie produziert werden Erneuerbare Energien und Naturschutz Durch die klimasch tzende Wirkung der erneuerbaren Energien haben diese zun chst sehr positive Wirkungen auf den Naturschutz Da der Klimawandel massive nega tive Auswirkungen auf die Artenvielfalt hat z B ein drastischer R ckgang der Arten sind klimasch tzende Ma nahmen grunds tzlich positiv zu sehen Sie d rfen aber keine anderen unangemessenen negativen Aus wirkungen auf Natur und Umwelt haben Darauf ist beim weiteren Ausbau der EE streng zu achten Nur wenn die erneuerbaren Energien auch die Belange des Naturschutzes ber cksichtigen finden sie eine brei te Akzeptanz
127. ebsstranges die vor allem innerorts zu einer deutlichen Verbrauchsreduzierung f hrt Die bekannten Hybrid Fahrzeuge setzen dabei noch auf einen konventionellen Verbrennungsmotor als Energiequelle teilweise kann der Elektromotor das Fahrzeug allerdings auch bereits selbst ndig antreiben Die geringe Batteriekapazit t erm glicht jedoch nur kurze Strecken Durch eine weitere Vergr erung der Batterie bietet sich die M glichkeit diese ber das exter ne Stromnetz zu laden und auch gr ere Strecken rein elektrisch also mit Strom aus der Steckdose zur ck zulegen Solche Fahrzeuge werden derzeit unter dem Begriff Plug In Hybrid diskutiert bei reinen Elek trofahrzeugen geht man noch einen Schritt weiter Sie verf gen nur noch ber einen elektromotorischen Antrieb mit entsprechend leistungsf higer Batterie Die Elektrifizierung des Antriebsstranges in Form von Plug In Hybriden und Elektrofahrzeugen erlaubt erst mals auf breiter Ebene die Verwendung von extern erzeugtem elektrischem Strom im Stra enverkehr Dies bewirkt eine erhebliche Verbreiterung der Energiebasis im Stra enverkehr die heute nahezu vollst ndig von fos silen Energietr gern abh ngig ist F r Elektrofahrzeuge st nde ein berall erh ltlicher und quasi genormter Energietr ger zur Verf gung der zahlreiche neue Ener giequellen f r den Verkehrsbereich nutzbar machen kann Hierzu geh ren auch die erneuerbaren Energien wie Windkraft Wasserk
128. edeutend gr er als im Strom und Kraftstoff bereich Mit dem Erneuerbare Energien W rmegesetz gt M gliche Entwicklung der Stromerzeugung Regenerative Stromerzeugung TWh a Derzeit wird weniger als ein Zehntel des lang fristig realisierbaren Potenzials an erneuerbaren Energien in Deutschland genutzt und dem im Mittelvolumen deutlich aufgestockten Marktanreizprogramm ist ein Ausbau auf 14 bis 2020 und auf knapp 50 bis 2050 realistisch Im Sinne einer Gesamtstrategie sind parallel zus tzliche Ma nahmen im Bereich der W rmed mmung und bei der W rme versorgung mit Nahw rmenetzen und der Ausbau der Kraft W rme Kopplung erforderlich Erneuerbare Energien decken also zunehmend den Energiebedarf in Deutschland L sst sich die beschriebe ne Wachstumsdynamik in den einzelnen Segmenten aufrechterhalten so ist ein Anteil von ber 18 am Endenergiebedarf entsprechend dem europ ischen Ausbauziel im Jahr 2020 erreichbar Die angestrebte Steigerung der erneuerbaren Energien bis 2020 wird sich deutlich auf die Emissionsbilanz Deutschlands aus wirken Bereits 2008 hat ihr Einsatz rund 109 Mio Ton nen Kohlendioxid vermieden siehe S 20 bis zum Jahr 2020 wird es knapp das Doppelte sein Bis zur Mitte die sen Jahrhunderts sollte jedoch eine Reduktion des ge samten energiebedingten CO Aussto es um 80 bis 95 Quelle DLR 30 50 Szenario des Energiegipfels EE Szenario des Energiegipfels KV Szenario
129. edu ziert Die Verg rung der G lle hat einen mehrfachen Klima nutzen Die vergorene G lle emittiert weniger Methan ein hochpotentes Treibhausgas bei der Lagerung als die unvergorene Strom und W rme aus Biogasanlagen vermeiden zudem die Verbrennung fossiler Energie tr ger Heute werden in Biogasanlagen vor allem tierische Ex kremente und nachwachsende Rohstoffe insbesondere Mais aber auch Grassilage und Getreide sowie Bioab f lle eingesetzt Kosten Die Vielf ltigkeit der biogenen Einsatzstoffe spiegelt sich auch in den Kosten der Energiebereitstellung wider Aus schlaggebend f r die Wirtschaftlichkeit der Anlagen sind in der Regel die Bereitstellungskosten des Brenn stoffs Diese Kosten k nnen negativ sein wenn zum Beispiel Landwirte oder Lebensmittelfabriken Deponie kosten oder Kosten f r die Entsorgung von Reststoffen vermeiden Dann kann der Anlagenbetreiber f r die Annahme der Reststoffe eine Geb hr verlangen Die Be schaffungskosten k nnen aber auch hoch sein sie errei chen beim Einkauf von Getreide Ganzpflanzen bis zu 160 Euro je Tonne Gestiegene Weltmarktpreise f r Getreide und Preissteigerungen bei den landwirtschaft lichen Rohstoffen haben auch die Einsatzstoffe f r Bio gasanlagen verteuert Viele Biogasanlagen werden heu te sowohl mit Reststoffen als auch landwirtschaftlichen Rohstoffen betrieben Die biogene W rmebereitstellung kann unter g nstigen Rahmenbedingungen niedrigere W
130. eist aus S ge oder Hobel gt Biomassefeuerung F llstandgrenzhalter mechanische Beschickung Unterwind Nassentschlacker sp nen Sie k nnen genau wie Heiz l im Tankwagen angeliefert oder in S cken gekauft werden Pellets k n nen in Kamin fen genauso wie in gro en vollautomati schen und emissionsarmen Zentralheizungen verfeuert werden Mit F rderschnecken oder Saugvorrichtungen werden die Pellets automatisch aus einem Speicher beh lter geholt und in die Brennkammer eingebracht Der notwendige Lagerraum f r den Brennstoff ist bei Pellets kaum gr er als bei einer lzentralheizung W rmeerzeugung ist aber nicht nur auf Kleinanlagen begrenzt Mit Holzfeuerungen k nnen auch Nah und Fernw rmenetze mit W rme versorgt werden siehe S 60 In sterreich das seit langem Biomasse systema tisch f rdert gibt es viele hundert mit Biomasse befeuer te Fernheizwerke In diesen gr eren Feuerungen lohnt auch ein h herer technischer Optimierungsaufwand Verbessert wurden die heutigen modernen Feuerungen sowohl im Bereich der Wirkungsgrade wie auch der Emissionen Die Wirkungsgrade lassen sich durch die Kondensation der Rauchgase dabei wird die Energie der Umwandlung von Wasserdampf in fl ssiges Wasser genutzt und durch die Vortrocknung der Biomasse erheblich steigern Die Abgaswerte werden durch einen kontinuierlichen Verbrennungsvorgang und durch eine effiziente Staubabscheidung verbessert Gerade bei de
131. eit ein Szenario mit sehr dynamisch wachsender Weltwirtschaft entwickelt Der darin unterstellten Versechsfachung des Weltbrutto sozialprodukts bis 2050 steht eine j hrliche Abnahme der Energieintensit t von 1 5 pro Jahr gegen ber so dass sich der Prim renergiebedarf hnlich wie in anderen Szenarien mit deutlichem Wachstum knapp verdreifacht Die zentrale Bedeutung der erneuerbaren Energien zeigt sich daran dass sie 2050 den gr ten Beitrag zur Energiebedarfsdeckung bereitstellen Was passiert wenn die Regierungen dieser Welt in der Energiepolitik nicht gr ndlich umsteuern beschreibt aktuell eine der wichtigsten Energieprognosen der Welt der World Energy Outlook 2008 der Internationalen Energieagentur www iea org In einem Referenzszena rio mit einer Politik des Weiter So prognostiziert der Be richt bis 2030 eine Zunahme des weltweiten Prim r energieverbrauchs von 45 Prozent also einem j hr lichen Wachstum um 1 6 Mehr als die H lfte dieses Zuwachses geht dabei auf das Konto der nachholenden 48 Industrialisierung Chinas und Indiens Die globale Dominanz der fossilen Energietr ger Kohle l und Erdgas bleibt in dem Weiter So Szenario der IEA beste hen sie werden dann im weltweiten Energiemix 2030 mit 80 Prozent nur geringf gig weniger wichtig sein als heute Der lverbrauch soll um j hrlich 1 von derzeit 85 Millionen Barrel t glich weiter auf 105 Millionen Barrel zulegen Die Konseque
132. eiten Bedarfs an Endenergie Die Fl chen zur Nut zung von Solarstrahlung sind bei dieser beispielhaften Absch tzung auf 2 der globalen Landfl che begrenzt worden was rund 10 der nicht f r Siedlungen Wald und Landwirtschaft derzeit genutzten Fl che entspricht Die potenziellen Anbaufl chen f r Energiepflanzen beanspruchen rund 5 der landwirtschaftlich genutz ten Fl chen Etwa zwei Drittel davon stellt die Strah lungsenergie der Sonne Erneuerbare Energien k nnen also im Prinzip auch einen weiter steigenden Energie bedarf der Menschheit vollst ndig und auf Dauer de cken Beitr ge erneuerbarer Energiequellen im Bereich von 50 und mehr am Weltenergieverbrauch werden darum in verschiedenen Zukunftsentw rfen bereits bis Mitte diesen Jahrhunderts f r m glich gehalten siehe Kapitel Perspektiven erneuerbarer Energien Allerdings variiert das Angebot an erneuerbaren Ener gien r umlich sehr stark Dies zeigt das Beispiel solar thermischer Kraftwerke siehe S 83 F r diese Tech nologie die die Solarstrahlung in konzentrierter Form verwendet liegen die Regionen mit dem gr ten Poten zial alle im so genannten Sonneng rtel der Erde also zwischen dem 20 und 40 Breitengrad der s dlichen und n rdlichen Hemisph fre siehe Grafik Globales technisches Potenzial Daf r sind vor allem die tropi sche Bew lkung im Bereich des quators und die Tief druckgebiete in den Westwindzonen verantwortlich Ein
133. eits ber 650 000 Solarkollektoranlagen und 132 400 kleine Biomassekessel gef rdert Unterst tzt werden Biomasse Kessel Sonnenkollektoren W rme pumpen aber auch Nahw rme und Biogasnetze Anla gen der tiefen Geothermienutzung Biogasaufbereitung und innovative Technologien wie gro e W rmespeicher und Abgasnachbehandlung bei Biomassekesseln Seit 2008 werden zus tzliche Anreize f r besonders effizien te Anwendungen gegeben 33 Was macht die Bundesregierung Ausgew hlte Ma nahmen zur Marktentwicklung erneuerbarer Energien gt Das Erneuerbare Energien Gesetz EEG hat sich auch im Internationalen Vergleich als beraus erfolg reiches Instrument zum Ausbau der erneuerbaren Energien im Strommarkt erwiesen Dadurch werden nicht nur die nationalen Ziele erreicht sondern auch die Umsetzung der Europ ischen Richtlinie zur F r derung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien aus dem Jahr 2001 umgesetzt Strom aus erneuer baren Energien ist nach dem EEG vorrangig abzunehmen und mit fixen Verg tungss tzen ber eine feste Laufzeit in der Regel 20 Jahre zu verg ten Dadurch besteht Investitionssicherheit Die Verg tungszahlun gen werden ber einen bundesweiten Ausgleichsmechanismus auf alle Stromverbraucher umgelegt Dabei werden stromintensive Unternehmen entlastet damit ihnen keine Wettbewerbsnachteile entstehen Die Degression der Verg tungss tze f r k nftig in Betrieb gehende Anlagen f hrt zur Umsetzung von I
134. elektrische Nutzungsgrad dieser BHKWSs liegt zwi schen 25 bei kleinen und 40 bei gro en BHKW Hinzu kommt die Nutzung der W rme so dass insge samt zwischen 80 und 90 der Energie des Brennstoffes genutzt werden Durch diese hohen Wirkungsgrade sind BHKWs schon bei Betrieb mit Erdgas klimascho nend im Vergleich zu fossilen Kraftwerken ohne Kraft W rme Kopplung BHKWs k nnen aber auch mit erneu erbaren Brennstoffen betrieben werden beispielsweise mit Biogas Kl r und Deponiegas mit Pflanzen l oder Holzgas Ein kleines Blockheizkraftwerk wird im Heizungsraum aufgestellt Gr ere BHKWs verwendet man nicht f r ein einzelnes Haus sondern f r gr ere Objekte wie 60 Gro es Motor Blockheizkraftwerk oben und BHKW mit Pufferspeicher unten Altenheime Schwimmb der oder Krankenh user Oder man speist die W rme in ein Nah oder Fernw rmenetz ein mit dem viele Einzelh user versorgt werden k n nen Eintrittskarte in den W rmemarkt Nahw rme Auch im W rmemarkt sind neue Versorgungs und Vertriebsstrukturen notwendig Ein besonders wichtiges Beispiel f r neue W rmeversorgungsstrukturen sind Nahw rmenetze Sie sind eine Eintrittskarte f r umweltvertr gliche Energietechniken und k nnen beispielsweise Holzhack schnitzelkessel Strohheizwerke Sonnenkollektoren mit Langzeitspeicher Biogas Anlagen oder Blockheizkraft werke mit Biomasse Vergaser untereinander sowie mit fossilen Heizungssyste
135. ellen und Technologien ist Son nenenergie Wind Geothermie Biomasse Wasserkraft desto eher k nnen regionale Defizite bei einer Energie quelle durch Potenziale anderer Energiequellen ausge glichen werden Unter dem Gesichtspunkt der regiona len Potenziale ist eine Diversifizierung von Energiequel len und Technologien also sehr sinnvoll In praktisch jedem Land harren attraktive Segmente erneuerbarer Energien auf ihre Nutzung Bestimmte Regionen mit sehr gro en Potenzialen erneuerbarer Energien k nnen dar ber hinaus l ngerfristig zu Lieferanten kosteng n stiger Sekund renergien werden So kann der heutige Welthandel mit fossilen Energien langfristig durch ei nen entsprechenden Handel mit erneuerbaren Energien in Form von Elektrizit t und Wasserstoff abgel st wer den So k nnte beispielsweise am Golf aus dem Erd l Emirat Abu Dhabi das Solar Emirat Abu Dhabi werden 37 Angaben in GWh km a 281 310 Quelle DLR Globales technisches Potenzial der Stromerzeugung aus solarthermischen Kraftwerken Angegeben ist der elektrische Energieertrag in einem Jahr bezogen auf einen Quadratkilometer verf gbarer Landfl che Potenziale f r Europa Europa verf gt ber eine gro e Vielfalt erneuerbarer Energieressourcen die bisher sehr unterschiedlich aus gesch pft werden Das realisierbare Wasserkraftpoten zial ist mit 80 bereits weitgehend erschlossen wenn man die Errichtung neuer Kraftwerke an naturbelasse
136. en Branche und kennen keine Abwanderung von Unternehmen nach Asien oder Ost europa Im Gegenteil Investoren aus Asien arabischen L ndern und den USA errichten ihre ko Energie Fabriken wieder in Deutschland Und die erneuerbaren Energien schicken sich an der Autoindustrie als Aush n geschild des Made in Germany weltweit den Rang streitig zu machen Erneuerbare Energien entnehmen nur geringe Teile der nat rlichen Energiestr me der kosph re Zur Regene rierung steht die unersch pfliche Kraft der Sonne bereit dieser gigantische Fusionsreaktor der seit Jahrmilliar den die Erde mit Energie versorgt Alles Leben auf der Erde bezieht seine Energie aus der Kraft der Sonne Pflanzen wachsen mit Hilfe von Sonnenstrahlung und bauen Biomasse auf Die Sonne treibt auch das Wetter an sorgt f r Wind und Niederschl ge und schafft so die Voraussetzung f r Wind und Wasserkraft Sonnenkollektoren solarthermische Kraftwerke und So larzellen nutzen die Sonnenstrahlung direkt ohne den Umweg ber ein anderes Medium Schlie lich kann man auch die Erdw rme anzapfen eine Energie die aus der W rme des radioaktiven Zerfalls im Erdinneren und der noch von der Erdentstehung verbliebenen Bewegungs energie stammt und die Schwerkraft die f r die Gezei ten verantwortlich ist Windkraft Solarenergie kleine Wasserkraftwerke und die Energie aus Biomasse und Erdw rme haben vor nicht so langer Zeit lediglich einen hom opathisc
137. en global etwa zur H lfte zum menschlich verursachten Treibhauseffekt Quelle DLR CO Emissionen Mrd t a Prim renergie Mrd t SKE a Bev lkerung Mrd 1970 1980 1990 2000 2006 Entwicklung der globalen energiebedingten CO Emissionen seit 1870 und ihre Hauptursachen Bev lkerungszuwachs und Verbrennung von Kohle Mineral l und Erdgas 1 Gt SKE Steinkohleeinheiten entspricht 29 3 EJ Um den globalen Temperaturanstieg zu begren zen m ssen Industriel nder bis zur Mitte des Jahrhunderts die CO Emission um 80 bis 95 senken bei Daher stehen sie im Mittelpunkt der Bem hungen um den Klimaschutz Der Anstieg dieser energiebeding ten globalen Kohlendioxidemissionen im Gefolge des wachsenden Weltenergieverbrauchs die 2007 rund 30 Milliarden Tonnen CO erreicht haben hat dazu gef hrt dass seit Beginn der Industrialisierung insge samt zus tzliche 1000 Milliarden Tonnen CO in die Atmosph re emittiert wurden davon allein 80 in den letzten 50 Jahren Da das Wachstum vornehmlich in den Industriel ndern stattfand sind diese f r rund 90 der bis heute durch den Energieeinsatz entstandenen CO Emissionen verantwortlich Deutschland hat 2008 839 Millionen Tonnen Kohlendioxid emittiert das sind rund 3 der weltweiten Emissionen Jeder Bewohner Deutschlands ist damit f r den Aussto von ber 10 Ton nen Kohlendioxid pro Jahr verantwortlich Ein US Ameri kaner bl st pro Jahr 20 Tonnen in die Luft ei
138. en k nn te unter g nstigen Randbedingungen insgesamt ein Insgesamt tr gt Biomasse 6 6 zum deutschen End Anteil von rund 9 des derzeitigen Prim renergie energiebedarf bei Dieser Anteil ist deutlichen Schwan verbrauchs durch Biomasse gedeckt werden siehe kungen unterworfen da etwa jede f nfte Wohnung in Grafik Potenzial biogener Brenn Kraftstoffe Bei Deutschland neben der Zentralheizung auch ber einen einem Anbau auf 4 Mio ha steigt dieser Anteil auf 11 Kaminofen oder eine vergleichbare Holzfeuerung ver f gt Wie intensiv diese Feuerungen genutzt werden h ngt unter anderem von den Preisspr ngen auf dem Heutige Nutzung Heiz lmarkt ab Der j ngste Preisschub auf dem l markt und die Debatte um die Gasversorgung haben zu Ob 9 oder 11 von solchen Zielen sind wir derzeit einem sp rbaren Marktwachstum gef hrt Innerhalb noch entfernt Nur beim Deponie und Kl rgas sowie in weniger Jahre wurden in Deutschland 105 000 Holz naher Zukunft auch beim Altholz wird mehr als die pelletheizungen Stand Ende 2008 installiert H lfte des Potenzials schon genutzt W hrend die Nut zung von Biomasse in L ndern wie sterreich und Finn land schon lange weit verbreitet ist setzt sie sich hierzu Umweltnutzen biogener Brennstoffe lande erst allm hlich durch Immerhin 4 4 des Strom verbrauchs werden in Deutschland aus Biomasse Kl r Allen Nutzungsformen biogener Brennstoffe gemeinsam und Deponiegas gedeckt Sta
139. enden Schritte Das kann auch durch den Erl s aus dem Verkauf der Nebenprodukte etwa des als Futtermittel verkauften Rapsextraktionsschrotes und des Glyzerins bei der Biodieselproduktion nicht mehr kom pensiert werden Heute sind die Herstellungskosten daher deutlich h her als die Kosten der konventionellen Dieselherstellung Erst durch eine Mineral l und kosteuerbefreiung konnte Biodiesel auf dem Markt gegen ber dem nor malen Diesel bestehen Von Anfang 2004 bis Ende 2006 waren in Deutschland alle Biokraftstoffe ob als Rein kraftstoffe oder als Beimischung zu fossilen Kraftstoffen steuerbefreit so dass auch Bioethanol das h here Pro duktionskosten als Biodiesel hat wirtschaftlich attraktiv wurde Seit 2007 hat sich die Gesetzeslage ge ndert Mit dem Biokraftstoffquotengesetz wurde die Mineral lwirt schaft verpflichtet einen j hrlich ansteigenden Mindestanteil an Biokraftstoffen Benzin und Diesel bei zumischen Diese beigemischten Biokraftstoffmengen Junge lpalmenplantage Neupflanzung nach der Rodung von Naturwald sind nicht mehr von der Mineral lsteuer befreit Be stimmte Reinkraftstoffe beispielsweise reines Bioethanol oder BtL Biomass to Liquid sind auch weiterhin steuer befreit w hrend Biodiesel einem reduzierten allm h lich ansteigenden Steuersatz unterliegt Die Gr nde f r die F rderung von Biokraftstoffen sind vielf ltig Eine lebensf hige Landwirtschaft ein Beitrag zur Sicherhe
140. entrator aus einzelnen Facetten gerader Spiegel besteht Da die Lichtb ndelung dieses Systems schw cher ist als bei Parabolrinnen hat man ber dem Absorberrohr einen Konzentrator angebracht der das Licht ein zweites Mal b ndelt Im Absorberrohr wird direkt Wasser verdampft Das System zeichnet sich gt Grundprinzipien konzentrierender Solarsysteme Receiver Solarstrahlung Flachspiegel Heliostate W rmetr ger Luft 600 1 200 C 1 20 bar Solarturmanlage Solarturmkraftwerk J lich durch einfache und kosteng nstige Bauweise aus und kann zu Anlagen von mehreren hundert Megawatt aus gebaut werden Nachdem ein Prototyp zur Dampferzeu gung ber mehrere Jahre betrieben und getestet wurde soll im n chsten Schritt eine voll funktionsf hige semi kommerzielle Pilotanlage zur Stromerzeugung folgen Solarturmkraftwerke Beim Solarturmkraftwerk wird die Sonnenstrahlung durch ein Feld einzeln nachgef hrter Spiegel so ge nannter Heliostaten auf die Spitze eines Turmes kon zentriert Bei diesem Konzept werden Temperaturen ber 1 000 C erreicht In der Turmspitze befindet sich ein Absorber der die Strahlung in W rme umwandelt und an einen W rmetr ger abgibt Diese hei e Fl s sigkeit treibt dann eine Turbine an Hohlspiegel Solarstrahlung Receiver W rmetr ger Luft oder Helium 600 1 200 C 50 200 bar Dish Anlage 85 Paraboloidkraftwerk Dish Anlage mit Stirlingmotor Generato
141. er Fall ist k nnen die heutigen Entwicklungsl nder in einigen Jahrzehnten Exportregionen f r erneuerbare Energie werden 49 Mit erneuerbaren Energien k nnten viele L nder im Sonneng rtel zu Energielieferl ndern werden Von einer solchen Energiepartnerschaft w rden Nord und S d gleicherma en profitieren Energie ist nicht das einzige knappe Gut In vielen L n dern zeichnet sich in den kommenden Jahrzehnten ein erheblicher Mangel an sauberem Wasser ab auch f r die landwirtschaftliche Nutzung Ein wichtiger Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung der L nder in den Tro ckengebieten der Erde ist deshalb die kombinierte Be reitstellung von Elektrizit t und Trinkwasser Dazu k n nen solarthermische Kraftwerke in Kraft W rme Kopp lung eingesetzt werden Die ausgekoppelte W rme dient zur thermischen Meerwasserentsalzung die Wasser mit einem f r die landwirtschaftliche Bew sserung ausrei chend niedrigen Salzgehalt liefert Die Herstellung von entsalztem Wasser w re dabei sogar vorrangiges Ziel Strom f llt quasi als Nebenprodukt an und kann sowohl im Erzeugerland genutzt oder mittels der verlustarmen Hochspannungs Gleichstrom bertragung HG nach Mitteleuropa exportiert werden Die bertragungskos ten zum Beispiel von Marokko nach Europa liegen im Bereich weniger Cents pro Kilowattstunde so dass in Mitteleuropa langfristig Kosten f r importierten Solar gt Synergetische Potenziale
142. er Preisspr nge wie sie in den siebziger Jahren und Ende 2008 bei Erd l zu beobachten waren Die Reserven an Erd l und Erdgas sind zudem sehr ungleichm ig ber den Globus verteilt ber 70 der Erd lreserven und ber 65 der Erdgas reserven befinden sich innerhalb einer strategischen Ellipse von L ndern die von Saudi Arabien im S den ber Irak und Iran bis nach Russland reicht Nimmt man beide Tatsachen zusammen so wird klar welche brisante Versorgungssituation in absehbarer Zeit auf den energiehungrigen Westen zukommen kann Der gesicherte Zugang zu preisg nstigen Energie ressourcen ist f r die Industriel nder schon heute von so gro er Bedeutung dass er zur Entstehung und Vertiefung einer Vielzahl politisch oder sogar milit risch ausgetragener Konflikte beitr gt Auch die intergenerative Gerechtigkeit die gerech te Verteilung der Ressourcen zwischen heutigen und zuk nftigen Generationen wird ignoriert Selbst wenn heutige Generationen zu dem Schluss kommen sollten dass trotz der Ausbeutung der Reserven fossi ler und nuklearer Energietr ger zuk nftigen Gene rationen eine angemessene Handlungsbasis erhalten bleibt so muss angesichts der langen Entwicklungs und Einf hrungszeitr ume von neuen Energietech nologien die Mindestforderung lauten Die Heutigen m ssen mit der Einf hrung neuer Technologien be ginnen die nicht mehr auf den Einsatz fossiler oder nuklearer Brennstoffe angewiesen
143. er dem Weltdurch schnitt Geradezu gegens tzlich zum Energieverbrauch sind die Folgen dieses Konsums verteilt Modellrechnungen zei gen dass die voraussichtlich am st rksten von den Fol gen m glicher Klima nderungen betroffenen Regionen solche sein werden die am wenigsten zu ihrer Verursa chung beigetragen haben und die diesen Folgen am wenigsten mit technischen und finanziellen Mitteln ent gegenwirken k nnen Das versch rft die sozialen und wirtschaftlichen Konflikte weiter Ein auch nur tendenzieller Ausgleich der gravierenden Unterschiede im Energieeinsatz der wegen der Forde rung nach sozialer Nachhaltigkeit unbedingt notwendig ist f hrt in Verbindung mit dem Anwachsen der Welt bev lkerung auf neun bis zehn Milliarden Menschen bis 2050 unvermeidlich zu einem weiteren Wachstum der globalen Energienachfrage Da Art und H he der Ener gieversorgung in den Industriel ndern wegen des hier erreichten Wohlstandes rmeren L ndern als Vorbild dient bewegt sich derzeit die Entwicklung in diesen Staaten in die gleiche ressourcenverzehrende Richtung wie wir sie lange Zeit eingeschlagen haben Und vergr Bert die schon bestehenden Nachhaltigkeitsdefizite wei ter Nur wenn die westlichen Gesellschaften vorbildhaft zeigen dass ein Leben in Wohlstand auch ohne hohen CO Aussto m glich ist besteht eine Chance die aus Klimaschutzgr nden problematischen fossilen Energie tr ger zur ckzudr ngen und den Anstieg des globalen
144. erbei werden auch die Treibhausgas Emissionen ber cksichtigt die bei der Herstellung der Biokraftstoffe entstehen Je besser die Treibhausbilanz der Biokraftstoffe desto st rker werden sie auf die Quote angerechnet Im Rahmen der ffentlichkeitsarbeit und Fachinformation stellt die Bundesregierung zahlreiche Publi kationen zu allen Themen der erneuerbaren Energien zur Verf gung Ein berblick dazu findet sich auf der Themenseite des Bundesumweltministeriums www erneuerbare energien de Verkehr Beim Kraftstoff hat die Bundesregierung ihre urspr ng lich anvisierten Ziele berarbeitet Grund daf r war die intensive Diskussion ber die Nachhaltigkeit des Anbaus von Rohstoffen der Biokraftstoffe siehe Kapitel Bio kraftstoffe Die EU schreibt im Rahmen ihrer neuen erneuerbaren Richtlinie einen verbindlichen Anteil von Biokraftstoffen und anderen erneuerbaren Energietr gern im Verkehr von 10 f r 2020 vor Au erdem wer den europaweit Nachhaltigkeitsstandards f r eingesetz te Biokraftstoffe erarbeitet Reine Biokraftstoffe sind bei der Mineral lsteuer beg n stigt Au erdem gibt es eine Biokraftstoffquote der zu folge gewisse Mindestanteile an Biokraftstoffen dem konventionellen Benzin und Diesel beigemischt werden m ssen Im Jahr 2009 m ssen 5 25 Prozent des Energie 34 gehaltes der Kraftstoffe aus Biokraftstoffen stammen ab 2010 6 25 Prozent Ab 2015 wird diese Beimischungs pflicht von einer Quote auf ei
145. erfl chen und auch unempfindlicher gegen ber mechanischen Finfl ssen wie Regen und Hagel und hohen Tempera turen Bei Flachkollektoren konnten die Reflexions verluste an der Abdeckungsverglasung durch eine be sondere Oberfl chenbehandlung reduziert werden Niedrigere Durchflussraten durch den Kollektor erlau ben den Einsatz von Zu und Ableitungen mit geringe rem Durchmesser Dadurch k nnen d nnere Rohrisolie rungen eingesetzt und der Materialaufwand erheblich reduziert werden Speziell f r den Solarbetrieb angepas ste Umw lzpumpen reduzieren zudem den Stromver brauch Um die Kosten weiter zu mindern werden die Einzel module immer gr er und die Montagetechnik auf dem Dach wird vereinfacht Dies geht soweit dass die Kollek Quelle BMU 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 D Gesamtanzahl installierter Kollektoren Seit 1992 ist der Kollektorabsatz ungef hr auf das Zwanzigfache gestiegen 92 gt K hlung nach dem offenen Verfahren lt 44 EEE EN gt gt HE Entfeuchtungsrotor Sonnenkollektor Quelle DLR Luftbefeuchter W rme bertragungsrotor Bei diesem Verfahren wird Luft gek hlt und entfeuchtet auch Desiccant Verfahren genannt Das technische Kernst ck bildet die Entfeuchtungsanlage toren die konventionelle Dachhaut wie Dachpfannen und sparren komplett ersetzen so dass der Bauherr die Kosten f r Teile des Dachstuhls einspart Die Rege
146. erke Paraboloid Dish Anlagen Aufwindkraftwerke Speichertechnologien Solare Kraft W rme Kopplung Kosten solarthermischer Kraftwerke Markteinf hrung solarthermischer Kraftwerke Sonnenkollektoren und passive Solarnutzung die Sonne ins Haus geholt Technische Trends Kosten Marktentwicklung K hlen mit W rme aus Sonnenkollektoren Perspektiven Passive Solarnutzung die Architektur macht s m glich Mehrkosten des W rmeschutzes Biomasse als Brennstoff der Dauerbrenner f r W rme und Strom Die lteste Nutzungsart Feuerungen Strom aus Biomasse Biogas Bakterien am Werk Kosten Potenziale Heutige Nutzung Umweltnutzen biogener Brennstoffe Biokraftstoffe Mobilit t aus Pflanzen und Abf llen Eine F lle an M glichkeiten Rohstoff Raps lpalmen Soja und Jatropha Umweltfreundlich am Steuer mit Bioalkohol im Tank Biokraftstoffe der zweiten Generation kobilanz von Biokraftstoffen Biokraftstoffe nachhaltig genutzt Ein Blick in die Zukunft der Biokraftstoffe Geothermie und W rmepumpe Energie aus dem Erdinneren und aus der Umwelt Hot Dry Rock Verfahren Hydrothermale Systeme mit hohem Temperaturangebot Hydrothermale Systeme mit niedrigem Temperaturangebot Tiefe Erdw rmesonden Umweltfolgen der tiefen Geothermie Die W rmepumpe Kosten und Potenziale der W rmepumpe kobilanz der W rmepumpe Geothermie Forschung erforderlich Strom aus dem Meer Wellen Str mung Tidehub Thermische Nu
147. erwertung an die Industrie verkauft werden kann f llt in Form d nner St mme bei der Durchfors tung junger Best nde und dicker ste und anderer Erntereste beim F llen von schlagreifen B umen an Weiteres naturbelassenes Holz entsteht als Verschnitt in S gewerken und in der brigen holzverarbeitenden In dustrie Hiervon wird allerdings ein gro er Teil in der Papier und Spanplattenindustrie stofflich verwertet so dass nur der bersch ssige Rest energetisch genutzt werden kann Des weiteren stehen Holzprodukte am Ende ihrer Nutzungsdauer als meist kontaminiertes Altholz zur Verf gung Auch dieses wird teilweise noch stofflich verwertet Die Grenze zwischen der stofflichen und energetischen Nutzung ist gleitend und von den jeweils erzielbaren Verkaufspreisen abh ngig Werden die M glichkeiten zur energetischen Nutzung von Holz voll ausgesch pft so ergibt sich allein daraus ein Poten zial von ber 150 Mrd kWh a Weitere Potenziale k n nen durch die Nutzung von Stroh durch Biogasanlagen und durch den gezielten Anbau von Energiepflanzen erschlossen werden Stroh wird als Einstreu f r die Tierhaltung ben tigt und muss au erdem in vielen Gegenden zur Erhaltung der Bodenqualit t auf den Acker zur ckgef hrt werden F r die energetische Nutzung verbleibt nur ein Anteil von rund einem Drittel des gesamten Strohaufkommens Stroh ist ein problematischer Brennstoff und wird daher im Unterschied zu D nemark in Deutschland heu
148. es Pro keit f r den weiteren Ausbau ist das Repowering also zent der Fl che in Deutschland f r die Windenergienut der Austausch von veralteten kleineren Windenergie zung zur Verf gung stehen wird wobei die Anteile in anlagen durch moderne Gro anlagen den K stenregionen gr er und im Binnenland deutlich kleiner sind Das realisierbare Ausbaupotenzial kann Die im Rahmen des Repowering auf der verf gbaren damit je nach Anlagengr e bis zu 45 000 MW betra Fl che zu installierende Kapazit t d rfte wesentlich von gen Es handelt sich dabei ausdr cklich um eine wei che Potenzialgrenze die nicht prim r aus naturschutz fachlichen Belangen abgeleitet ist und vor allem auch Quelle DIR Jangfristig die soziale Akzeptanz der Windenergie nutzung sicherstellen soll Es ist dabei durchaus denk bar dass w hrend der Phase eines eher langsam einset zenden Ausbaus der Offshore Windparks diese Grenze f r den Ausbau an Land zun chst berschritten wird um einen kontinuierlich steigenden Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung zu gew hrleisten Wird eine sorgf ltige Standortplanung vorausgesetzt so ste hen einem solchen Ausbau Naturschutzkriterien nicht als limitierender Faktor gegen ber Da es sich bei der Windenergienutzung auf See um einen gro fl chigen und langfristigen Eingriff in die Meeresumwelt handelt und die anlagenbezogenen Aus wirkungen von Offshore Windparks mangels praktischer Erfahrung nur mit Un
149. ese Emissionen gering gehalten werden wenn Lager abgedeckt werden und der G rrest direkt nach Ausbrin gung in den Boden eingearbeitet wird Bei der Eutrophierung und dem Beitrag zum Sommer smog liegen die meisten der erneuerbaren Energie anlagen besser als die fossilen Konkurrenten mit Aus nahme einiger der Biomasse Systeme Dies liegt unter anderem daran dass Biomasse Kraftwerke h ufig klei ner sind als Gas oder Kohlekraftwerke und deshalb weniger Aufwand zur Reduktion der Stickoxid Emis sionen betrieben werden kann Bei der ausschlie lich f r die Energiegewinnung angebauten Biomasse kom men die Aufwendungen f r die landwirtschaftlichen Maschinen die D ngemittelproduktion und die Emis sionen aus den Ackerb den hinzu Gerade bei den kleinen Biomasse Feuerungen die in den letzten Jahren einen deutlichen Ausbau erfahren sind au erdem die Feinstaub Emissionen h her als bei Gas und lheizungen Pelletheizungen weisen dabei deutlich niedrigere Emissionen auf als Hackschnitzel oder Scheitholzanlagen Die Hersteller von Biomasse Feuerungen sind dabei kosteng nstige Staubfilter und eine verbesserte Feuerungstechnik zu entwickeln so dass diese Staubemissionen k nftig deutlich niedriger ausfallen k nnen Gerade bei den sehr kleinen manuell bedienten Feuerungen wie Kamin fen ist eine sachge rechte Bedienung wichtig f r niedrige Feinstaubemis sionen Bei auf Energieplantagen ang
150. espar investitionen oft nicht bezahlt Sowohl in privaten Haushalten als auch in den meisten Betrieben stellen die Energiekosten nur einen kleinen Kostenfaktor dar Die m glichen Kostensenkungen sind also im Vergleich zu anderen Ausgabenbereichen wie den Arbeitskosten gering Erst wenn sich Energiepreise in Relation zu anderen Kosten deutlich ver ndern auch dadurch dass die externen Effekte der Energie produktion eingepreist werden sind gr ere Erfolge bei der rationellen Energienutzung zu erwarten Aber selbst wenn Sparma nahmen unter den heutigen Bedin gungen steigender Energiepreise wirtschaftlich und mit entsprechend kurzer Amortisationsdauer durchgef hrt werden k nnen unterbleiben sie in der Realit t h ufig Es gibt eine Vielzahl von Hemmnissen oder Tr gheiten beispielsweise unzureichende Informationen ber tech nische Verbesserungsm glichkeiten oder ein zu sorg loser Konsum Beispiel Mietwohnung Die Bewohner eines Geb udes sind nicht an Erdgas oder Heiz l interessiert sondern an einer warmen behaglichen Wohnung Diese Dienstleis tung kann man nicht nur mit einer entsprechenden Hei zung sondern genauso gut auch durch eine verbesserte D mmung und angepasste Bauweise erbringen Die dazu erforderlichen Anfangsinvestitionen m ssen der langj hrigen Energieeinsparung gegen gerechnet wer den Obwohl sich das ber die Lebenszeit der Ma nah men h ufig rechnet unterbleibt die energetische Sanie rung Gr
151. essourcenschutz ist beacht lich Eine einzelne 1 5 MW Windenergieanlage vermei det den Einsatz von ber 80 000 t Braunkohle in konven tionellen Kraftwerken Aufgesch ttet bildet diese Menge Braunkohle einen H gel dessen H he mit der H he der Windenergieanlage vergleichbar ist Es ist daher eine Aufgabe der Raumplanung der Bundesl nder unter Beachtung der lokalen Gegebenheiten in Abw gung der verschiedenen Aspekte des Umwelt und Natur schutzes und unter Ber cksichtigung der Optimierungs T1 m glichkeiten Vorrang und Eignungsfl chen auszuwei sen die f r die Nutzung der Windenergie zur Verf gung stehen und auch Gebiete festzulegen die f r die Windkraft nicht in Frage kommen Auch wenn Offshore Windparks zuk nftig au er Sicht weite Strom erzeugen und damit Eingriffe in das Land schaftsbild minimiert werden bleibt ihr Betrieb mit Aus wirkungen auf die Natur verbunden die sich durch technische Ma nahmen nicht vollst ndig vermeiden las sen siehe Abschnitt Vor der K ste neue Potenziale er schlie en Durch die Inanspruchnahme gro er Mee resfl chen steigt beispielsweise die Kollisionsgefahr f r Schweinswale M gliche Beeintr chtigungen des Vogel zugs Richtung Winterquartier und zur ck sind nicht auszuschlie en und werden im Rahmen der kologi schen Begleitforschung untersucht Das an den ersten Offshore Pilotanlagen durchgef hrte kologische Mess und Kontrollprogramm wird helfen den Einf
152. et die passive Nutzung von Sonnenenergie ohne aktive Technik wie Pumpen Das Paradebeispiel hierf r sind unverschattete S dfenster durch die im Winter die Strahlen der tiefstehenden Sonne in das Haus eindringen und es erw rmen Das Geb ude selbst wird zu einer Art Sonnenkollektor Dabei dringt Licht als energiereiche kurzwellige Strahlung durch die Fenster und wird im Inneren des Geb udes in langwellige W rmestrahlung umgewandelt F r diese ist Glas jedoch kaum durchl ssig der Raum heizt sich auf Um einer berhitzung im Sommer vorzubeugen sollten die Fenster daher von au en verschattet werden k nnen gt S dfensterfl che und Heizw rmebedarf Heizw rmebedarf in kWh m a Mit Architektur die Sonne passiv nutzen Tags ber kann Solarstrahlung erheblich zur Beheizung eines Hauses beitragen Je besser das Haus bereits w r mneged mmt ist desto st rker sind die Auswirkungen W hrend der Nachtstunden geht dagegen auch durch die besten Fenster mehr W rme verloren als durch eine gut ged mmte Wand Ob sich bei einer Vergr erung der Fensterfl che insgesamt eine positive oder eine negative Energiebilanz ergibt h ngt stark von der Qualit t der Verglasung ab Grafik S dfensterfl che und Heizw rmebedarf Eine Vergr erung der S d fensterfl che wirkt sich nicht immer g nstig auf den Heiz w rmebedarf aus Insbesondere bei Passivh usern k n nen Verbesserungen nur mit erstklassiger Verglasun
153. etwa die sogenannten Els bett Motoren Aber im normalen Pkw aus der Gro serie wird sich der Einsatz von Raps l kaum durchsetzen Un gel ste Probleme sind die Kaltstarteigenschaften des k l teempfindlichen ls und die Einhaltung strengerer Ab gasvorschriften Der Einsatz wird darum auf Nischen anwendungen beschr nkt bleiben lpalmen Soja und Jatropha Biodiesel kann neben Raps l dem in Deutschland lange dominierenden Rohstoff auch aus anderen pflanzlichen und tierischen len und Fetten hergestellt werden Der allgemeine Preisanstieg bei Agrarg tern sowie die zeit gleiche Einf hrung einer schrittweisen Besteuerung von Biodiesel Energiesteuergesetz und einer in Anbe tracht der vorhandenen Produktionskapazit t relativ niedrigen Biodiesel Quote Biokraftstoffquotengesetz f hrten seit dem Jahr 2006 zu einem verst rkten Einsatz preisg nstigerer Rohstoffe wie Palm oder Soja l Dies betrifft insbesondere den reinen Biodiesel B100 der im Sommer 2008 bereits berwiegend aus importierten Pflanzen len produziert wurde Neben Raps gibt es andere lsaaten wie Jatropha Soja oder Palm l Da die heimische Produktion von Raps biodiesel nicht ausreicht um die zur Erf llung der Biodieselquote erforderlichen Mengen bereitzustellen werden Biokraftstoffe importiert Soja und Palm lbio diesel machen hier den gr ten Anteil aus Biokraft stoffe aus tropischen Regionen k nnen oft kosteng ns tiger als in Europa p
154. eutung der einzelnen Vor und Nachteile vorgenommen werden wobei der Klimaschutz derzeit auf der umweltpolitischen Rangliste ganz oben steht Biokraftstoffe nachhaltig genutzt Besonders bei den importierten Biokraftstoffen und de ren Rohstoffen ist eine intensive Debatte ber die Nach haltigkeit dieser Nutzung entbrannt Wird f r den lpal menanbau tropischer Regenwald gerodet werden da durch so viele Treibhausgase freigesetzt dass dieser Palm lbiodiesel insgesamt zu mehr Treibhausgasen f hrt als der Einsatz von fossilem Diesel siehe Grafik Klimabilanz Ein richtiger Klimakiller ist Palm l biodiesel der von ehemaligen Torfwaldgebieten stammt denn in den Torfb den ist viel CO gespeichert das durch die Entw sserung und landwirtschaftliche Nutzung frei gesetzt wird Palmenplantagen auf solchen B den f h ren daher zu einem Vielfachen der Treibhausgasemissio nen fossiler Kraftstoffe und versch rfen so den Klima wandel Werden dagegen Brachfl chen f r einen lpalmenan bau nutzbar gemacht so f hrt das zu hohen Energie und Treibhausgas Einsparungen Es gibt in S dostasien viele solcher ungenutzten Fl chen Ihre Rekultivierung bedarf allerdings hoher Anfangsinvestitionen und es muss auch noch untersucht werden ob diese Fl chen sich tats chlich f r Energiepflanzen eignen Es zeigt sich insgesamt Palm lbiodiesel kann kologisch nur bewer tet werden wenn man die Bedingungen kennt unter dene
155. f kann nicht nur aus Biomasse sondern auch durch die elektrolytische Zerlegung von Wasser produ ziert werden siehe S 62 Dazu ist Strom aus erneuer baren Energiequellen erforderlich Dies wird wegen der erforderlichen hohen Investitionen in Anlagentechnik und Infrastruktur aber erst langfristig angedacht Biogas das nicht aus der Vergasung von Biomasse ent steht sondern durch die bakterielle Verg rung von G lle oder Mais siehe Kapitel Biomasse als Brennstoff kann wie Erdgas oder Biomethan in Fahrzeugen einge setzt werden Dazu muss es allerdings so aufbereitet wer den dass es Erdgasqualit t besitzt siehe Kapitel Bio brennstoffe Auch die Produktionsverfahren f r Bioethanol werden verfeinert Unter anderen ist ein Verfahren in der Ent wicklung das auch die Nutzung von Zellulose aus Holz und Stroh zur Kraftstoffherstellung erlaubt Dazu wer den Enzyme eingesetzt die die Zellulosemolek le auf brechen Anschlie end kann die behandelte Zellulose dann verg rt werden Dieses Verfahren ist derzeit gro technisch noch nicht verf gbar Zu welchen Kosten und mit welcher Umweltbilanz die Treibstoffproduktion er folgen kann wird erst in einigen Jahren abzusch tzen sein 111 Laborkontrolle von Biodiesel kobilanz von Biokraftstoffen Umwelt und Ressourcenschonung sind wesentliche Be standteile einer nachhaltigen Entwicklung Daher muss auch jeder neue Kraftstoff sich die Frage gefallen lassen ob
156. f oder Heizstrom von au en mehr Dann spricht man vom Nullenergiehaus Noch wichtiger als hohe Standards bei Neubauten sind Verbesserungen im Altbaubestand Der Grund Weniger als 1 des Wohnungsbestandes wird jedes Jahr erneu ert Darum sollte bei ohnehin f lligen Sanierungsarbei ten an den Fassaden ein zus tzlicher W rmeschutz auf gebracht werden Dann sind die Mehrkosten gering und amortisieren sich nach kurzer Zeit Eine hnlich g nsti ge Gelegenheit ergibt sich sonst erst beim n chsten Re novierungszyklus nach einigen Jahrzehnten 97 Nahezu 7 des deutschen Endenergiebedarfs im Jahr 2008 stammen aus Biomasse 210 Holzheizkraftwerke knapp 4 100 Biogas anlagen und 9 Millionen kleine Biomasseheizungen stellen klimafreundlich Strom und W rme bereit Die W rmebereitstellung aus Holz und anderen festen Bioenergietr gern gewinnt angesichts steigender l und Gaspreise deutlich an Bedeutung Biogasanlagen schaffen ein neues wirtschaftliches Standbein f r die Landwirtschaft Besonders die G llenutzung leistet einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz Biogas Mikronetze und die Aufbereitung des Biogases auf Erdgasqualit t schaffen neue Optionen f r den Betrieb von Biogasanlagen Das Ausbaupotenzial der Biomasse in Deutschland liegt bei rund 10 des heutigen Energierohstoffbedarfs Holz Heizkraftwerk Biogas Anlage und Holzfeuerung ie Nutzung von Biomasse zur Erzeugung von Strom und W rme ist eine be
157. ftwerk Atomkraftwerk W rmeerzeugung Sonnenkollektoren Geothermie hydrothermal Gaskessel lkessel 3 bis 7 Monate 9 bis 13 Monate 3 bis 7 Monate 3 bis 5 Jahre 2 bis 3 Jahre Nie Nie Nie 1 5 bis 2 5 Jahre 7 bis 10 Monate Nie Nie Die energetische Amortisationszeit beschreibt die Zeit die die Anlage braucht um die Energie f r Herstellung Betrieb und Entsorgung wieder herein zu holen Kraftwerke und Kessel auf Basis ersch pflicher Energietr ger amortisieren sich energetisch nie da sie immer mehr Brennstoffe verbrauchen als sie Nutzenergie erzeugen 23 gt CO Vermeidungskosten Euro t CO 741 STROM 160 140 Photovoltaik Wind an Land Geothermie EE Europ ischer Verbund BE heute Quelle DLR Euro t CO Zap LAJ M W RME st 174 170 Biomasse Solarkollektoren Biomasse Erdw rme Heizkraftwerk Warmwasser 2020 A 2030 CO Vermeidungskosten durch die Strom und W rmeerzeugung aus erneuerbaren Energien Bezug Mix neuer fossiler Kondensations kraftwerke bzw W rmeversorgung von Einfamilienh usern mit einem Mix aus Gas Brennwertkessel und l Niedertemperaturkessel Durch Kostendegression technische Fortschritte und steigende fossile Energietr gerpreise werden die CO Vermeidungskosten erneuerbarer Ener gien k nftig erheblich abnehmen Bei fossilen Kraftwerken ist es genau umgekehrt rungskosten von 140 Euro t CO Mit anderen Worten
158. g bestehender Anlagen k nnen Stromkosten von 2 5 bis 6 6 Cent kWh erreicht werden kologisch vertr glicher Ausbau und Modernisierung Die Nutzung der Wasserkraft kann mit erheblichen Ein griffen in Natur und Landschaft verbunden sein Will man die noch vorhandenen Potenziale erschlie en muss man vor allem auch den Natur und Gew sser schutz ber cksichtigen Das Erneuerbare Energien Gesetz regelt f r die Verg tung neuer oder modernisier ter Anlagen dass sich der kologische Zustand des Ge w ssers mit dem Bau oder der Modernisierung verbes sern muss Neue Laufwasserkraftwerke erhalten nur eine Verg tung wenn sie an einer bereits bestehenden Stau oder Wehrstufe oder ohne durchgehende Querverbau ung errichtet werden und ein guter kologischer Zu stand erreicht wird oder der kologische Zustand we sentlich verbessert wird Gew ssertreppe des Wasserkraftwerks Einsal an der Lenne Diese Vorgabe steht der Erschlie ung neuer Wasserkraft potenziale nicht entgegen Durch kologisch wirksame Gestaltungs und Kompensationsma nahmen wie Fischauf und abstiegshilfen die Verbesserung der Strukturvielfalt im Stauraum des Kraftwerks etwa durch Infos zur Wa sserkraft Schotterb nke die Umgestaltung der Flussufer oder eine angepasste Mindestwasserregelung kann der kologi sche Zustand des Gew ssers gezielt verbessert werden gt Bundesverband Wasserkraft www wasserkraft org Nat rliche L sungen wie B che welche die
159. g mit Dreifachw rmeschutzfenstern erreicht werden Quelle IWU 1997 a L n E mm 60 ME O Niedrigenergiehaus 50 i errer j Z Isolierglas W rmeschutzglas ri Dreifach Verglasung a E SIEETERESSEE E De i O N y y 50 60 70 Verglasungsanteil in Fenster als Heizung Bei guter Verglasung Dreifach Verglasung sinkt der Heizw rmebedarf mit steigendem Anteil von S dfenstern 95 gt Transparente W rmed mmung x Sonneneinstrahlung W rmeverlust 0 A Reflexion ER Konventionelle W rmed mmung Funktionsweise der lichtdurchl ssigen transparenten W rmed mmung Zur passiven Nutzung z hlen aber auch lichtdurchl s sige Teile der u eren Geb udeh lle wie Winterg rten oder die transparente W rmed mmung TWD Trans parente W rmed mmung kann an den Fassaden von Alt oder Neubauten angebracht werden Sie besteht aus einer lichtdurchl ssigen aber gut w rmed mmenden Schicht beispielsweise aus feinen Glas oder Kunststoff r hrchen Grafik Transparente W rmed mmung Das einfallende Licht durchquert die transparente D mmschicht und wird auf der tragenden Wand absor biert Dabei erw rmt sich die Wand Da sich diese W r me bereits hinter der D mmschicht der Hauswand be gt Geb udeenergiekennwerte Energiebedarf in kWh m a 250 200 150 100 i BE EE BE S Bestand WschVo 1995 EnEV 2007 NEH EEE Raumw rme D Warmwasse
160. g und Studien zu Solarthermischen Kraftwerken wwu dir de tt Solarthermische Kraftwerksprojekte http www solarpaces org Trans Mediterranean Renewable Energy Cooperation http www trec eumena org Solare Strahlungsressourcen www solemi de 88 kurrenzf higkeit gegen ber konventionell betriebenen Kraftwerken deutlich verbessert Je nach Anteil der Zufeuerung und abh ngig von den Brennstoffpreisen k nnen die Stromgestehungskosten gegen ber dem rei nen Solarbetrieb um etwa die H lfte niedriger liegen Grafik Stromkosten So erreicht man Stromkosten die im Bereich lgefeuerter Kraftwerke liegen sofern deren Brennstoff nicht subventioniert wird Energiespeicher erh hen den Solaranteil des Kraftwerks verbessern das Betriebsverhalten bewirken eine h here Ausnutzung des Kraftwerkblocks und verbessern die Erl ssituation Das Zusammenwirken aller genannten Faktoren f hrt dazu dass die solaren Stromkosten eines solarthermischen Kraftwerks mit integrierter Speicher technik gegen ber dem Betrieb ohne Speicher sinken Zu diesem Zweck werden zurzeit kommerzielle solar thermische Speicherkonzepte entwickelt und erste Anlagen gebaut Die weltweite Markteinf hrung solar thermischer Kraftwerke steht bevor Im Februar 2006 erfolgte der erste Spatenstich f r ein neues 64 MW Parabolrinnenkraftwerk in Nevada USA Nach Einf hrung eines Einspeisegesetzes f r Solarstrom in Spanien gibt es auch dort eine ganze Reihe i
161. giemenge entspricht werden meist Vielfache dieser Einheit verwendet kJ 10 Joule Tausend Joule Kilo MJ 10 Joule Millionen Joule Mega GJ 10 Joule Milliarde Joule Giga TJ 10 Joule Billion Joule Tera PJ 10 Joule Billiarde Joule Peta EJ 10 Joule Trillion Joule Exa Eine gebr uchliche Einheit ist auch die kWh Kilowattstunde 1kWh 3 600 kJ 3 6 MJ 1 GWh 10 kWh 1 Million kWh 3 600 GJ 1 TWh 10 kWh 1 Milliarde kWh 3 600 TJ In Statistiken vielfach verwendete Einheiten sind 1 Mio t SKE 1 Million Tonnen Steinkohleeinheiten 8 14 TWh 1 Mill t ROE 1 Million Tonnen Roh leinheiten 11 63 TWh 1W ist die Basiseinheit f r die Leistung von Energieanlagen Sie entsteht durch Division der Energieeinheit durch die Zeit also 1W 1J s kW 10 Watt Tausend Watt MW 10 Watt Millionen Watt GW 10 Watt Milliarden Watt Emissionen sind die von einer Anlage einem Geb ude oder einem Verkehrsmittel in die Umwelt Boden Wasser Luft abgegebenen gasf rmigen fl ssigen und festen Schad stoffe Auch die Abgabe von W rme Strahlung Ger uschen und Ger chen gilt als Emission Die Einwirkung von Emissionen wird als Immission bezeichnet 133 Energie Endenergie Energieintensit t Energiepflanzen Energieproduktivit t Energiereserven Energieressourcen Erdw rme Erneuerbare Energien EEG Fernw rme Fossile Brennstoffe Photovol
162. giequelle Biomasse SONNE VERII UL Windkraft Wellenbewegung Meeresstr mung Erw rmung der Erdoberfl che und Atmosph re Solarstrahlung Solarstrahlung Gravitation Gezeiten Isotopenzerfall und Restw rme aus Erdentstehung Geothermik Nat rliche Energieumwandlung Biomasse Produktion Verdunstung Niederschlag Schmelzen Atmosph renbewegung weil sie Energie bereit stellen ohne das Klimagas Koh lendioxid auszusto en Sie er ffnen Industriestaaten wie Entwicklungsl ndern gleicherma en die M glichkeit die ben tigte Energie im eigenen Land zu erzeugen und so wertvolle Devisen in die eigene Entwicklung zu inve stieren Und zwar dauerhaft Damit verringern sie die Abh ngigkeit von den immer knapper werdenden fossi len Rohstoffen besonders von l und Gas Und entsch r fen die Krisen und Kriege rund um die Regionen in denen sich heute die gr ten Vorkommen finden Das Aber lautet Erneuerbare Energien sind in einer betriebswirtschaftlichen Betrachtung h ufig noch teurer als Strom und W rme aus fossilen und nuklearen Roh stoffen aus einer volkswirtschaftlichen Perspektive sind sie allerdings bereits heute g nstiger Und so bedeutend die Erneuerbare Energie Branche auch ist steckt sie doch noch in den Anf ngen und braucht die helfende Hand der Regierung wenn sie sich in einem Staat behaupten soll Doch die Entwicklung der umweltfreundlichen Technologien geht so r
163. gt Heute ben tigt die Wirtschaft f r eine vergleichbare Leistung nur noch die H lfte der Energie wie vor 50 Jahren Dass der Energieverbrauch seitdem trotzdem gestiegen ist liegt daran dass wir gegen ber den 50er Jahren ein Vielfaches konsumieren gt Endenergieverbrauch 2008 90 5 nicht erneuerbare Energietr ger Steinkohle Braunkohle Mineral l Erdgas Kernenergie Anteil EE 2008 9 5 Der Beitrag erneuerbarer Energien zur Versorgung Deutschlands ist in den vergangenen zehn Jahren von 3 1 auf 10 gestiegen K hlschr nke Fernseher Waschmaschinen Fernreisen was damals nur einer begrenzten Gruppe zur Verf gung stand nehmen heute fast alle Deutschen in Anspruch Und es wird immer mehr Die Entkopplung von Wirtschaftsleistung und Energie verbrauch ist darum eine zentrale Voraussetzung f r eine nachhaltige Entwicklung Anders als in den ersten Jahrzehnten der Bundesrepublik muss auch bei steigen der Wirtschaftsleistung der Energieverbrauch sinken w hrend sich parallel der Energiemix wandelt Unsere Energieversorgung st tzt sich nach wie vor zum gr ten Teil auf fossile Energietr ger Der W rmemarkt ist ge pr gt durch Gas und Heiz l im Verkehrsbereich kom men nahezu ausschlie lich Mineral lprodukte zum Ein satz Elektrizit t wird berwiegend aus Braun und Stein kohle erzeugt und mit steigender Tendenz aus Erdgas Der Anteil der nuklearen Stromerzeugung betrug 2007 etwa 22
164. he Brosch re ber alle F rderm glichkeiten auf der Ebene der EU des Bundes der L nder der Kom munen und der Energieversorgungsunternehmen he rausgegeben Eine umfassende F rderdatenbank bietet das Bundesministerium f r Wirtschaft und Technologie an http db bmwi de Die Versorgung mit erneuerbarer Energie ist die eine Seite der Medaille Aber die Energie aus Wind Sonne 130 Biomasse und Erdw rme reicht nicht aus um unseren heutigen verschwenderischen Umgang mit Energie auf recht zu halten Der Energieverbrauch muss der erneu erbaren Energieversorgung sozusagen entgegen kom men Auf Dauer m ssen Wirtschaft und Gesellschaft alte Energiefresser gegen effizientere Antriebe und Ger te eintauschen und den Maschinenpark der Vergeuder um r sten Der Endenergieverbrauch soll in Deutschland auf die H lfte sinken das wird Jahrzehnte dauern Anfan gen kann damit aber jeder heute und hier Was bringen Anstrengungen des Einzelnen Viel Das kann man mit dem pers nlichen CO Rechner im Inter net unter http ifeu klima aktiv de sehr schnell und un terhaltsam testen Unsere Energie verbrauchen wir zu hnlichen Teilen in den Bereichen Ern hrung und Kon sum Mobilit t sowie Wohnen Der durchschnittliche Deutsche emittiert jedes Jahr etwa zehn Tonnen CO Das ist etwa drei mal so viel wie die Menschen im glo balen Durchschnitt und schon f nf mal so viel wie die auch von der Bundesregierung anerkannte Zielmarke von zwei
165. hen Anteil an der deutschen Energieversorgung gehabt Heute tragen sie besonders in der Stromversorgung einen wesentlichen Teil dazu bei dass sich in Deutsch land die Waschmaschinen drehen das Licht angeht und in den Betrieben die Maschinen laufen Diese erstaunli che Entwicklung ist das Ergebnis einer Melange aus Ingenieurgeist Umweltbewusstsein und konsequenter Politik Deutschland hat seit den 1990er Jahren mit dem Erneuerbare Energien Gesetz EEG und seinen Vorl u fer Regelungen denjenigen Technikern und Kaufleuten ein Experimentierfeld er ffnet die getrieben durch ein erwachendes Klimabewusstsein und ihrer Ablehnung der Atomenergie eine neue nachhaltige Energiever sorgung entwickeln wollten Auch in Meinungsumfragen gibt seitdem eine konstant hohe Mehrheit der B rger an dass sie f r die F rderung und den Ausbau der Erneuerbaren sind Und dennoch konnte kaum jemand ahnen wie schnell die Ideen der Vision re einmal real werden sollten Alle Prognosen zum Ausbau der erneuerbaren Energien haben Wind und Solarkraft immer wieder bertroffen Heute inves tieren auch die Gro konzerne in Branchen denen sie lange skeptisch gegen ber standen Dabei ist die Erneuerbare Energie Branche mehr als nur irgendein neuer technischer Trend mit dem sich Geld verdienen l sst Diese Technologien sind das bisher er folgreichste Mittel im Kampf gegen den Klimawandel gt Erneuerbare Energiequellen Erscheinungsform Prim rener
166. hen Grundlast als auch im Spitzenlastbetrieb eingesetzt werden Pumpspeicher kraftwerke werden nicht durch nat rliche Wasservor kommen sondern durch aus dem Tal heraufgepumptes Wasser aufgef llt Damit wird in Schwachlastzeiten etwa nachts erzeugter elektrischer Strom zwischenge speichert und kann in Spitzenlastzeiten tags ber wieder ber eine Turbine abgerufen werden siehe S 55 Laufwasserkraftwerke nutzen die Str mung eines Flus ses oder Kanals zur Stromerzeugung Charakteristisch ist eine niedrige Fallh he bei relativ gro er oft jahreszeit lich schwankender Wassermenge Die Anlagen werden aus wirtschaftlichen Gr nden oft in Verbindung mit Schleusen gebaut Bei Laufwasserkraftwerken kommen haupts chlich Kaplan Rohr und Durchstr mturbinen zum Einsatz Potenziale und Kosten Die Potenziale der Wasserkraft sind in Deutschland weit gehend erschlossen Darum liegt der Fokus heute auf der Modernisierung gro er Laufwasserkraftwerke auf der Modernisierung und Reaktivierung bestehender Anlagen und dem Neubau an bestehenden Querbauwer ken Verschiedene Studien sch tzen das auch unter ko logischen Vorbehalten heute verf gbare Ausbaupoten zial bereinstimmend auf 3 bis 5 TWhja Die Verg tung des Erneuerbare Energien Gesetzes EEG erm glicht f r einen Gro teil der Vorhaben einen wirtschaftlich sinn vollen Betrieb 176 Oberlauf Generator Wasserzulauf Kaplan Turbine Unterlauf Wasserablauf
167. ht auch hier ein gro es Potenzial zur Kostensenkung so dass je nach Einsatzgebiet und Anlagenkonfiguration langfristig auch mit Solarkollektoren negative CO Ver meidungskosten erreicht werden k nnen Die CO Ver meidungskosten der W rme aus Biomasse h ngen von der Entwicklung der Brennstoffkosten ab Heute liegen sie bei circa 40 Euro t CO Die W rmeerzeugung in ei nem Holzhackschnitzel Heizwerk f hrt schon heute zu negativen CO Vermeidungskosten Vielfach wird argumentiert die CO Vermeidung durch Modernisierung von Kohlekraftwerken habe viel gerin gere CO Vermeidungskosten W hrend durch neue Steinkohlekraftwerke zun chst noch ein gegen ber dem heutigen Bestand an Steinkohlekraftwerken bestehendes CO Minderungspotenzial zu sehr niedrigen Kosten er schlossen werden kann so ist jede dar ber hinaus ge hende zus tzliche Minderung der CO Intensit t mit stark steigenden CO Vermeidungskosten verbunden So f hrt bereits der Sprung von einem Dampfkraftwerk mit 45 Wirkungsgrad hin zu einem verbesserten Dampf kraftwerk mit 46 Wirkungsgrad zusammen mit ei nem leichten Anstieg des Kohlepreises zu CO Minde Quelle IFEU gt Energetische Amortisationszeit f r Herstellung Betrieb und Entsorgung Stromerzeugung Windkraft Wasserkraft Solarthermisches Kraftwerk in Marokko Photovoltaik in Mitteleuropa e Polykristallines Silizium moderne Herstellungstechnologie e D nnschicht Zellen Gaskraftwerk Kohlekra
168. i bilit t finanziell belohnt Beispielsweise kann zwischen Versorger und Kunde vereinbart werden dass Verbrau cher mit Hilfe entsprechender Kontrolltechnologien abgeschaltet werden Bei Industriekunden wird dies vielfach schon praktiziert Auch in Deutschland laufen erste Versuche mit zeit variablen Tarifen Waschen in der Nacht automatische K hlschr nke und gro e K hlh user die in Zeiten ho her Nachfrage kurzzeitig ausschalten mit solchen tech nischen Finessen wird die Notwendigkeit reduziert mit Hilfe von Regelkraftwerken auf der Versorgungsseite die Fluktuationen nachzuregeln Es entstehen neue Gesch ftsmodelle auf Basis intelligen ter Stromz hler Der Fortschritt bei den Kommunikations technologien vereinfacht diese Art von Lastmanagement erheblich Beispielsweise sind in Italien bereits 30 Mil lionen innovative Stromz hler installiert die ber ver schiedene Schnittstellen verf gen und nicht nur eine Fernablesung erlauben sondern auch eine Fernsteue rung von Verbrauchern Es gibt eine Vielzahl von Strom konsumierenden Maschi nen die problemlos f r einige Zeit abgeschaltet werden k nnen beispielsweise K hlmaschinen Wasserpumpen oder Metallschmelzen Betrachtet man den gesamten deutschen Stromverbrauch verbraucht das Land etwa 9 des Stroms f r K hlen und L ftung oder Klimatisie rung Diese Segmente sind in der Regel gut zeitlich ver schiebbar Weitere Potenziale bieten Umw lzpumpen in Heizungen
169. i Consult gt Sicherheitspolitische Bedeutung erneuerbarer Energien Senkung der Importabh ngigkeit Reduktion der Fc Klimawa Reduzierung der Verwundbarkeit affung neuer gsm glichkeiten ERNEUERBARE ENERGIEN UND SICHERHEIT ren und ohne Aufbereitung der Kernbrennstoffe nur etwa 30 Jahre Zun chst m gen diese Zeitr ume wenig besorgniserregend erscheinen Eine solche Betrachtung l sst aber dreierlei au er Acht Mit steigenden Preisen und in der Folge wirt schaftlichen Verwerfungen ist schon weit vor dem Versiegen der fossilen Energievorr te zu rechnen n mlich ab dem Zeitpunkt an dem die F rderung die Nachfrage auf Dauer nicht mehr decken kann Beim Erd l wird das Maximum der lf rderung Peak oil bald berschritten sein der mid depletion point bei dem die H lfte der Erd lvorr te verbraucht ist d rfte bei gleichbleibender oder stei gender F rderung in den n chsten f nf bis 20 Jahren erreicht sein Sp testens dann d rften deutliche Preissteigerungen beim Roh l auftreten Erdgas allein kann die Deckungsl cke nicht bernehmen und die Reserven an unkonventionellem l sind alle mal teurer und deutlich umwelt und klimasch d licher Wenn die Menschheit dagegen heute beginnt den Verbrauch endlicher Energietr ger zu mindern so sch tzen wir uns vor den Gefahren zuk nftiger Diversifizierung von Energietr gern und Produzentenl ndern m glicherweise hnlich drastisch
170. ickelt Im Jahr 2008 wurden allein in Deutschland knapp 29 Mrd Euro mit erneuerbaren Energien erwirt schaftet Das ist fast dreimal so viel wie 2003 Die Inves titionen in neue Anlagen beliefen sich 2008 auf ber 13 Milliarden Euro Aufgrund der hohen Ausbaudyna mik entfiel davon fast die H lfte auf den Bau von Photo voltaikanlagen zur solaren Stromerzeugung Den zwei ten gro en Bereich stellt die energetische Nutzung von Biomasse dar Aufgrund der drastisch gestiegenen Preise f r fossile Energietr ger hat sich der Markt f r thermi sche Systeme sehr positiv entwickelt Im Bereich der Windenergie wurde gegen ber dem Vorjahr ein leichter R ckgang der Investitionen verzeichnet Stattdessen pro fitieren die Unternehmen zunehmend vom Export Da r ber hinaus werden Erl se aus dem Anlagenbetrieb er wirtschaftet insgesamt rund 16 Milliarden Euro 2008 Erneuerbare Energien schaffen Besch ftigung 2008 waren es in Deutschland rund 280 000 Stellen mit stei gender Tendenz Nach wissenschaftlichen Untersuchun gen kann die Zahl bis 2020 auf 400 000 anwachsen Erneuerbare Energien haben einen wichtigen struktur 2008 arbeiteten in Deutschland schon fast 280 000 Menschen in der Branche der erneuerbaren Ener gien Tendenz weiter steigend Was f r den Exportweltmeister Deutschland generell gilt gilt auch hier Bei den erneuerbaren Energien verf gen wir ber Spitzentechnologien politischen Nebeneffekt Arbeitspl
171. ie Stadt theoretisch schon Zwei Biogasanlagen vier Wasserkraftwerke 23 Windr der und zahlreiche Photovoltaikanlagen erzeugen mittlerweile 30 GWh und damit mehr Strom als die Stadt verbraucht Wenn 2011 die Konzessionsvertr ge auslaufen erw gt die Stadt die Vertr ge nicht zu verl ngern sondern die Niederspannungsnetze zu kaufen und selbst zu betrei ben die Wirtschaftlichkeit der Investition vorausge setzt Bei einem m glichen R ckkauf des ehemals kom munalen Stromnetzes vom Energieversorger geht es nicht zuerst um Erzeugung und Verkauf von Energie sondern allein die Durchleitung von Strom Angesichts des sich abzeichnenden demografischen Wandels k nne es sich als vorteilhaft erweisen dass die Kommune auch in energiepolitisch unabw gbaren Zeiten f r eine ver Die Gemeinde Trendelburg baut konsequent auf eine erneuerbare Energie versorgung l ssliche und sichere Stromversorgung und verteilung zust ndig ist so die Argumentation der Stadt Dazu k nnte auch ein regionales Energieunternehmen ge gr ndet werden Neben der Stromversorgung will der B rgermeister auch Teile der W rmeversorgung in die eigene Hand nehmen F r die rtliche Schule den Bauhof das Frei bad und andere Liegenschaften soll ein neues Nahw r menetz gebaut werden Zur Vorbildstadt konnte Trendelburg nur werden weil B rgermeister st dtische Gremien und andere Initiato ren von Anfang an versucht haben m glichst viele B r ger
172. ie Zuckerr ben werden zerkleinert und aus den Wurzelk rpern wird eine Zu ckerl sung extrahiert Bei st rkehaltigen Pflanzen muss die St rke aus den Pflanzen gel st und verzuckert wer den Die gewonnene zuckerhaltige L sung wird dann mit Hefen vergoren Schlie lich wird der energiehaltige Alkohol abgetrennt Im Jahr 2007 wurden in Deutschland im Schnitt 62 t R ben pro Hektar geerntet woraus etwa 6 600 Liter Bioethanol gewonnen werden k nnen Betrachtet man den Energieinhalt des geernteten Ethanols so ist der Ertrag fast doppelt so hoch wie bei RME F r den Prozess der Kraftstoffherstellung werden jedoch selber Energie und Einsatzstoffe ben tigt und hier kommt die kobilanz zum Zug Ein gro er Teil des Ener Quelle IFEU Biozide Kraftstoff a landwirtschaftlicher Anbau Transport Lagerung Rapskuchen Methanol Extraktion Hexan NaOH Umesterung Rapsschrot S ure Biodiesel RME Vom Feld zur Tankstelle Herstellung von Biodiesel 112 Wartungsarbeiten an einer Anlage zur Herstellung von synthetischem Biokraftstoff der zweiten Generation Beim Herstellungsverfahren wird durch das Vergasen einer Biomasse aus Holzhackschnitzeln unter Hochdruck Biodiesel gewonnen giebedarfs beim Energiepflanzenanbau entf llt auf die D ngemittelproduktion Auch bei der Feldarbeit mit den Landmaschinen wird Energie verbraucht Bei der Produktion von Biodiesel hat die Umesterung vor allem d
173. ieb in der Nacht aufsparen werden in Spanien in ers ten Parabolrinnenkraftwerken erprobt Sie sollen in Zu kunft die Zufeuerung von fossilen Brennstoffen reduzie ren 83 Europ ischer Parabolrinnenkollektor SKALET im Testbetrieb Als Standorte f r solarthermische Kraftwerke kommen haupts chlich die sonnenreichen Zonen der Erde s d lich des 40 Breitengrads in Frage da lediglich der direk te Anteil der Sonnenstrahlung geb ndelt werden kann Der hohe Anteil diffuser Strahlung und die insgesamt niedrigere Einstrahlung erschweren den wirtschaft lichen Einsatz in L ndern wie Deutschland Parabolrinnenkraftwerke Bei diesem Konzept wird das Sonnenlicht durch para bolisch gekr mmte bis zu 6 Meter breite und 150 Meter lange Spiegel auf ein Absorberrohr konzentriert Das l in dem Absorberrohr wird dabei auf etwa 400 C erhitzt Die absorbierte W rme wird mit dem Thermo l abge f hrt und ber einen W rmetauscher zur Dampferzeu gung genutzt Der so erzeugte Dampf dient zum Antrieb eines konventionellen Dampfturbinen Generators Auch gt Grundprinzipien konzentrierender Solarsysteme Parabolrinne Solarstrahlung Receiver W rmetr ger Thermo l Wasser Wasserdampf 390 550 C 32 120 bar Parabolrinnenkollektor 84 Fresnelkollektor auf der Plataforma Solar de Almeria Spanien die Integration in den Dampfteil eines modernen Gas und Dampfturbinenkraftwerks ist m glich Parabolrinnenkraftwe
174. ieder ab wenn Strom knapp ist Insgesamt geht dabei zwar etwa ein F nftel der eingesetzten Energie verloren f r die Effizienz des gesamten Systems entsteht aber ein Vorteil der diesen direkten Verlust mehr als ausgleicht Und die Betreiber solcher Kraftwerke verdienen ihr Geld an dem Unter schied zwischen den Stromeinkaufs und verkaufsprei sen Pumpspeicherkraftwerke k nnten in Zukunft noch st rker an die Erfordernisse erneuerbarer Energien an gepasst werden Solche Kraftwerke mit gro en unteren und oberen Be cken brauchen allerdings fast so viel Fl che wie Stau seen und noch dazu ausreichende H henunterschiede Ihr Bau ist zudem hinsichtlich der Umweltwirkungen genauestens zu untersuchen und ben tigt eine lange Vorlaufzeit Das Potenzial eines Ausbaus dieser elegan ten Speichertechnologie in Deutschland ist daher sehr begrenzt Langfristig erscheinen die noch in der Entwicklung be findlichen Druckluftspeicherkraftwerke eine interessan te Alternative zu bieten In diesen Kraftwerken wird Luft mit einem elektrisch angetriebenen Verdichter kompri miert und mit bis zu 70 bar in tiefe Salzst cke 600 Meter unter der Erdoberfl che gepresst In Spitzenzeiten wenn der Strombedarf gro ist str mt diese Luft aus den Ka vernen zur ck und treibt eine Turbine an CAES Com pressed Air Energy Storage lautet der englische Fachter minus dieser Art der Stromspeicherung W hrend die heutigen Druckluftspeicherkraftwerke fos s
175. ien definieren die als Orientierung f r die im Energiesektor handelnden Akteure und f r die Entwicklung energiepolitischer Handlungsstrategien dienen k nnen siehe Kasten Quelle In Anlehnung an HGF 2001 Alle Menschen sollen vergleichbare Chancen beim Zugang zu Energieressourcen und zu Energiedienst leistungen haben 2 Ressourcenschonung Wir d rfen die heutigen Energiequellen nicht zu Lasten kommender Generationen ausbeuten gt 3 Umwelt Klima und Gesundheitsvertr glichkeit Die Anpassungs und Regenerationsf higkeit der Umwelt darf nicht durch energiebedingte Emissionen und Abf lle berfordert werden gt 4 Soziale Vertr glichkeit Bei der Gestaltung von Energieversorgungssystemen sollen alle Betroffenen teilhaben 5 Risikoarmut und Fehlertoleranz Die Risiken der Energiebereitstellung und nutzung m ssen gering gehalten werden gt 6 Umfassende Wirtschaftlichkeit Energie soll f r den Einzelnen und gesamtwirtschaftlich bezahlbar bleiben gt 7 Bedarfsgerechte Nutzungsm glichkeit und dauerhafte Versorgungssicherheit Die Energieversorgung soll auf so vielen verschiedenen S ulen beruhen dass sie flexibel auf die Bed rfnisse der Gesellschaft zugeschnitten ist und auf m gliche Krisen reagieren kann gt 8 Internationale Kooperation Die Energieversorgung soll sich so entwickeln dass Ressourcenkonflikte mit anderen Staaten gel st werden und eine friedliche Kooperation durch geme
176. ig mit einem solarerw rmten Abluftstrom aufgeheizt wodurch die Feuchtigkeit wie der an die Umgebung abgegeben wird siehe Grafik K hlung nach dem offenen Verfahren W hrend der Trocknung steigt die Temperatur der Zu luft zun chst an bevor die Zuluft ber eine zweite Walze wieder auf Umgebungstemperatur abgek hlt wird Durch die Verdunstung von Wasser im Zuluft strom wird dann eine weitere Abk hlung auf das gew nschte Niveau erzielt Aktuelle Forschungen kon zentrieren sich auf neuartige feste aber auch fl ssige Trockenmittel und Evaporationstechniken bei denen der Zuluftstrom nicht mehr direkt befeuchtet werden muss Beim geschlossenen Verfahren werden Temperaturen von mindestens 80 C ben tigt Beim offenen Verfahren reichen je nach Trockenmittel auch geringere Tempera turen aus Die Technologien zur thermischen Klimatisierung ste cken vielfach noch in den Kinderschuhen Auf dem Markt sind bisher fast ausschlie lich gro e Anlagen mit K lteleistungen von ber 50 bis 100 Kilowatt die zur Klimatisierung von Kaufh usern B rogeb uden oder Kongresszentren geeignet sind Kleinere Anlagen f r Einfamilienh user oder Dachgeschosse mit K nhlleis tungen von einigen wenigen Kilowatt werden gerade erst angeboten Diese Anlagen erschlie en ein ganz neues Marktsegment Denn Sonnenkollektoren zur Warmwassererzeugung und Heizungsunterst tzung auf kleineren Geb uden liefern im Sommer oft zu viel W rme Diese W rm
177. igerungen verbucht son dern auch eine deutliche Kostenreduktion durchlau fen Seit Mitte der 1990er Jahre konnten die Systemkos ten also die Kosten der fertig montierten Solarmodule um ca 60 reduziert werden 25 davon allein zwi schen 1999 und 2003 Auch in den folgenden Jahren hat die Produktion der Anlagen hohe Effizienzsteigerungen erzielt Durch die weltweite Verknappung von hochrei nem Silizium dem Grundstoff f r die meisten Solarzel len hat sich dieser Effizienzgewinn aber lange Zeit nicht in g nstigeren Preisen widergespiegelt Die Investitions kosten f r eine Hausdachanlage liegen heute unter 5 000 Euro pro Kilowatt installierter Leistung Je gr er eine Anlage wird desto geringer fallen die spezifischen Kos ten aus wodurch bei gro en Freifl chenanlagen die Prei se pro Kilowatt inzwischen unter 4 000 Euro gefallen sind W hrend Strom aus PV Anlagen 1985 noch etwa 1 50 Euro kWh kostete liegen die Stromgestehungskosten heute in Mitteleuropa je nach Anwendungsfall und Technologie zwischen 0 30 Euro kWh bei gro en netzgekoppelten Generatoren und bis maximal 0 55 Euro kWh bei klei neren Anlagen auf Einfamilienh usern gt Globalstrahlung in Deutschland Schleswig lt 941 1 081 1 100 941 960 1 101 1 120 961 980 1 121 1 140 981 1 000 1 141 1 160 1 001 1 020 1 161 1 180 1 021 1 040 1 181 1 200 1 041 1 060 1 201 1 220 1 061 1 080 gt 1 220 Dur
178. ile Zusatzenergie ben tigen um eine Vereisung der gt K hlen wenn der Wind weht K hlung hoch drehen wenn der Wind weht Und m glichst sparsam mit dem Strom umgehen solange man auf das Kohlekraftwerk angewiesen ist Dann kommt man als K hlhaus Besitzer mit seinem virtuellen Kohleberg auf www etelligence de noch mindestens 60 Jahre aus Andernfalls ist nach 30 Jahren Schluss Dieses nette und lehrreiche Spiel hat der regionale Stromversorger EWE ins Netz gestellt Es hat einen seri sen Hintergrund An der Nordseek ste stehen schon heute jede Menge Windr der In Zukunft kommen noch die Anlagen auf hoher See dazu Doch was passiert wenn der Wind kr ftig bl st und die Maschinen mehr Strom produzieren als die K stenbewohner wirklich brauchen Bisher flie t die Energie dann ber die gro Ben Energieautobahnen Richtung Ruhrgebiet Das ist auch mit Leitungsverlusten verbunden Darum versu chen Wissenschaftler den Stromverbrauch in der N he der K ste in Zeiten zu verschieben in denen die Wind energie viel Strom liefert K hlh user und andere Gro verbraucher sollen helfen den Stromverbrauch zu opti mieren In Bremerhaven machen bereits zwei gro e K hlh user f r Frischfisch mit Die K hlfirmen werden k nftig ihre Hallen dann besonders stark abk hlen wenn der Wind weht Weht der Wind nicht lassen sie die Temperaturen in ihren Hallen bis zu einem f r das K hlgut unbedenk lichen Wert ansteigen F r die K h
179. im Jahr 2020 zehn Pro zent betragen Auch andere erneuerbare Energietr ger wie feste Holz pellets oder Strom aus L ndern im Sonneng rtel k nnen nach Deutschland importiert werden sie sind in dieser Potenzialabsch tzung nicht enthalten 42 Im Rahmen der Nachhaltigkeitsstrategie wird ein An teil erneuerbarer Energien an der gesamten Energie versorgung von 50 im Jahr 2050 angestrebt Erg nzend wird die Strategie mit dem Ziel verfolgt die Energieeffizienz der Volkswirtschaft bis 2020 gegen ber 1990 zu verdoppeln Die Ziele sind ambitioniert aber realistisch Die entstan dene Dynamik der erneuerbaren Energien l sst erwar ten dass das 30 Ziel des Jahres 2020 erreicht oder bertroffen wird Damit werden erneuerbare Energien zu einem gleichberechtigten und unverzichtbaren Partner im Strommarkt Bemerkenswert ist dass viele ltere Szenarien bereits nach wenigen Jahren von der Wirklichkeit deutlich berholt wurden W hrend die Prognose der Enquete Kommission im Jahr 2002 noch sehr pessimistisch war steigt der Anteil der erneuerbaren Energien in aktuelle ren Studien wie dem Energiereport IV aus dem Jahr 2005 oder den Szenarien aus dem Energiegipfel von 2007 deutlich st rker siehe Grafik M gliche Entwick lung der Stromerzeugung Im Bereich der W rmebereitstellung ist der Anteil der erneuerbaren Energien in den letzten Jahren ebenfalls merklich gestiegen Trotzdem ist hier der Nachholbe darf b
180. in ambi tionierter Klimaschutz ist notwendig und das bedeutet eine Minderung der deutschen CO Emissionen um min destens 80 bis 2050 Zum zweiten geht das Leitszena rio davon aus dass auf Grund der Risiken der Atomtech nologie und der ungel sten Frage der Endlagerung von Atomm ll an einem Ausstieg aus der Atomenergie kon sequent festgehalten wird Zur Erreichung dieser Ziele ist es notwendig Effizienz in allen Sektoren erneuer gt Prim renergie im Leitszenario 2008 Prim renergie PJ a 14 402 14 469 on 13 842 13 853 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 bare Energien und Kraft W rme Kopplung simultan um zusetzen Die Effizienzstrategie bewirkt bis zum Jahr 2050 eine Re duktion des Prim renergieverbrauchs um ber 40 ge gen ber 2007 und erm glicht es dadurch den Beitrag der erneuerbaren Energien bis dahin auf 48 des ver bleibenden Verbrauchs zu steigern ohne dass es zu ei ner extremen Aussch pfung von Einzelpotenzialen kom men m sste Da jede Art der Energienutzung auch Wir kungen auf unsere nat rliche Umwelt hat bei fossilen und nuklearen Energien ungleich gr ere als bei erneu erbaren Energien gew hrleistet diese Strategie auch einen weitgehenden Schutz nat rlicher Lebensr ume Im Kraftwerksektor ergibt sich in den n chsten Jahr zehnten aufgrund der Alterstruktur der fossilen Kraft werke und des Abschaltens von Kernkraftwerken ein umfangreicher Erneuerungs u
181. in ein Erdgasnetz eingespeist werden Dazu muss 102 Gasnetz TRANSPORT Strom BHKW W rme Kraftstoff Mobilit t UMWANDLUNG VERWERTUNG das im Biogas enthaltene Kohlendioxid abgetrennt und das Gas mit einem Kompressor auf das Druckniveau des Erdgasnetzes gebracht werden Diese Aufbereitung kos tet zus tzliche Energie Der Vorteil liegt aber darin dass das Biogas an anderer Stelle aus dem Gasnetz entnom men werden kann wo ein kontinuierlicher W rmebe darf gegeben ist und das Gas daher mit hohen Wir kungsgraden genutzt werden kann Mit der neuen Gas netzzugangsverordnung werden die gesetzlichen Vo raussetzungen f r eine solche Einspeisung geschaffen Wenn es potenzielle W rmeverbraucher in der N he einer Biogasanlage gibt kann eine Gasleitung gebaut werden durch die das Biogas unaufbereitet weiter gelei tet wird Ein solches Biogas Mikronetz wird durch das Marktanreizprogramm gef rdert Biogasanlagen haben f r Landwirte einen mehrfachen Nutzen Der gr te wirtschaftliche Vorteil entsteht durch den im BHKW erzeugten Strom der in das ffentliche Stromnetz eingespeist und gem dem Erneuerbare Energien Gesetz verg tet wird Die W rme wird zur Beheizung von Geb uden und Stallungen verwendet Bei gr eren Anlagen ist auch die Verteilung der W r me mit einem Nahw rmenetz m glich siehe S 60 Au erdem wird die G lle als D ngemittel aufgewertet und die Geruchsbel stigung bei der Ausbringung r
182. insame Nutzung der jeweiligen F higkeiten und Potenziale gef rdert wird gt Entwicklung des Prim renergieverbrauchs Prim renergieverbrauch Tausend Petajoule pro Jahr 500 400 300 200 100 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 Quellen IEA Statistiken u a Erneuerbare Energien Kernenergie Erdgas Mineral l Kohle 2000 2006 Entwicklung des weltweiten Prim renergieverbrauchs zwischen 1870 und 2006 sowie seiner Deckung nach Energiequellen einschlie lich der nichtkommerziellen Nutzung von Biomasse Brennholz Diese Leitlinien sind als Mindestanforderungen einer nachhaltigen Entwicklung zu verstehen Andere f r die weitere Entwicklung von Gesellschaften und Staaten wesentliche Aktivit ten wie die Vermehrung von Wohl stand oder von Freiz gigkeit sollten sich deshalb nur in einem Ma entfalten das die Mindestanforderungen der Nachhaltigkeit nicht gef hrdet Misst man n mlich die heutige Energieversorgung an den Mindestanforderungen einer nachhaltigen Ent wicklung so lassen sich wesentliche Defizite erkennen der berm ige Verbrauch begrenzter Ressourcen die sich abzeichnende globale Klimaver nderung das extrem starke Gef lle des Energieverbrauchs zwischen Industrie und Entwicklungsl ndern die Risiken der Atomenergienutzung In nur wenigen hundert Jahren verbraucht die Menschheit in Jahrmillionen entstandene wert volle Rohstoffe und bela
183. isse bisher ern chternd Zwar hat sich die Energiebereitstellung aus erneuerbaren Quellen EWEA BWE GWEC 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 du Welt Entwicklung der installierten Windleistung in Deutschland bis 2008 der EU und weltweit in den Jahren 1995 bis 2008 Ab 2003 einschlie lich installierter Leistungen der neuen Mitgliedsstaaten F r 2008 nur Werte f r Deutschland 47 Das weltgr te Solarturmkraftwerk steht in Spanien und produziert 20 Megawatt elektrische Leistung 1 255 Spiegel reflektieren die Sonnenstrahlung auf den Receiver des 160 m hohen Solarturms Energien in den letzten etwa 30 Jahren ann hernd ver doppelt gleichzeitig stieg aber auch die Nutzung von Kohle l Erdgas und Atomenergie Der Anteil der er neuerbaren Energien am Weltenergieverbrauch von gut 13 ist deshalb nicht angewachsen Im Gegensatz zu Deutschland und Europa wo durch die Effizienzpotenziale ein kurz bis mittelfristiger R ckgang des Energiebedarfs m glich ist wird der Weltenergie bedarf weiter deutlich ansteigen Wesentliche Ursachen hierf r sind das Bev lkerungswachstum und der weitere Anstieg des Weltbruttosozialprodukts Die absolute H he des Energieverbrauchs h ngt aber auch stark von der Entwicklung der Energieintensit t ab Der Wissenschaft liche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltver n derung hat in seinem Gutachten Welt im Wandel Energiewende zur Nachhaltigk
184. it der Versorgung die Schaffung von Ar beitspl tzen und nicht zuletzt ihr Beitrag um unsere Verpflichtungen zur Senkung der Treibhausgasemis sionen zu erf llen Das Potenzial allein durch eine Be wirtschaftung der stillgelegten Fl chen liegt bei 1 2 bis 5 des Gesamtverbrauchs an Erd lprodukten Je doch sind Biokraftstoffe nicht unbedingt an die land wirtschaftliche Fl che gekoppelt Organische Abf lle wie le und Fette sowie holzartige Rohstoffe k nnen eben falls herangezogen werden Betrachtet man im Vergleich dazu das prognostizierte Wachstum des Verkehrs in den n chsten Jahren so k nnten Biokraftstoffe auf jeden Fall die Mehr Emissionen des Zuwachses auffangen Drei Einflussfaktoren bestimmen die Wirtschaftlichkeit in hohem Ma e die Rohstoffkosten die erzielbaren Prei se f r Nebenprodukte und der Erd lpreis Einerseits l sst sich ber die Zeit durch Z chtungserfolge der Ertrag von Energiepflanzen steigern und dadurch die Rohstoff kosten senken Andererseits ist es in der Vergangenheit zu einer drastischen Verteuerung des Energietr gers Roh l gekommen Dieser Trend wird sich aufgrund der begrenzten Ressourcen langfristig fortsetzen Beide Effekte zusammen mit der wachsenden Erfahrung bei der Herstellung von Biokraftstoffen tragen dazu bei die Kosten f r die Bereitstellung von Biokraftstoffen zu senken Andererseits k nnen hohe politische Zielvorgaben wie etwa das Ziel der EU im Jahr 2020 einen 10 ige
185. ittelbar neben dem Ab sorber angeordnet sind auf etwa 900 C erhitzt Dish Anlagen haben ihre technische Reife in mehreren Jahren Testbetrieb demonstriert und dabei mit bis zu 30 die besten Wirkungsgrade erreicht die bei Solar anlagen berhaupt nachgewiesen wurden In einem n chsten Schritt gilt es eine Serienfertigung aufzubau en und so das Kostensenkungspotenzial dieser Techno logie zu erschlie en Dieser Kraftwerkstyp eignet sich vor allem f r die Dorf versorgung in Entwicklungsl ndern Mehrere Systeme lassen sich dabei zu einem kleineren Kraftwerkspark zusammenschalten In Kombination mit einer Biomasse Feuerung oder einem speziell f r diese Technik entwi ckelten Speicher ist auch ein Betrieb rund um die Uhr m glich Aufwindkraftwerke Anders als bei den bisher beschriebenen konzentrieren den Systemen wird die Sonnenstrahlung nicht ber ein Spiegelsystem umgelenkt oder geb ndelt Beim Auf windkraftwerk wird Luft unter einem riesigen Kollektor dach aus Glas oder Kunststofffolie durch die Sonne er w rmt Diese Luft str mt zu einem in der Mitte des Kollektordachs stehenden Kamin und steigt durch den Kamin auf Durch die Luftstr mung werden am Fu des Kamins eingebaute Turbinen angetrieben die Strom erzeugen Auf diese Weise werden drei physikalische Effekte miteinander kombiniert Der Treibhauseffekt der zur Erw rmung der Luft unter dem Glasdach f hrt Der Kaminzug der f r das Aufsteige
186. keiten der Verstromung von Biomasse Weiter ist da schon die ORC Technik Organic Rankine Cycle die sich besonders f r W rmequellen auf nie drigem Temperaturniveau eignet Bei diesem Prozess wird die W rme der Feuerung oder auch jeder ande ren W rmequelle beispielsweise Erdw rme nicht zur Erzeugung von Wasserdampf f r eine Dampfturbine genutzt Stattdessen wird ein organisches L sungsmittel wie Toluol Pentan oder Ammoniak verdampft um damit eine Turbine anzutreiben Die erste biomasse befeuerte ORC Anlage in Deutschland wurde 2002 errichtet mittlerweile Ende 2007 setzen 20 der in Betrieb befindlichen Kraftwerke auf die ORC Tech nik Eine vielversprechende Alternative zur Verbrennung ist die Vergasung von Biomasse Dazu wird sie bei hohen Temperaturen zersetzt und in ein Gas umgewandelt Dieses Gas wird dann abgek hlt gereinigt und in einem Motor Blockheizkraftwerk BHKW oder einer Turbine verbrannt Auch die zuk nftige Nutzung von Biomasse in Brennstoffzellen von welchen auch bei kleinen Leis tungseinheiten noch hohe Stromausbeuten erwartet werden wird mit vergastem Holz m glich Holzvergaser sind prinzipiell nichts Neues Sie wurden schon nach dem Krieg mangels motorschonenderer Kraftstoffe zum Antrieb von LKW verwendet Das besondere Kunstst ck ist auch bei wechselnden Brennstoffqualit ten ein hoch wertiges und teerarmes Gas herzustellen das die Moto ren dauerhaft vertragen Neu entwickelte Ho
187. ktes und die Einf hrung einer Stromb rse wird mehr Strom frei gehandelt Und nun kommt der heutige Kraftwerkspark in die Jahre und muss moderni siert werden Dieser Umstrukturierungsprozess wird weitergehen da sich der Ausbau erneuerbarer Energien fortsetzt Unsere Erzeugungsstruktur ist damit dezentra ler geworden Fragen der Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz werden zuk nftig immer wichtiger werden Zwar produzieren Windparks und Solarzellen bei Wind flaute oder n chtlicher Dunkelheit keinen Strom und auch die Betriebsstunden kleiner Blockheizkraftwerke orientieren sich am W rmebedarf der Betreiber und nicht an den Erfordernissen des Strommarktes Aber die erneuerbaren Energietr ger gleichen sich teilweise bereits untereinander aus Selbst wenn an einem Stand ort Windstille herrscht erzeugt der Verbund der deut schen Windr der immer noch Strom Au erdem ist die Windstromerzeugung mittlerweile gut vorhersagbar Holz G lle und andere Biomasse sowie die W rme der Erde k nnen zudem rund um die Uhr verstromt werden Im Fachjargon hei t dies bedarfsgerechte Erzeugung In Deutschland erm glicht das elektrische Verbundnetz infolge der zahlreichen angeschlossenen Erzeuger Ver braucher und Speicher bereits einen gewissen Ausgleich von Leistungs bersch ssen und defiziten Wenn die erzeugte elektrische Leistung und der Verbrauch den noch nicht bereinstimmen muss die Diskrepanz ausge glichen werden Diese
188. ktoranlage ist ein Speicher unerl ss lich Er nimmt die vom Kollektor bereitgestellte W rme auf und gibt sie ab sobald Bedarf besteht Solarkollektoranlagen zur Brauchwassererw rmung ben tigen im Einfamilienhaus einen Speicher von rund 350 Liter Inhalt Wird der Sonnenkollektor auch zur Raumheizung eingesetzt werden gr ere Speicher mit einem Volumen von rund 70 Liter je Quadratmeter Kollektorfl che ben tigt Daraus ergeben sich Speicher gr en um die 1 000 Liter Sie k nnen W rme f r einige Tage speichern Um die im Sommer gespeicherte W rme im Winter nut zen zu k nnen sind erheblich gr ere Reservoire und Kollektorfl chen notwendig Hierzu gibt es in Europa eine Vielzahl von Demonstrationsprojekten Die derzeit gr te deutsche Anlage in Neckarsulm wird im Endaus bau 1 200 Wohnungen auch im Winter mit solarer W r me aus 15 000 m Kollektoren und einem 150 000 m gro en Speicher versorgen Die Kollektoren befinden sich auf den D chern einer Schule Sporthalle und eini In Neckarsulm werden die Parkplatzfl chen zur W rmeerzeugung genutzt gen Wohngeb uden Zudem wurden sie auch ber Parkpl tzen aufgest ndert und entlang eines L rm schutzwalls installiert Ein hnliches Projekt wird derzeit in Crailsheim realisiert F r die saisonalen Speicher m s sen schon wegen ihrer schieren Gr e kosteng nstige L sungen gefunden werden Dann lassen sich mit ihnen solare Deckungsanteile f r Raumw rm
189. l l als Ener gietr ger im Verkehr teilweise zu ersetzen denn damit werden die drei oben genannten Probleme gemeinsam angegangen Die Ausgangsstoffe k nnen im Land produ ziert werden damit sinkt die Importabh ngigkeit Die Rohstoffe f r Bioenergietr ger wachsen wieder nach sie sind also erneuerbar Und schlie lich ist ein enormer Vorteil der Biokraftstoffe ihre prinzipielle CO Neutra lit t Denn das CO das bei ihrer Verbrennung entsteht haben sie beim Anbau auf dem Feld der Atmosph re entnommen siehe Kapitel Biomasse als Brennstoff 107 Kraftstoff vom Acker Raps als Rohstoff Es gibt nicht den einen Biokraftstoff im Verkehr son dern eine ganze Reihe fl ssiger und gasf rmiger Bio energietr ger die zum Einsatz kommen k nnen siehe Grafik Kraftstoffpfade Bei den fl ssigen Biokraftstof fen sind hierzulande die Pflanzen le aus Raps und Son nenblumen und die verarbeitete Form des Rapses als Biodiesel Raps lmethylester am bekanntesten Aber auch der so genannte Bioalkohol Ethanol aus Zucker r ben Getreide oder Kartoffeln und Kraftstoffe aus holz artiger Biomasse wie der sogenannte BTL Kraftstoff Biomass to Liquid sind wichtige Vertreter der fl ssigen Biokraftstoffe Daneben werden auch gasf rmige Kraftstoffe diskutiert wie etwa Bio Kl r und Deponiegas sowie Biowasser Vergasung Biomasse Extraktion Fermentation Elektrolyse von Wasser Regenerativer Stro
190. land entfallen 5 des geo thermisch nutzbaren Potenzials auf solche hydrotherma len Systeme Das hei e Wasser treibt dabei eine Dampf turbine an und wird nach M glichkeit f r weitere W r meverbraucher wie Haushalte oder Industriebetriebe genutzt Das abgek hlte Wasser wird anschlie end ber eine zweite Bohrung wieder in die Tiefe gebracht An dernfalls w rde die unterirdische W rmequelle schnel ler versiegen und das hochmineralisierte Thermalwasser m sste aus Gr nden des Umweltschutzes in anderen unterirdischen Lagern entsorgt werden Das erste deutsche Geothermiekraftwerk ist seit Novem ber 2003 in Neustadt Glewe bei Schwerin in Betrieb Dort wurde eine schon seit 1995 bestehende hydrother male W rmeerzeugung durch die Stromerzeugung mit einer 210 kW ORC Turbine erg nzt Im pf lzischen Landau produziert seit Ende 2007 eine 3 MW ORC Turbine Strom f r 6 000 Haushalte Durch den hier zu findenden Temperaturgradient von knapp 5 C pro 100 m Tiefe findet man schon in 2 500 Meter Tiefe Wassertemperaturen von 150 C bersch ssige W rme versorgt vorerst 300 Haushalte mit warmem Wasser f r die Heizung Zuk nftig sollen 1 000 Haushal te angeschlossen werden Ein weiteres Kraftwerk mit einer Leistung von 3 360 KW ging Mitte 2008 in Unterhaching Bayern in Betrieb Anders als bei den genannten Kraftwerken arbeitet die ses mit der so genannten Kalinatechnik die als Arbeits 119 Die Abschl sse der Bohrungen im
191. ldrestholz ein gesetzt In heutigen Holz Kraftwerken wird die Biomasse ver brannt und in der Regel mit der Hitze Dampf erzeugt gt Verbrennung FESTE BIOMASSE gt Vergasung gt Verfl ssigung 100 gt gt gt gt gt gt Sichtpr fung des Brennvorgangs in einem Biomasse Heizkraftwerk Dieser Dampf treibt dann eine Turbine oder einen Motor an siehe Grafik M glichkeiten der Verstromung von Biomasse Besonders effizient ist es die verbleiben de W rme nicht ungenutzt an die Umgebung abzuge ben sondern zur Beheizung von Geb uden oder f r Trocknungsprozesse zu verwenden Das nennt man Kraft W rme Kopplung siehe S 58 Diese Form der hocheffizienten Biomassenutzung wird durch das Erneuerbare Energien Gesetz besonders gef rdert Da die Stromwirkungsgrade der heutigen Kraftwerks technologien besonders in kleinen Anlagen noch unbe friedigend sind werden neue Technologien entwickelt Hierzu geh rt der Stirlingmotor der im Unterschied zu Dampfturbinen auch im Leistungsbereich unter 1 MW noch hohe Strom und W rmeausbeuten aufweist Die Elektrischer Wirkungsgrad Kohle Gaskraftwerk 30 40 Dampfturbine oder motor 15 30 Stirlingmotor 10 15 Gasturbine Gas und Dampfanlage 20 GT 30 Gas Otto Motor BHKW ca 25 Brennstoffzelle 30 45 Biomasse Kraftwerke verstromen Holz und andere feste Bioenergietr ger Kommerzialisierung beginnt allerdings erst allm hlich Grafik M glich
192. legten Erdkollektors betr gt das ein bis anderthalbfache der zu beheizenden Wohnungsfl che Eine weitere W rmequelle f r W rmepumpen ist Um gebungsluft Der Vorteil liegt darin dass Luft berall und jederzeit verf gbar ist und kosteng nstig erschlos sen werden kann Nachteilig ist dass die Umgebungsluft immer dann am k ltesten ist wenn der W rmebedarf am h chsten ist n mlich im Winter Das mindert den Ertrag der W rmepumpe Bei Sonden kann der so ge nannte Temperaturhub der W rmepumpe ber das Jahr relativ konstant gehalten werden der Energieeinsatz bleibt niedrig Die so genutzte Energie des Erdreiches stammt auch bei den Erdsonden weitgehend aus der Umgebung deren mittlere Temperatur durch die j hrli che Sonneneinstrahlung bestimmt wird Die Nutzung der Umgebungsw rme mit Hilfe von W r mepumpen unterscheidet sich in einem Punkt wesent lich von anderen erneuerbaren Energien Die W rme pumpe braucht zum Antrieb einen erheblichen Anteil an Fremdenergie Je nach u eren Bedingungen kann diese 25 bis 50 der Energie ausmachen die als W r me genutzt wird Man ordnet daher diese Technologie auch dem Bereich der rationellen Energienutzung zu sieht W rmepumpen also eher in einer Reihe mit spar samen Heizkesseln Aber auch zu diesen Techniken besteht ein wesentlicher Unterschied Denn W rme 122 Wasser als W rmequelle f r eine W rmepumpe pumpen nutzen nicht nur die ihnen zum Antrieb zuge f hr
193. lh user ist der Strom in den windstarken Zeiten billiger genau wie an der Stromb rse Im Internet www etelligence de 55 Pumpspeicherkraftwerk Hohenwarte an der Saale Turbinen bei der Dekomprimierung zu verhindern wird ein sogenanntes adiabates Kraftwerk entwickelt das vollkommen ohne fossile Befeuerung auskommt Dazu wird die W rme der verdichteten Luft in einem giganti schen W rmespeicher zwischengelagert Ein solches Kraftwerk kommt auf einen Speicherwirkungsgrad von 70 Auch die Prognose der erneuerbaren Stromerzeugung verbessert sich kontinuierlich Regelenergie ist beson ders teuer weil sie unvorhergesehen und kurzfristig be zogen werden muss Prognoseverfahren f r die Wind stromerzeugung haben sich in den vergangenen Jahren bereits erheblich verbessert und werden immer weiter entwickelt Der spezifische Bedarf an Regelenergie wird daher k nftig abnehmen Erzeugungsmanagement Nicht nur Verbraucher k n nen in die Optimierung einbezogen werden Auch die erneuerbaren Stromerzeuger k nnen mit moderner Kommunikationstechnologie in die Kraftwerkseinsatz planung integriert werden Bei berlastsituationen las sen sich die Rotorbl tter von Windr dern sehr schnell aus dem Wind drehen und damit ganze Windparks bei Bedarf vom Netz schalten Dabei muss vertraglich sicher gestellt sein dass dies nur unter bestimmten Bedingun gen und f r eine begrenzte Zeit geschieht Denn in die sen Zeiten wird kein Win
194. liche Art von erforderlicher Ener giedienstleistung angepasst werden als auch in enger Verzahnung mit modernen Energietechniken die erfor derliche Versorgungssicherheit zu jeder Zeit und an jedem Ort gew hrleisten Kennzeichnend f r eine derar tige Energieversorgung ist die zunehmende Vernetzung auf dezentraler Ebene siehe S 53 in der sich erneuer bare Energien hervorragend einbinden lassen Au er dem k nnen gro r umige interkontinentale Netz verbunde das regional sehr unterschiedliche Angebot erneuerbarer Energien optimal miteinander verkn p fen ber die jeweilige landesspezifische dezentrale Nutzung von erneuerbaren Energien hinaus werden zuk nftig an Orten mit sehr reichhaltigem und damit kosteng nstigem Energieangebot energie industrielle Zentren entstehen die Regionen mit gro er Energie nachfrage ber Hochspannungsleitungen oder Was Wie erneuerbare Energien zur Nachhaltigkeit beitragen Erneuerbare Energien leisten einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz im Jahr 2008 haben sie allein in Deutschland den Aussto von rund 112 Millionen Tonnen des Klimagases CO verhin dert 15 der gesamten CO Emissionen Deutsch lands Erneuerbare Energien erweitern die Rohstoffviel falt machen unabh ngig von fossilen Rohstoffen und tragen so zur Versorgungssicherheit und zur Vermeidung von Rohstoffkonflikten bei Erneuerbare Energien sichern uns gegen Kosten steigerungen ab die bei knappen fossilen un
195. lle Besonders hoch ist ihre Bedeutung in den weniger ent wickelten Regionen insbesondere in Afrika wo sie oftin Form von Feuerholz fast die H lfte des Energiebedarfs decken Diese traditionelle Nutzung von Biomasse ist jedoch meist nicht nachhaltig Einfache Formen des gt Installierte Windleistung wi 5 5 5 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Deutschland Europa Die Struktur der Energieversorgung ndert sich nur langsam Die Weichen m ssen heute gestellt werden Kochens und Heizens haben Gesundheitssch den durch offenes Feuer sowie den Raubbau der W lder zur Folge Die Nutzung der Wasserkraft durch gro e Staud mme ist oft auch nicht nachhaltig da sie mit gravierenden sozialen und kologischen Folgen einhergehen kann Die erfolgreiche Bek mpfung der Armut ist eine Grund voraussetzung f r den Aufbau einer nachhaltigen Ener gieversorgung Steigende Einkommen in den Entwick lungs und Schwellenl ndern f hren heute jedoch in aller Regel zu einem steigenden Bedarf an den fossilen Energietr gern Viele dieser L nder laufen im Zuge einer nachholenden Industrialisierung Gefahr sich die Energieversorgung nicht mehr leisten zu k nnen da ihr Energieverbrauch steigt und die l und Gas Ressourcen immer knapper werden Auch wenn bereits in der Vergangenheit ver sucht wurde dieser Entwicklung durch eine intensivere und nachhaltige Nutzung erneuerbarer Energien vorzu beugen sind die Ergebn
196. lung des Systems und seine Pumpen werden in vormontier ten integrierten Baugruppen geliefert Auch werden l t freie Rohrverbindungen angeboten die die Montage erheblich vereinfachen und es begabten Laien erm g lichen die Anlagen selber aufzubauen Kosten Durch technische Fortentwicklung und Marktauswei tung konnten die Preise f r das Gesamtsystem binnen einiger Jahre deutlich gesenkt werden Heute rechnet man mit spezifischen Investitionskosten f r eine kom plette Anlage inklusive Speicher Verrohrung und Mon tage von 700 bis 900 Euro pro m Kollektorfl che Solar kollektoren stehen an der Schwelle der Wirtschaftlich keit und sch tzen die Bauherren gegen die Risiken zu k nftiger Energiepreiserh hungen Marktentwicklung Ende 2008 waren etwa 11 Mio m Kollektoren auf deut schen D chern installiert Ihre W rme ersetzt deutlich ber 4 Mrd kWh an fossilen Brennstoffen was einer Menge von mehr als 400 Mio Liter Heiz l entspricht Grafik J hrlich installierte Kollektorfl che Nach einem eher schwachen Jahr 2007 wurde 2008 mit mehr als 1 9 Mio m neu installierter Kollektorfl che mehr Solarw rme erschlossen als je zuvor in Deutschland Die Marktpotenziale erneuerbarer Energie im W rme bereich sollen durch den Ausbau des Marktanreizpro gramms und durch weitere Instrumente wie die neu eingef hrte Pflicht zum Einsatz von erneuerbaren Ener gien im Neubau durch das Erneuerbare Energien W r megeset
197. luss auf den Vogelflug oder die Auswirkungen niederfrequenter L rmemissionen auf die Meeresfauna besser zu verstehen Unter Beteiligung des Bundesamtes f r Naturschutz BfN und vieler Umwelt und Natur schutzverb nde sind inzwischen die ersten besonderen Eignungsgebiete f r Windenergieanlagen in der Nord und Ostsee ausgewiesen worden Fl chen innerhalb von Important Bird Areas sind f r die Errichtung von Windparks grunds tzlich nicht geeignet Auch in Ge bieten die den Status eines faktischen Vogelschutz gebietes erf llen ist die Errichtung von Windenergie anlagen ausgeschlossen Dennoch bleibt es auch weiter hin eine wichtige Aufgabe die berechtigten Interessen des Klimaschutzes mit denen des Meeresnaturschutzes zu vereinbaren Windenergie in Deutschland Die in Deutschland installierte Windenergieleistung w chst seit Jahren betr chtlich Insgesamt wuchs die Zahl der Windenergieanlagen bis Ende 2008 auf 20 287 Anlagen mit einer installierten Leistung von 23 894 MW an Mit einem Stromertrag von 40 4 TWh im Jahr tr gt die Windkraft zu rund 6 6 der Stromerzeugung in Deutschland bei dies entspricht einer CO Einsparung von etwa 32 Millionen Tonnen Seit 2002 verringert sich allerdings der j hrliche Zubau so dass 2008 mit 1 648 MW nur noch halb so viel Leis tung ans Netz gebraucht werden konnte wie im Rekord jahr 2002 Begr ndet ist dieser R ckgang mit dem im mer geringeren Fl chenangebot f r die Windenergi
198. lzvergaser Pilotanlagen mit angeschlossenem BHKW werden der zeit im Dauerbetrieb erprobt Biogas Bakterien am Werk Auch Biogas kann zur Stromerzeugung oder Kraft W rme Kopplung eingesetzt werden Biogas entsteht bei der Zersetzung von organischer Materie durch spezielle Energiest bchen Pellets aus Biomasse Methanbakterien Dieser Prozess hei t Verg rung Zwei wesentliche Voraussetzungen m ssen f r die Bildung eines energiereichen Gases erf llt sein Es m ssen anae robe Bedingungen herrschen Sauerstoff muss also aus geschlossen sein Au erdem m ssen die Temperaturen im Biogasreaktor den vorhandenen Bakterien angepasst sein Die meisten Biogasanlagen arbeiten bei Tempe raturen zwischen 30 und 37 C Die Bakterien zersetzen die organische Materie in meh reren Stufen Endpunkte der Zersetzungskette sind die Gase Methan CH und Kohlendioxid CO Hundert Kubikmeter Biogas entstehen aus etwa einer Tonne Bioabfall den t glichen Exkrementen von 110 Rindern gt Biogasanlage G LLE ENERGIEPFLANZEN Quelle IFEU ANDERE RESTSTOFFE Von der G lle zur nutzbaren Energie schematische Darstellung der Verfahrensschritte 101 gt Biogasaufbereitung Biogas BIOGAS ERZEUGUNG REINIGUNG Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz 13 000 H hnern oder aus etwa einer halben Tonne Silomais Der energetisch nutzbare Methananteil im Biogas ist beim Silomais am niedrigsten da er vorwie gen
199. m 108 und in der Verarbeitung zu Biodiesel Raps lmethylester stoff und Holzgas die mehr oder weniger f r den Ein satz im Verkehr geeignet sind Die Ausgangsstoffe sind ebenso vielf ltig denn sie stammen aus der Land Forst und Fischwirtschaft aus Rest und Abfallstoffen oder aus thermochemischen Prozessen Derzeit hat die Biomasse als einziger erneuerbarer Ener gietr ger im Verkehr gr ere Bedeutung Der Sektor der biogenen Kraftstoffe verzeichnete seit 1990 ein beacht liches Wachstum Im Jahr 2007 deckten Biokraftstoffe 6 1 des Gesamtverbrauchs an Kraftstoffen in Deutsch land ab ein Gro teil davon durch Biodiesel 4 6 au erdem spielen Pflanzen le 0 7 und Bioethanol 0 7 eine Rolle In der Produktion von Biodiesel ist Deutschland Weltmeister Andere erneuerbare Energien kommen h chstens in Nischenanwendungen und im leitungsgebundenen Bahn Verkehr zum Einsatz Synthese Aufbereitung Umesterung Bio Diesel la m l1 te Wr i a WAERTE yM giai a m ge b m Biodiesel als Endprodukt an der Tankstelle Tan Yun Rohstoff Raps Der Erfinder des Dieselmotors setzte von Anfang an auf Biokraftstoffe f r seinen Motor Der Gebrauch von Pflanzen l als Kraftstoff mag heute unbedeutend sein Aber derartige Produkte k nnen im Laufe der Zeit eben so wichtig werden wie Petroleum und diese Kohle Teer Produkte von heute schrieb Rudolf Diesel 1912 in sei
200. m D ngemittel Pestizide etc bilanziert werden m ssen Diese positive Energiebilanz schont nicht nur die Re serven der endlichen Energietr ger sondern verringert auch die klimawirksamen CO Emissionen erheblich Denn durch die Biomasse werden fossile Energietr ger ersetzt und durch den geschlossenen CO Kreislauf keine treibhauswirksamen CO Emissionen ausgesto en Auch unter Ber cksichtigung der Treibhausgase Methan und Lachgas letzteres wird bei angebauter Biomasse durch die Herstellung von D ngemitteln und durch stoffliche Vorg nge im Boden freigesetzt bleibt die Bilanz deut lich positiv Infos zur Biomasse gt Aktuelle Informationen und Tests von Biomasse Heizungen f r Privathaushalte bieten die Verbraucherzeitschriften Stiftung Warentest ko Test Viele Unternehmen der Heizungsbranche installieren mittlerweile Biomasse Heizungen gt Verband der Biogas Industrie www fachverband biogas de gt Informationsdienst zu Biomasse und Nachwachsende Rohstoffe www carmen ev de gt Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe www fnr de 106 Bei der energetischen Nutzung von Biogas kommt ein weiterer Klimavorteil hinzu Bei schlecht durchl fteter Kompostierung von Bioabf llen in M lldeponien oder Faulbeh ltern entsteht bei Verg rungsprozessen Methan das vielfach unkontrolliert freigesetzt wird Methan ist aber 25 mal so klimawirksam wie CO Die Verbrennung dieses Methans zu CO in den Biogasanlagen ents
201. m mittelfristig erreichbaren Jahresnut zungsgrad von 15 ein Stromerzeugungspotenzial von ber 100 TWhj a bzw knapp dem Viertel des gegenw r tigen Verbrauchs ab dies entspricht einer Leistung von 115 Gigawatt Dieses sehr eingegrenzte realisierbare Potenzial ist noch so betr chtlich dass es innerhalb der n chsten Jahrzehnte nur in relativ geringem Ma e aus gesch pft werden kann Durch die vorsichtige Nutzung geeigneter Freifl chen kann das technische Potenzial noch erheblich gesteigert werden Um eine nachhaltige Nutzung der Ressource Erdw rme zu gew hrleisten sollte das technische Potenzial wegen des geringen nat rlichen W rmestroms nur innerhalb eines sehr langen Zeitraums sukzessive erschlossen wer den Das theoretische Potenzial der Erdw rme ist im mens und liegt bei rund 300 000 TWh Dieses Potenzial kann allerdings nur ber einen langen Zeitraum hinweg erschlossen werden da eine einmal abgek hlte Gesteins formation Jahrhunderte ben tigt um wieder die ur spr ngliche Temperatur zu erreichen Studien gehen deshalb davon aus dass nur etwa ein Tausendstel davon realisierbar ist Wird diese geothermische Ressource mittels der kolo gisch und konomisch w nschenswerten Kraft W rme Kopplung genutzt schr nkt sich das Potenzial weiter ein weil Geothermiekraftwerke nur an Standorten sinn voll sind wo Kunden die W rme abnehmen Damit w re das Potenzial auf rund 70 TWhj a beschr nkt Das Potenzial der Bio
202. masse siehe S 98 setzt sich zusammen aus Reststoffen und Anbaubiomasse Aus gehend von 2 5 Mio ha Anbaufl che f r nachwachsen de Rohstoffe siehe S 104 und den M glichkeiten der Nutzung von Rest und Abfallstoffen k nnte unter g ns tigen Randbedingungen insgesamt ein Anteil von rund 9 des derzeitigen Prim renergieverbrauchs durch Biomasse gedeckt werden Wie sich diese auf die einzel nen Segmente Stromerzeugung W rme und Verkehr verteilen ist nicht zuletzt eine politische Entscheidung die sich an der konomischen und kologischen Sinn haftigkeit orientieren sollte Das Gesamtpotenzial der Stromerzeugung liegt damit zwischen rund 480 und 760 TWhj a und damit in der Gr enordnung heutiger Stromerzeugung siehe Grafik Potenziale erneuerbarer Energien Hinzu kommt der dann m gliche Stromimport aus erneuerbaren Energien aus anderen L ndern In hnlicher Weise wie das Stromerzeugungspotenzial l sst sich das Potenzial zur Nutzw rme strukturieren Das theoretische Potenzial zur Erzeugung hydrotherma ler Erdw rme kann berechnet werden und liegt etwa bei dem 300 fachen des deutschen W rmebedarfs Be r cksichtigt man technische Restriktionen und die be grenzten M glichkeiten diese W rme ber weite Stre cken zu transportieren reduziert sich dieses Potenzial auf etwa ein Viertel der deutschen W rmenachfrage F r diese Anwendungen werden vor allem hydrogeo thermale Ressourcen im Norddeutschen Becken im
203. men vernetzen Nahw rmenetze sind damit sowohl der Missing Link zwischen zentraler und dezentraler Energieversorgung wie auch zwischen der heute fossil basierten und einer zuk nftig regenera tiv gest tzten W rmeversorgung Sie bieten nicht nur einen h heren Komfort f r die Kunden sondern verein fachen auch die Integration erneuerbarer Energien da Umwandlungstechnologien eingesetzt werden k n nen die aus technischen Gr nden erst oder bevor zugt bei h heren Leistungen realisierbar sind bei spielsweise Vergaser oder Tiefengeothermie in gr eren Anlagen kosteng nstigere Brennstoffe einsetzbar sind halmgutartige Biomasse inhomo gene Brennstoffe wie St ckholz anstelle von Pellets Speichertechnologien sich eher rechnen und mit ihnen am besten eine saisonale Speicherung oder auch Langzeitspeicherung m glich ist Sommer w rme f r winterliche Monate durch die Kopplung verschiedenartiger erneuerbarer Energietr ger ein Ausgleich f r fluktuierende W r mebereitstellung geschaffen werden kann etwa durch Sonnenkollektoren mit Holz St tzfeuerung gr ere Aggregate eingesetzt werden k nnen die g nstigere spezifische Investitionskosten aufweisen als kleinere Beispielsweise liegen die W rmekosten einer solaren Gro anlage um den Faktor 4 unter denen einer Kleinanlage Erneuerbare Energien im Elektro Auto Viele Fahrzeughersteller verfolgen heute eine allm hli che Elektrifizierung des Antri
204. menschance f r den l nd lichen Raum gerade in Entwicklungsl ndern Die Nachhaltigkeitszertifizierung von Biokraftstoffen wurde in Deutschland 2006 im Rahmen des Biokraftstoffquo tengesetzes BioKraftQuG verabschiedet Im Verlauf je nes Jahres hatte sich die Diskussion ber die Nachhaltig keit von Biokraftstoffen auf internationale Organisatio nen ausgedehnt und wird seither mit gro er ffent licher Anteilnahme gef hrt Auf der globalen Ebene stellt die Global Bioenergy Partnership GBEP das ma gebliche Forum dar um im internationalen Kontext eine Verst ndigung ber Klimabilanzmethodik und Nachhaltigkeitskriterien zu erzielen Deutschland bringt sich in diesen Prozess intensiv ein Quelle IFEU gt kobilanz Biokraftstoffe im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen Vergleichsparameter Ressourcenverbrauch Treibhauseffekt Stratosph rischer Ozonabbau Versauerung Photosmog Eutrophierung Human und kotoxizit t Bioabbaubarkeit 114 Vorteile f r Bioenergietr ger e Einsparung fossiler Energien e geringere Emission von Treibhausgasen e geringere SO Emissionen e geringere Meeresverschmutzung durch Exploration und Transport von Roh l e geringere Verschmutzung durch Leckagen nach Unf llen e geringere Toxizit t und bessere Nachteile f r Bioenergietr ger ak z i ul D z a minerallsche ESS A Reall LE BEREEE i AED Zu a Bun ZI Aus der Auseinandersetzung mit den Kriterien bes
205. mweltauswirkungen der tiefen als auch der oberfl chennahen Geothermie zu minimieren ist eine genaue Kenntnis des geologischen Untergrundes erforderlich Die W rmepumpe Bei der sogenannten oberfl chennahen Geothermie wird die W rme der obersten Erdschichten oder des Grundwassers genutzt Bis in Tiefen von 20 Meter haben dabei noch Umwelteinfl sse wie Sonnenstrahlung und Regenwasser einen Einfluss auf die Temperatur der Bo denschichten Diese W rme kann von W rmepumpen genutzt werden Eine W rmepumpe ist nicht geheimnisvoller als ein K hlschrank Beim K hlschrank wird die W rme dem K hlfach entzogen und im W rmetauscher auf der R ckseite des Ger ts wieder abgegeben Bei der W rme pumpe wird der Prozess umgedreht Die W rme wird meist dem Erdreich im Vorgarten entzogen und an das Heizungssystem des Hauses abgegeben Zur W rmeversorgung von Geb uden werden bis zu 150 m tiefe L cher gebohrt in die mit Fl ssigkeit Sole durchflossene Rohre eingebaut werden Da diese Boh rungen sehr teuer sind und eine wasserrechtliche Ge nehmigung erfordern k nnen die Erdkollektoren auch horizontal in ein bis zwei Meter Bodentiefe in Form von Schlaufen verlegt werden Hier sinken die Temperaturen 121 Erde als W rmequelle f r eine W rmepumpe auch im Winter kaum unter 5 C Dass sie nicht so hohe Temperaturen wie Tiefbohrungen erreichen wird durch deutlich l ngere Leitungen kompensiert Der Fl chenbedarf eines so ver
206. n bisher sind 9 6 km installiert Weitere Installationsfl chen gibt es an S dfassaden ber Parkpl tzen oder an Stra enb schungen Insge samt k nnen bis zu 1 300 km Kollektoren installiert werden wobei schon ber cksichtigt ist dass ein Teil der Dachfl chen f r die Nutzung von Solarzellen zur Strom erzeugung Photovoltaik reserviert bleiben muss Mit dieser Kollektorfl che k nnte rechnerisch etwa die H lfte des momentanen W rmebedarfs f r Heizung und Warmwasser gedeckt werden Heute liegt der Beitrag solarer W rme am gesamten W rmebedarf Deutschlands noch bei 0 3 Um solare W rme zu einem Standbein der Energie versorgung zu machen gen gt es nicht jedes Dach mit Kollektoren zu belegen und einen Solarspeicher in jeden Keller zu stellen Vielmehr m ssen viele Geb ude ber ein Nahw rmenetz miteinander verbunden und an einen gro en gemeinsamen Speicher angeschlossen werden Nur so kann zu vertretbaren Kosten Sommer sonnenw rme bis in den Winter gespeichert werden Der Aufbau von Nahw rmenetzen ist eine entschei dende Voraussetzung f r die umfassende Nutzung sola rer W rme siehe S 60 Auch zur kosteng nstigen Nutzung von Holzhackschnitzeln Stroh oder Geother mie kann Nahw rme in erheblichem Ma e beitragen Passive Solarnutzung die Architektur macht s m glich Im Gegensatz zu Solarkollektoren bei denen die einge fangene W rme durch Pumpen zum gew nschten Ort transportiert wird arbeit
207. n 2008 knapp 62 500 neu eingebaut wurden Mehr als die H lfte aller W rmepumpen entziehen die W rme dem Erdreich oder dem Grundwasser Die verbleibenden nutzen Um weltw rme kobilanz der W rmepumpe Zum Betrieb der W rmepumpe muss erhebliche Fremd energie eingesetzt werden F r die energetische Bewer tung ist es darum wichtig das Verh ltnis von eingesetz ter Energie zu Nutzenergie zu ermitteln und die gesam te Kette von der Energiequelle bis zur Nutzung in der W rmepumpe zu betrachten Wird Strom als Fremd energie eingesetzt ist es wegen der Verluste der Strom Quelle DLR NUTZW RME Abw rme Verluste Kraftwerk und Stromnetz 52 W rmepumpe Elektro W rmepumpe E Umweltw rme Gasverluste Gasmotor Abw rme 2 Abw rme 8 W rmepumpe Energiefl sse und Nutzungsgrade verschiedener W rmesysteme im Vergleich mit einem Gas Brennwertkessel In den Berechnungen wird von einer Elektro W rmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von rund 4 ausgegangen 123 W rmepumpen einiger Baureihen besitzen ein Design das sich problemlos in die Inneneinrichtung eines Hauses beispielsweise in K chenzeilen einf gen l sst erzeugung derzeit rund zwei Drittel der eingesetzten Prim renergie erforderlich mit der eingesetzten An triebsenergie mindestens den dreifachen W rmeertrag zu liefern Andernfalls ist der Einsatz fossiler oder nukle arer Prim renergie gr er als die e
208. n Bio kraftstoffanteil zu erreichen zu einer unmittelbareren Verbindung zwischen Energiepreisen und Preisen f r Agrarrohstoffe f hren In diesem Fall ist zu erwarten 115 gt Auf den Teller oder in den Tank Biomasse wird derzeit in erster Linie zur Nahrungs und Futtermittelproduktion angebaut Lediglich 5 der welt weiten lpflanzen bzw Getreideproduktion werden zur Herstellung von Biodiesel bzw Bioethanol verwendet Dennoch wurden Biokraftstoffe in der j ngsten Vergan genheit f r steigende Nahrungsmittelpreise und die zu nehmende Anzahl der Hungernden mit verantwortlich gemacht Die Tatsache dass weltweit mehr als 900 Millionen Men schen nicht gen gend zu essen haben ist jedoch in ers ter Linie ein Verteilungsproblem denn eigentlich wer den global betrachtet gen gend Nahrungsmittel produ ziert Abgesehen von den Hungernden die tats chlich mit Nahrungsmittelknappheit zu k mpfen haben leiden viele Menschen in Entwicklungs und Schwellenl ndern dass sich der oben skizzierte langfristige Trend hin zu g nstigeren Preisen f r Agrarrohstoffe abschw cht oder sogar umgekehrt Verbraucher m ssten dann eventuell auf lange Sicht mit steigenden Preisen f r Nahrungs mittel rechnen Im Jahr 2003 hat die Europ ische Kommission die Ver wendung von Biokraftstoffen per Richtlinie europaweit gesetzlich verankert Die Mitgliedsstaaten wurden ver pflichtet in zwei Stufen f r Mindestanteile an Biokraft stoffen
209. n Chinese 4 6 Tonnen und ein Inder eine Tonne Die gro e Verant wortung der Industriel nder f r den Treibhauseffekt wird hierdurch besonders deutlich Allerdings steigen gt Szenarien der globalen CO Emissionen CO Emissionen Mrd t CO a 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 Szenario Historisch MFI Kumulierte CO Gt C 300 2 200 CO Konzentration in 2100 ppm 61 10 950 mittlerer Temperaturanstieg C 0 4 0 8 4 5 5 0 gerade in den Schwellenl ndern Energieverbrauch und Treibhausgas Emissionen rasant Die globale Klimaerw rmung infolge der Verbrennung fossiler Energietr ger des Raubbaus an W ldern und einer industriell betriebenen Landwirtschaft mit ihren Emissionen des klimawirksamen Lachgases wird heute ganz berwiegend als gesichert betrachtet Um eine Erw rmung von mehr als 2 Grad zu vermeiden sollte die Konzentration von CO in der Atmosph re die der zeit bei 360 tausendstel Prozent auch parts per mil lion ppm liegt bis zum Ende dieses Jahrhunderts h chstens auf 450 ppm steigen Grafik Szenarien der globalen CO Emissionen Will man dies erreichen so ist eine weltweite Reduktion der energiebedingten CO Emissionen um mehr als die H lfte bis zum Jahr 2100 unerl sslich Ber cksichtigt man die weiter wachsende Bev lkerung so darf jeder der dann voraussichtlich zehn Milliarden Erdenb rger durchschnittlich nur noch wenig mehr als
210. n Energien genutzt allerdings auf einem sehr niedrigen Niveau und mit sehr geringen Wirkungs graden Gegen ber unseren Vorfahren haben wir heute immense Vorteile Uns stehen Technologien zur Verf gung mit denen aus erneuerbaren Energiequellen Ener giedienstleistungen auf ebenso hohem Niveau angebo ten werden k nnen wie es die moderne Industriegesell schaft von der fossil nuklearen Energieversorgung ge w hnt ist Auch die Kosten hierf r sind erschwinglich zumal wenn diese Technologien in gro technischem Ma stab eingesetzt und alle Kostensenkungspotenziale ausgesch pft werden Ferner gilt es die Kosten in Re lation zu den kologischen und sozialen Qualit ten dieser Energieformen zu setzen also die durch eine auf fossilen und nuklearen Energiequellen verharrende 17 Erneuerbare Energien sind verl ssliche Garanten f r eine zukunftsf hige Energieversorgung Energieversorgung verursachten Umwelt und Folge sch den in das konomische Kalk l einzubeziehen sie he Kasten Externe Kosten wie man Energiekosten richtig bestimmt Dann stellt sich heraus dass erneuer bare Energien alle wesentlichen Anforderungen an eine zukunftsf hige Energieversorgung erf llen k nnen Ein besonderes Kennzeichen erneuerbarer Energien stellt die Vielfalt der einsetzbaren Energiequellen und technologien und der enorme Leistungsbereich von wenigen Watt bis zu Hunderten von Megawatt dar Sie k nnen sowohl an jeg
211. n Nutzung so gar fast 90 ber Hunderte von Jahrmillionen Jahre Photosynthese waren notwendig um die energiereichen Kohlenstoff verbindungen aufzubauen die in Kohle l und Gas ste cken In nur wenigen hundert Jahren wird die Mensch heit diese wertvollen Rohstoffe verbrauchen und mit den R ckst nden daraus die Umwelt belasten Sowohl die weltweite als auch die deutsche Energieversorgung st tzen sich berwiegend auf die endlichen fossilen Energietr ger Kohle Mineral l und Erdgas Es ist klar dass selbst bei einem sehr raschen Umsteuern in der Energieversorgung fossile Energien noch Jahrzehnte ein gesetzt werden Damit gewinnt die Frage nach den noch verf gbaren Ressourcen und den Reichweiten dieser Energietr ger eine zentrale Bedeutung Nichtkommerzielle Biomasse gt Anteil erneuerbarer Energien am globalen Endenergiebedarf 2006 _ Kernenergie 3 Biokraftstoff 0 3 Stromerzeugung 0 8 Warmwasser Heizung 1 3 Gro e Wasserkraft 3 Fossile Brennstoffe 79 Erneuerbare Energien 18 Traditionelle Biomasse 13 Der globale Anteil erneuerbarer Energien liegt derzeit bei rund 18 Bei den Reserven handelt es sich um jene Energiemen Zeit auch auf die nicht konventionellen lreserven gen die sicher nachgewiesen und mit den heutigen Schwer l lschiefer lsande und auf die teureren technischen M glichkeiten wirtschaftlich abbaubar Ressourcen zur ckgegriffen werden muss wenn die sind Ress
212. n Wasserkraft der Biomasse und der Windenergie an g nstigen Standorten Auch wenn das rein technische Potenzial der Wasserkraftnutzung in Deutschland mit bis zu 40 TWhj a angegeben wird sch tzen verschiedene Studien das auch unter kologi schen Vorbehalten heute noch verf gbare realisierbare Ausbaupotenzial bereinstimmend auf 25 TWhja also ein Ausbau um weitere 3 bis 5 TWhja Das technische Potenzial der Windenergienutzung auf dem deutschen Festland f r Standorte mit mittleren bis guten Windgeschwindigkeiten wird auf ca 240 TWh a 39 Quelle DLR gt Europ ische Potenziale Sonnenkollektoren Biomasse GESICHERTES POTENZIAL an 40 000 PJ a davon bereits genutzt 12 herausgehobene Segmente Windenergie Erdw rme Wasserkraft Solarthermische Kraftwerke Gesichertes Potenzial erneuerbarer Energien in Westeuropa Nur Wasserkraft und Biomasse werden bisher in gr erem Ausma genutzt gesch tzt ber die H lfte davon entf llt auf Regionen der in den Fl chennutzungspl nen festgelegten zul ssi mit einer mittleren j hrlichen Windgeschwindigkeit gen maximalen H he der Anlagen abh ngen Ausge zwischen 5 5 und 6 m s Ein gro er Teil der Gebiete mit hend von den in verschiedenen Regionen Deutschlands gutem bzw sehr gutem Potenzial werden allerdings be bis heute ausgewiesenen Eignungsfl chen wird ange reits zur Windstromerzeugung genutzt Eine M glich nommen dass zuk nftig insgesamt rund ein halb
213. n an Mit einer Anlage von 11 m Va kuumr hrenkollektor bis 14 m Flachkollektor lassen sich bei einem gut ged mmten Haus etwa 20 bis 30 des gesamten W rmebedarfs solar abdecken Insbeson dere in den bergangszeiten im Fr hling und Herbst leisten die Kollektoren gute Dienste Die Ausrichtung des Kollektors nach S den und seine Neigung spielen dabei eine weit geringere Rolle als gemeinhin angenommen Grafik W rmeertrag und S dausrichtung Modellrechnungen zeigen dass Ab weichungen von 60 von der genauen S dausrich Quelle DLR Absorber Flachkollektor Vakuumr hre 120 140 160 Temperaturunterschied in C a Raumw rme E Prozessw rme Je besser der Kollektor isoliert ist desto h her ist die Temperatur der erzeugten W rme Wirkungsgradkennlinien unterschiedlicher Kollektortypen bei 500 W m Einstrahlung und die sich daraus ergebenden Einsatzfelder 90 gt W rmeertrag und S dausrichtung Quelle DLR Dachneigung Grad Azimuth Grad Azimuth Grad w Solaranlage mit Heizungsunterst tzung Linien gleichen W rmeertrags Die Ausbeute maximal 100 nimmt nur relativ geringf gig ab wenn der Kollektor nicht genau nach S den ausgerichtet ist tung eine Einbu e der Sonnenernte von nur 10 zur Folge haben Weicht die Neigung um 20 von der in unseren Breiten optimalen Neigung von 50 ab so geht der Energieertrag um etwa 5 zur ck F r eine Solarkolle
214. n der unter dem Glasdach erw rmten Luft im Kamin sorgt Die Turbine die der Luftstr mung im Kamin Energie entzieht und ber einen Generator in elektrische Energie umwandelt Aufwindkraftwerke arbeiten ausschlie lich mit Luft sie ben tigen kein K hlwasser In vielen sonnenreichen L ndern die bereits gro e Wasserversorgungsprobleme haben ist dies ein gro er Vorteil Da die Solarstrahlung im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Anlagen nicht konzentriert wird kann auch die diffuse Strahlung zur Lufterw rmung unter dem Glasdach genutzt wer den Dadurch ist ein Kraftwerksbetrieb auch bei ganz oder teilweise bedecktem Himmel m glich Der Erd boden unter dem Kollektor kann zus tzlich als nat r licher W rmespeicher dienen und so f r eine gleich m ige Stromerzeugung sorgen Mit der auf diese Weise am Tag gespeicherten W rme l sst sich daher auch nach Sonnenuntergang Strom erzeugen Die technische Machbarkeit dieses Konzeptes wurde in mehrj hrigem Betrieb in einem spanischen Versuchs kraftwerk nachgewiesen Derzeit werden mehrere Pro jekte f r gro e Aufwindkraftwerke entwickelt Am weite sten fortgeschritten ist eine Projektierung in Australien wo eine 200 MW Anlage mit 1 000 m Kaminh he und ei nem Kollektordurchmesser von 6 bis 7 km entstehen soll gt Stromkostenentwicklung Euro kWh 0 50 Speichertechnologien Ein besonderer Vorteil solarthermischer Kraftwerke ist die M glichkeit die absorbierte So
215. n er produziert wurde Darum ist es notwendig 113 Quelle IFEU 2007 gt Klimagasemissionen bei der Herstellung von Biokraftstoffen CO quivalente in kg kg Dieselkraftstoff guivalent Fossiler Diesel Biodiesel aus Raps um CO quivalente Bio Ethanol aus Weizen Bandbreite 20 BEN Biodiesel aus Palm l bei vorheriger Landnutzung Moorb den Biodiesel aus Palm l bei vorheriger Landnutzung Brache Klimabilanz ausgew hlter Biokraftstoffe Ob und um wie viel ein Biotreibstoff besser ist als fossiler Diesel h ngt stark davon ab wie er angebaut wird und wie die Fl chen vorher genutzt wurden Kriterien f r einen nachhaltigen Anbau von Energie pflanzen aufzustellen Ohne sie l uft man Gefahr das Gegenteil des angestrebten Klimaschutzzieles zu errei chen Dabei m ssen sich die Kriterien auf den Anbau der Nutzpflanzen beziehen ohne deren sp tere Verwen dung zu beachten Denn auch Palm oder Soja l das im Nahrungsmittel oder Konsumbereich eingesetzt wird sollte nachhaltig angebaut werden sonst verlagern sich die negativen Effekte lediglich von der Biotreibstoffpro duktion in den Nahrungsmittelsektor Und der ber wiegt immer noch Denn bisher werden nur etwa 5 des Palm ls energetisch genutzt drei Viertel gehen in den Ern hrungssektor Werden strenge Nachhaltigkeitskriterien erf llt dann k nnen Biokraftstoffe nicht nur das Klima entlasten son dern sind auch eine Einkom
216. n kleinen Anlagen konnten die Emissio nen von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlen wasserstoffen in den vergangenen Jahren deutlich ge senkt werden Bei kleinen nicht automatischen Feue rungsanlagen wie offenen Kaminen oder Kamin fen ist darauf zu achten dass die Ger te eine optimierte Brenn kammer haben hier ist auch die Bedienung von gro er Bedeutung Bei sorgf ltiger Befeuerung mit trockenem Holz lassen sich die Staubemissionen um ein Vielfaches senken Quelle Flaig 1998 Kessel Sekund rluft Z ndbrenner Aschecontainer Die Rostfeuerung ist ein Beispiel f r eine flexibel einsetzbare Biomassefeuerung Durch die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Brenngutes und die Luftmenge kann die Feuerung pr zise gesteuert werden 99 S T SE Te eu Be Fe ige gen a an P T z ps rn e Hackschnitzellager in Niedersachsen Ein Kilogramm trockenes Holz ent h lt so viel Energie wie ein halber Liter Heiz l Das Interesse an der Verstromung von Biomasse ist seit der Verabschiedung der Biomasse Verordnung und dem novellierten Erneuerbare Energien Gesetz von 2004 sprunghaft angestiegen Allein die Stromerzeugung aus Holz und anderen biogenen Festbrennstoffen hat sich in den letzten Jahren auf 15 4 Mrd kWh vervielfacht 210 solcher Biomasse Kraftwerke und Heizkraftwerke sind in Deutschland in Betrieb Als Brennstoff werden in den Kraftwerken vor allem Altholz aber auch Industrie resth lzer S genebenprodukte und Wa
217. n zur Futtermittel gewinnung mit Soja bepflanzt werden f llt auch eine gro e Menge an Soja l an das nach der Umesterung als Biodiesel eingesetzt wird Der hohe Fl chenbedarf f r Soja f hrt teilweise zur Ver nichtung von Savannengebieten wie beispielsweise der Cerrado Region in Brasilien die eine gro e Artenvielfalt aufweist Bei den sogenannten indirekten Landnut zungs nderungen f hrt der zunehmende Soja Anbau auch zu einer Verdr ngung von Zuckerrohr in Regen waldgebiete die dann f r den Zuckerrohranbau gerodet werden Jatropha l wird in Europa bislang kaum eingesetzt da der kommerzielle Anbau der Pflanze noch zu neu ist Dennoch wurde Jatropha in den letzten Jahren als eine Art Wunderpflanze gepriesen da die Pflanze auch auf n hrstoffarmen und w sten hnlichen B den gedeiht und man sich von ihrem Anbau Erosionsschutz und eine 110 Verbesserung des Bodens verspricht Aus den N ssen dieses Strauches kann l gewonnen werden die Fr chte selber sind giftig Daher ist bei Jatropha auch keine direkte Konkurrenz zwischen Biotreibstoffen und Nah rungsmitteln gegeben Jatropha kann in subtropischen und tropischen Regio nen kultiviert werden Hauptanbaugebiet sind derzeit Indien China und Indonesien aber auch in Afrika und Amerika sind neue Plantagen geplant Jatropha Bio diesel kann fossilen Diesel ersetzen und damit zur Treib hausgasminderung beitragen Allerdings sind auch bei dieser Pflanze bestimmte
218. nd Ende 2008 Rund 9 Mil ist der erhebliche Beitrag zum Klima und Ressourcen lionen kleine Biomasse Heizungen und andere Anlagen schutz Zur Bereitstellung von Biomasse m ssen nur decken 6 9 Prozent der W rmeversorgung Bruchteile des Energiegehaltes in Form von fossiler Energie aufgewendet werden siehe auch S 22 Das gilt 2 Millionen Hektar das sind 17 Prozent der deutschen f r Rest und Abfallstoffe die gesammelt transportiert Ackerfl chen werden f r den Anbau von Energie und und aufbereitet werden m ssen aber auch f r Energie Industriepflanzen verwendet Bei der Herstellung von pflanzen bei denen zus tzlich der Anbau und die 105 gt kobilanz Biomasse Ressourcen verbrauch Biobrennstoffe bei Substitution von Kohle Winterweizen Chinaschilf Pappel nachwachsend Weizenstroh Fichten Waldrestholz Biobrennstoffe bei Substitution von Erdgas Winterweizen Chinaschilf Pappel nachwachsend Weizenstroh Fichten Waldrestholz Treibhauseffekt Quelle Kaltschmitt Reinhardt 1997 Toxizit t Beispiel NOx Stratosph rischer Ozonabbau Versauerung l I l Umwelteinwirkungen der Biomasse Nutzung im Vergleich zu fossilen Brennstoffen Vorteile des Bioenergietr gers ausgeglichen bzw abh ngig von der Bewertungsmethode Nachteile des Bioenergietr gers Herstellung von Betriebsstoffen je nach Anbaufor
219. nd Ert chtigungsbedarf von einigen zehn Gigawatt Leistung Im Jahr 2020 sind voraussichtlich weniger als die H lfte der Kraftwerke des Jahres 2000 in Betrieb Zur Deckung des bis dahin ge sunkenen Strombedarfs werden im Leitszenario knapp 90 GW neue Kraftwerksleistung installiert Davon sind im Leitszenario fast 60 GW erneuerbare Energieanla gen Im Jahr 2030 wird bereits mehr als die H lfte des Strombedarfs aus erneuerbaren Energien bereitgestellt im Jahr 2050 sind es gut 80 Die seit 2000 installierten Kraftwerke auf Basis erneuerbarer Energietr ger erzeu gen in diesem Szenario in jedem Jahr mehr Strom als Quelle DLR 12 044 2000 2005 2007 2010 2015 2020 2025 2030 2040 2050 ME Geothermie A Solarstrahlung E Wind Wasserkraft HH Biomasse biogener Abfall Erdgas E Mineral l E Steinkohle Sonstige E Braunkohle ME Kernenergie Entwicklung des Prim renergieverbrauchs nach Energietr gern in einem Langfristszenario f r Deutschland Ad gt Effizienz und Sparen wichtige Voraussetzungen f r die optimale Nutzung erneuerbarer Energien Die Potenziale zur Erh hung der Energieeffizienz wer den heute bei weitem nicht ausgesch pft Selbst dann nicht wenn sie mittel bis langfristig wirtschaftlich sind In einer Wirtschaft die sich vorrangig an den Bedin gungen eines liberalisierten und globalisierten Marktes orientiert werden Amortisationszeiten von nur wenigen Jahren gefordert So schnell machen sich Energi
220. nd der bei der An lagenherstellung eingesetzten Energieprozesse sinken siehe Grafik Externe Kosten Das zeigt dass wir heute bei der Ermittlung der kos teng nstigsten Energieversorgung von unzul nglichen Voraussetzungen ausgehen Fossile und nukleare Ener gien sind teurer als es die betriebswirtschaftliche Rech nung zeigt Je effektiver die externen Kosten in das Preiskalk l einbezogen werden desto fr her wird eine Umgestaltung der Energieversorgung auch aus kono mischer Sicht attraktiv Das Erneuerbare Energien Gesetz kann als Vorwegnahme der f lligen Korrektur der Energiepreise angesehen werden Dann sind die Strompreiskorrekturen nach diesem Gesetz ein Aus gleich f r nicht internalisierte externe Kosten anderer Energietr ger Quelle DLR 2006 BE Treibhauseffekt D Luftschadstoffe Externe Kosten verschiedener Energiesysteme durch Luftschadstoffe und Treibhausgase serstoff Pipelines mit Energie versorgen So k nnen alle Reservoire erneuerbarer Energien kosteng nstig an gezapft und genutzt werden Diese Zentren k nnen gleichzeitig zu Keimzellen wirtschaftlicher Entwicklung und damit von zunehmendem Wohlstand und einer Sta bilisierung sozialer Strukturen werden Da die meisten dieser Zentren in heute eher wenig entwickelten Regio nen wie Nordafrika liegen geht mit einer Mobilisierung erneuerbarer Energien eine positive Entwicklung der be treffenden L nder einher Solche
221. nd immer attraktiver Gerade an guten Standorten stehen heute allerdings oft noch alte Anlagen aus den 1980er und 1990er Jahren Wenn man sie durch neue Anlagen ersetzt das so genannte Repowering k nnen viele alte Windenergieanlagen durch wenige neue Windenergieanlagen ersetzt wer den Das f hrt auch zu einer Entlastung des Landschafts bildes Unter wirtschaftlichen Aspekten kommen hierf r Altanlagen mit mindestens zehn bis zw lf Betriebsjahren in Frage Das sind vor allem die knapp 5 200 Anlagen die bis 1997 errichtet wurden 2006 wurden jedoch erst 79 Windenergieanlagen mit einer Leistung von rund Quellen ISET BMU Ertrag in TWh a 42 eoo J hrlicher Ertrag in TWh 29 MW durch 55 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 136 MW ersetzt Das seit 1 Januar 2009 geltende EEG gibt zus tzliche wirtschaftliche Anreize f r das Repowering Potenziell k nnten in Deutschland Windenergieanlagen an Land und auf See gro e Teile der Stromproduktion abdecken Die Leitstudie 2008 siehe S 44 geht im Szenario E2 in dem ein ambitionierter Ausbau von Windkraft zu Grunde gelegt wird von 230 TWh im Jahr 2050 aus davon 150 TWh von Windenergie auf See Das entspricht mehr als einem Drittel der gegen w rtigen Bruttostromerzeugung Infos zur Windenergienutzung Aktuelles zur Windenergienutzung www erneuerbare energien de Bundesverband WindEnergie e V www wind energie de European Wind Energy Association www ewea o
222. nde hierf r sind eine geringe Kapitalverf g barkeit und die aus der unklaren Entwicklung der Ener durch den Kernenergieausstieg wegf llt Von den bri gen 30 GW d rfen der Szenariophilosophie eines stren gen Klimaschutzszenarios folgend maximal 10 GW Kohlekraftwerke bis 2020 installiert werden inklusive der Kraftwerke die derzeit im Bau und in Planung sind Die brigen 20 GW sind zentrale und dezentrale Kraft werke mit Kraft W rme Kopplung auf Gasbasis F r diesen Ausbau der effizienten Kraft W rme Kopp lung spielen kleine und dezentrale Anlagen eine beson dere Rolle Sie er ffnen der Kraft W rme Kopplung neue Anwendungsgebiete im unteren Leistungsbereich durch die verst rkte Versorgung auch von kleineren Einzel objekten Langfristig kann die Leistung dieser dezentra giepreise resultierenden Unsicherheiten Hinzu tritt viel fach das Vermieter Mieter Dilemma die Mehrkosten infolge der Investitionen m sste der Vermieter auf die Miete umlegen k nnen da ja der Mieter st ndig Heiz kosten einspart Im Umwandlungsbereich kann der Wirkungsgrad durch den Einsatz moderner Gas Dampf GuD Kraftwerke und weiterentwickelter Kohlekraftwerke noch erheblich gesteigert werden Vor allem aber die verst rkte Nut zung der Abw rme von Kraftwerken mittels Kraft W rme Kopplung KWK ber Nah und Fernw rmenetze sowie in dezentralen Einzelanlagen senkt die hohen Umwand lungsverluste bei der Stromerzeugung deutlich sieh
223. nem erfolgreichen Gleichschritt ent fernt ist Dies liegt weniger an den nat rlichen Potenzia len als vielmehr an den jeweiligen energiepolitischen Rahmenbedingungen der einzelnen Mitgliedsstaaten MW 70 000 40 000 20 000 10 000 Speziell das EEG steht im internationalen Vergleich gut da So stellte die Europ ische Kommission 2008 fest dass Einspeiseregelungen wie das deutsche EEG sehr effektiv bei der F rderung der Windenergie sind Die in einzel nen L ndern realisierten Quotensysteme mit handelba ren Zertifikaten k nnen dagegen keine vergleichbaren Erfolge aufweisen siehe S 33 Auch sind die Kosten h her als in den L ndern mit Einspeiseregelungen obwohl theoretisch die durch Quotenregelungen etablierten Marktmechanismen niedrigere Verg tungen erwarten lassen Das wird durch die h heren Risiken f r Anlagen betreiber zunichte gemacht W hrend das deutsche EEG eine vorab auf 20 Jahre festgelegte Verg tung gesetzlich garantiert sind in einer Quotenregelung die Erl se aus dem Verkauf des Stroms und der Zertifikate h chst un sicher und h ngen von einer Vielzahl von schwer ab sch tzbaren Faktoren ab Durch das EEG hat Deutsch land das Ausbauziel f r 2010 bereits erreicht Daneben gelingt dies aus heutiger Sicht voraussichtlich nur noch D nemark Spanien sowie Finnland Erneuerbare Energien global Im internationalen Ma stab spielen erneuerbare Ener gien je nach Region eine ganz unterschiedliche Ro
224. nem erweiterten Ansatz fortgeschrieben wurde Durch das EEG hat sich die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien seit 1999 von 30 Mrd kWh auf ber 90 Mrd kWh im Jahr 2008 verdreifacht Das EEG ist damitin 31 Das Erneuerbare Energien Gesetz hat einen Boom bei der erneuerbaren Stromproduktion ausgel st Deutschland das wichtigste Instrument des Klima schutzes Die staatliche F rderung der erneuerbaren Energien lehnt sich in vielen L ndern der Erde inzwischen an das deutsche EEG an das damit neben der Wind und Solartechnik selbst zu einem Exportschlager geworden ist Drei Komponenten machen das Erfolgsrezept dieses Gesetzes aus der garantierte Anschluss aller erneuerbaren Energie anlagen an das Stromnetz die garantierte Abnahme und Verteilung des in die sen Anlagen erzeugten Stroms und feste in der Regel f r zwanzig Jahre festgeschriebene Einspeiseverg tungen f r die verschiedenen Arten erneuerbarer Energien Das EEG verpflichtet die Stromversorger den zur Zeit noch etwas teureren erneuerbaren Strom in das Port folio aufzunehmen Diese Mehrkosten werden auf alle Stromverbraucher umgelegt und erh hen den Strom preis rechnerisch um gut ein Cent pro Kilowattstunde F r einen typischen deutschen Haushalt bedeutet dies Mehrkosten in einer H he von rund drei Euro pro Mo nat Dieser Beitrag verringert nicht nur unsere Import abh ngigkeit und Treibhausgas Emissionen sondern sch tzt uns auch vor zuk nftigen P
225. nen Auswirkungen auf Natur und Landschaft mini miert und Synergien gefunden werden Der zus tzliche Fl chenbedarf dieser Nachhaltigkeits ziele gegen ber heute betr gt bei vollst ndiger Um setzung bis 2010 ber 2 Mio Hektar Das ist in etwa so viel wie an landwirtschaftlicher Fl che brigbleibt wenn man als weiteres Nachhaltigkeitsziel anstrebt dass 100 der in Deutschland verbrauchten Nahrungs und Futtermittel auch hier produziert werden Damit wird deutlich dass Fl che in Deutschland mittlerweile nicht nur ein knappes Gut darstellt sondern dass eine 28 angebaut werden Bei Zweikulturensystemen werden unterschiedliche Winter und Sommerkulturen kombi niert und die Pflanzen der ersten Ernte noch vor der Ausreife vom Feld geholt Dadurch k nnen die Felder zweimal im Jahr abgeerntet werden Gleichzeitig wird das Feld ganzj hrig gegen Erosion gesch tzt und der Einsatz von Pestiziden und Herbiziden entf llt weil Wildpflanzen mitgeerntet werden und ein eventueller Pilzbefall den Ertrag kaum mindert Bei Zweikultursys temen besteht Forschungsbedarf hinsichtlich der Aus wirkungen auf die Fauna Beispielsweise kann nicht aus geschlossen werden dass sich die fr hen Schnitt und Bearbeitungszeitpunkte insbesondere auf im Acker br tende Vogelarten negativ auswirken Verlust der Gelege und Jungv gel Konkurrenz um die verbleibenden Fl chen droht wie dies bereits heute beim Ausweisen von Fl chen f r den Bi
226. nen Nettobeitrag zur Treibhausgas Verminderung umgestellt Diese nach dem Biokraftstoffquotengesetz beigemischten Biokraftstoff mengen sind nicht mehr von der Mineral lsteuer be freit Bestimmte Reinkraftstoffe beispielsweise reines Bioethanol oder BtL Biomass to Liquid sind auch wei terhin steuerbefreit w hrend Biodiesel einem reduzier ten allm hlich ansteigenden Steuersatz unterliegt Zu bedenken ist dass die M glichkeiten zur Einsparung von Kraftstoff im Verkehrsbereich ungleich h her sind als im Stromsektor Die optimale Strategie besteht darin die Effizienz hier zusammen mit der Biokraftstoffquote zu steigern Innovationsstrategie f r erneuerbare Energien Forschung und Entwicklung sind ein Schl sselelement f r die weitere Erschlie ung erneuerbarer Energien Zentrales Ziel des 5 Energieforschungsprogramms der Bundesregierung aus dem Jahr 2005 ist deshalb die Kosten der erneuerbaren Energien weiter zu senken und so die Ausgangsbedingungen f r den Ausbau der erneu erbaren Energien zu verbessern Dazu m ssen Wir kungsgrade und Lebensdauer von Komponenten und Anlagen weiter gesteigert und Produktionsprozesse effi zienter und kosteng nstiger werden Forschungsf rderung tr gt dazu bei die Spitzenposition deutscher Unternehmen auf den international rasch wachsenden M rkten zu sichern und damit Arbeitspl t ze zu schaffen Insofern ist die Forschungsstrategie Deutschlands so ausgerichtet dass
227. ner Patentschrift Raps Biodiesel RME oder auch Raps lfetts uremethylester genannt ist der in Deutschland am weitesten verbreitete Biokraftstoff mit jetzt aller dings stagnierender bis r ckl ufiger Tendenz Der Bio dieselabsatz stieg von rund 1 3 TWh im Jahr 1999 auf knapp 28 TWh im Jahr 2008 Auf Grund der gesetzlichen Rahmenbedingungen wird der gr te Teil des Biodiesels derzeit dem konventionel lem Diesel beigemischt Nur ein kleiner Teil wird als Reinkraftstoff getankt beispielsweise in LKW von Fuhr unternehmen Aber nicht alle Biodieselfahrzeuge sind geeignet f r eine solche Betankung mit reinem Bio diesel Man sollte sich daher beim Hersteller erkundi gen ob das eigene Modell f r den Biodieselbetrieb frei gegeben ist oder einen Blick in die Betriebsanleitung werfen Ansonsten drohen Sch den unter anderem im Einspritzsystem denn Biodiesel greift bestimmte Kunst stoffe an Bei Fahrzeugen die von ihren Herstellern f r Biodiesel freigegeben wurden sind die kritischen Mate rialien durch biodieselresistente Kunststoffe ersetzt WOT den Die Einf hrung des Partikelfilters bei Dieselfahr zeugen f hrt zudem dazu dass reiner Biodiesel in PKW Neufahrzeugen nicht mehr freigegeben wird Denn das Abbrennen des Partikelfilters zur Reinigung ist nicht mehr r ckstandsfrei m glich Reines Raps l kann in konventionellen Dieselfahrzeugen nicht ohne weiteres eingesetzt werden Spezielle Moto ren sind technisch m glich
228. ner h heren Energieausbeute und zu einer geringeren Belastung der Rotoren Ein Kompromiss zwischen beiden Konzepten ist die Active Stall Regelung bei der die Rotorbl tter ab ihrer Nenn oder Maximalleistung der Windgeschwindigkeit leicht nachgeregelt werden k nnen Durch die Anpassung der Drehzahl an die Aerodyna mik des Rotors l sst sich das Windrad ber einen gro Ben Bereich der Windgeschwindigkeit mit einem opti malen Wirkungsgrad betreiben Da vor allem f r Gro anlagen die Regelbarkeit und Gleichm igkeit der Leis tungsabgabe von gro er Bedeutung sind haben die Anlagen mit variabler Drehzahl in den vergangenen Jahren deutlich zu genommen Bei Sturm werden die Lasten auf den Rotor zu gro Pitchgeregelte Anlagen und Anlagen mit Active Stall Regelung werden dann vom Netz getrennt und die Ro torbl tter in Fahnenstellung gestellt der Rotor trudelt im Leerlauf Stallgeregelte Anlagen werden aerodyna misch mit Blattspitzenbremsen angehalten Bei moder nen Anlagen erfolgt eine langsame Abschaltung der Anlagen ab Windgeschwindigkeiten von 25 m s so dass beim Durchzug von Sturmfronten nur eine Drosselung der Anlagen und keine vollst ndige Abschaltung erfolgt Gro e Rotoren moderner Bauart drehen sich abh ngig von der Nennleistung 10 bis 30 mal pro Minute Die im Vergleich zu kleineren Windenergieanlagen geringere Drehzahl f hrt dazu dass die Windr der in der Land schaft als ruhiger wahrgenommen werden
229. nergieanlagen auf See Verfahren des Betriebs von Dampfturbinen mit einem anderen Arbeitsmittel als Wasser dampf Als Arbeitsmittel werden organische Fl ssigkeiten mit einer niedrigen Verdamp fungstemperatur verwendet Das Verfahren kommt vor allem dann zum Einsatz wenn das zur Verf gung stehende Temperaturgef lle zwischen W rmequelle und senke zu niedrig f r den Betrieb einer von Wasserdampf angetriebenen Turbine ist Organische Reststoffe und Abf lle fallen bei der Land Fisch und Forstwirtschaft der Industrie und den Haushalten an Es z hlen dazu Abfall und Restholz Stroh Gras Laub Dung G lle Bioabfall etc Produkte aus organischen Rest und Abfallstoffen sind insbe sondere Biogas Deponiegas Kl rgas Ein Passivhaus ist ein Geb ude in dem eine behagliche Temperatur sowohl im Winter als auch im Sommer ohne separates Heiz bzw Klimatisierungssystem zu erreichen ist Der Heizw rmebedarf betr gt weniger als 15 kWh m a und der Prim renergiebedarf ein schlie lich Warmwasser und Haushaltstrom liegt unter 120 kWh m a Das Passivhaus ist eine konsequente Weiterentwicklung des Niedrigenergiehauses NEH Prim renergie ist der rechnerische Energiegehalt eines nat rlich vorkommenden Energietr gers bevor er z B durch Verbrennung umgewandelt wird Zu den Prim r energietr gern z hlen ersch pfliche Energietr ger wie Stein und Braunkohle Erd l Erdgas und Uranerz sowie erneuerbare Energien Sonnenenergie
230. neuerbarer Energien an der Strom versorgung deutlich ber 50 sind die heute bli chen Methoden des Last und Erzeugungsmanage ments ausgesch pft Es wird dann ein speicherbarer Energietr ger ben tigt in den der vorhandene Strom verh ltnism ig leicht umgewandelt werden kann Der Verkehrssektor ist praktisch vollst ndig von der knappsten fossilen Ressource dem Mineral l abh n gig Benzin Diesel und Kerosin werden von Jahr zu Jahr zunehmend nachgefragt Neben Elektroautos wird Wasserstoff aus regenerativen Quellen als m g licher neuer Kraftstoff vorgeschlagen Ein Grund f r die Renaissance des Wasserstoffs ist die Brennstoffzelle Diese innovative und effiziente Technologie wandelt Wasserstoff und Sauerstoff Elektroautos k nnen mit Strom aus erneuerbaren Energien betankt werden Sehr viele Elektro PKW k nnen prinzipiell zu einem vir tuellen Regelkraftwerk zusammengeschaltet werden Ein Ersatz konventioneller Regelkraftwerkskapazit ten ist also denkbar Erforderlich f r diese systemintegrati ven Eigenschaften von Elektroautos ist eine Anpassung der Architektur des Verteilnetzes und eine technische Fortentwicklung der Elektrotankstellen Ein Bli ck in di e Zukunft nier Abgabe ERBEN und nerus AET nege in Wasser um ohne dabei alle sonstigen bei her die Wasserstoffverso rgung k mmlichen Kraftstoffen und Motoren auftretenden Schadstoffe zu produzieren Damit erscheint eine ide Wasserstoff aus Sonnenenergi
231. ng mit hoher Geschwindigkeit ber D sen auf die Schaufeln der Turbine gespritzt Durchstr mturbinen werden f r kleine Fallh hen und Wassermengen genutzt und haupts chlich bei kleinen Leistungen eingesetzt Das Wasser str mt tangential durch das Laufrad hindurch F r geringe Fallh hen und kleine Leistungen k nnen auch Wasserkraftschnecken eingesetzt werden Diese arbeiten nach dem Prinzip der Archimedischen Schrau be und erreichen im Vergleich zu den anderen Turbinen auch bei niedrigem Wasserstand hohe Wirkungsgrade selbst dann wenn sie nicht voll ausgelastet sind Die Was serkraftschnecke zeichnet sich durch geringe Bauwerks kosten und hohe Fischvertr glichkeit in Abstiegsrichtung aus Sie stellt eine Ersatzm glichkeit f r kleine sanie rungsbed rftige Turbinen oder Wasserradanlagen dar Kraftwerke Speicherkraftwerke nutzen die hohe Lage des Wassers und die Speicherkapazit t von Talsperren und Bergseen zur Stromerzeugung Beim Talsperren Kraftwerk werden blicherweise Kaplan oder Francisturbinen eingesetzt 15 gt Speicherkraftwerk und Laufwasserkraftwerk Stausee Druckstollen Druckleitung Maschinenhaus die sich am Fu der Staumauer befinden Beim Berg speicherkraftwerk wird ein in der H he liegender See ber Druckrohrleitungen mit dem Kraftwerk im Tal ver bunden Wegen der gro en Fallh he werden meistens Pelton Turbinen eingesetzt Speicherkraftwerke k nnen sowohl zur Deckung der elektrisc
232. nlage werden mit Fundamenten versiegelt oder sie lassen sich durch technische Ma nahmen minimie ren So kann man auf Z une ganz verzichten oder sie zumindest so planen dass sie durchl ssig f r Klein lebewesen sind Weiterhin k nnen bevorzugt Fl chen belegt werden die aufgrund einer Vornutzung De ponien Brachen Ackerland bereits eine geringe kolo gische Qualit t aufweisen Entsprechend gew hrt das Erneuerbare Energien Gesetz EEG eine Verg tung an Freifl chenanlagen auch nur dann wenn eine Vornut zung vorliegt Innerhalb der erneuerbaren Energien kommt der Bio masse eine besondere Bedeutung zu W hrend bei der Stromerzeugung Wind und Wasserkraft eindeutig do minieren wird regenerative W rme derzeit zu ber 90 aus Biomasse bereitgestellt Zudem ist Biomasse in absehbarer Zeit die einzige regenerative Quelle f r bio gene Kraftstoffe In der Vergangenheit wurden organi sche Rest und Abfallstoffe aus der Landwirtschaft Stroh R benblatt G lle Jauche und Mist der Gr nland Landschafts und Waldpflege M hgut Heckenschnitt und Waldrestholz sowie der Industrie Altholz schon in begrenztem Umfang zur Strom und oder W rmepro duktion eingesetzt Dar ber hinaus wurden aber auch nachwachsende Rohstoffe auf so genannten Stilllegungs fl chen angebaut die nicht f r die Nahrungs und Fut termittelproduktion ben tigt wurden Diese landwirt schaftlichen Produkte wurden entweder stofflich nach wachsen
233. nn direkt zum Betrieb elektrischer Ger te genutzt oder in Batterien gespeichert werden Wird er in Wechselstrom umge wandelt kann er auch in das ffentliche Stromnetz ein gespeist werden Das ist heute die h ufigste Art den Solarstrom zu nutzen Solarzellen gibt es in allen denkbaren Gr enordnun gen Kleinstzellen gelangen in Taschenrechnern und 18 Uhren zum Einsatz Im Kilowatt Bereich k nnen sie in Modulen zusammengefasst H user mit Strom versorgen Zu gro en Solarfeldern zusammengestellt dringen Solarzellen aber auch in den Megawatt Bereich vor Zwar ist die Sonnenstrahlung in Deutschland nicht so ppig wie in s dlichen L ndern Da Solarzellen aber auch den diffusen Anteil der Strahlung energetisch umsetzen lohnt sich Photovoltaik auch in unseren Brei ten Die Strahlungsenergie der Sonne ist in den s d lichen Bundesl ndern im Jahresmittel h her als im Norden siehe Grafik Globalstrahlung in Deutschland Auf einen Quadratmeter fallen j hrlich zwischen 1 200 und 900 kWh Strahlungsenergie eine moderne Solar anlage setzt im Schnitt ein Zehntel davon in Wechsel strom um An Fl che besteht kein Mangel In Deutschland stehen insgesamt 2 300 km auf D chern an Geb udefassaden und an anderen Stellen innerhalb von Siedlungsfl chen f r eine solartechnische Nutzung zur Verf gung W r den Photovoltaik Strom und Solarkollektoren Warm wasser diese Fl che je zur H lfte ausnutzen k nnten Sola
234. nnenenergie als W r me zu speichern Dies ist wesentlich einfacher und kos teng nstiger als die Speicherung von Elektrizit t Im einfachsten Fall wird daf r ein Medium wie Beton oder geschmolzenes Mineralsalz tags ber durch den W rme tr ger des Sonnenkollektors aufgeheizt und nachts oder bei Wolkendurchgang zur Dampferzeugung in einem Kraftwerksblock genutzt Wenn das Speichermedium zudem seinen Zustand von fest zu fl ssig ndern kann l sst sich W rme noch effizienter speichern Daher wer den auch Speicherkonzepte entwickelt die auf solchen so genannten Phasen berg ngen beruhen Mit fort schrittlichen Speichertechnologien werden solarther mische Kraftwerke in Zukunft sowohl die elektrische Grundlast als auch Spitzenlast frei regelbar und kosten g nstig bereitstellen k nnen ohne Brennstoffe f r die Zufeuerung zu verbrauchen Solare Kraft W rme Kopplung Wie alle konventionellen W rme Kraft Maschinen k n nen auch die Turbinen solarthermischer Kraftwerke zur Kraft W rme Kopplung benutzt werden siehe Kapitel Neue Versorgungsstrukturen Dazu wird bei der Dampfturbine ein Teil des Dampfes oder bei der Gas turbine die Abw rme nach der Stromerzeugung abge zweigt und weiter genutzt Die noch in der W rme gespeicherte Energie kann als W rmequelle f r indu strielle Verfahren dienen zur Erzeugung von K lte ber Absorptionsk lteanlagen oder auch zur Entsalzung von Meerwasser Mit solchen Anlagen wird die s
235. nno vationen und Kostensenkungen Erneuerbare Energien werden somit z gig in die Wettbewerbsf higkeit gef hrt gt Das Erneuerbare Energien W rmegesetz verpflichtet Eigent mer von neu errichteten Geb uden ihren W rmebedarf zu einem gewissen Anteil aus erneuerbaren Energietr gern zu decken Ersatzweise kann das Haus auch besonders gut ged mmt an W rmenetze angeschlossen oder mit Kraft W rme Kopplung ver sorgt werden gt Das Marktanreizprogramm zur F rderung erneuerbarer Energien unterst tzt vorrangig die Errichtung von Anlagen zur Erzeugung von W rme aus erneuerbaren Energien Mit einem Volumen von etwa 400 Mio Euro pro Jahr ist es das gr te F rderprogramm seiner Art in Europa Kleinere Anlagen werden durch einen Zuschuss vom Bundesamt f r Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle www bafa de gef rdert Gr ere Anlagen werden durch verschiedene Darlehensprogramme unterst tzt welche die Kreditanstalt f r Wie deraufbau KfW abwickelt gt Im Verkehrssektor sind reine Biokraftstoffe bei der Mineral lsteuer beg nstigt Au erdem gibt es eine Bio kraftstoffquote der zufolge gewisse Mindestanteile an Biokraftstoffen dem konventionellen Benzin und Diesel beigemischt werden m ssen Im Jahr 2009 m ssen 5 25 Prozent des Energiegehaltes der Kraftstoffe aus Biokraftstoffen stammen ab 2010 schon 6 25 Prozent Ab 2015 wird diese Beimischungspflicht von einer Quote auf einen Nettobeitrag zur Treibhausgas Verminderung umgestellt Hi
236. ns 60 Euro pro Jahr Fernseh Video und Audioger te sowie elektrische Boiler sind die Hauptquellen Die Beleuchtung macht 8 Prozent des Strom 3 8 verbrauchs der Haushalte aus Davon lassen sich 40 Prozent sparen Moderne Umw lzpumpen sparen bis zu 80 Pro 1 7 zent der Energie die man braucht um das war me Heizungswasser durchs Geb ude zu pumpen In Deutschland m ssten 8 Millionen Zentralhei zungen erneuert werden 12 Mio K hlschr nke sind schlechter als Effizienz 2 5 klasse A Ihr Stromverbrauch rund 350 kWh Jahr l sst sich mit Ger ten der Energiesparklasse A um zwei Drittel reduzieren Die Anschaffung rech net sich meist nach sp testens f nf Jahren Der durchschnittliche CO Aussto der j hrlich 0 8 mehr als eine Million neu zugelassenen privaten Pkw liegt bei 172 5 g km Sparsame Autos emittie ren nur 120 Gramm CO pro Kilometer 131 Mit Umstellungen sind die folgenden Energiespartipps verbunden Weniger wohl f hlt man sich dabei aber auch nicht Die deutschen Pendler legen t glich 446 Mio 3 6 Kilometer zur ck Der Durchschnittsverbrauch liegt bei 8 Liter Benzin pro 100 km Zehn Prozent weniger Pendelstrecke sparen 1 3 Mrd Liter Benzin Die Geb udeheizung erzeugt 162 Mio t CO 9 7 Ein Grad niedrigere Raumtemperatur senkt Energieverbrauch und CO Emissionen im Bereich Wohnen schon um 6 Prozent Mit dem Verzicht auf Gem se das in beheizten 9 5 Treibh usern w chst oder mit
237. nteres santer solarthermischer Kraftwerksprojekte zum Teil auch schon mit integriertem thermischen Energie speicher Weltweit sind mehr als 100 Kraftwerksprojekte in Planung u a in Algerien Marokko gypten Italien Israel Abu Dhabi und Indien Solarthermische Kraftwerke stellen ein wichtiges Bin deglied zwischen der heutigen fossilen und der zuk nfti gen solaren Energieversorgung dar da sie wesentliche Elemente beider vereinen Sie nutzen herk mmliche Kraftwerksprozesse und kombinieren sie mit solaren Technologien Durch die Kraft W rme Kopplung ins besondere zum Zwecke der Trinkwasserbereitung aus Meerwasser erlauben sie eine u erst effiziente Nut zung der solaren Prim renergie Unter Einbindung der Mittelmeeranrainerstaaten von Europa des Mittleren Ostens und Nordafrikas EU MENA in ein transnationales Energieversorgungsnetz k nnte die Stromversorgung Europas weiter diversifi ziert und die Abh ngigkeit von fossilen Brennstoffen erheblich reduziert werden Demnach w re es 2050 m glich bis zu 15 700 TWh des europ ischen Strom bedarfs aus solarthermischen Kraftwerken der MENA Regionen abzudecken Insgesamt w rden 0 3 der W stenfl che ausreichen um die MENA Staaten und Europa komplett mit Strom und entsalztem Wasser zu versorgen Vorrausetzung ist die Installation von verlust armen Hochspannungs Gleichstrom bertragungsnet zen um die enormen Entfernungen von bis zu 3 000 Kilometern zu ber
238. nvoll Dies w rde nicht nur den Druck auf kologisch relevante Fl chen minimieren sondern k nnte auch der ffentlichen Sorge um Nutzungskonkurrenzen zwischen Energiepflanzen und Nahrungsmitteln begegnen Auch andere Nachhaltigkeitsziele beanspruchen Fl che In der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung ist beispielsweise aufgef hrt dass der Anteil des kologi schen Landbaus an der landwirtschaftlich genutzten Fl che bis 2010 auf 20 steigen soll Dar ber hinaus for dert das Bundesnaturschutzgesetz BNatSchG 2002 3 die Schaffung eines l nder bergreifenden Biotopver bundes welcher der Arten und Lebensraumerhaltung dienen und 10 der Landesfl che umfassen soll Aus Gr nden des Boden und Gew sserschutzes ist zudem Infobox Vermeidung und Minderung von Konflikten zwischen Quelle PG Biogas IFEU et al 2008 Energiepflanzenanbau und Naturschutz 1 Verengung der Fruchtfolgen und Konzentration auf einige wenige Kulturen vermeiden Bei berwiegendem Einsatz nachwachsender Rohstoffe zur Biogaserzeugung sollte eine Mindestanzahl an einzusetzenden Kulturarten festgelegt werden von der keine mehr als 50 Massenanteil einnehmen soll te So wird indirekt eine gr ere Anbauvielfalt im Einzugsgebiet der Anlage erzeugt 2 Standortangepasste Anbaukulturen und verfahren nutzen Insbesondere erosionsgef hrdete z B Hanglagen gegen ber Stickstoffd ngung sensible oder tendenziell humusunterversorgte Standorte gilt
239. nzen einer solchen Entwicklung beschreibt die IEA allerdings auch Ohne einen Politikwandel steu ert die Welt auf eine Temperaturzunahme von sechs Grad Celsius zu In den internationalen Klimaverhand lungen haben sich die Regierungen inzwischen darauf geeinigt dass eine Zunahme von mehr als zwei Grad vermieden werden muss Wesentlich ist es also dass wir umsteuern Und andere Szenarien zeigen dass dies m glich ist Beispielsweise wurde ein Energy R evolution Szenario vorgestellt dass die Pro Kopf Emissionen an CO im Jahr 2050 auf 1 3 Ton nen begrenzt dies entspricht einer Reduktion der abso luten CO Emissionen um 50 gegen ber 1990 Das Energy RJevolution Szenario setzt auf verschiedene Ma nahmen eine drastische Steigerung der Energieeffizienz in allen L ndern einen konsequenten Einsatz von Kraft W rme Kopplung sowie erneuerbare Energien die im Jahr 2050 fast 80 der weltweiten Stromversorgung und 70 des W rmebedarfs abdecken siehe Grafik Energy RJevolution Szenario Das Szenario einer Energy Rjevolution geht von ei nem konstanten Pro Kopf Energieverbrauch aus so dass weiteres Wirtschaftswachstum mit deutlich sinkender Energieintensit t einhergeht Die modernen Industrie staaten halbieren ihren Energieeinsatz als Beitrag zur Milderung der krassen Ungleichverteilung des weltwei gt Energy R evolution Szenario PJ a 900 000 VV UVUU _ 200 000 100 000
240. o Butan einzusetzen Der elektrische Wir kungsgrad des Verfahrens liegt bei 8 bis 12 Kristalline Gesteinsschichten gibt es in Deutschland nahezu berall 95 des geothermischen Potenzials wird daher der HDR Technik zugeordnet Es ist ausrei chend um die gesamte Grundlast des deutschen Strom bedarfs zu decken Dass dieses Potenzial nicht erschlossen wird liegt bisher an den hohen Kosten der HDR Technik Allein f r eine Bohrung bis 5 000 m Tiefe veranschlagt man mehrere Millionen Euro Wegen der hohen Bohrkosten werden Standorte bevorzugt an denen in vergleichsweise gerin ger Tiefe kristallines Gestein und hohe Temperaturen zu finden sind Dies ist insbesondere im Oberrheingraben der Fall Insgesamt belaufen sich die Investitionskosten f r eine HDR Anlage dort auf etwa 2 500 bis 5 000 Euro pro Kilowatt Die Stromgestehungskosten liegen bei beinahe kontinuierlichem Betrieb mit 8 000 Volllaststun den pro Jahr bei etwa 7 bis 15 Cent kWh HDR bzw petrothermale Systeme die tiefliegende W rmereser voirs nutzen die keine oder nur eine geringe Wasser f hrung aufweisen werden daher im Erneuerbare Energien Gesetz mit einem erh hten Bonus gef rdert In einem Forschungsprojekt im els ssischen Soultz sous For ts Oberrheingraben wurden drei Bohrungen bis auf 5 000 m abgeteuft bei denen die Wissenschaftler auf Temperaturen von ber 200 C stie en Im Juni 2008 nahm eine ORC Anlage den Probebetrieb auf die k nf g
241. odukts Solange also nicht besonders effiziente Energiewandler diesen Nachteil wieder wett machen was f r die erdgasversorgte Brennstoffzelle in vielen Einsatzf llen gilt ist der Einsatz fossil erzeugten Was serstoffs nicht sinnvoll Bei Wasserstoff der aus erneuer baren Energien erzeugt wird fallen dagegen nur gerin ge Treibhausgas Emissionen an Werden die CO Emissionen des aus Kohle hergestellten Wasserstoffs direkt an der Quelle abgetrennt verfl ssigt und in unterirdischen Hohlr umen gespeichert spricht man von CO Sequestrierung Mit einer gro techni schen Herstellung dieses clean coal Wasserstoffs wird jedoch nicht vor 2025 gerechnet Der so gewonnene Wasserstoff w rde sich mit ungef hr 7 bis 8 Cent kWh gegen ber dem heute relativ kosteng nstigen Wasser stoff aus Erdgas etwa 4 Cent kWh verteuern Setzt man regenerativ erzeugten Strom f r die Elektrolyse von 63 m AL i E e N kd r Fi TAF i i A M E F i m lai Eu E a a m a j 1 padi T 1 i 1 iM Un Bi nm z Pj rm r z p pas 2 i i JI I Diese Brennstoffzelle wird mit Erdgas betrieben In der Anlage wird daraus Wasserstoff produziert und dann in den Zellen in Strom und W rme umge wandelt Wasser ein ist der erzeugte Wasserstoff heute noch re lativ teuer Man rechnet aber damit dass auf Grund des billiger werdenden erneuerbaren Stroms hnliche Kos ten erreicht werden wie bei
242. odynamischen Faktoren abh ngt bietet es sich an die Investitionskosten auf den erwarteten j hrlichen Stromertrag zu beziehen Seit 1990 haben sich die spe zifischen Kosten je kWh Jahresenergieertrag halbiert Unter Ber cksichtigung der Betriebs und Wartungs kosten werden bei den in Deutschland typischen Jahres windgeschwindigkeiten von durchschnittlich 5 bis 6 m s an der K ste und 4 5 m s 50 m ber Grund an guten Binnenlandstandorten Stromgestehungskosten zwi schen 5 und 12 Cent kWh erreicht Offshore k nnen je nach Entfernung zur K ste und Wassertiefe die Zusatzinvestitionen f r die Netzan bindung und Gr ndung eines Offshore Windparks bis zu 200 des Preises der Windenergieanlagen ausma chen So gehen erste Sch tzungen davon aus dass die in deutschen Meeren installierte Megawatt Windleistung bei 30 m Wassertiefe bis zu 3 2 Mio Euro kosten wird Da die H he der Zusatzkosten in erster Linie von der Montagearbeiten auf der Gondel einer 2 5 MW Anlage Weitere Projekte befinden sich im fortgeschrittenen Wassertiefe und der Entfernung von der K ste und we Genehmigungsverfahren Bisher sind je nach Ausbau niger von der Gr e der Windenergieanlage abh ngt stufe insgesamt 3 600 bis 6 100 MW Leistung geplant werden aus wirtschaftlichen Gr nden m glichst gro e Konservative Sch tzungen gehen davon aus dass 2011 Anlagen geplant Wegen der hohen Kosten des Netz davon etwa 1 500 MW ans Netz geschlossen werden
243. olar erzeug te W rme mit einem Wirkungsgrad von ber 80 in Nutzenergie umgewandelt Quelle DLR 0 20 0 10 1990 2000 2010 2020 Parabolrinne Solarturm 0 30 Dish Stirling 2030 2040 2050 Sch tzung der Kostenentwicklung solarthermischer Kraftwerke im reinen Solarbetrieb bei 8 Zinsen einer wirtschaftlichen Lebensdauer von 25 Jahren und einer angenommenen Einstrahlung von 2 300 kWh m a 87 Parabolrinnenkraftwerk Andasol Kosten solarthermischer Kraftwerke Solarthermische Kraftwerke k nnen an guten Stand orten ohne Energiespeicher etwa 2 000 bis 3 000 Stun den pro Jahr im reinen Solarbetrieb arbeiten Daraus ergeben sich heute je nach Standort und veranschlag tem Zinssatz Kosten der Stromerzeugung von 9 bis 22 Cent kWh Wenn die vorhandenen M glichkeiten die Kosten weiter zu senken durch die anstehende glo bale Markteinf hrung erschlossen werden k nnten die Kosten binnen zehn Jahren etwa halbiert werden F r die Mittelmeeranrainerstaaten rechnen Experten mit Stromgestehungskosten von rund 5 Cent kWh Ein Hybridbetrieb also die Zufeuerung von Brennstof fen f hrt zu einer besseren Auslastung des Kraftwerk teils der Anlagen da auf diese Art mehr Betriebsstunden erreicht werden k nnen Damit wird die Kon Infos zu solarthermischen Kraftwerken gt Solarthermische Stromerzeugung saubere Energie f r eine nachhaltige Entwicklung www solar thermie org Solarforschun
244. onium als Abfallprodukt der Kernspaltung erscheint unm glich Eine missbr uchliche waffen technische Verwendung durch einzelne Staaten oder supranationale Gruppen ist eine st ndige Bedrohung f r die Menschheit Ein Kernkraftwerk steht f r viele Jahrzehnte und berdauert viele Regierungen Ein v lliger Schutz von Atomenergieanlagen gegen u ere Gewaltanwendungen und Sabotage ist nicht m glich oder w rde im Einzelfall zu u erst hohen Kosten und der Einschr nkung sozialer Freir ume f hren Eine Begrenzung der Atomenergienutzung auf poli tisch stabile L nder zur Verringerung obiger Risiken behindert die friedliche weltweite Kooperation und ist politisch nicht durchf hrbar Dies zeigen die Verhandlungen mit dem Iran zum Bau eines Atomreaktors Bei Abw gung dieser Gegebenheiten ist der Nutzen ei ner kohlenstofffreien Stromerzeugung aus Atomenergie gering im Vergleich zu den Risiken und Gefahren die inh rent mit der weiteren Nutzung und gar einer Aus weitung der Atomenergie verbunden sind Gl cklicher weise gibt es geeignetere nichtfossile Energiequellen in Form der erneuerbaren Energien deren gro e techni sche Potenziale ausreichen den Weltenergiebedarf um ein Mehrfaches zu decken Mit dem Mitte 2000 zwi schen der Bundesregierung und den Kraftwerksbetrei bern geschlossenen Konsens bez glich der sukzessiven Au erbetriebnahme der Kernkraftwerke ist dies in Deutschland erkannt und im Atomausstiegsgesetz ge
245. otenziale dazu sind vorhanden Das technische Potenzial der erneuerbaren Energien bersteigt selbst bei strengen Restriktionen ein Vielfaches des derzeitigen weltweiten Energieverbrauchs siehe S 37 Aus struktu reller Sicht ist die Herausforderung gewaltig da die rechtzeitige Mobilisierung dieser Technologien etwa alle zehn Jahre eine Verdopplung ihres derzeitigen Beitrags verlangt und gleichzeitig die Energienutzung weltweit deutlich effizienter werden muss Der erforderliche Um bau der globalen Energieversorgung innerhalb eines halben Jahrhunderts hat nur Aussicht auf Erfolg wenn sich die gro e Mehrheit der internationalen Staaten gemeinschaft zu einem gemeinsamen raschen und wirksamen Handeln entschlie t Nord und S d Nutznie er einer gemeinsamen Energiestrategie Wegen der hohen Sonneneinstrahlung haben gerade s dliche L nder so hohe Potenziale an erneuerbaren Energien dass sie selbst ihren zuk nftig denkbaren Ver brauch bei Weitem bersteigen So lie e sich etwa allein in Marokko mit Hilfe solarer Kraftwerke eine Strommen ge erzeugen die dem heutigen Weltstromverbrauch entspricht Die Nutzung regenerativer Quellen f r den nationalen Verbrauch ist also nicht die einzige Perspek tive f r die heutigen Entwicklungsl nder Da l ngerfris tig ber Stromleitungen oder chemische Energietr ger auch ein transkontinentaler Energieaustausch technisch m glich ist hnlich wie dies heute mit Erdgas bereits d
246. otopverbund f r die Vogelschutzrichtlinie oder die Natura 2000 Fl chen der Fall ist Auf der anderen Seite werden Ertragssteigerungen in der Landwirtschaft sowie langfristig der R ckgang der Bev lkerung weitere Fl chen freisetzen Auch lie en sich mehr Energiepflanzen anbauen wenn man einen deutlich geringeren Selbst versorgungsgrad mit Nahrungsmitteln als Ziel zul sst Die aufgezeigten potenziellen Konflikte zwischen Natur schutz und Klimaschutz sind nicht unl sbar im Gegen teil Durch geeignete Standortwahl und einen sinnvollen Mix an erneuerbaren Energien k nnen Auswirkungen auf Natur und Landschaft minimiert und Synergien ge funden werden Auf diese Weise l sst sich sowohl dem Ziel des nachhaltigen Ausbaus der erneuerbaren Ener gien als auch der Erhaltung der biologischen Vielfalt Rechnung tragen Was f r erneuerbare Energien selbstverst ndlicher Ma stab f r ihre umweltvertr gliche Nutzung ist muss nat rlich auch f r die fossil nuklearen Energiearten gel ten Sonst besteht die Gefahr einer einseitigen Betrach tung und Bewertung Sie kann schnell dazu f hren selbst geringe lokale Wirkungen der Nutzung erneuer barer Energien als bedenklich einzustufen und die wesentlich schwerwiegenderen Auswirkungen der Nutzung fossiler und nuklearer Energien f r unseren gesamten Lebensraum aus den Augen zu verlieren Infos Bundesamt f r Naturschutz www bfn de STAND UND PERSPEKTIVEN ERNEUERBARER ENERGIEN
247. otor benannt ist verwendete f r seine Entwicklungen Ethanol als Kraft stoff Und auch Henry Ford hatte sein ber hmtes T Mo dell f r diesen Kraftstoff entworfen Reines Ethanol erfordert allerdings besondere Motoren wie sie schon in den 1980er Jahren in Brasilien verbrei tet waren oder die in so genannten Flexible Fuel Ve hicles eingebaut sind Es geht jedoch auch einfacher Als Zumischung zu Ottokraftstoff ist Bioethanol bereits heute im Markt Dabei kann reines Bioethanol verwen det werden oder nach einer weiteren chemischen Umwandlung sein Ester ETBE Ethyl Terti r Butyl Ether Dieses kann zus tzlich den gesundheitlich umstrittenen Oktanzahlverbesserer MTBE Methyl Terti r Butyl Ether ersetzen und so zu einer Minderung der Luftschadstoff emissionen beitragen Die USA sind heute mit rund 18 Mrd Liter 2006 der weltweit gr te Hersteller von Bioethanol dicht gefolgt von Brasilien In den USA wird das Bioethanol berwie gend dem Benzin beigemischt w hrend in Brasilien Flex Fuel Fahrzeuge verbreitet sind die man mit reinem Bioethanol oder beliebigen Gemischen aus Ethanol und Benzin betanken kann In Deutschland wurden im Jahr 2007 insgesamt 460 000 Tonnen Bioethanol abgesetzt Biokraftstoffe der zweiten Generation Neben Biodiesel und Bioethanol werden heute die so genannten Biokraftstoffe der zweiten Generation ent wickelt Ziel ist es die Bandbreite m glicher Einsatz stoffe zu erweitern effiziente
248. ourcen sind dagegen Mengen die entweder weiterhin steigende Nachfrage auch in Zukunft gedeckt geologisch nachgewiesen aber derzeit nicht wirtschaft werden soll Gro e Ressourcen also bisher nicht wirt lich f rderbar sind oder Mengen die nicht nachgewie schaftlich erschlie bare Vorkommen in H he von sen sind jedoch aus geologischen Gr nden in dem be 255 Millionen Petajoule werden noch bei der Kohle treffenden Gebiet erwartet werden k nnen vermutet Die noch vorhandenen Reserven an fossilen Energien Die sich abzeichnenden Verknappungstendenzen der betragen knapp 38 Millionen Petajoule Stand 2007 Reserven von l und Erdgas spiegeln sich auch in den was etwa dem 80fachen des derzeitigen j hrlichen Welt statischen Reichweiten dieser Energien wider siehe energieverbrauchs entspricht Grafik Reichweiten der Grafik Statische Reichweiten Darunter ist die Zeit Energiereserven aber lediglich das 2 2 fache der be dauer zu verstehen in der die Reserven bei ihrem reits insgesamt verbrauchten Menge an fossilen Ener gegenw rtigen Verbrauch vollst ndig ersch pft sein gien Kohle macht gut die H lfte dieser Reserven aus werden Konventionelles Erd l hat mit 42 Jahren die geringste Reichweite bezieht man unkonventionelles Konventionelles Erd l mit 18 der noch vorhandenen Erd l mit ein also Schwer le lsand und lschiefer Reserven ist im Verh ltnis zu anderen fossilen Energie so liegt dieser Wert bei 58 Jahren
249. ovoltaik heute noch mit je nach Typ und Standort 100 bis 150 g Treibhausgas Emissionen pro kWh Strom zu Buche schl gt k nnen neue Solarzellentypen siehe S 79 h here Wirkungsgrade verbesserte Herstellungsverfah ren und neuartige Materialien diese Emissionen dras tisch senken Wird zudem ber cksichtigt dass die Ener gieversorgung der Zukunft h here Anteile erneuerbarer Energien aufweist so sinken die Treibhausgas Emissio nen aus der Herstellung der Anlagen weiter ab da zur Anlagenherstellung dann auch emissionsarme Energie eingesetzt wird Man kann den Vergleich zwischen fossilen und erneuer baren Energieanlagen auch mit einer anderen Kennzahl verdeutlichen der energetischen Amortisationszeit also der Zeit die ein Energiesystem ben tigt um die Energie bereitzustellen die zu seiner Herstellung zum Betrieb und zur Entsorgung eingesetzt worden ist Die energetische Amortisationszeit siehe Tabelle Energetische Amortisationszeit f r die reine Anlagen herstellung liegt f r fossil gefeuerte Kraftwerke und f r Kernkraftwerke bei zwei bis drei Monaten Betriebszeit 21 gt Treibhausgas Emissionen in der Strom und W rmeerzeugung u FOSSILE ENERGIETR GER ERNEUERBARE ENERGIETR GER Treibhausgas Emissionen pro kWh aufgehellte Bereiche zeigen Schwankungsbreite zwischen Minimal und Maximalwerten 4 Lad DE lt x l Gas Elektr W rmepumpe Holz Sonnenkollektor Tiefe Geo
250. p eines Osmose Kraftwerks Mischwasser Druckaustauscher gt Salzwasser Filter gt Filter S wasser Membranenmodule eee ococop eo e990 00 Die Technik ist vergleichbar mit traditionellen Wasser kraftwerken in Staud mmen An geeigneter Stelle wird ein Damm zwischen Land und Meer gebaut in den Tore mit Turbinen eingesetzt werden Bei einem ausreichen den Unterschied der Wasserh he des Meeres und dem Bereich innerhalb des Damms werden die Tore ge ffnet Das zum niedrigeren Punkt flie ende Wasser treibt die Turbinen an In La Rance Frankreich arbeitet ein Gezeitenkraftwerk mit 240 Megawatt seit ber 40 Jahren erfolgreich ande re g nstige Standorte mit einem Tidehub von bis zu zehn Metern finden sich in Gro britannien An der deutschen Nordseek ste betr gt der Tidenhub lediglich drei Meter Weltweit gibt es sch tzungsweise rund 100 geeignete Standorte Problematisch f r deren Nutzung sind die Beeintr chtigungen der Flora und Fauna aber auch der Schifffahrt die sich durch die Absperrung der Meeres arme oder Fl sse ergeben Thermische Nutzung Die Ozeanoberfl che erw rmt sich durch Sonnen einstrahlung in gr eren Tiefen bleibt die Wasser temperatur jedoch ganzj hrig und unabh ngig vom Wetter konstant Der Temperaturunterschied kann bis zu 20 Grad Celsius betragen Diese Differenz kann man mit Hilfe von W rmetauschern zur Stromerzeu gung nutzen indem geeignete Fl ssigkeiten ve
251. r Sonneneinstrahlung W rmegewinn WschVO Quelle FhG ISE W rmegewinn O Reflexion 4 At W rmeverlust R ckstreuung Lichtdurchl ssige W rmed mmung findet kann sie nicht mehr nach au en entweichen und heizt so mit zeitlicher Verz gerung den dahinter lie genden Wohnraum auf Im Sommer kann als Schutz gegen berhitzung ein Verschattungssystem notwendig werden Der Nutzen einer transparenten W rmed mmung h ngt von der Himmelsrichtung der TWD Wand von der Qualit t und Ausrichtung der brigen transparenten Bauteile Fenster sowie dem Aufbau der Wand hinter der TWD ab Dementsprechend darf auf eine sorgf ltige Planung keinesfalls verzichtet werden Aufgabe des Quelle aktualisiert nach Luther 2001 W rmeschutzverordnung EnEV Energieeinsparverordnung NEH Niedrigenergiehaus 3 Liter Haus Solar Passivhaus Nullheizenergie m Haustechnikstrom E Haushaltsstrom Energiekennwerte f r verschiedene W rmed mmstandards am Beispiel eines Einfamilienhauses 96 u L smmm e p x hl m On TTE A sr E a PEAN 7 NAA AAA A MAT Eel BALAAA AN THERE a A al ra r E a E y ae Fi pi ix i F h 1 Ta n F al cL i g E TT 147 E pa fi ii lr ip s er Tuer e ae F Fa Mu N HL RT ai Ab am u Aiii I wr a 1 I f 3 i Ba miri T aA 27 Ver
252. r Solarenergie immens Durch fortschrittliche Technologien und Massenfertigung aber auch durch den bergang auf weniger materialintensi ve Prozesse lassen sich die kologischen Rucks cke der Solarzellen noch weiter verkleinern Infos zur Photovoltaik Allgemein zu Solarenergie www solarserver de Bundesverband Solarwirtschaft www solarwirtschaft de Internationale Energieagentur IEA www iea pvps org ForschungsVerbund Sonnenenergie www fvs sonnenenergie de Deutsche Gesellschaft f r Sonnenenergie www dgs de BINE Informationsdienst www bine info Seit ber 20 Jahren beweisen solarthermische Kraftwerke ihre Einsatzf higkeit und sind in Regionen mit ausreichend hoher direkter Sonneneinstrahlung eine erprobte Alternative zu fossilen Kraftwerken Seit 2006 wird auch in Europa Strom mit solarthermischen Kraftwerken erzeugt Mehr als 1 500 MW Leistung sind allein in Spanien in Planung Heute liegen die Stromgestehungskosten zwischen 9 und 22 Cent kWh K nftig k nnen sie auf deutlich unter 10 Cent kWh sinken Die Verwendung von W rmespeichern erlaubt eine h here Auslastung der Kraftwerke und macht einen Grundlastbetrieb m glich So verringern solarthermische Kraftwerke die Abh ngigkeit von fossiler und atomarer Stromversorgung Mit einem Leistungsbereich von 10 kW bis 200 MW sind solarthermische Kraftwerke vielseitig einsetzbar von der Dorfstromversorgung bis hin zur Versorgung weit entfernter Ballungszentren Dish
253. r im Test und Demonstrationsbetrieb Der solar elektrische Wirkungsgrad solcher Anlagen betr gt bis zu 30 Das erste kommerzielle europ ische Solarkraftwerk Planta Solar 10 wurde 2006 fertiggestellt Auf der Spitze des Turmes der PS 10 Anlage wird Wasser in einem Rohrb ndelw rmetauscher direkt verdampft Der Dampf erzeugt in einer Turbine 11 MW elektrische Leistung und 24 GWh Solarstrom pro Jahr Beim offenen Luftreceiver einer deutschen Entwick lung wird anstelle des Rohrb ndelabsorbers ein metallischer oder keramischer Schwamm benutzt Er wird auch als volumetrischer Absorber bezeichnet da die Strahlung sowohl an der Oberfl che als auch im Inneren eines por sen K rpers absorbiert und in W rme umgewandelt wird Au enluft die durch den Schwamm nach innen gesaugt wird erhitzt sich auf ber 800 C und dient anschlie end der Dampferzeu gung in einem konventionellen Dampfkraftwerk Der Vorteil gegen ber Rohrb ndelabsorbern besteht darin dass die W rme nicht durch eine Wand hindurch ber tragen werden muss Dadurch sind h here Energiefluss dichten Betriebstemperaturen und Wirkungsgrade m glich Eine solche 49 Meter hohe Pilotanlage wurde 2008 in J lich fertiggestellt Mit einer Leistung von 1 5 MW und einer Stromproduktion von etwa 1 GWh pro Jahr sollen Erfahrungen ber das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten wie Speicher Kollektor Spiegel und zus tzlicher Biomasseverbrennung gesam melt werden
254. r verf gbar und mit heutiger Technik wirtschaftlich gewinnbar sind Neben den Energiereserven gibt es nachgewiesene und vermutete Vorr te von Energietr gern so genannte Energieressourcen die jedoch derzeit aus technischen und oder wirtschaftlichen Gr nden noch nicht gewinnbar sind W rmeenergie des Erdinneren auch regenerative Energien sind Energiequellen die nach den Zeitma st ben des Menschen unendlich lange zur Verf gung stehen Die drei origin ren Quellen sind Solarstrahlung Erdw rme Geothermie Gezeitenkraft Diese k nnen entweder direkt genutzt werden oder indirekt in Form von Biomasse Wind Wasserkraft Wellenenergie sowie Umgebungsw rme Erneuerbare Energien Gesetz Thermische Energie die durch ein System isolierter Rohre zum Endverbraucher gelangt Aus Biomasse im Verlaufe von Jahrmillionen entstandene Energierohstoffe le Kohlen Gase Unmittelbare Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie mittels Halb leitern sogenannten Solarzellen Erdw rme Grubengas Grundlast HDR Verfahren Hydrothermie Holzpellets Immission Kalina Prozess KfW Kl rgas Kohlendioxid CO kWh KWK Lastmanagement MAP Merit Order Effekt Nachwachsende Rohstoffe Energiereiches Gas das aus den Kohlegruben entweicht Anteil der Nachfrage nach elektrischer Energie der rund um die Uhr nachgefragt wird Hot Dry Rock Verfahren erlaubt die Nutzung von tiefer Erdw rme auch in Ges
255. raft oder Photovoltaik Die Um van U apes e i Ea hen er 1 we a A y In Neckarsulm versorgt ein gro es Sonnenkollektorfeld ein Nahw rmenetz weltbilanz des Betriebs von Elektro Pkw ist dann vor allem von der kologischen Qualit t der Stromerzeu gung abh ngig Zus tzlich verringert sich die Abh ngig keit von fossilen Energietr gern Verkehrspolitisch be sonders sinnvoll ist der Einsatz von Elektrofahrzeugen in Zusammenhang mit neuen Mobilit tskonzepten bei spielsweise Car sharing und ffentlicher Verkehr oder in Fuhrparks Die Verwendung von regenerativ erzeugtem Strom im Stra enverkehr ist dabei in ihrer CO Vermeidungs wirkung durchaus vergleichbar mit dem Einsatz im Stromsektor Klimapolitisch spricht also nichts dagegen regenerativ erzeugten Strom in Elektroautos einzuset zen wenn dieser aus zus tzlichen f r Elektromobilit t gebauten Anlagen stammt Zus tzlich werden durch elektrisch betriebene Fahrzeuge auch noch verschiede ne lokale Umweltvorteile realisiert Dazu geh rt insbe sondere der am Fahrzeug emissionsfreie und auch l rm arme Betrieb So kann die derzeit durch Verbrennungs motoren verursachte hohe Luftbelastung mit Feinstaub und Stickstoffdioxid in den Innenst dten reduziert wer den Langfristig kann die Vielzahl der Batteriespeicher im Elektroauto nicht nur als Verbraucher genutzt wer den sondern auch als Speicher und Quelle f r so ge nannte Regelleistung Wenn die Batte
256. rdampft werden und dieser Dampf dann Turbinen antreibt Insbesondere die USA forschen an solchen OTEC Kraft werken Ocean Thermal Energy Conversion In Deutsch land ist das Potenzial dagegen gering da selbst im Sommer kein ausreichender Temperaturunterschied entsteht Strom Turbine Mischwasser e ee a0 0 00 02020009 000000000 S wasser Osmose Kraftwerke nutzen Konzentrationsunterschiede zwischen Salz und S wasser zur Stromerzeugung 128 Str mungskraftwerk SeaGen in Betrieb Osmose Wird S wasser mit Salzwasser ber eine halbdurchl s sige Membran in Kontakt gebracht str mt Wasser von der S wasserseite auf die Salzwasserseite um den Kon zentrationsunterschied an Salz auszugleichen Dadurch wird ein Druckunterschied aufgebaut Diese Druckdif ferenz kann man beispielsweise mittels Turbinen nut zen Damit ist ein solches Osmose Kraftwerk gewisser ma en die Umkehrung einer Meerwasser Entsalzung bei der Energie aufgewendet wird um Salz und S wasser voneinander zu trennen Osmose Kraftwerke sind noch in einem fr hen Entwick lungsstadium Die gro e technische Herausforderung liegt darin Membranen zu entwickeln die kosteng ns tig und langlebig sind und zugleich gut durchl ssig f r Wasser und undurchl ssig f r Salze Stand und Potenziale Die Nutzung der Meeresenergie hat das Potenzial einen bedeutenden Beitrag zur globalen Energieversorgung zu leisten und die Abh ngigkeit
257. reduzierten Anteile von Uran Erdgas Steimkohle und Mineral l am Prim renergieverbrauch ist dennoch die Abh ngigkeit von Energieimporten wesentlich geringer als heute Im Leitszenario 2008 wurden auch verschiedene Varian ten gerechnet sowohl solche in denen energiepoliti sche Defizite auftreten und die Klimaschutzziele nicht erf llt werden als auch Szenarien in denen Effizienz und erneuerbare Energien noch dynamischer verfolgt werden In diesen ehrgeizigen Szenarien f hrt die Kom bination von Effizienz und erneuerbaren Energiema nahmen zu einem Anteil von erneuerbaren Energien an der gesamten Energieversorgung von fast zwei Dritteln Entscheidend f r die konomischen Auswirkungen des Leitszenarios sind die kommenden Energiepreise und die Kosten des Emissionshandels Geht man in einer eher zur ckhaltenden Analyse davon aus dass der Roh lpreis auf real rund 110 US Dollar je Barrel im Jahr 2030 steigt so steigen die Kosten einer forcierten Effi zienzstrategie gegen ber einer Weiter So Entwicklung einige Jahre leicht an fallen dann aber zu Beginn der n chsten Dekade deutlich ab Schon ab 2020 fallen kei ne Differenzkosten mehr an in den Jahren danach ist der Entwicklungspfad des Leitszenarios volks und betriebswirtschaftlich kosteng nstiger als die Trendent wicklung selbst ohne Ber cksichtigung externer Kos ten Der Ausbaupfad von erneuerbaren Energien und Energieeffizienz entfaltet also eine preisstabilisierende
258. regierung zu erreichen werden alle erneuerba ren Energien gebraucht Eine bersicht ber s mtliche gef rderten Projekte findet sich unter www erneuerbare energien de Potenziale erneuerbarer Energien Auf unserer Erde sorgt ein au erordentlich gro es An gebot an unersch pflichen Energiestr men daf r dass prinzipiell ein Vielfaches unseres Energiebedarfs mit erneuerbaren Energien und ohne R ckgriff auf endliche Ressourcen gedeckt werden kann Zur Verf gung stehen die eingestrahlte Solarenergie die kinetische Energie des Windes der Meereswellen und der Meeresstr mun gen die j hrlich nachwachsende Biomasse die poten zielle Energie des Wassers in Fl ssen und Seen die geo thermische Energie und die W rmeenergie der Meere Diese Energiestr me entsprechen etwa dem 3 000 fachen des j hrlichen Weltenergieverbrauchs Aus diesem theoretischen Potenzial erneuerbarer Energien Grafik Nat rliches Angebot erneuerbarer Energien Quelle BMBF Statistisches Bundesamt 1 000 MN S ISOS i i i i i l l i i i i i i i EE BueBsEnuou o nnn s DU rn DO u u g 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2009 Soll Soll EEE Erneuerbare Energien BE Kohle BE Kernkraft BEE Kernfusions EEE Beseitigung kern und Energie Effizienz forschung technischer Anlagen Ausgaben des Bundes f r Wissenschaft Forschung und Entwicklung nach F rderbereichen und F rdersch
259. reissteigerungen fossiler Energietr ger Strom aus erneuerbaren Energien d mpft die Strompreise an der B rse gt Einspeisungen und Verg tungszahlungen Mio Euro StrEG Januar 1991 bis M rz 2000 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 BE Einspeisung StrEG TWh a 2000 Einspeisung EEG TWh a Beim Erneuerbare Energien Gesetz erh lt der Betreiber f r jede Kilowattstunde in das Netz eingespeister Elek trizit t vom Netzbetreiber einen festgelegten Betrag Es gibt auch andere F rdermodelle f r erneuerbaren Strom Bei diesen wird nicht der Preis sondern die Menge fest gelegt die aus erneuerbaren Energien stammen soll Bei einem solchen Quotenmodell werden beispielsweise Energieversorger verpflichtet eine bestimmte Menge erneuerbarer Energien einzusetzen Diesen Strom pro duzieren sie entweder selber in entsprechenden Anla gen oder kaufen ihn bei anderen Betreibern von Wind Biomasse oder Solarkraftwerken ein die ihnen einen g nstigen Preis bieten So entsteht einerseits ein Wett bewerb um den g nstigsten Strompreis Gerade kleine und mittelst ndische Investoren in erneuerbare Ener gien k nnen aber oft ihre Einnahmen nur noch schwer absch tzen und der politisch gewollte Ausbau der Er neuerbaren kommt nur langsam voran Wenn die Energieversorger die vorgeschriebenen Quo ten nicht erreichen m ssen sie oft so genannte Gr ner Strom Zertifikate von einer B rse f r erneuerbaren Strom kaufen oder
260. ren Sicherheitsstan dards und politische Stabilit t nicht so hoch sind wie die in Europa kann dies die Atomenergie schon aus Ressourcengr nden nicht leisten Preiswertes Uran f r Leichtwasserreaktoren reicht bereits bei heutiger Nut zung f r nur ungef hr 30 Jahre F r die gro en und ber einen sehr langen Zeitraum erforderlichen Mengen an Atomenergiestrom w re bald der Einstieg in eine Wiederaufbereitungs und Br ter wirtschaft erforderlich die nicht nur teurer als die heuti gen Reaktoren ist sondern auch wesentlich risikorei cher Au erdem macht Wiederaufarbeitung das in den Brennst ben enthaltene Plutonium f r Kernwaffen und terroristische Zwecke verf gbar Proliferation Aber auch jetzt schon kommt die Atomenergie mit wesent lichen Leitlinien siehe S 8 einer nachhaltigen Energie versorgung in Konflikt In Atomreaktoren k nnen Kernschmelzunf lle mit unvertretbar hohen Gefahren f r die menschliche Gesundheit und extremen Folgesch den nicht ausge schlossen werden Auf allen Stufen der Brennstoffbereitstellung nut zung und entsorgung entstehen radioaktive Stoffe die teilweise emittiert werden gr tenteils aber unter hohem technischen und logistischen Aufwand f r Zehntausende von Jahren von der Umwelt abge schirmt und berwacht werden m ssen Wie dies geschehen soll ist bis heute v llig offen Noch immer ist die Endlagerfrage ungel st Ein vollkommener Schutz gegen den Missbrauch von Plut
261. rg Deutsches Windenergie Institut DEWI www dewi de Danish Wind Industry Association www windpower org en core htm 13 Seit Jahrtausenden wird die Wasserkraft zur Energiegewinnung genutzt In Deutschland sind 7 700 Anlagen in Betrieb und haben einen Anteil von 3 5 an der gesamten Stromerzeugung Weltweit bel uft sich der Anteil auf 15 Die Stromgestehungskosten betragen heute bei gro en Anlagen 3 bis 10 Cent kWh bei Kleinwasserkraftwerken 10 bis 25 Cent kWh Mit der F rderung der Wasserkraft durch das EEG k nnen bestehende Anlagen saniert und ausgebaut sowie an bestehenden Querbauwerken Neubauten umgesetzt werden Voraussetzung f r diese F rderung ist der Nachweis einer wesentlichen kologi schen Verbesserung bzw eines guten kologischen Zustandes Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal Laufwasserkraftwerk Kraft bertragung von der Turbine auf den Generator twa ein Viertel der von der Sonne eingestrahlten h chste Anteil der erneuerbaren Energie erzeugt wird Energie treibt durch Verdunstung den globalen Was 15 des global erzeugten Stroms stammt aus Was serkreislauf an Nach dem Aufsteigen der feuchten und serkraftwerken In Deutschland liegt die Wasserkraft warmen Luft bilden sich Wolken die ber Land und hinter der Windenergie auf Rang zwei und stellte 2008 Meer abregnen Wasserkraftwerke nutzen die Bewe mit 21 3 TWh Strom 3 5 des Stroms bereit gungs und Lageenergie des Wassers das ins
262. rgietr gern basierenden Stromversorgung energiepolitisch problematisch Mit zunehmendem Anteil von erneuerbaren Energien und Kraft W rme Kopplung an der zuk nftigen Stromerzeugung wird aber auch aus kologischer Sicht die W rmepumpe zunehmend interessanter Forschung erforderlich Um die Energiebereitstellung aus Erdw rme voranzu bringen ist eine intensive Forschung und Entwicklung erforderlich Das gilt besonders f r die Stromerzeugung und die Schaffung gro er w rmetauschender Fl chen im Untergrund HDR Verfahren sowie die Verbesserung des ORC Verfahrens Die Bohrtechnik muss auf die Fr fordernisse der Geothermie abgeglichen werden und die hydrothermalen Reservoire m ssen besser erfasst werden Das Bundesumweltministerium f rdert im Rahmen des Energieforschungsprogramms der Bundesregierung mehrere Vorhaben im Bereich der tiefen Geothermie In den verschiedenen geothermisch geeigneten Regio nen Deutschlands sollen Anlagen zur geothermischen Stromerzeugung und Kraft W rme Kopplung gebaut werden Zum Einsatz kommen je nach Standort Techno logierichtungen wie das Hot Dry Rock Verfahren die Nutzung bestehender Tiefbohrungen und die Nutzung des hei en Wassers aus Aquiferen und Karstgebieten Zus tzlich konzentriert sich die Forschung auf die Herstellung von hochfesten Materialien Legierungen und Pumpen welche den besonderen Eigenschaften des oft aggressiven Thermalwassers widerstehen k n nen Desweiteren wird an Planung
263. rien der Elektro autos Strom bei Bedarf in das Stromnetz zur ck laden k nnen k nnten die Fahrzeuge helfen die fluktuieren den erneuerbaren Energieanlagen in die Stromversor gung besser zu integrieren Bereits relativ wenige netz gekoppelte Elektro PKW k nnen zur lokalen Verbesse rung der Netz und Spannungsqualit t herangezogen werden in dem sie bei Bedarf als Senke und als Quelle zu oder abgeschaltet werden Sie k nnen auf diese Weise auch direkt zum lokalen Lastausgleich beitragen und damit die Belastung der vorgelagerten Netzebenen sowie den notwendigen Einsatz von Regelreserven redu zieren Dies wird besonders vor dem Hintergrund stei gender Anteile von erneuerbaren Energie Anlagen im Niederspannungs und Mittelspannungsnetz relevant 61 struktur hat Jules Verne schon 1874 formuliert Seit die ser Zeit sind zahlreiche Konzepte einer Wasserstoffwirt schaft entworfen worden meistens auf der Basis erneu erbarer Energien Bei vielen dieser Vorschl ge entstand jedoch der Eindruck dass Wasserstoff der zentrale Pro bleml ser sowohl f r die Versorgungsengp sse der Energieversorgung begrenzte fossile Vorr te als auch f r die Entsorgungsengp sse CO Emissionen und Treib hauseffekt sei und man zahlreiche Zwischenschritte und Entwicklungsstufen einer sich ndernden Energie wirtschaft berspringen k nne Heute wird Wasserstoff vor allen Dingen aus drei Gr n den weiterentwickelt Steigt der Anteil er
264. rke werden seit Mitte der achtziger Jahre in Kalifornien betrieben Insgesamt ist weltweit eine Kapazit t von 354 MW installiert die einzelnen Anlagen haben eine Nennleistung bis zu 80 MW und konnten einen Spitzenwirkungsgrad von ber 21 f r die Umwandlung der Solarstrahlung in Wechselstrom nachweisen Sie versorgen seit ihrer Inbetriebnahme j hrlich etwa 150 000 Haushalte mit Strom und haben inzwischen ber eine Milliarde US an Stromerl sen erwirtschaftet 2008 wurde das erste kommerzielle Parabolrinnenkraft werk Europas namens Andasol I 50 MW in Betrieb ge nommen Zwei baugleiche Kraftwerke werden in den n chsten Jahren errichtet und sollen den Strombedarf von 600 000 Menschen decken Durch die Einspeisung Solarstrahlung Sekund rspiegel Flachspiegel W rmetr ger Wasser oder Wasserdampf 200 550 C 20 120 bar Fresnelkollektor Receiver und Anlagentechnik auf der Turmspitze im Betrieb der Solarw rme in einen auf 390 C erhitzten Salzspei cher soll hier auch ber die Sonnenscheindauer hinaus Solarstrom produziert werden Eine verbesserte Struktur der Kollektoren die Optimierung des Betriebs und die direkte Dampferzeugung anstelle des zwischengeschal teten Thermo lkreislaufs werden die Kosten k nftig sen ken Au erdem wird an h heren Betriebstemperaturen und der Integration von Gasturbinen geforscht Fresnel Rinnenkraftwerke Anfang 2001 wurde ein Rinnenkollektor vorgestellt bei dem der Konz
265. roduziert werden und weisen auf grund der klimatischen Bedingungen eine hohe Fl chenproduktivit t auf Die Einfuhr von Biomasse ist in zweierlei Hinsicht Kri tisch zu sehen Zum einen wird die Importabh ngigkeit nicht gesenkt wie es bei heimischen Rohstoffen der Fall w re zum anderen k nnen mit dem Biomasseanbau in subtropischen und tropischen Gebieten erhebliche nega tive Auswirkungen auf Umwelt und Natur verbunden sein Eine Ausweitung der bestehenden Palm l oder So japroduktion f r den Biokraftstoffmarkt f hrt in der Re gel zu Landnutzungs nderungen beispielsweise wenn tropischer Regenwald f r neue Plantagen gerodet wird Solche direkten Landnutzungs nderungen k nnen so wohl die irreversible Vernichtung der biologischen Viel falt als auch Mehremissionen an Treibhausgasen zur Folge haben letzteres vor allem dann wenn der Kohlen stoffgehalt der Fl chen stark reduziert wird Dies w rde s mtliche Klimaschutzbem hungen konterkarieren sie he unten Dies ist selbst dann der Fall wenn keine direk te Regenwaldrodung jedoch die verdr ngte Nutzung dann indirekt zur Entwaldung f hrt lpalmen wachsen in allen tropischen Regionen rund um den quator ber 85 des weltweit vorhandenen Palm ls werden derzeit von Malaysia und Indonesien produziert Zunehmend legen aber auch Farmer in Bra silien und Kolumbien Palm lplantagen an Ein gro er Vorteil von Palm l ist seine hohe Fl chenproduktivit t Dadurch tr g
266. rs soll fortgesetzt werden Das im Paragraf 1 gesetzlich verankerte Ziel ist ambitioniert Mindestens 30 Prozent unserer Stromerzeugung sollen erneuerbare Energietr ger im Jahr 2020 beisteuern im Jahr 2008 waren es rund 15 Prozent Nach dem Jahr 2020 soll ihr An teil kontinuierlich weiter steigen dies entspricht im Jahr 2030 bereits rund 50 Prozent Auch in den anderen Sektoren sind wir seit der letzten Auflage dieser Publikation im Jahr 2006 ein gro es St ck vorangekommen Das Erneuerbare Energien W rmegesetz EEW rmeG und das aufgestockte Marktanreizpro gramm sind der Ausgangspunkt f r eine Verdopplung der W rmeproduktion aus erneuerbaren Energien bis 2020 Im Bereich der Biokraftstoffe konnten wesentliche Impulse f r eine nachhaltige Nutzung von biogenen Rohstoffen in die europ ische Diskussion eingebracht werden Das Adersystem eines erneuerbaren Energien Systems ist die Energie Infrastruktur ihr zukunftsgerichteter Ausbau liegt uns daher besonders am Herzen Der Rechtsrahmen zur Biogaseinspeisung das Energieleitungsausbaugesetz aber auch die staatliche F rderung von W rmenetzen sind Bestandteile einer Infrastrukturpolitik die auf hohe Anteile erneuerbarer Energien setzt Unser Blick ist dabei auf die langfristige Entwicklung des Energiesystems ge richtet Schon heute beweisen einzelne Kommunen und Unternehmen dass eine Versorgung berwiegend oder ausschlie lich auf Basis erneuerbarer Energien auch in der Praxis funktioniert
267. rzellen 135 TWh Strom pro Jahr erzeugen Das ent spricht knapp einem Drittel des gegenw rtigen Strom verbrauchs Zu den Solaranlagen auf Geb uden kommen zuneh mend Anlagen auf freien Fl chen hinzu 2007 wurden bereits knapp 11 oder 116 MW der installierten Solar zellen Leistung in so genannten Freifl chen Anlagen oder Solarparks errichtet Insgesamt waren in Deutsch land Ende 2007 Freifl chen Photovoltaik Anlagen abge k rzt PV mit einer Leistung von ber 300 MW instal liert Um den Verbrauch wertvoller Fl chen zu vermei den werden nach dem Erneuerbare Energien Gesetz nur Anlagen auf Fl chen mit Vornutzung verg tet Das k n nen ehemalige Deponiefl chen Industrie und milit ri sche Brachen sein aber auch zu Gr nland umgewandel tes Ackerland siehe Abschnitt Erneuerbare Energien und Naturschutz So entsteht die derzeit gr te Freifl chen PV Anlage mit einer Leistung von 40 MW auf einem ehemaligen Milit rflughafen in Brandis bei Leipzig Im Jahr 2007 wurden weltweit Solarzellen mit einer po tenziellen Leistung von 3 800 MW produziert 660 MW davon in Deutschland Dabei stieg die weltweite Produk tion seit 2002 j hrlich um durchschnittlich 50 In Deutschland wird sich diese bis 2010 mit 2500 MW mehr als vervierfacht haben Weltweit war Deutschland mit einem Zubau von 1100 MW im Jahr 2007 der gr te PV Markt der Welt Die Photovoltaik hat in den vergangenen Jahren nicht nur drastische Nachfrageste
268. rzeugte W rme menge Dieses als Arbeitszahl bezeichnete Verh ltnis be stimmt also ob in der Gesamtbilanz erneuerbare Ener gie genutzt wird und die Pumpe sich energetisch rech net Da die Verluste in der Gasversorgung geringer als in der Stromversorgung sind und insbesondere die Verluste in den Kraftwerken entfallen betr gt die notwendige Jahresarbeitszahl bei gasmotorbetriebenen W rmepum pen nur 1 1 Grafik Energiebilanz W rmepumpe Elektrisch betriebene W rmepumpen sparen fossile Energietr ger oder Kohlendioxid CO erst ab einer Infos zu Geothermie gt Geothermische Vereinigung www geothermie de gt GeoForschungszentrum Potsdam www gfz potsdam de Infos zu W rmepumpen gt Bundesverband W rmepumpe www waermepumpe bwp de gt Feldtest W rmepumpe wp effizienz ise fraunhofer de gt Schweizer Bundesamt f r Energie www waermepumpe ch 124 Jahresarbeitszahl von 3 0 ein Die in der Praxis erzielba ren j hrlichen Arbeitszahlen bei Bereitstellung von Heizenergie und Warmwasser erreichen oftmals nicht die versprochenen Werte Feldtests zeigen dass Luft Luft W rmepumpen Jahresarbeitszahlen im Mittel um die 3 0 erreichen Grundwasser W rmepumpen rund 3 5 und Erdreich W rmepumpen 3 7 Entscheidend sind u a die Temperaturen des Heizsystems und die Qualit t der Installation Der verst rkte Einsatz von elektrischem Strom im W r mebereich ist allerdings angesichts der berwiegend auf fossilen Ene
269. s Die Ger uschemissionen moderner Windenergieanla gen konnten gegen ber den Anfangsjahren der Wind nutzung durch aerodynamische Verbesserungen Ge r uschisolierung der Maschinengondel und den Ver zicht auf bestimmte Baugruppen erheblich gemindert werden W hrend direkt an der Anlage h ufig Schall leistungspegel in der Gr enordnung von 100 Dezibel gemessen werden betr gt der Pegel in 50 m Entfernung nur noch 55 Dezibel was einem Radio in Zimmerlaut st rke entspricht In 500 m Entfernung dem Mindest abstand den Windenergieanlagen im Allgemeinen von Wohngebieten einhalten m ssen ist eine moderne Anlage praktisch nicht mehr zu h ren H ufig ist auch das nat rliche Rauschen des Windes lauter als die An lagenger usche Generell gelten die strengen immis sionsschutzrechtlichen Anforderungen der Technischen Anleitung zum Schutz gegen L rm TA L rm Langj hrige Beobachtungen haben gezeigt dass V gel im Flug tags ber Windenergieanlagen ausweichen al lerdings vereinzelte Greifvogelarten z B Rotmilan See adler je nach Standort in die Rotoren oder vor die T r me fliegen Es kann jedoch nicht ausgeschlossen wer den dass Zugv gel in N chten und bei Nebel auch ge gen Windenergieanlagen prallen Drehende Rotoren werden von V geln durch die nderung von Luft str mungen vor den Anlagen in der Regel erkannt und k nnen so auch bei schlechter Sicht umflogen werden Dennoch sind einzelne Vogel und Fledermaus
270. s EEG bleibt dabei in seiner Grundstruktur erhalten es wurde aber wie es der Intention der regelm igen berpr fung entspricht in einzelnen Bereichen an die ver nderten Rahmenbedingungen angepasst Dies be trifft einzelne Verg tungss tze aber auch Regelungen zur besseren Integration des erneuerbar erzeugten Stroms ins Netz Im Zuge der Novellierung wurden auch die Ausbauziele deutlich erh ht Anstelle von bislang mindestens 20 soll der Anteil des erneuerbar er zeugten Stroms an der deutschen Stromversorgung bis 2020 jetzt mindestens auf 30 und danach kontinu ierlich weiter steigen Dies entspricht im Jahr einem Anteil von 50 Ab dann decken die erneuerbaren Energien also ber die H lfte unseres Strombedarfs Biomasse Importe auf etwa 1 Mrd Euro Durch die Ver meidung externer Umweltsch den ist dem EEG 2007 au erdem ein gesamtwirtschaftlicher Nutzen von 5 8 Mrd Euro zuzurechnen siehe S 19 Au erdem fielen durch das zus tzliche Stromangebot aus erneuerbaren Energien die Kosten der Strombe schaffung ber den kurzfristigen Spotmarkt 2006 um rund 7 8 Euro MWn Dies hat mit der Funktionsweise der Stromb rse zu tun Der zus tzliche Strom stellt der Nachfrage mehr Angebot gegen ber und senkt damit den Preis Das kommt allen Stromkunden zu Gute Rech net man den Effekt auf den gesamten Strommarkt mit seinen langfristigen Liefervereinbarungen hoch ent spr che dies einem Wert von rund 5 Mrd Euro Di
271. s ule Turbine Meeresboden Schwimmk rper Kraftwerk siehe Prinzipbild Wellenkraftwerke 2 Hebeapparate Heaving Devices Die vertikale Wasserbewegung der Welle wird mit Hilfe von mechanischen oder hydraulischen Systemen ber tragen und mit Generatoren in elektrische Energie umgewandelt Schwimmk rper Pitching Devices Mehrere miteinander verbundene Schwimmk rper wer den durch die Wellenbewegung gegeneinander bewegt Diese Bewegung wird mit speziellen fl ssigkeitsgetrie benen Generatoren zur Stromgewinnung genutzt Bran dungskraftwerke Surging Devices nutzen die horizonta gt Wellenkraftwerke 2 T Links Hebeapparat rechts Schwimmk rper Kraftwerk le Bewegung der Welle um einen Pumpeffekt zu erhal ten Dieser wird mit Hilfe von Generatoren Zur Stromer zeugung genutzt Str mung hnlich wie bei Wellen gibt es auch f r die Entstehung von Meeresstr mungen ganz verschiedene Ursachen Wind Gezeiten oder wie beim Golfstrom ein Dichte unterschied aufgrund unterschiedlicher Wassertempera tur und Salzgehalt Mit Str mungskraftwerken wird aus der Wasserbewegung mit Rotoren Strom erzeugt sie h neln Windkraftanlagen im Wasser Die intensiven Bem hungen im Bereich der Windkraft kommen nun der Ent wicklung von Str mungskraftwerken zu Gute Str mungskraftwerke funktionieren schon bei sehr lang samen Str mungsgeschwindigkeiten denn Wasser hat eine viel h here Dichte als Luft
272. sequente politische Forcie rung des Ausbaus der KWK werden heute 50 des Stromes und 80 der Fernw rme durch KWK bereitge stellt Der Beitrag des Windstromes an der Gesamtstrom versorgung liegt in D nemark bei ber 18 des Strom bedarfs Unter bestimmten Bedingungen vor allem in st rmischen Wintern chten bertrifft die Stromerzeu gung aus KWK und Windenergie sogar die Nachfrage Der f r die Netzstabilit t erforderliche Lastausgleich erfolgt dort sowohl durch Leistungsregelung der weni gen gro en Stromerzeuger als auch durch Im und Ex port nach Deutschland und Norwegen Wichtig ist dass das Energiesystem insgesamt durch ein intelligentes Management auf Erzeuger und Verbrau cherseite durch angepasste Strukturen des Kraftwerks parks und erweiterte Speicherm glichkeiten elektrischer Energie optimiert wird Die Anpassung des Kraftwerksparks W hrend unser heutiger Kraftwerkspark noch zu einem gro en Teil auf langsamer regelbaren Kohle und Kernkraftwerken beruht sind beispielsweise moderne Gaskraftwerke 53 gt Optimierte Einbindung Quelle IFEU fluktuierende Einspeisung Erzeugungsmanagement EE e Abschaltung e Kurzfristspeicherung Veredelungsanreize interkontinentaler Netzverbund Lastmanagement ggf Netzausbau Ver nderung des Kraftwerksparks Regelenergie Virtuelles Kraftwerk e load response e price response Speicherung elektrischer Energie e Wasserpumpspeicher e Dru
273. sicherheit prognostiziert werden k nnen soll zur Wahrung des Vorsorgeprinzips ein stu fenweiser Ausbau realisiert werden Nach einem Ab gleich verschiedener Nutzungsinteressen sind von der Bundesregierung erste konfliktarme Fl chen identifi ziert worden die unter den gegenw rtigen Bedingun gen f r die Startphase und die erste Ausbauphase als Durch Photosynthese erzeugte Biomasse in Millionen Tonnen Kohlenstoff besondere Eignungsgebiete f r Offshore Windparks in einheiten pro Jahr 40 Betracht kommen Langfristig k nnte sich die erschlie bare Kapazit t auf 35 000 MW auf den verf gbaren Fl chen erh hen Auch dies ist keine harte Potenzial grenze Mit steigenden Wassertiefen und damit steigen den Stromgestehungskosten k nnte diese Kapazit t wei ter erh ht werden Das realisierbare Potenzial der Photovoltaik wird durch das Strahlungsangebot an der Modulfl che die verf g baren Fl chen f r die Aufstellung der Anlagen und de ren in Zukunft erreichbaren Jahresnutzungsgrad be stimmt berlegungen zu einer praktikablen und kono misch sinnvollen Einbindung von PV Anlagen in beste hende Siedlungsstrukturen also unter Nutzung von Dachfl chen Fassaden berdachungen L rmschutz w nden etc sowie die Beachtung der konkurrierenden Nutzungsm glichkeiten durch thermische Kollektoren f r Warmwasser und Raumheizung legen einen verf g baren Fl chenanteil von rund 700 km nahe Daraus lei tet sich bei eine
274. sind und die Umstellung des Energiesystems voranbringen Selbst wenn wir das schaffen hinterlassen wir den k nfti gen Generationen den fortschreitenden Klimawandel mit seinen Sch den Das Klima ger t aus dem Gleichgewicht Es ist nicht nur die Ersch pfung der fossilen Ressourcen die ein Umdenken ber den Umgang mit Energie er zwingt Auch die vielfach ersch pfte Aufnahmef higkeit unserer Umwelt f r die Abfallprodukte der Energie nutzung macht ein Umlenken notwendig Dies gilt ins besondere f r jene Abf lle die in die Atmosph re ent lassen werden Bei der Verbrennung von fossilen Ener gietr gern entstehen Luftschadstoffe wie Schwefeldioxid und Stickoxide die zur Bildung des sauren Regens bei tragen Findet die Verbrennung nicht vollst ndig statt werden Kohlenmonoxide unverbrannte Kohlenwasser stoffe und Ru partikel emittiert bei festen Brennstoffen k nnen dar ber hinaus erhebliche Mengen an Staub auftreten Diese Emissionen und noch eine Vielzahl anderer sch digen nicht nur die Umwelt sondern sind f r den Menschen auch direkt gesundheitssch digend Neben diesen klassischen Luftschadstoffen wird bei der gt Entwicklung der globalen CO Emissionen 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Energietr gern immer auch Kohlendioxid freigesetzt Dieses Gas ist zwar f r Organismen nicht giftig es verst rkt aber den Treibhauseffekt und f hrt damit zu einer Erh h
275. sonders unter Klimagesichts punkten attraktive Form der Energiewandlung Denn f r die Bildung von Biomasse wird der Atmosph re zu n chst das Treibhausgas CO entzogen der Kohlenstoff wird in der Biomasse gebunden Sp ter wird er wieder in die Atmosph re abgegeben etwa bei der Verbren nung oder der Verrottung der Biomasse Wird die Bio masse daher energetisch genutzt wird nur das CO frei gesetzt das zuvor beim Wachstum der Pflanzen aus der Atmosph re entnommen wurde Biomasse ist nicht gleich Biomasse Organische Abf lle Holz G lle auch Getreide Mais oder andere Stoffe pflanzlichen und tierischen Ursprungs und deren Ne 98 ben und Folgeprodukte k nnen f r eine klimavertr gli che Energiebereitstellung herangezogen werden Zu den wichtigsten biogenen Brennstoffen z hlen sicherlich Holz und Holzreste die als Reststoff aus Wald durchforstungen S gereien oder als Altholz vorliegen Schnellwachsende H lzer wie Pappeln oder Weiden k nnen in so genannten Kurzumtriebsplantagen an gebaut und nach wenigen Jahren geerntet werden Schilfgras Miscanthus ist ein potenziell sehr ertragrei cher nachwachsender Rohstoff setzt aber Ackerb den von hoher Qualit t mit guter Wasserversorgung voraus Reststroh aber auch spezielle Getreide Ganzpflanzen wie der Weizen Roggen Hybrid Triticale eignen sich ebenfalls zur Energiebereitstellung Zucker und St rke pflanzen beispielsweise Mais oder Zuckerr be k nnen zur
276. sser Die globalen Herausforderungen der Energie versorgung f r die n chsten Jahre und Jahrzehnte k nnen nur in einer gemeinsamen Anstrengung bew ltigt werden Die Erschlie ung erneuerbarer Energien ist daf r ein Schl sselfaktor knappen fossilen Energietr ger noch mehr verteuern Es gilt daher mit angepassten dezentralen Technologien wie der Kleinwasserkraft Photovoltaik Windenergie sowie effizienter Biogas und Biomassenutzung m g lichst rasch die Grundbed rfnisse nach Energie f r die Landbev lkerung auf der Basis erneuerbarer Energien sicherzustellen Damit k nnte m glicherweise auch der Urbanisierungstrend verlangsamt werden Der Realisierung einer solchen Strategie stehen derzeit jedoch zahlreiche Hemmnisse gegen ber Von besonde rer Bedeutung sind die fehlenden Investitionsmittel f r 51 gt Szenario der weltweiten Investitionsvolumina Investitionen Mrd Euro Jahr 200 100 2004 2010 BE Geothermie E Wind E En Gezeiten Wellen Biomasse Quelle ZSW DLR 2020 2030 E E Wasserkraft Solarthermische Kraftwerke e e V Szenario der Investitionsvolumina in erneuerbare Energien im Strommarkt weltweit bis zum Jahr 2030 ee Zn ir m Solarkocher in Indien erneuerbare Energiesysteme Daher werden bereits un terschiedliche Finanzierungsmechanismen ausprobiert Kleine Solarsysteme k nnen von Firmen vorfinanziert und dann durch Eingabe eines Passwortes freigeschal
277. stet zudem mit ihren R ckst nden die Umwelt Fossile Energien der Motor der heutigen Weltwirtschaft Seit Beginn der Industrialisierung w chst der globale Energieverbrauch deutlich rascher als die Anzahl der Menschen W hrend die Weltbev lkerung seit 1870 bis heute um das Vierfache auf 6 7 Milliarden Menschen stieg 2008 wuchs der weltweite Energieverbrauch und damit der Verbrauch fossiler Ressourcen an Kohle Mine ral l und Erdgas um das Sechzigfache auf rund 490 000 Petajoule PJ im Jahr 2006 Ein Mensch verbraucht heu te im Durchschnitt 16mal mehr Energie als vor 130 Jah ren Grafik Entwicklung des Prim renergieverbrauchs die B rger der Industriestaaten noch wesentlich mehr Historische Einschnitte wie die beiden Weltkriege die lpreiskrisen oder der gravierende R ckgang der Indus trieproduktion in den Staaten der fr heren Sowjetunion haben diesen Wachstumstrend nur kurz unterbrochen Bezogen auf den globalen Endenergieverbrauch stellen erneuerbare Energien mittlerweile 18 2006 bereit davon 13 in Form des traditionellen Einsatzes von Bio masse als Brennholznutzung in zahlreichen wenig ent wickelten L ndern Die brigen erneuerbaren Energien allen voran die Wasserkraft haben zusammen einen Anteil von rund 5 Das ist mehr als Atomenergie die nur 3 des Endenergiebedarfs deckt Aber immer noch basieren fast 80 der Weltenergieversorgung auf fossi len Energietr gern bei der kommerzielle
278. swerkzeugen gearbei tet die das F ndigkeitsrisiko bei Bohrungen minimieren sollen Auch elektromotorisch angetriebene W rmepumpen werden weiter verbessert um sie besser an den tats ch lichen momentanen Heizungsbedarf und die momen tanen Temperaturen der W rmequelle anpassen zu k nnen und so eine h here Effizienz zu erreichen Sorptionsw rmepumpen kleiner Leistung stehen kurz vor der Markteinf hrung Forschungsinstitute und Her steller arbeiten besonders an der Langezeitstabilit t die ser Systeme Wellen Brandung Gezeitenstr mungen Tidenhub und Temperaturunterschiede der Ozeane lassen sich zur Stromerzeugung nutzen W hrend in Deutschland Meeresenergie absehbar eine Nischenposition einnehmen wird k nnen str mungs gezeiten und wel lenreiche Regionen gro e Potenziale erschlie en Das weltweite Potenzial betr gt theoretisch bis zu 100 000 TWh pro Jahr f r Wellen und Gezeitenkraftwerke sowie 800 000 TWh pro Jahr f r ozeanthermische Energie Zum Vergleich Der deutsche Stromverbrauch lag 2008 bei 615 TWh Die Nutzung der Meeresenergie ist technisch anspruchsvoll besonders hinsichtlich der Anbindung der Anlagen an das Stromnetz der mechanischen Beanspruchung der Kraftwerke und der Wartung der Anlagen unter erschwerten Bedingungen Gezeitenkraftwerk Str mungskraftwerk SeaFlow und Wells Turbine f r OWC Kraftwerke as Meer ist eine riesige und unersch pfliche Ener giequelle und der Mensch kann Wellen
279. t Energiegewinnung aus dichtem Tiefengestein Geothermische Heizzentrale W rmetauscher I Umw lzpumpe Heizkreislauf Injektionspumpe Kreide Grundprinzip der geothermischen Energiegewinnung aus dichtem Tiefengestein Quelle GGA Geothermie Kraftwerk Landau ein hydrothermales System mit hohem Temperaturangebot tig mit einer elektrischen Leistung von 1 5 MW rund 1 500 Haushalte mit Strom versorgen wird Ob eine zwei te Anlage in Betrieb genommen werden kann h ngt von der f rderf higen Wassermenge und der Tempe ratur ab Das Kraftwerk ist die erste Anlage in Europa die Strom mittels der HDR Technik erzeugt Ziel der Arbeiten ist standardisierte und kosteng nstige HDR Anlagen zu entwickeln Hydrothermale Systeme mit hohem Temperaturangebot Zur Strom und W rmeerzeugung kann auch hei es Wasser aus unterirdischen Aquiferen genutzt werden wenn die geologischen Bedingungen stimmen F r die Stromproduktion muss die Wassertemperatur 100 C berschreiten und es m ssen ausreichende Thermal wassermengen zur Verf gung stehen In einigen euro p ischen L ndern wie Island und Italien finden sich sol che Wasservorkommen schon in moderaten Tiefen In Deutschland muss man hingegen 4 000 Meter tief boh ren um auf ausreichende Temperaturen und Wasser mengen zu sto en Und auch das nur an ausgesuchten Standorten des Oberrheintalgrabens und im bayerischen Voralpenraum In Deutsch
280. t Palm l in effizienter Weise zu Ressour 109 gt Erd l oder Pflanzen VORTEIL Raps N lpalme Naturwald gi lpalme Torfwald lpalme Brache A Sojabohnen Brache Sojabohnen Naturwald Jatropha Brache Jatropha Buschland Quelle IFEU 2008 NACHTEIL F R BIOKRAFTSTOFF 75 100 125 150 t CO quivalent Hektar x Jahr Durch die Produktion von Biodiesel aus Raps lpalme Soja und Jatropha eingesparte oder zus tzlich emittierte Treibhausgase pro Jahr und Hektar an verschiedenen Standorten censchonung und Klimaschutz bei wenn es nachhaltig produziert wird Um genau diesen Nachhaltigkeits aspekt drehen sich hnlich wie bei Soja die derzeitigen Diskussionen um Zertifizierungskriterien Denn da l palmen nur in quatorn he gedeihen k nnen Auswei tungen der Produktion nur dort stattfinden Dadurch entsteht zwangsl ufig eine Fl chenkonkurrenz zu tro pischen Regenwaldgebieten Palm l wird hnlich wie Raps l in Raffinerien zu Palm l Biodiesel verarbeitet Soja l wird vor allem in den USA Brasilien Argentinien und China produziert Es f llt berwiegend als Neben produkt in der Futtermittelherstellung an Aus Sojaboh nen wird das eiwei haltige Sojaextraktionsschrot gewon nen und gleichzeitig das l mit abgepresst Zur reinen lgewinnung w re Soja nicht das Produkt erster Wahl da der Fl chenertrag im Vergleich zu anderen lsaaten niedrig ist Da aber gro e Landfl che
281. t Prognosen zum Strombedarf Erzeugung und Wetter vergleicht die aktuellen Strom B rsenkonditionen abfragt und insge samt den Kraftwerkseinsatz klug optimiert Einige Stadtwerke setzen bereits heute solche Systeme ein Sie verbinden Blockheizkraftwerke Windkraftparks Photovoltaikanlagen und andere Kraftwerke zu einem System Das virtuelle Kraftwerk kann jedoch nicht nur Erzeuger vernetzen sondern auch die Verbraucher in das Management integrieren Im Rahmen des Forschungsprogramms E Energy wird die Vernetzung von zeitlich variablem Verbrauch und Erzeugung in mehreren Pilotprojekten erprobt 58 Bislang sind es nur Pilotversuche in denen ein virtuelles Kraftwerk realisiert wurde Deshalb m ssen neue Ge sch ftsmodelle entwickelt und kosteng nstige Wege der Kommunikation gefunden werden Das virtuelle Kraft werk ist zwar nicht per se eine klimaschonende Tech nologie Es kann aber den energiewirtschaftlichen Nut zen dezentraler und regenerativer Energiequellen erh hen und bei ihrer Integration in das Stromnetz helfen Das virtuelle Kraftwerk bietet somit reelle Vorteile Es ersetzt konventionelle Kraftwerke und nicht nur dann deren Stromproduktion wenn der Wind gerade weht oder die Sonne scheint Damit sind v llig neue Konstel lationen denkbar private Energiegenossenschaften St dteverb nde die ihre Energieversorgung gemeinsam optimieren oder Windpark Betreiber die ihren Strom besser vermarkten wollen Stromnetze
282. t im Hinblick auf die erneuerbaren Ener gien bislang f r Deutschland diese Stellung gilt es zu behaupten und m glichst auszubauen Die F rderung der erneuerbaren Energien Der Ausbau erneuerbarer Energien geschieht nicht von selbst Neben den technischen rechtlichen und organi satorischen Voraussetzungen m ssen auch g nstige ko nomische Rahmenbedingungen gegeben sein Einige erneuerbare Energien werden in einigen Jahren billiger sein als viele herk mmliche Rohstoffe Aber bis es so weit ist muss der Staat unterst tzende Rahmenbedin gungen schaffen Dann werden durch das so genannte Lernen am Markt Kostensenkungspotenziale rasch aus gesch pft und der F rderbedarf sinkt sukzessive bis die erneuerbaren Energien in der Breite die Wettbewerbs f higkeit erreicht haben Die Bundesregierung unterst tzt die Marktentwicklung erneuerbarer Energien durch verschiedene Ma nah men Die wichtigsten Instrumente sind im Strommarkt das Erneuerbare Energien Gesetz das feste vom Netzbetreiber an die Betreiber von erneuerbaren Energieanlagen zu zahlende Tarife f r umweltfreundlichen Strom garantiert im W rmemarkt das Marktanreizprogramm des Bundes sowie das Erneuerbare Energien W rme Gesetz im Kraftstoffmarkt das Biokraftstoffquotengesetz Strom Besonders erfolgreich ist das im Jahr 2000 in Kraft ge tretene Erneuerbare Energien Gesetz EEG mit dem das 1991 eingef hrte Stromeinspeisungsgesetz StrEG mit ei
283. t von Sedimenten und den kologischen Haushalt des Gew ssers und seiner Umgebung Die Konflikte zwischen Klima Natur und Gew sser schutz k nnen durch gew sserbauliche Ma nahmen vermindert werden Fischauf und abstiegshilfen Um gehungsgerinnen und Lockstr mungen verbessern die Durchg ngigkeit der Fl sse Ziel beim weiteren Ausbau der Wasserkraft ist eine Leistungssteigerung der Anla gen bei gleichzeitiger Verbesserung der gew sser kolo gischen Situation Die Potenziale liegen also im Ersatz und der Modernisierung vorhandener Anlagen Auch bei der Errichtung und dem Betrieb von Solar energieanlagen sind die Naturschutzbelange zu ber ck sichtigen sofern es sich um Freilandanlagen handelt Einer der wichtigsten Ans tze zur Vermeidung von Kon 25 flikten ist die Auswahl des richtigen Standorts Der Aufwand f r weitere Ausgleichsma nahmen wird da durch deutlich reduziert Der ganz berwiegende Teil der Photovoltaik ist auf Geb uden installiert Von diesen Anlagen gehen keine negativen Umweltauswirkungen aus und es ist gerade dieser Aspekt der zur Faszination und hohen Akzeptanz der Photovoltaik f hrt Dagegen k nnen auf Wiesen Feldern und Brachen installierte Anlagen durchaus die Umwelt beeintr chtigen weil sie B den verdichten und versiegeln Lebensr ume zerschneiden und Vegetations und Biotopstrukturen zerst ren Allerdings sind diese Eingriffe gering maximal 4 der Fl che einer Frei landa
284. taik Geothermie 134 Energie ist die F higkeit oder M glichkeit eines Systems Arbeit zu verrichten Gemessen wird Energie in der Einheit Joule J Physikalisch betrachtet kann Energie weder erzeugt noch vernichtet werden sondern nur von einer Form in die andere umgewandelt werden Man unterscheidet folgende Energieformen mechanische Energie Bewegungs oder kinetische Energie Lageenergie W rmeenergie thermische Energie elektrische Energie chemische Energie Strahlungsenergie Energie aus der Spaltung und Fusion von Atomkernen Vom Endverbraucher genutzte Energietr ger Prim renergie d h Prim renergie ab z glich aller Umwandlungs und Verteilungsverluste des Eigenverbrauchs von Kraft werken und Raffinerien und des Einsatzes von Rohenergie f r nichtenergetische Zwecke Das Verh ltnis des Prim renergieverbrauchs zum Bruttosozialprodukt einer Volks wirtschaft Pflanzen die mit dem Ziel der Energienutzung angebaut werden beispielsweise Getreidesorten wie etwa Mais Weizen Roggen oder Triticale Gr ser wie Chinaschilf Miscanthus und Weidegras Als Energiepflanzen werden auch lsaaten wie Raps und Sonnenblumen schnell wachsende H lzer wie Pappeln und Weiden sowie R ben und Hanf angebaut Verh ltnis der volkswirtschaftlichen Gesamtleistung z B Bruttosozialprodukt zur aufgewendeten Energie Kehrwert der Energieintensit t Die in der Erde lagernden Vorr te an Brennstoffen die nachgewiesen siche
285. te kaum genutzt F r eine zuk nftige Nutzung bietet sich Quelle IFEU Zum Vergleich Energierohstoffbedarf 2006 rd 14 460 PJ 1 000 BEE NEE Energiepflanzen 4 Mio ha Biogas Kl rgas Resth lzer aus Industrie und ME H lzer aus Forstwirtschaft EEE Maximum Anbau von schnell Deponiegas Haushalten und Landschaftspflege wachsenden B umen Zoomasse Gr ser aus Landschafts und Pe Stroh DE Minimum Anbau von y Gartenpflege Raps Kl rschlamm Biomasse kann in vielf ltiger Form zur Energiegewinnung genutzt werden 104 die kosteng nstige und effiziente Mitverbrennung in gt Bio gasanlagen in Deutschland Kohlekraftwerken an Das gr te Potenzial f r die Gewinnung von Biogas ist Ay DA z in der Landwirtschaft zu finden Derzeit Ende 2008 sn en GER werden 1 3 des deutschen Stromverbrauchs durch z ge p A e ER Biogas gedeckt das in rund 4 100 Anlagen produziert Bee et 2 oo a a i a wird Grafik Biogasanlagen in Deutschland Dieser a SE ME He nl Anteil k nnte allein mit Abf llen aus der Landwirtschaft a nee ne ee verdoppelt werden A He S a a in Er x X s se raS Ss Neben Rest und Abfallstoffen bietet sich auch der ge BE tie U Tar re zielte Anbau von Biomasse an Das Potenzial der Ener ER ee ein nn ee ne a r giepflanzen h ngt sehr stark davon ab wie viel Acker k oe TE ak w p ar a N fl che zur Verf gung steht also davon wie viel land 5
286. te Energie sondern zus tzlich auch erneuerbare Energie aus der Umgebung Entscheidend ist ob der erneuerbare Anteil berwiegt W rmepumpen sind darum ein Zwitter aus sparsamem konventionellem Energieeinsatz und erneuerbaren Energien Das Ver h ltnis von erzeugter W rme zu eingesetzter Fremd energie hei t Arbeitszahl Es gibt verschiedene technische Ausf hrungen von W r mepumpen Am weitesten verbreitet sind so genannte Kompressionsw rmepumpen Kleine Ausf hrungen zur Brauchwassererw rmung und Heizung von Einfami lienh usern werden meist von Elektromotoren angetrie ben gr ere Anlagen auch von Gasmotoren Daneben gibt es W rmepumpen bei denen keine mechanische sondern thermische Antriebsenergie ben tigt wird Diese so genannten Sorptionsw rmepumpen k nnen mit Gas l aber auch mit Ab und Solarw rme betrie ben werden Sie haben den Vorteil eines hohen Wir kungsgrades in Bezug auf die eingesetzte Prim rener gie Sorptionsw rmepumpen kleiner Leistung sind aller dings erst in der Entwicklungsphase Soll die bereitgestellte W rme zu Heizzwecken verwen det werden so sind niedrige Vorlauftemperaturen im Heizungssystem vorteilhaft Kann die Vorlauftemperatur um ein Grad abgesenkt werden so ben tigt die W rme pumpe bereits 1 weniger Antriebsenergie Darum soll te man W rmepumpen mit Fu boden oder Wandhei zungen kombinieren Kosten und Potenziale der W rmepumpe Beim Neubau eines gut ged mme
287. te Leistung 2 000 1 00 1 500 0 75 1 000 0 50 500 0 25 0 0 1995 2000 2005 2010 Marktentwicklung in Deutschland Verlauf der Stromgestehungskosten von PV Anlagen und die m gliche zuk nftige Entwicklung 80 Als vielversprechendes Konzept gelten auch die so ge nannten Tandemzellen Hier werden mehrere Halb leitermaterialien so kombiniert dass sie einen gr eren Bereich des Spektrums des Sonnenlichtes ausnutzen k nnen Der derzeit h chste Wirkungsgrad einer Solar zelle wurde im Labor an einer Tandemzelle unter kon zentriertem Licht gemessen und betrug knapp ber 40 Netzgekoppelte Anlagen bestehen aus der Solaranlage auf dem Dach oder an der Fassade die bei direkter oder indirekter Einstrahlung Gleichstrom liefert ber einen Wechselrichter wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt und kann dann direkt von Haushaltsge r ten genutzt oder ins Netz eingespeist werden Die Leistung typischer Anlagen auf Geb uden liegt zwischen 2 und 5 kW Die derzeit gr te geb udeintegrierte An lage wurde 2005 auf dem Dach eines Logistikunterneh mens in B rstadt Hessen installiert Sie ist so gro wie f nf Fu ballfelder und liefert bis zu5 MW Solarstrom Noch gr ere Anlagen gibt es auf Freifl chen Gro e Solarparks auf der gr nen Wiese sind allerdings umstritten da sie zu einem zus tzlichen Fl chenver brauch f hren Die gesetzliche F rderpraxis zielt darauf ab den Bau gro er Solaranlagen auf bereits
288. tehen der und in Entwicklung befindlicher Systeme Vorschl gen aus den Niederlanden und Gro britannien sowie wichtiger Beitr ge von Seiten verschiedener Nicht Regierungsorganisationen NGOs wurden in der deut schen Diskussion kologische und sozio konomische Prinzipien herausgearbeitet die sicherstellen sollen dass Rohstoffe f r die Biokraftstoffproduktion nachhal tig hergestellt werden 1 Ein deutlicher Beitrag zur Treibhausgasminderung muss gegeben sein 2 Minimierung negativer Folgen von indirekter Landnutzungs nderung und Ausgleich konkurrie render Landnutzungen 3 Ausschluss des Verlusts von Lebensr umen mit hohem Naturschutzwert HNV 4 Ausschluss des Verlusts von Biodiversit t 5 Negative Auswirkungen auf B den Wasser und Luft sind zu minimieren 6 Die lokale Bev lkerung soll keine Nachteile erlei den sondern an den Chancen des Biomasseanbaus partizipieren 7 International anerkannte Standards f r Arbeitsbedingungen werden eingehalten Quelle IFEU Ein Blick in die Zukunft der Biokraftstoffe Nicht nur kologisch m ssen Bioenergietr ger konkur renzf hig sein Auch die Kosten m ssen sich mit denen der fossilen Kraftstoffe vergleichen lassen Es ist nicht verwunderlich dass Biokraftstoffe derzeit teurer sind als herk mmliche Kraftstoffe Bei Raps Weizen oder Zu ckerr ben muss die gesamte landwirtschaftliche Pro duktion finanziert werden und nat rlich auch alle wei terverarbeit
289. teins schichten die kein Thermalwasser f hren Dazu wird ein zerkl ftetes Risssystem als W rmetauscher geschaffen in den dann Wasser injiziert erw rmt und wieder an die Oberfl che transportiert wird Nutzung von Thermalwasser zur geothermischen Strom Mindesttemperatur 80 bis 100 C oder W rmebereitstellung In St bchenform gepresstes Brennmaterial aus Holz Als Immissionen bezeichnet man die Einwirkung von Emissionen Luftschadstoffen Ger uschen Strahlung usw auf Boden Wasser Menschen Tiere Pflanzen und Sach g ter Messgr e ist z B die jeweilige Konzentration eines Schadstoffes pro Quadrat meter Boden oder pro Kubikmeter Luft Verfahren zum Betrieb von Dampfturbinen auch bei niedrigen Temperaturen mittels eines Ammoniak Wasser Gemisches als W rmetr ger Kreditanstalt f r Wiederaufbau Bank des Bundes und der L nder Energiereiches Gas das im Faulturm von Kl ranlagen entsteht Eines der Treibhausgase mit der Eigenschaft f r langwellige W rmestrahlung un durchl ssig zu sein Verhindert damit die gleichgewichtige Abstrahlung der auf die Erde treffenden kurzwelligen Sonnenstrahlung Gefahr einer Temperaturerh hung auf der Erdoberfl che siehe Einheiten Kraft W rme Kopplung d h gleichzeitige Erzeugung von Strom und W rme Anpassung des Stromverbrauchs an das Stromangebot z B durch Verlagerung in Nachtzeiten oder Zeiten hohen Windstromangebots durch zeitvariable Tarife auto matische
290. ten Einfamilienhauses liegen die Anschaffungskosten einer W rmepumpe bei 11 000 Euro Hinzu kommen bis zu 9 000 Euro f r die Erdsonden so dass die Investitionskosten f r die gesam te W rmepumpenanlage bei etwa 20 000 Euro liegen Im Altbau muss mit h heren Kosten gerechnet werden da hier aufgrund des h heren W rmebedarfs auch eine gr ere W rmepumpe erforderlich ist Daneben m ssen Kosten f r Umbauten einkalkuliert werden um die Vorlauftemperatur im Heizungssystem zu senken Wie hoch die daraus resultierenden W rmekosten sind h ngt von den Sondertarifen des Stromversorgers f r elektrische W rmepumpen ab Die spezifischen Kosten je Kilowattstunde W rme bewegen sich zwischen 15 und 20 Cent kWh Nach einem Boom Anfang der achtziger Jahre als auf grund hoher lpreise der Betrieb von W rmepumpen wirtschaftlich erschien ging die Nachfrage stark zur ck Seit Anfang der neunziger Jahre hat jedoch eine Erho lung der Nachfrage eingesetzt nicht zuletzt durch die gt Energiebilanz W rmepumpe ENERGIEROHSTOFFE UMWANDLUNG UND TRANSPORT Gasverluste Gas Brennwertkessel HEIZUNG Gasheizkessel j verst rkten Vermarktungsanstrengungen der Elektrizi t tsversorger Die Wiederaufnahme besonders effizien ter W rmepumpen ins Marktanreizprogram der Bun desregierung l sst eine weitere steigende Nachfrage erwarten Bis Ende 2008 waren in Deutschland knapp 350 000 W rmepumpen installiert wovon allei
291. tet werden das man gegen monatliche Bezahlung erh lt Doch damit ist es bei weitem nicht getan Teil einer Entwicklungsstrategie im Energiebereich m ssen auch gro e zentrale erneuerbare Energieanlagen sein Also gr ere netzgekoppelte Windparks Wasserkraftwerke in angemessener Gr e und solarthermische Kraft werke welche die bestehenden und sich rasch ausdeh nenden st dtischen Regionen in ausreichendem Ma versorgen Dabei muss auch eine erneuerbare Energie versorgung auf die jeweiligen Bed rfnisse ausgerichtet sein und wird zumeist aus einer Vielzahl von unter schiedlichen Anlagen bestehen Im Sinne der internationalen Arbeitsteilung aber auch der entwicklungspolitischen Ziele der Bundesregierung 52 ist der globale Ausbau erneuerbarer Energien so zu ge stalten dass alle Beteiligten profitieren Gleichzeitig resultieren aus dem internationalen Wachstumsmarkt erneuerbarer Energien attraktive Chancen f r die deut sche Wirtschaft Was dies bedeutet l sst sich gut f r die Stromerzeugung zeigen Die Investitionen in Wasser kraftwerke Windenergieanlagen Biomassekraftwerke solare und geothermische Anlagen d rften sich derzeit in der Gr enordnung von 30 Mrd Euro pro Jahr welt weit bewegen Etwa ein Sechstel davon entf llt auf Deutschland F r die Zukunft ist davon auszugehen dass in Deutschland weiterhin j hrlich etwa 5 Mrd Euro investiert werden um die Ausbauziele im Stromsektor zu erreichen Gleich
292. thermie Treibhausgas Emissionen pro kWh aufgehellte Bereiche zeigen Schwankungsbreite zwischen Minimal und Maximalwerten 1 400 1 200 1 000 O 800 2e 600 Bei KWK Technologien W rmegutschrift mit Gas Brennwertkessel pe N 400 0 a N 20 I z 800 1 200 Fossile Energiebereitstellung ohne CO Abtrennung und Speicherung CCS ist eine Gr enordnung klimasch dlicher als erneuerbare Energie doch um ein Vielfaches h her Man erwartet durch wei tere Fortschritte in der Fertigungs und Solarzellentech nologie eine Verringerung dieses Wertes auf ein bis zwei Jahre innerhalb des n chsten Jahrzehnts Erneuerbare Energieanlagen haben sich in k r zester Zeit energetisch amortisiert Fossile Kraft werke amortisieren sich nie hnliche Verh ltnisse liegen bei der W rmeerzeugung vor Solare Kollektoranlagen brauchen zwischen 18 und 30 Monaten Anlagen mit hydrothermaler Erd w rmenutzung nur sieben bis zehn Monate Systeme Aber bezogen auf den gesamten Betrieb amortisieren sich diese Anlagen nie denn es muss immer mehr Energie in Form von Brennstoffen hineingesteckt wer den als man hinterher als Nutzenergie erh lt F r eine Kilowattstunde Strom muss beispielsweise ein typisches Braunkohlekraftwerk Kohle mit einem Energiegehalt von rund 2 5 Kilowattstunden verbrennen Wasser Wind und solarthermische Kraftwerke ben ti gen zwischen drei und dreizehn Monate bis sie ihre Herstellungsenergie wieder eingespielt ha
293. tionskosten der bertra gungsnetzbetreiber sowie m gliche Mehrkosten durch Teillastbetrieb bei Kraftwerken wurden als Obergrenze weitere 0 3 bis 0 6 Mrd Euro ermittelt Zu den Nutzen des EEG z hlt sein positiver Einfluss auf Innovation Umsatz und Wertsch pfung in Deutschland verbunden mit der Schaffung neuer Arbeitspl tze 2008 waren rund 60 der insgesamt fast 280 000 Arbeits pl tze im Bereich der erneuerbaren Energien direkt auf die Wirkung des EEG zur ckzuf hren Im gleichen Kontext sind auch die EEG bedingten Ein sparungen beim Import von Steinkohle und Erdgas zu sehen Diese beliefen sich 2007 unter Anrechnung der Die Planungs und Investitionssicherheit die durch das EEG geschaffen wird ist wesentlich f r den Erfolg des Gesetzes gerade beim Mittelstand Beispiele aus vielen L ndern weltweit zeigen dass die festen Einspeiseverg tungen wesentlich erfolgreicher und in der Regel zu ge ringeren Kosten die Markteinf hrung erneuerbarer Ener gien voranbringen als Mengenregelungen mit Auktio nierung oder Zertifikatehandel Diese Sicherheit ist gera de auch f r Banken und Kreditinstitute entscheidend die ber die Vergabe von Krediten f r Investitionen in erneuerbare Energieanlagen zu entscheiden haben Die Auswirkungen des EEG werden regelm ig umfas send berpr ft zuletzt Ende 2007 Mit den Daten dieser Erfolgskontrolle wurde im Juni 2008 eine Novelle des Gesetzes vom Deutschen Bundestag verabschiedet Da
294. tromanlage mit einer Leistung von 4 6 MW In Entwicklungsl ndern in denen die Versorgungsnetze kaum ausgebaut sind wird die Photovoltaik f r die Ver sorgung einzelner H user Solar Home Systems f r D rfer oder f r Pumpen eingesetzt In vielen F llen der dezentralen Klein und Kleinstanwendungen sind die brennstoffunabh ngigen und wartungsarmen Systeme die beste und oft auch wirtschaftlichste L sung f r eine netzferne Stromversorgung kologisch zahlt es sich aus Solarzellen haben keinen Schornstein Und auch Luft schadstoffe Brennstoffverbrauch und L rm sind mit der Stromerzeugung nicht verbunden Allerdings ist die Her stellung der Solarzellen energieintensiv Je nach Verfah ren m ssen die Zellen hierzulande zwischen zwei und f nf Jahre arbeiten um die Energie zu produzieren die ihre Herstellung gekostet hat Jede weitere Kilowatt stunde ist dann aber kologisch kostenlos siehe Ka pitel kologische Qualit ten erneuerbarer Energien Setzt man voraus dass f r die Herstellungsenergie der konventionelle Kraftwerkspark eingesetzt wird so sind folgerichtig indirekte Umwelteinwirkungen zu verzeich nen Dabei ist aber zweierlei zu beachten Diese Emissio nen sind ein Problem des jetzigen und nicht eines zu k nftigen Energiesystems W rde die Energie zur Her 82 stellung von Solarzellen mit Solarzellen selber erzeugt so g be es diese Emissionen nicht Au erdem ist das Minderungspotenzial de
295. tromz hlern nicht nur die Verbrauchsmenge sondern z B auch den Zeitpunkt des Verbrauchs erfasst Die Z hlerdaten werden elektronisch an den Stromanbieter bermittelt Die H he des Strombedarfs z B Lastspitzen lassen sich erkennen speichern und zu Rechnungs zwecken auswerten Man unterscheidet diffuse Solarstrahlung die uns indirekt aus allen Richtungen nach Streuung an Wolken atmosph rischen Molek len und Partikeln erreicht und direkte Solarstrahlung die uns unmittelbar aus Richtung der Sonne erreicht In der Summe bilden diffuse und direkte Strahlung die Globalstrahlung Kraftwerke bei denen die Solarstrahlung in W rme umgewandelt auf einen W rme tr ger z B l Luft bertragen und schlie lich in Kraftmaschinen z B Dampfturbine Gasturbine in elektrische Energie umgesetzt wird Solarzellen wandeln Licht direkt in elektrischen Strom um Die Photonen des Sonnen lichts l sen in Halbleitermaterialien Elektronen zeitweise aus dem Atomverband und bewirken so einen Stromfluss Dieses Funktionsprinzip wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet Photovoltaik Als Halbleitermaterial wird in Solarzellen meist Silizium ver wendet das letztlich aus Quarzsand gewonnen wird Sonnenkollektoren wandeln die Strahlungsenergie der Sonne in nutzbare W rme zur Warmwasserbereitung oder Heizungsunterst tzung um Die W rmeverluste des Kollek tors werden vermindert durch eine Glasabdeckung und durch W rmed mmung der R ckseite
296. twerken die ihre W rme an Fernw rmenetze abgeben aus der indu striellen Kraft W rme Kopplung und aus Dampfturbi nenanlagen Aber auch Blockheizkraftwerke kompakte und kleinere Anlagen zur gleichzeitigen Strom und W rme Versorgung tragen dazu bei Blockheizkraftwerke BHKWs gibt es in allen m glichen Gr enordnungen von einem Kilowatt Tausend Watt bis hin zu einigen Megawatt Millionen Watt Verschiedene Technologien eignen sich als Blockheiz kraftwerke Ottomotoren Brennstoffzellen Gastur binen Stirling oder Dampfmotoren Kommerziell ver f gbar ist bislang allerdings nur der Ottomotor Der Stirling Motor steht als Technologie f r Blockheizkraft werke die klein genug f r ein einzelnes Haus sind nach jahrelanger Erprobung jetzt endlich an der Schwelle zur Marktreife w hrend die anderen Typen noch weiter ent wickelt werden m ssen Motor Blockheizkraftwerke kurz Motor BHKWs sind nichts anderes als Otto oder Dieselmotoren wie wir sie vom Auto kennen Im Ottomotor wird ein Brennstoff wie Beispiel Erdgas mit Luft gemischt und in einem Zylinder verdichtet Diese Mischung wird dann mit einer Z nd kerze zur Explosion gebracht Die bei dieser Explosion freigesetzte Bewegungsenergie wird anders als beim Auto nicht genutzt um ein Fahrzeug anzutreiben son dern einen Stromgenerator Die W rme des Abgases des Schmier ls und des K hlkreislaufes wird mit W r metauschern als Heizwasser abgegeben Der
297. tzung Osmose Stand und Potenziale Erneuerbare Energien und dar ber hinaus Was jeder Einzelne zum Klimaschutz beitragen kann Glossar 83 84 85 85 86 86 87 87 88 88 89 92 93 93 93 94 95 97 98 J9 100 101 103 104 105 105 107 108 109 109 111 111 112 113 115 117 118 119 120 121 121 121 123 123 124 125 125 127 128 128 129 129 130 133 ERNEUERBARE ENERGIEN GARANTEN EINER ZUKUNFTSFAHIGEN ENERGIEVERSORGUNG Binnen zwei Jahrzehnten haben sich die erneuerbaren Energien von einer alternativen Energiequelle f r we nige Wissenschaftler Politiker und Pioniere zu einem der wichtigsten wirtschaftlichen Trends des angehenden 21 Jahrhunderts entwickelt Aus den sprichw rtlichen Garagen und Hinterhoffirmen in Nord und S ddeutsch land wurden Unternehmen die sich auf der ganzen Welt engagieren Milliarden Euro umsetzen und allein in Deutschland mehr als eine viertel Million Menschen besch ftigen Die Windkraftbranche schafft besonders an den deutschen K sten neue Jobs gerade da von wo man lange Zeit berwiegend tr be Nachrichten aus der Werftbranche vernommen hat Und die Solarbranche hat sich ihre Heimat in Ostdeutschland gesucht und dort viele ehemalige Mitarbeiter der chemischen Indus trie aufgenommen Windkraft Biomasse Solarindustrie und viele weitere Firmen im Umfeld erneuerbarer Ener gien schaffen heute hochqualifizierte Jobs in einer zu kunftssicheren boomend
298. und die einzelnen Mitgliedsstaaten festschreibt Mit der neuen Richtlinie des Europ ischen Parlaments und des Rates zur F rderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen 2209 28 EG ist f r 2020 ein verbindlicher Anteil erneuerbarer Energien an der End energieversorgung von 20 und am Energiebedarf im Transportsektor von 10 festgelegt Daraus ergeben sich Verpflichtungen f r die einzelnen Mitgliedsstaaten Deutschland muss nach dieser Richtlinie einen Anteil von 18 erreichen Dies deckt sich mit den Zielen der Bundesregierung und den Ergebnissen der Leitstudie 2008 Den gr ten Beitrag zur Energieversorgung aus erneuer baren Energien in Europa leistet die Biomasse die vor allem zum Heizen verwendet wird Beim Strom wurden etwa 450 TWh aus erneuerbaren Energien erzeugt dies entspricht einem Anteil von gut 14 an der Brutto stromerzeugung Zwei Drittel davon stellt die Wasser kraft jeweils rund 80 TWhj a Biomasse und Wind Der Beitrag der Windenergie steigt kontinuierlich mit 25 Prozent j hrlichem Zuwachs Allein im Jahr 2007 kamen Anlagen mit ber 8 500 Megawatt hinzu vor allem in Spanien und Deutschland Der Anteil des Solarstroms ist energiewirtschaftlich mit 2 2 TWhj a noch unbedeutend verzeichnet allerdings eine starke Zunahme Das Beispiel der Windenergie zeigt allerdings auch dass die Erfolge bei der Erschlie ung erneuerbarer Energien in den EU Staaten sehr unterschiedlich sind und man noch weit von ei
299. und transportiert dem entsprechend mehr Bewegungsenergie In K stengebie ten ist die Morphologie der K ste und des Meeresbodens von gro er Bedeutung Gerade bei trichter hnlichen Ge l ndeformen wie Meerengen oder Bereichen zwischen Inseln steigt die Str mungsgeschwindigkeit Die unter Wasser liegenden Str mungskraftwerke brau chen wenig Fl che und machen auch keinen L rm sie haben darum nur geringe Umweltauswirkungen Durch die langsame Rotation mit rund 15 Umdrehungen pro Minute d rften auch die Effekte auf Lebewesen und den Meeresboden Sedimenttransport begrenzt sein Die Langzeitwirkungen werden derzeit detailliert erforscht Mit dem vom Bundesumweltministerium gef rderten Projekt Seaflow hat die Marine Current Turbines Ltd Generator T l T Schwimmk rper Meeresboden 127 Str mungskraftwerk SeaGen an der schottischen K ste ein internationaler Verbund aus Wirtschafts und For schungsunternehmen die weltweit erste Meeresstr mungsturbine in Betrieb genommen Seit 2003 wird an dem Prototyp mit 300 kW Leistung geforscht Mit SeaGen ging 2005 eine Folgeanlage in den Test Diese Doppelrotorturbine mit einer Leistung von 1 MW wird zur Zeit weiter erforscht Tidehub Die unterschiedlichen Wasserst nde der Tiden werden durch die wechselnden Anziehungskr fte von Sonne und Mond erzeugt Den Wechsel zwischen Hoch und Niedrigwasser kann man zur Stromerzeugung nutzen gt Prinzi
300. ung der globalen Temperaturen Seit Beginn der Industrialisie rung ist die Kohlendioxid Konzentration in der Atmos ph re um ein Viertel angestiegen und hat eine Erh hung der mittleren bodennahen Lufttemperatur von 0 6 0 2 C bewirkt Werden keine deutlichen Gegen ma nahmen zur Reduktion dieser und anderer klimare levanter Emissionen ergriffen so wird nach Szenarien des Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC mit einem weiteren Anstieg der mittleren globalen bodennahen Lufttemperatur zwischen 1 1 C und 6 4 C bis zum Jahr 2100 gerechnet wobei regional die nde rungen durchaus unterschiedlich stark ausfallen k n nen Neben der Temperaturerh hung sind in deutlich st rkerem Ma e als bisher nderungen der Nieder schlagsverteilung ein Anstieg extremer Wettersituatio nen wie St rme und Starkregen eine Verschiebung von Klima und Vegetationszonen und die Verschlechterung der B den mit fatalen Folgen f r die ohnehin ange spannte Weltern hrungssituation zu erwarten Klima nderungen haben in der Erdgeschichte h ufig stattge funden bedrohlich an den heute zu beobachtenden Ver nderungen ist dass die nderungen mit hoher Ge schwindigkeit auftreten und weder den menschlichen Zivilisationen noch der Umwelt einen ausreichenden Zeitraum zur Anpassung lassen z B die Umsiedlung der Menschen aus K stengebieten wie Ditmarschen in Schleswig Holstein oder aus Teilen Bangladeschs Energiebedingte CO Emissionen trag
301. ung gibt es drei zentrale Strategieelemente die in der Nachhaltigkeitsdiskussion mit Effizienz Kon sistenz und Suffizienz bezeichnet werden siehe Kasten auf der folgenden Seite Keine dieser drei Strategien kann f r sich allein in An spruch nehmen der erfolgversprechendste Weg zu sein Vielmehr erg nzen sie sich und f hren erst in einer engen Wechselwirkung zum Ziel Ein deutlich vermin derter Energieverbrauch ist eine wesentliche Voraus setzung damit erneuerbare Energien rasch genug nen nenswerte Anteile des Energiebedarfs decken k nnen Und ohne gleichzeitig energiebewusster zu leben kann sich kein Erfolg durch den Einsatz effizienter Technolo Quelle UN 2007 Zentrale Strategieelemente einer nachhaltigen Energiewirtschaft gt Effizienz Gew nschte Energiedienstleistungen sind beispielsweise ein angenehmes Raumklima warmes Wasser ein beleuchteter Raum funktionsf hige Maschinen oder die M glichkeit der Fortbewegung von A nach B Vom Energierohstoff zur Dienstleistung durchlaufen die Energietr ger mit Verlusten behaftete Wandlungs schritte Diese Verluste k nnen nach heutiger Erkenntnis mit intelligenter Technik und gutem Energie management noch erheblich reduziert werden Neben einer wesentlich rationelleren Energiewandlung und verwendung in allen Aggregaten und Ger ten geh rt auch die Vermeidung von Energieeinsatz wie durch eine starke Verminderung von Raumheizung durch sehr gute W rmed mmung und der Ersat
302. urch den hohen Methanolbedarf den gr ten Anteil am Energiebedarf Dennoch Insgesamt f llt die Energie und Klimabilanz des Biodiesels deutlich positiv aus Grafik Klimabilanz Bioenergietr ger Das Ergebnis h ngt allerdings davon ab wie die Nebenprodukte vor allem Rapsschrot und das wertvolle Glyzerin genutzt werden Rapsschrot kann anstatt Soja als Futtermittel verwendet werden Glyzerin wird vor allem als Rohstoff in der Chemie eingesetzt etwa zur Produktion von Kos metik Artikeln Wird das heute fossil hergestellte Glyze rin durch das nachwachsende ersetzt so ergibt sich eine CO Gutschrift f r den Biodiesel die den Mehraufwand der Umesterung aufwiegt Da Glyzerin bei der Raps l Herstellung nicht anf llt ist der Biodiesel gegen ber dem Raps l im Vorteil Auch f r Bioethanol aus Zucker r ben Weizen und Roggen ist die errechnete Energie bilanz gut W hrend alle Bioenergietr ger deutlich zur Schonung fossiler Ressourcen und zur Minderung von Treibhaus gasen beitragen gibt es durchaus auch kologische Nachteile von Biokraftstoffen Tabelle kobilanz Bioenergietr ger So f hrt der Einsatz von Biokraft stoffen zu einer h heren Versauerung der B den und Gew sser und zu h heren Emissionen von stickstoffhalti gen Substanzen Wie bei der Nutzung von Biomasse als Brennstoff Kapitel Biomasse als Brennstoff muss hier durch die Entscheidungstr ger eine Abw gung bez g lich der kologischen Bed
303. versiegelte Siedlungsfl chen oder auf aus Ackerland umgewidmete Gr nlandfl chen zu beschr nken Die Verg tung von Solarstrom wird durch das EEG gere gelt F r Anlagen die im Jahr 2009 auf normalen Ge b uden installiert werden betr gt sie 43 01 ct kWh und bleibt ber 20 Jahre konstant F r sp ter errichtete Anla gen sinkt sie j hrlich um 8 ab 2011 um 9 Bei Solar parks betr gt diese Degressionsrate anfangs sogar 10 Zus tzlich kann die Degression um 1 in Abh ngigkeit Herstellung von Solarzellen Beschichtung von Siliziumwafern mit einer blauen Antireflexionsschicht vom Marktvolumen nach oben oder unten korrigiert werden Dadurch sind die Hersteller von Solaranlagen gezwungen jedes Jahr bessere und billigere Solaranla gen herzustellen und die Kosten des Solarstroms gehen st ndig zur ck Eine wichtige Anwendung der Photovoltaik sind net zunabh ngige Kleinanlagen zur Versorgung von ent legenen Funk und Messstationen Notrufs ulen Garten und Wochenendh usern Je nachdem ob die Ger te mit Gleich oder Wechselstrom arbeiten ist ein Wechsel richter notwendig In der Regel werden eine Batterie und ein Laderegler gebraucht um Schwankungen der Einstrahlung zu berbr cken oder um auch nachts Solarstrom zur Verf gung zu stellen Aufbau des weltgr ten Photovoltaik Kraftwerks in Turnow bei Cottbus mit 53 Megawatt Spitzenleistung und modernster D nnschichttechnologie 81 Montage einer Solars
304. von den Planern dargestellt und bewertet werden Anlagenzahl Standort Anpassung der Aufstell ordnung an die landschaftlichen Gegebenheiten Fern wirkung und die Beziehung zu Sichtachsen spielen da bei eine entscheidende Rolle Wichtig ist dass die auf kommunaler Ebene vorhande nen Steuerungsinstrumente genutzt werden So werden im konkreten Genehmigungsverfahren f r Windener gieanlagen Naturschutzbelange gepr ft bewertet und auch Auflagen formuliert um St rungen der Vogelwelt bei Zug und Rast m glichst gering zu halten oder auszu schlie en Gleiches gilt auch f r Fragen des Landschafts schutzes Wasserkraftanlagen erzeugen gegen ber fossilen Ener gietr gern nahezu emissionsfrei Energie verursachen jedoch lokal bis berregional wirkende Effekte die sich auf das kologische Gleichgewicht des Gew ssers ab h ngige Land kosysteme und Feuchtgebiete negativ auswirken k nnen Da nur noch 21 der kartierten Gew sserstrecken in Deutschland als m ig ver ndert bis unver ndert eingestuft werden besteht zwischen Wasserkraftnutzung Naturschutz und Gew sserschutz ein nicht unbetr chtliches Spannungsfeld Bei Lauf wasserkraftwerken kann die Fischwanderung durch die Unterbrechung des Gew sserflusses erschwert werden Der Bau von Wehren und Ausleitungskan len Aufstau ungen und Verringerung der Flie geschwindigkeit Tur bulenz und Schleppkraft des Gew ssers ver ndern die Gew sserstruktur den Transpor
305. we gen der Kostendegression bei gr eren Anlagen bevor zugt Gemeinschaftsanlagen mehrerer Landwirte gebaut Auch die Stromerzeugungskosten aus fester Biomasse schwanken stark in Abh ngigkeit vom Brennstoff W h Quelle ver ndert nach CARMEN ZSW 2008 Scheitholz Hackschnitzel Sonstige Kosten ME F rderung Kostenvergleich verschiedener kleinerer Heizungssysteme Annahme f r l und Gaspreis 8 5 bzw 7 5 Ct kWh 103 EL 00 Biogasanlage Auf der Basis von Rinderg lle Mais Silage und Roggen wird eine Leistung von 500 kW erzeugt rend ein gro es Altholzkraftwerk auf rund 8 Cent pro Kilowattstunde Strom kommt kostet die Elektrizit ts bereitstellung aus einem kleinen Kraftwerk mit natur belassenem Holz rund 20 Cent Deponiegas f llt kontinuierlich und vorhersagbar an Es muss ohnehin durch ein Leitungssystem erfasst werden Bei ordnungsgem er Auslegung der Anlage ist daher ein wirtschaftlicher Betrieb gew hrleistet Kl rgasanla gen sind wirtschaftlich wenn ohnehin ein Faulturm Biogasreaktor f r den Kl rschlamm vorhanden ist gt Potenzial biogener Brenn und Kraftstoffe J hrliches Potenzial PJ a 700 00 400 00 200 100 Reststoffe Energiepflanzen 2 5 Mio ha Potenziale Holz leistet heute den mit Abstand gr ten Beitrag zur energetischen Nutzung von Biomasse Dies wird auch in Zukunft so bleiben Restholz im Wald das nicht zur stofflichen V
306. werpunkten 35 gt Forschungsf rderung Photovoltaik 44 1 Sonstiges 7 5 Systemintegration 0 2 Solarthermische Kraftwerke 7 0 Niedertemperatur Solarthermie 6 7 Geothermie 13 5 Wind 21 0 Anteil am durchschnittlichen Abfluss der F rdermit tel der Bundesregierung im Durchschnitt der Jahre 2005 bis 2008 gro e W rfel im Hintergrund lassen sich die Nutzungs potenziale ableiten welche die m glichen Energie ertr ge in einer f r den Endverbraucher nutzbaren Form also W rme verschiedener Temperatur Elektri zit t und Brenn oder Treibstoffe bereitstellen Bei der Ermittlung dieser sogenannten technischen Potenziale sind verschiedene Kriterien zu beachten Grenzen f r Wirkungsgrade Anlagengr en und technische Entwicklungspotenziale der derzeit vor handenen oder in absehbarer Zeit verf gbaren Nut zungstechniken Strukturelle Restriktionen wie Nutzungseinschr n kungen infolge der Ortsgebundenheit bei der Erd w rme ein begrenzter Transportradius bei der Bio masse die Verf gbarkeit von Fl chen oder Konkur renznutzungen bei Kollektoren Solarzellen Energie pflanzenanbau eine nicht vorhandene Infrastruktur wie noch nicht ausgebaute W rmenetze begrenzte Verf gbarkeit und Zuverl ssigkeit der Energiedar bietung bei Strom aus fluktuierenden Quellen wie Wind oder Solarstrahlung und weitere nicht techni sche Restriktionen wie beispielsweise die
307. wird Ger t zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom 138 Der Staat sch tzt auch in Verantwortung f r die k nftigen Generationen die nat rlichen Lebensgrundlagen Grundgesetz Artikel 20 a BESTELLUNG VON PUBLIKATIONEN Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU Postfach 30 03 61 53183 Bonn Tel 0228 99 305 33 55 Fax 0228 99 305 33 56 E Mail bmu broschuerenversand de Internet www bmu de Diese Publikation ist Teil der ffentlichkeitsarbeit des Bundesministeriums f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Sie wird kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt Gedruckt auf Recyclingpapier
308. z noch besser erschlossen werden Anders als bei der Photovoltaik ist Deutschland bei der Nutzung solarer W rme bei weitem nicht der weltweite Spitzenreiter Das Nachbarland sterreich hat je Kopf der Bev lkerung die vierfache Menge an Solarkollek toren installiert Dort sind die Kollektoren auch bereits zu einem lukrativen Exportschlager geworden Andere EU L nder wie Frankreich Italien oder England hinken dagegen der Entwicklung noch weit hinterher Der welt weit mit Abstand gr te Markt f r Solarkollektoren ist China Einen weiteren Schub f r die Marktausweitung erhofft man sich durch gr ere Anlagen Noch wird der ganz berwiegende Teil der Sonnenkollektoranlagen auf D chern von Einfamilienh usern installiert Auf Mehrfa milienh usern oder anderen gro en Geb uden finden sich bisher kaum Anlagen Dabei k nnen die Kosten f r solare W rme gerade bei Gro anlagen deutlich gesenkt werden Das Interesse an solchen Anlagen ist aber ge ring da die Einsparungen dem Mieter zugute kommen die Investitions Kosten jedoch gr tenteils vom Ver mieter getragen werden m ssen F r den Vermieter rentieren sich die Anlagen vor allem langfristig weil niedrigere und vorhersagbare Nebenkosten die Ver mietbarkeit verbessern K hlen mit W rme aus Sonnenkollektoren Die W rme die ein Sonnenkollektor bereitstellt l sst sich auch zum Antrieb einer Klimaanlage nutzen Da der Bedarf an Raumk hlung vor allem dann gro ist
309. z von hochwertigen durch weniger wertvolle Energietr ger dazu Konsistenz Hier geht es im Wesentlichen um die Substitution des mit den Nachhaltigkeitszielen unvertr glichen Ver brauchs fossiler Energierohstoffe zugunsten der Nutzung der vorhandenen nat rlichen durch Sonnen energie Gravitation und Erdw rme angetriebenen Energiekreisl ufe und um die Vermeidung des Aufbaus anderer risikoreicher Energiesysteme gt Suffizienz Die H he des Energieeinsatzes h ngt auch von Lebensstilen und Konsumgewohnheiten ab ndern sich menschliche Aktivit ten und Bed rfnisse etwa im Freizeitverhalten so kann dies erheblichen Einfluss auf den resultierenden Energieverbrauch haben Die Skala des eigenverantwortlichen Handelns ist dabei sehr gro sie kann von bewusstem Verzicht auf energieintensive Produkte Fleischkonsum oder bertriebene Mobilit t bis zur klugen Auswahl von Nahrungsmitteln oder Verkehrsmitteln reichen Aus der Erkenntnis dass die Gewohnheit des immer weiter immer schneller immer mehr auf Dauer nicht nachhaltig ist k nnte in den Industriel ndern ein Wertewandel einsetzen der ein lieber besser leben als mehr haben zum Ziel hat gien einstellen Auf der anderen Seite wird es mit jeder eingesparten Einheit Energie schwieriger weitere Ener gie einzusparen Eine Null Energie Gesellschaft ist nicht vorstellbar nachhaltig nutzbare Energiestr me also erneuerbare Energien sind daher notwendig Ein
310. zeitig wird der internationale Markt stark wachsen Durchaus vorstellbar ist dass bereits im Jahr 2020 international ein Volumen von 200 Mrd Euro erreicht wird Dies bedeutet einerseits dass der Anteil des deutschen Marktes relativ zur ckgeht andererseits aber dass die Exportchancen enorm sind Ein erfolgreicher Export ist jedoch kein Selbstl ufer denn der internationale Wettbewerb wird zunehmen Die Vorleistungen die in Deutschland bei Forschung und Entwicklung erbracht wurden sowie die Erfahrun gen bei der Markteinf hrung und erschlie ung haben der Branche allerdings eine hervorragende Ausgangs lage verschafft Dass Deutschland f r die Unternehmen auch weiterhin ein attraktiver Standort bleibt best tigt eine breit angelegte Befragung aus dem Jahr 2005 Infos Das Leitszenario des BMU Download unter www erneuerbare energien de World Energy Outlook www iea org Internationales Politiknetzwerk f r erneuerbare Energien www ren21 net Photovoltaik NEUE VERSORGUNGSSTRUKTUREN In den vergangenen Jahren hat sich die Struktur unserer Energieversorgung rapide ver ndert Der Anteil erneu erbarer Energietr ger in Deutschland ist innerhalb we niger Jahre auf 15 in der Stromerzeugung gestiegen siehe S 29 Flexiblere hocheffiziente Gaskraftwerke haben an Bedeutung gewonnen Kleine Blockheizkraft werke zur gleichzeitigen Strom und W rmeversorgung kommen auf den Markt Durch die Liberalisierung des Strommar
311. zeugende Einheiten dagegen speisen ein Auch die Integration von Elektroautos mit der Nutzung der Speicherkapazit ten der Fahrzeugbatterien ist zur Be reitstellung von negativer und positiver Regelleistung denkbar und wird in zwei E Energy Vorhaben unter sucht Der Eigent mer von Auto oder Waschmaschine kann dabei weiterhin entscheiden dass seine Wasch maschine nachts nicht laufen soll oder sein Elektroauto wochentags aus dem Management herausnehmen Bei diesem System ist das Lastmanagement f r den Kunden ohne aufwendige Kommunikationssysteme m glich Allein die bertragung des Preissignals und die Be nutzerpr ferenzen tragen zur Optimierung des gesam ten Systems bei Das Ger t selbst ist klein und wird im Z hlerschrank installiert Man kann noch einen Schritt weiter gehen Das virtuel le Kraftwerk vernetzt eine Vielzahl kleiner Kraftwerke durch Datenleitungen mittels ISDN GPRS Mobilfunk oder Powerline so dass die Systeme wie ein einziges Kraftwerk betrieben werden k nnen Virtuell laut Oxford Lexikon to be in effect but not in appearance also etwa wirksam aber nicht sichtbar sein hei t das Kraftwerk nicht weil es keinen echten Strom produziert sondern weil es keine gro e rtlich lokalisierbare Ma schinenhalle mit Turbine und Generator mehr gibt Mittelpunkt des virtuellen Kraftwerks ist eine Steuer einheit die die Daten der dezentralen Kraftwerke verar beitet und in Verbindung setzt und sie mi
312. zu 5 000 Haushalten Der weitaus gr te Teil der heute installierten Wind energieanlagen hat drei Rotorbl tter da so die mecha nischen Belastungen am besten in den Griff zu bekom men sind Drehende Dreifl gler werden von den mei sten Menschen als optisch ausgeglichener empfunden Quelle DEWI 2004 2005 2006 2007 2008 Montage einer 6 MW Windkraftanlage als Ein oder Zweifl gler Die Fl gel selbst bestehen meist aus Kunststoff und sind bei gro en Anlagen ber 60 m lang Die vom Rotor berstrichene Fl che betr gt bei den gr ten am Markt verf gbaren Anlagen inzwi schen mehr als 10 000 m das entspricht der Fl che von fast zwei Fu ballfeldern Zur Leistungsregelung werden drei unterschiedliche Konzepte angeboten Bei stallgeregelten Anlagen f h ren die starre Befestigung und die feste Drehzahl der Fl gel zu einem Abriss der Str mung ab einer bestimm ten Windgeschwindigkeit Der Rotor nimmt dann auch bei weiter wachsenden Windgeschwindigkeiten nur ei ne nahezu konstante Leistung auf Der einfache Aufbau der stallgeregelten Anlagen hat zu einer weiten Verbrei tung dieser Anlagen in den Anfangsjahren gef hrt Bei Anlagen im Megawattbereich dominiert die aktive Blatt regelung so genannte Pitchregelung bei der die Ro torbl tter mechanisch um ihre L ngsachse verdreht wer den k nnen Solche Anlagen verlangen gegen ber stall geregelten Anlagen einen h heren konstruktiven Auf wand f hren aber zu ei

Erneuerbare Energien - Innovationen für eine nachhaltige

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