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Nachhaltigkeit und erneuerbare Energien

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Allgemeines                                                                       Top

Die Solarenergie (Windenergie, Wasserkraft, Solarthermie, Photovoltaik und Biomasse) und mit Geothermie sollten in Zukunft 100% unseres Energiebedarfs decken. Dazu muß erst mal eine Menge Energie eingespart werden, aber das ist auch möglich. dann kann die Solarenergie und die Geothermie 100% des Energiebedarfs weltweit decken. Aber bis dahin müssen die Widerstände der konventionellen Energiedienstleister gebrochen werden. Sie sind zentral strukturiert und wehren sich gegen die Einführung der dezentralen Sonnenenergie und Geothermie. Es muß noch weiter geforscht werden, damit Solarer Wasserstoff eingesetzt werden kann. Bei Photovoltaik und Solarthermie sind allerdings Markteinführungsprogramme angesagt, die helfen, die Massenfertigung und damit eine Preissenkung in Gang zu setzen. Bei der Windenergie hat das schon geklappt, mit der Einspeisevergütung von 90% der vermiedenen Kosten. Das EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) bietet kostendeckende Vergütungen über eine Umlage aller Stromverbraucher für Photovoltaik, Biomasse, Windkraft, Wasserkrat und Geothermie. BHKW werden durch das KWK-Gesetz gefördert.
Es scheint möglich durch große Kraftwerke in der Sahara oder anderen Wüstengegenden genug Wasserstoff zu erzeugen, um damit alle Kraftfahrzeuge wie Autos und LKW sowie Flugzeuge und Schiffe damit zu betreiben. Der Wasserstoff reicht dann auch noch für die Überbrückung von Zeiten, in denen keine Sonne scheint. Mit der Windkraft werden schon 15 % des Stromes in Schleswig Holstein erzeugt. Es müssen aber noch mehr werden. Auch die Wasserkraft in kleinen Laufwasserkraftwerken kann noch ausgebaut werden.
Die Nutzung der Geothermie hängt noch etwas zurück. Ihr Potential ist aber groß. Es könnte die gesamte Grundlast an Strom mit ihr in Deutschland erzeugt werden. Denn Geothermie steht 24 Stunden am Tag konstant zur Verfügung. Über Energiemangel braucht man sich keine Sorgen machen.

Herrmann Scheer, Sonnenstrategie. Politik ohne Alternative, München, Piper, 3.Auflage 1999
Hermann Scheer, Solare Weltwirtschaft. Strategie für die ökologische Moderne, München, Kunstmann, 4. Auflage 2000

Hermann Scheer, Energieautonomie - Eine neue Politik für erneuerbare Energien, München, Kunstmann, 2005, ISBN:  3-88897-390-2

Blockheizkraftwerke (BHKW) und Nahwärme                                                                 top

Blockheizkraftwerke werden schon seit Jahrzehnten im Süddeutschen Raum, vor allen in den Städten Rottweil und Heidenheim erfolgreich eingesetzt. Die Technik ist schon seit 100 Jahren bekannt, wurde aber wohl wegen der günstigen Energiepreise erst später eingesetzt. Rottweil hat 28 Blockheizkraftwerke zur Versorgung seines Nahwärmenetzes, und hat dadurch seinen Haushalt saniert. Bei einem BHKW treibt ein Motor oder bei größeren Einheiten eine Gasturbine einen Generator an der Strom erzeugt. Die Abwärme des Motors wird aber nicht weggekühlt wie in Kraftwerken, sondern durch Abgas, Kühlwasser und bei größeren Motoren auch Schmierölwärmetauscher zur Erzeugung von Heizenergie für Verbraucher wie Siedlungen, Krankenhäusern, Schwimmbädern und Schulen genutzt. So erreicht das BHKW einen Wirkungsgrad von 85-90%. Ein normales Kraftwerk hat einen Wirkungsgrad von 38%. Ein GuD- Kraftwerk etwa 56%. Die Heizenergie wird durch ein gut isoliertes Nahwärmenetz mit Vor- und Rücklauf an den Verbraucher geliefert. Dieser hat nur noch eine Übergabestation, meist mit Wärmetauscher und einem Brauchwasserspeicher.

Teuer ist vor allem die Verlegung der Nahwärmerohre. In Dänemark hat man die Kosten durch flexible Kunststoffrohre auf 30-50% der Kosten in der BRD gesenkt. Die Technik des BHKW ist ausgereift, und könnte fast überall eingesetzt werden. Nur sperren sich die Energieversorgungsunternehmen dagegen und bezahlen nur 6-9 Pf/kWh Strom. Viele Kommunen scheuen sich auch davor, in neuen Wohngebieten Zwangsanschluß vorzuschreiben. Zudem ist die Versorgung von wenig besiedelten Gebieten in Deutschland umstritten, während in Dänemark auch noch der entfernteste Hof an Nahwärme angeschlossen wird.

Bei der Planung einer Nahwärmeversorgung wird zuerst einmal der Wärmebedarf anhand einer Jahresdauerlinie ermittelt. Anhand dieser Dauerlinie wird die Anzahl und die Größe der Module ausgewählt. Dabei sollten immer mehrere BHKW-Module aufgestellt werden, damit bei Wartungsarbeiten immer noch Strom erzeugt werden kann. Bis zu einer Betriebsstundenzahl von 4000 h/Jahr ist ein BHKW sinnvoll. Zur Deckung des Spitzenbedarfs wird ein Spitzenkessel eingebaut. Es gibt auch Nahwärmeversorgungen, die nur Heizenergie liefern.

Ein BHKW kann mit Diesel, Erdgas, Klärgas, Deponiegas und Rapsöl betrieben werden. Meist wird ein BHKW wärmebedarfsorientiert ausgelegt, weil es Betreibern eines BHKW-Kraftwerkes anders als Kraftwerksbetreibern nicht gestattet ist, Wärmeenergie wegzukühlen, wenn kein Bedarf besteht.

Ein BHKW betreiben können Stadtwerke, Kommunen, Firmen, Energieversorger und Betreibergemeinschaften sowie Einzelpersonen und Firmen. Der Strom darf unter bestimmten Bedingungen auch an Dritte geliefert werden, meist wird er aber selbst verbraucht und der Überschuß ins Netz gespeist.

Die Motorentechnik im stationären Betrieb ist heute mit Katalysator oder Magermotor so ausgereift, das die TA-Luft Emissionswerte um 50% und darüber unterschritten werden können. In Ökobilanzen erhalten die BHKW´s eine Stromgutschrift für Emissionen, so daß rechnerisch sogar negative Emissionswerte, vor allem bei CO2 erreicht werden. Die Erzeugungskosten für eine kWh Energie liegen um 12-14 Pf, wobei das Verteilnetz schon eingerechnet ist. Eingerechnet ist dabei die Übergabestation und der Warmwasser- Speicher. Zu tragen hat der Hauseigentümer die Heizkörper.

Bei einem BHKW fallen Wartungskosten für die Wartung der Anlage, vor allem der Motoren an. Diese liegen zwischen 2,5 Pf/kWh el bei Großen Anlagen und 6 Pf/kWh el bei Kleinanlagen. Die relativ hohen Kosten für Kleinanlagen haben verhindert, das Kleinst BHKW in Wohngebäuden installiert werden. Zudem sind die Genehmigungspraxis und die Verhandlungen mit dem EVU recht aufwendig.

Neuerdings werden auch Nahwärmekonzepte mit Solarkollektoren geplant und gebaut. In Schweden gibt es schon einige und in der BRD ist bei Saarbrücken, in Hamburg und in Potsdam jeweils eines in Planung bzw Bau bzw fertiggestellt. Die Wärmeenergie der Kollektoren wird in einem großen Erdspeicher gesammelt und dann in die Wohnungen verteilt. Die Kosten für eine kWh liegen hier bei ungefähr 30 Pf. Auch in Deutschland gibt es derweil solche Projekte in Hamburg, Stuttgart und im Saarland.

Eine andere Art der Erzeugung ist die Geothermie. In Meppen soll eine Unterirdische Warmwasserquelle mit 65 grad C durch eine Wärmepumpe in Heizungswärme für die Stadt umgewandelt werden. Diese Projekt ist aber letztens gestorben.

Island deckt seinen Energiebedarf zu 70% mit Geothermie. Auch das Bundeswirtschaftministerium sieht hier in seiner Studie ein großes Potential.

Eine Übersicht über Anbieter gibt es bei der HessenEnergie.

Links:

BHKW-Infozentrum

BHKW-Info.de

BHKW.de

Senertec (Dachs)

Blockheizkraftwerk-BHKW.net

Biomasse                                                                Top

Mit Biomasse werden verschiedene Energieträger bezeichnet. So z.B. Holz, Stroh, Biogas aus Gülle und Energiepflanzen, Rapsöl und Energiepflanzen. Biomasse hat den Vorteil, dass das CO2, das in der Biomasse gespeichert ist bei der Verbrennung wieder frei wird. Die Biomasse ist also CO2-neutral.
Holz wird schon seit ewigen Zeiten zur Wärmeerzeugung verbrannt. Die Heizungen heute sind natürlich viel Emissionsärmer und haben einen besseren Wirkungsgrad und sind Automatisiert. In einem modernen Holzhackschnitzelheizwerk werden Holzhackschnitzel automatisch dem Brennofen zugeführt. Die Schlacke wird automatisch abgeführt. So erzeugt das Hackschnitzelheizwerk Energie für eine ganze Siedlung. Auch mit Stroh können Heizkraftwerke beschickt werden. Dies wird vor allem in Dänemark gemacht.
In Deutschland setzt man seit einiger Zeit auf Holzpellets. Die Holzpellets sind genormt und bestehen aus Abfallholz. Sie sind 4 - 10 mm im Durchmesser und 20 -50 mm lang. Die Brennstoffkosten sind etwa so hoch wie bei Gas oder Öl. Es gibt verschiedene Kesselgrößen. Die Holzpellets liegen in einem Bunker und werden mittels einer Schnecke dem Ofen automatisch zugeführt. Es fällt auch wenig Asche an. So braucht man fast nichts tun, als gelegentlich die Asche zu entsorgen. Die Pellets können in Säcken oder auch lose gekauft werden.  Holzpelletsheizungen werden gefördert.

Biogas wird in einem luftabgeschlossenen System aus Gülle gewonnen. Bakterien fermentieren die Gülle und erzeugen Methan- und CO2-Gas. Zugeschlagen werden können auch noch andere Energiepflanzen. Je größer die Anlage wird, desto wirtschaftlicher läßt sie sich betreiben. Man kann das Biogas in einer Heizung verbrennen, oder einem BHKW zuführen. Gedacht wird auch an eine Einspeisung in das Gasnetz.
Beim Rapsöl wird der Raps kalt gepreßt und gibt so sein Öl frei. Man kann es noch verestern und hat dann Rapsmethylsäureester, der auch als Biodiesel vermischt mit normalem Diesel verkauft wird. Raps wird zumeist auf Stillegungsflächen angebaut. Man schätzt, das so etwa 10% des Verbrauches so erzeugt werden könnten. Auch andere Energiepflanzen, auch C4 Pflanzen genannt können angebaut und zur Energieerzeugung herangezogen werden.
Vor einiger zeit wurde das erste Biokraftstoffwerk der zweiten Generation in Betrieb genommen. Es kann aus Gras und anderen biologischen Abfallstoffen  Kraftstoffe gewinnen. Bisher aber nur Diesel.
Inzwischen konkurrieren Biomassenutzung und Nahrungsmittelanbau um die besten Anbauflächen. Unter anderem deshalb ist es zu einem Anstieg der Nahrungsmittelpreise weltweit gekommen.

Energieland NRW

www.Pelletheizung-Infos.de

Literatur:

Thomas Holz, Holzpellet-Heizungen - Planung - Installation - Betrieb, Freiburg, Ökobuch-Verlag, 1. Auflage 2003

Broschüre Holzpellets von der Landesinitiative Zukunftsenergien NRW, ohne Jahrgang

Photovoltaik                                                                                         Top

Der Potovoltaische Effekt wurde schon mitte des 19. Jahrhunderts entdeckt, konnte aber erst um 1950 in die Praxis umgesetzt werden. Damals wurden die ersten Siliziumzellen hergestellt.

Pohotovoltaikzellen wandeln Licht direkt in Strom um. Der Wirkungsgrad heutiger Zellen liegt im Schnitt bei 14%. Wegen der hohen Kosten sind Photovoltaikanlagen noch nicht weit verbreitet. Sie werden aber in der Weltraumfahrt für die Stromerzeugung genutzt.

Es gibt Monokristalline, mutikristalline und amorphe Zellen. Seit neuestem werden die Zellen in Dünnschichttechnologie hergestellt.

Die PV-Zellen werden miteinander verdrahtet und in einem Rahmen mit Glasabdeckung versiegelt. der Rahmen hat Halterungen zur Befestigung. Meistens sind die Module auf 12 Volt ausgelegt, gelegentlich auch auf 24 Volt. Sie haben meist eine Leistung von 50-60 Watt oder sogar 100-110 Watt.

Eine Photovoltaikanlage kann als Inselbetrieb mit Speicherung der Energie in Akkus und einem 12 Volt-Netz betrieben werden, oder als Netzgekoppelte Anlage mit einem Wechselrichter und einem 230 Volt-Netz. Anlagen im Inselbetrieb werden bei Gebäuden im Außenbereich und bei Wochenendhäusern eingebaut.

Eine Inselanlage Besteht aus den Modulen, einem Solarladeregler mit Tiefenentladeschutz und den Akkus sowie dem 12 Volt-Netz mit 12-Volt Geräten und Beleuchtung.

Eine Netzgekoppelte Anlage besteht aus den Modulen, einem Wechselrichter, dem Einspeise- und dem Bezugszähler.

Die Module sollten direkt nach Süden ausgerichtet sein und ca 45 grad angestellt werden. So können die Module Ihre optimale Leistung entwickeln. Man sollte darauf achten, das die Module nicht durch Bäume oder andere Gebäude abgeschattet werden. Um die Module noch effizienter zu machen können sie Ein- oder Zweiachsig nachgeführt werden. Diese Nachführungen sind aber sehr Aufwendig.

Der Preis einer heutigen netzgekoppelten Anlage liegt bei ungefähr 20.000-25.000 DM pro kW peak. Diese Anlagen erzeugen dann ungefähr 1000 kWh/Jahr. Auch mit Förderung liegt der Strompreis dann bei 2DM/kWh. Einige Stadtwerke bieten jetzt auch eine Kostendeckende Vergütung als begrenzte Förderung an. Hier erhalten die Errichter die vollen Kosten für die Anlage über den Strompreis erstattet. Das EEG hat den Betreibern eine Einspeisevergütung von 99 Pf/kWh garantiert. Gleichzeitig wurde das 100.000 Dächer Programm aufgelegt, dass in diesem Jahr ausgelaufen ist. Das führte zu einem kleinen Boom bei den PV-Anlagen. Der Einspeisepreis wird durch eine Umlage auf alle Stromverbraucher finanziert. Das neue EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) bietet eine kostendeckende Vergütung auf Umlagebasis für alle Stromkunden für Photovoltaikanlagen.

Das Öko-Institut bietet eine Marktübersicht für Photovoltaikanlagen an.

Die Zeitschrift Photon gibt regelmäßig Marktübersichten zu Komponenten und Anlagen heraus.

Schauen sie auch bei der Stiftung Warentest wegen Testberichten vorbei.

Schauen Sie auf dem Solarserver nach Lieferanten für Photovoltaikanlagen.

In der Solarfabrik werden Module hergestellt.

Der Solarenergie-Förderverein in Aachen verlangt 100% regenrative Energien.

Video über Photovoltaik

Windenergie                      Top

Windenergie wurde in Deutschland schon seit langem genutzt. Allein in Niedersachsen, Schleswig-Holstein, Niederlande und Dänemark gab es einmal ca 20000 Windmühlen. In den 30er Jahren gab es in Deutschland Versuche mit Windenergiekonvertern. Anfang der 80er Jahre versuchte man es dann mit dem Growian, der aber nach ein paar hundert Betriebsstunden Laufzeit abgerissen wurde. Wohl wegen des Erfolges von kleinen Windenergieanlagen in Dänemark werden in Deutschland nun auch Kleiwiane gebaut. Den Höhepunkt der Windenergienutzung bildete in den 80ern das 250 MW Förderprogramm der Bundesregierung. Danach gab es das Gesetz zur Einspeisevergütung, die den Betreibern 16-17 Pf/kWh garantierte. Jetzt gibt es das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG), das die Vergütung regelt. Bezahlt wird aus einem Pool, der durch die Strompreiserhöhung gedeckt wird.

Das technisch nutzbare Potential in Deutschland liegt bei ungefähr 220 TWh/a (Ein AKW mit 1300 MW liefert im Jahr rund 11 TWh), das wirtschaftlich nutzbare bei ungefähr 97 TWh. Nur an der Küste und an wenigen Mittelgebirgsstandorten sind in Deutschland mittlere Windgeschwindigkeiten von 6m/s vorhanden, im Binnenland liegen sie nur bei 4m/s und darunter.

Theoretisch kann ein horizontaler Konverter maximal 16/27 oder 59,26% der Energie des Windes umwandeln. Praktisch liegt dieser Wert (cp) bei 0,44 bis 0,5. Eine Anlage mit 3 Rotorblättern wird für die Windgeschwindigkeit von ungefähr 7m/s und einer Schnellaufzahl Lambda von 5-5,5 (Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit der Blattspitze und Windgeschwindigkeit) ausgelegt. Bei ca 3m/s beginnt die Stromproduktion, ab 12-13m/s erhöht sich die Leistung nicht mehr, und bei 25m/s muß die Anlage abgeschaltet werden. Alle Anlagen müssen für eine Überlebenswindgeschwindigkeit von ca 59-65m/s je nach Nabenhöhe ausgelegt sein.

Am Markt durchgesetzt haben sich die horizontalen Windenergieanlagen, und hierbei die 2 und 3 flügeligen. Eine Windenergieanlage besteht aus Rotor (Repeller), Maschinenhaus mit Welle, Getriebe, Generator, Windnachführung und Bremse, dem Turm und der Steuerung. Als Rotor wird meist ein aus drei Blättern bestehender verwendet. Die Flügel bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff, können aber mit einem metallischen Blitzschutz versehen sein. Die Flügel sind durch die Nabe aus Stahl mit der Welle verbunden die zweifach gelagert, oder in das Getiebe integriert ist. Über das Getriebe mit großer Übersetzung (bei 50 kW ca 1:21) wird der Generator angetrieben. Eine Windnachführung sorgt dafür, das der Rotor immer im Wind steht. Die Bremse wird meist hydraulisch betrieben. Es werden meist asynchrone Generatoren verwendet. Der Hersteller Enercon baut Konverter ohne Getriebe und Hydraulik und ist damit Marktführer in Deutschland geworden. Die Maschinenelemente sind auf einer Plattform befestigt und unter einer Haube geschützt. Über einen Drehkranz ist das Maschinengehäuse mit dem Turm verbunden. Heute werden meist Stahlrohrtürme, bei großen Anlagen auch mit Innenaufstieg verwendet. Es sind aber auch Gitter- und Betonmasten möglich. Der Turm ruht auf einem Fundament aus Beton, bei weichem Untergrund kann auch eine Pfahlgründung nötig sein. Über eine Windmeßeinrichtung steuert eine Mikroprozessorsteuerung die Anlage. Dabei stellt er die Anlage immer in den Wind, regelt die Leistung nach der Windgeschwindigkeit und überwacht die Anlage und bestimmt wann sie bei Sturm abgestellt aus dem Wind gedreht wird.

Bei den Windenergieanlagen werden drehzahlgesteuerte (stallgesteuerte) und rotorverstellbare unterschieden. Bei den stallgesteuerten Anlagen wird die Rotordrehzahl der Windgeschwindigkeit angepaßt. Ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit (12-15 m/s) wird die Drehzahl konstant gehalten, so daß bei höheren Windgeschwindigkeiten die Strömung an den fest angestellten Flügeln abreißt (Stall) und so die Anlage nicht mehr Leistung liefert. Überdrehzahlen werden durch Blattspitzenbremsen oder einer passiven Blattverstellung vermieden. Zudem sorgt eine Scheibenbremse an der Welle für Sicherheit. Der vom Generator erzeugte Strom wird bei einem Synchrongenerator gleichgerichtet und dann über einen netzgeführten Frequenzumformer zur Trafoststion ins Netz geleitet. Bei einem asynchronem Generator muß nur die Verlustleistung (Schlupfleistung) umgeformt und dem Stator überlagert werden. Rotorverstellbare Konverter hingegen passen den Anstellwinkel der Windgeschwindigkeit an. Die Rotordrehzahl ist konstant. Zur Sicherheit gegen zu hohe Drehzahlen wird der Anstellwinkel der Rotorblätter aktiv verstellt und bremsen so den Rotor aerodynamisch. Zudem ist im Maschinengehäuse noch eine mechanische Scheibenbremse eingebaut. Der synchrone oder asynchrone Generator wird direkt ans Netz gekoppelt. Bei polumschaltbaren und mehreren Generatoren wird ein drehzahlgestuftes System verwendet. So kann die Generatorleistung besser der Windgeschwindigkeit angepaßt werden.

Bei der Planung einer Windenergieanlage sollte folgendermaßen vorgegangen werden. Zuerst sollte an einem günstigen Standort ein Jahr der Wind gemessen werden, mit einem Computer aus vorhandenen Messungen die Windgeschwindigkeiten ermittelt, oder von benachbarten WKAs Winddaten übernommen werden. Danach wird aufgrund dieser Messungen der zu erwartende Energieertrag berechnet. Dies wird meist mit dem Weilbulverfahren gemacht. Dann sollte formlos beim EVU angefragt werden, wie teuer die Netzanbindungskosten sind. Außerdem sollten die Mindestabstände zu Nachbargrundstücken eingehalten werden. Zudem sollte abgeklärt werden, ob das Grundstück für Schwertransporte befahrbar und zugänglich ist. Dann sollte überlegt werden welche Anlagengröße und welches Turbinenkonzept verwendet werden soll. Aufgrund dieser Vorüberlegungen kann dann die Wirtschaftlichkeitsrechnung erstellt werden. Dabei sollte bedacht werden, das die Förderung aus dem 250 MW-Programm erschöpft sind. In Niedersachsen sind auch die Landesfördermittel gestrichen worden. In NRW werden mit dem REN-Programm Projekte bis einer Million DM nach der Formel Rotorflõche x 200 DM gefördert, was ungefähr 20% der Kosten ausmacht. Mittlerweile sorgt das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) dafür, dass Windkraftstrom kostendeckend  vergütet wird durch eine Umlage für alle Stromkunden. Für Binnenlandanlagen gibt es eine erhöhte Vergütung. Mittlerweile hat die Größte Windkraftanlage eine Größe von 126 Metern Durchmesser und 6 MW Leistung.

Eine Windkraftanlage gewinnt die zu seiner Herstellung erforderliche Energie in weniger als einem Jahr zurück. Bei der Energiegewinnung werden keine Emissionen erzeugt. Nach Ablauf von 20 Jahren müssen die GFK-Rotorblõtter entsorgt werden, das Maschinengehäuse gehört auf den Schrott, der Turm kann aber wahrscheinlich wiederverwendet werden und eine neue Anlage aufgestellt werden. Schädliche Umweltauswirkungen gehen von der Anlage nur durch die Sichtumweltverschmutzung und die Lärmemissionen aus. Der befürchtete Vogelschlag wie bei den Stromleitungen ist nicht eingetreten. Doch können Vogelzugrouten und Brutplätze gestört werden.

In Schleswig-Holstein ergab eine Befragung von Urlaubsgästen eine positive Einschätzung von WKAs an Urlaubsstandorten. Es gibt aber durchaus ernstzunehmenden Widerstand gegen die Windkraft. Frühzeitige Bürgerbeteiligung bei der Planung kann hier vor Ärger bewahren. Das 250 MW Programm ist schon lange beendet. Danach gab es die Einspeisevergütung, die den Betreibern von Windenergieanlagen 90% des Endpreises der Energieversorger sicherte. Das hatte das Bundesverfassungsgericht verlangt. Die Energieversorger versuchten das Gesetz zwar zu kippen, aber es bestand auch vor dem Europäischen Gerichtshof. 1993 gibt es eine Novelle des EEG, dass durch eine Umlage auf alle Stromverbraucher die Mehrkosten der regenerativen Energien deckt. Es wird natürlich immer noch hart gerungen und den Einspeisepreis. In Deutschland ist 1993 das 10.000ste Megawatt an potentieller Leistung ans Netz gegangen. Auch die ersten Off-Shore Windparks sind vom Bundesumweltministerium genehmigt worden. Dagegen klagten allerdings BUND und Nabu. Die Klage wurde aber verloren. Es soll nicht verschwiegen werden, dass es auch Windkraftgegner gibt.

Literaturquellen:

Prospekte der Firmen GE-Energy und Enercon

Marktübersichten 1993, 1994, 1995 des IWB (jetzt BWE)

Windkraftanlagen in NRW von der Wistra GmbH und dem Ministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Technologie in NRW

Neue Energie, Zeitschrift des BWE

Windenergie:

Bundesverband Windenergie (BWE) Osnabrück

RISÖ  Windenergie-Test Station in Dänemark

Dänischer Verband der Hersteller von Windkraftanlagen

Deutsches Windenergie-Institut (DEWI)

Video über Windkraft

Solarwärme-Energie                                Top

Seit der Ölkrise 1972/73 werden Solarkollektoren angeboten. Damals stellten viele Anbieter Kollektoren mit einem relativ schlechten Wirkungsgrad her. Danach verschwanden sie fast in der Versenkung, doch heute hat sie nahezu jeder Heiztechnikhersteller wieder im Angebot.

Auf die Erdoberfläche trifft von den 1350 Watt/qm Strahlungsenergie die die Sonne abstrahlt noch eine gewaltige Menge von bis zu 1000 Watt/qm an sonnigen Tagen. Von dieser Energie kann ein Flachkollektor mit selektiver Beschichtung maximal 70% nutzen. Je nach dem wie kalt die Luft außerhalb des Kollektors ist, sinkt dieser Wirkungsgrad auf ungefähr 40-45%. In unseren Regionen scheint die Sonne 1500 bis 1600 Stunden im Jahr woraus sich 1000 kWh Energie ergeben. Die Fläche von 60% Österreich bedeckt mit heutigen Kollektoren in der Sahara würde ausreichen, um den gesamten Energiebedarf der Menschheit zu decken. Für die Alte BRD würden 63% der Gesamtgebäudefläche ausreichen, um den gesamten Energiebedarf zu decken.

Es haben sich drei Bauarten durchgesetzt: der Speicherkollektor, der gleichzeitig als Speicher dient, der Flachkollektor und der Röhrenkollektor. Der Speicherkollektor besteht meist aus Kunststoff oder aus einer Spiegelrinne mit großem Wärmeträgerrohrvolumen. Der Flachkollektor besteht aus einem selektiv beschichteten Absorber, der die energiereiche Sonneneinstrahlung gut absorbiert, aber nur wenig Wärmestrahlung abgibt. Der Kollektor hat eine äußerst lichtdurchlässige Abdeckung und ist sehr gut gedämmt. Ein Vakuum im Kollektor erhöht den Wirkungsgrad. Es gibt preiswerte Flachkollektoren, die aus Kunststoff bestehen und zur Schwimmbadheizung eingesetzt werden. Der Röhrenkollektor ist etwas komplizerter aufgebaut und teurer, hat aber einen größeren Wirkungsgrad. In der Achse einer Röhre mit Vakuum befindet sich ein mit dem Wärmeträger gefüllter Absorber. Der Wärmeträger verdampft und wird über einen Wärmetauscher im Kollektorrahmen an die Trägerflüssigkeit abgegeben.

Für große Solarkraftwerke mit 200 MW in Kalifornien werden parabolische Spiegelrinnen genutzt in deren Spiegelachse ein Wärmeträger erhitzt wird. Die entstehende Dampfenergie wird durch eine Turbine in Strom umgewandelt.

Meist werden Solarkollektoren nur zur Warmwasserbereitung genutzt, es ist aber auch möglich, die Heizung zu unterstützen oder sogar ganz damit zu betreiben. Dafür muß aber ein großer Speicher (bis zu 20 cbm) vorhanden sein und das Haus sehr stark gedämmt sein.

Zu einer Solaranlage gehören folgende Komponenten: Kollektor, Speicher mit zusätzlichem Wärmetauscher, Umwälzpumpe, Systemregelung, gedämmte Rohrleitungen, Sicherheitseinrichtungen sowie ein Nacherwärmsystem. Diese werden zu einem bivalenten Heizsystem verbunden, bei dem der Heizkessel die Nacherwärmung im Winter vornimmt. Das System sollte so ausgelegt sein, das mindestens im  Juni, Juli  und August das Wasser zu 100% durch die Sonne erwärmt wird. Das Ausdehnungsgefäß sollte so bemessen sein, daß die gesamte Kollektorflüssigkeit aufgenommen werden kann, da Stillstandstemperaturen im Flachkollektor von über 160 grad C erreicht werden.

Es gibt eine grobe Faustregel für die Anlagenauslegung: pro Bewohner 1,5-2 qm Kollektorfläche und ungefähr 70-100 Liter Speichergröße. Dennoch sollte genauer nachgerechnet werden. Bei Röhrenkollektoren wird weniger Kollektorfläche benötigt.

Eine Kollektoranlage gewinnt den zu ihrer Herstellung notwendigen Energiebedarf nach einer Berechnung des Öko-Instituts in 2 Jahren zurück. Bei einer 3 Kollektorenanlage verbrauchen Pumpe und Regelung etwa etwa 45 kWh Strom, dabei gewinnt die Anlage etwa 2400 kWh.

In Schweden sind schon große Kollektorfelder mit Speichern in der Größe von Raffenarietanks zur Wärmeversorgung ganzer Gemeinden in Betrieb. Ebenso in Kalifornien wirtschaftliche Solarkraftwerke mit bis zu 200 MW Leistung.

Wirtschaftlich zu betreiben sind Solaranlagen nicht, da auch bei einem Warmwasserbedarf von 300 DM im Jahr und einer Deckungrate von 75% bei der günstigsten Anlage von ca 6000 DM noch ca 27 Jahre gebraucht werden, um die Anlagekosten wieder hereinzufahren. Sollte allerdings das Wasser vorher mit Tagstrom erwärmt worden sein können sich Einsparungen ergeben.

Schauen Sie bei der Stiftung Warentest für Testberichte über Solaranlagen (test 9/98).

Das Öko-Institut gibt eine Marktübersicht über Solaranlagen heraus.

Das Testfeld in Rapperswil in der Schweiz testet Solaranlagen.

Schauen sie beim Solarserver nach Lieferanten für Solaranlagen.

Der Bund der Energieverbraucher bietet mit seinem Phönix-Projekt kostengünstige Solaranlagen an.
 

Brennstoffzelle                                         Top

Die Grundlagen der Brennstoffzellen wurden schon 1839 von Sir William Grove entdeckt. Das Prinzip ist eine Umkehrung der Wasserelektrolyse. Es werden Wasserstoff und Sauerstoff durch eine Membran, die H+ Ionen durchläßt zu Wasser oxidiert. Die Membran sorgt dafür, das dies nicht explosionsartig passiert. An den Elektroden, die mit Platin überzogen sind, kann dann eine Spannung und ein Strom abgenommen werden. Das ist das Prinzip. Da man in der Praxis kein reines Wasserstoffgas kennt, muß das Brenngas erst aufbereitet werden, weil sonst die Elektroden beschädigt werden. Auch laufen die meisten Brennstoffzellen mit Luft und nicht mit Sauerstoff. Es gibt mehrere verschiedene Bauarten der Brennstoffzelle. Die Alkalische Brennstoffzelle (AFC) ist eine der ältesten.
Brennstoffzellen haben einen hohen elektrischen Wirkungsgrad und haben keine bewegten Teile. Ihr Aufbau ist einfach.

Um größere Leistungen zu erreichen werden die Einzelnen Zellen zu Bündeln zusammengefaßt. Etwas Probleme bereitet heute noch die Standfestigkeit der Zellen. Denn diese verlieren oft über die Nutzungsdauer an Leistung. Brennstoffzellen können Mobil in Autos eingebaut werden, oder stationär als BHKW arbeiten. Man kann sie auch als Energieversorgung für Handys oder PCs in Miniaturformat bauen. Es gibt eine Reihe von Anwendungen, für die die verschiedenen Bauformen der Brennstoffzelle unterschiedlich geeignet sind. In Automobilen werden hauptsächlich Polymer-Membran- Brennstoffzellen (PEM) eingesetzt. Die Firma Ballard in Canada hat hier einen technischen Vorsprung. Als BHKW im Megawattbereich werden Phosphorsäure-Brennstoffzellen (PAFC) eingesetzt. Ebenso kann man dies mit Direkt Brennstoffzellen Hot-Modulen (MCFC) erreichen. Auch eine Solid Oxyd Fuel Cell (SOFC) kann zu einen Kraftwerk aufgebaut werden.
Der Brennstoffzelle wird eine große Zukunft im Automobilbau und in der Kraftwerkstechnik vorausgesagt.

Literatur:
Ledjeff-Hey/Mahlendorf/Roes (Hrsg.), Brennstoffzellen - Entwicklung, Technologie und Anwendung, Heidelberg, C.F.Müller, 2. Auflage 2001

Links:

BEWAG Innovation Brennstoffzelle

Forum-Brennstoffzelle

Hydrogen.Org

Ballard.com 

Geothermie                                    Top 
Die Geothermie in Deutschland wurde lange vernachlässigt, weil man meinte nur an heißen Quellen oder Magmanestern wie in Island könne man Energie aus der Erdwärme gewinnen. Doch es gibt ein großes Potential für Geothermie. Allein das Potential an Stromerzeugung liegt theoretisch bei dem 600 fachen des Stromverbrauchs in Deutschland. Geothermie hat den Vorteil, das sie unabhängig von der Sonne praktisch 24h am Tag 365 Tage im Jahr konstant zur Verfügung steht. Die Möglichkeiten Erdwärme zu nutzen reichen von der Stromerzeugung über Fernwärmenutzung mit und ohne Wärmepumpe bis zur oberflächennahen Nutzung mittels Erdsonden und Wärmepumpen zur Heizwärmeerzeugung für Einfamilienhäuser.
Um Strom aus Erdwärme zu erzeugen bedarf es einer Erwärmequelle mit mehr als 100°C Temperatur. Diese kann man mit Tiefbohrungen bis 10 km Tiefe finden. Es gibt mittlerweile Versicherungen, die das Risiko einer millionenteueren Fehlbohrung abdecken. Es gibt Verfahren, die heiße Wasserquellen nutzen und das kalte Wasser zurückführen, aber auch das Hot-Dry-Rock Verfahren, bei dem Wasser in das heiße Gestein gedrückt wird und abgesaugt wird. Die Turbinen werden nach dem Organicv Rankine Cycle (ORC) Prozeß gefahren, die nicht mit Wasser betrieben werden, sondern mit organischen Arbeitsmitteln, die schon unter 100°C verdampfen. So  ist der Wirkungsgrad höher. Es gibt aber auch Kalina Maschinen, die mit einem Gemisch aus Wasser und Ammoniak arbeiten und einen noch höheren Wirkungsgrad erzielen. Es ist ein technisches Potential von ca 300 TWh vorhanden. Das deckt die gesamte Grundlast an Strom in Deutschland ab. Auch hätte man so Regelenergie um die Schwankungen bei der Solarnergie auszugleichen.
Heizwärme kann direkt über Wärmetauscher aus der Erdwärme genutzt werden, wenn es warm genug ist, also 60 - 80°C. Oder es kann durch eine Wärmepumpe weiter erhitzt werden. Dann wird es in eine herkömmliche Fernwärmeverteilung eingespeist.
Bei Wärmepumpen für Heizwärme gibt es mehrere Methoden, um die Wärme zu erzeugen. Man kann die Wärme aus der Umgebungsluft gewinnen oder durch die Benutzung der Wärme aus dem Grundwasser. Eleganter ist es, Sole in einen Erdkollektor zu pumpen oder in Energiesonden (Energiepfählen) zirkulieren zu lassen.
Auch zur klimatisierung und Kälteerzeugung ist es möglich die Gethermie zu nutzen. Dabei wird ausgenutzt, dass die Erde in geringer Tiefe kühler ist als die Lufttemperatur.
Geothermie wird nach dem EEG großzügig gefördert. Die Stromerzeugung bei einer Leistung bis zu 5 MW wird mit 15 Cent/kWh gefördert. Bei Leistungen über 20 MW sinkt die Förderung auf 7,16 Cent/kWh. Die Kraftwerke und Heizwerke haben meist eine kleinere Leistung von 5 über 20 bis 50 MW.
Leider gibt es bis jetzt erst wenige Anlagen mit Geothermienutzung. Man will aber bis 2015 etwa 1000 MW Strom-Leistung installieren.

Literatur:

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Geothermie - Energie für die Zukunft, Broschüre, Bonn,  1. Auflage 2004

Links:

Geothermische Vereinigung in Geeste Nds.

Erdwärmenutzungssystem für Heizwärme pilogeo.de

Video über Geothermie

Links:                                                                           Top

Informationsdienst Regenerative Energien Boxer

Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR)

Solarserver

Solarenergie Förderverein (SFV e.V.)

Energiefibel

Wenn Sie eine Energiefibel im DOC-Format für 5 Euro haben wollen, schicken Sie mir bitte eine E-Mail. Ich teile Ihnen dann die Bankdaten mit. Wenn das Geld auf meinem Konto ist, sende ich Ihnen den Link oder einen Anhang per E-Mail.

Erstellt am 2.11.1997, Version vom 6.02.2018, Johannes Fangmeyer, GNU-FDL           Top