|
Energiewende - Referat
Energiewende in Deutschland
Nach der schrecklichen Katastrophe in Fukushima wurde der „Ausstieg aus dem Ausstieg“ rückgängig gemacht, bis 2022 sollen alle noch aktiven 9 Kernkraftwerke vom Netz gegangen sein. Doch wie kann die Kernenergie ersetzt werden? Wie kann Deutschland auch in Zukunft mit genügend Energie versorgt werden, ohne dass gleichzeitig der CO₂ Ausstoß erhöht wird?
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Kernenergie in Deutschland
Erneuerbare Energien
Definition
erneuerbare Energieträger im Überblick
Laufwasserkraftwerke
Windkraftanlage
Solarkraftwerk
Biomassekraftwerk
Geothermiekraftwerk
Probleme und technologische Herausforderungen in der Nutzung erneuerbarer Energien
Energiespeicher
Intelligentes Stromnetz
Die Gesellschaft muss umdenken
Quellen
Kernenergie in Deutschland
Die Kernenergie hat heute noch einen relativ großen Anteil an der gesamtdeutschen Energieversorgung; 2010 waren es 22,8 % am Bruttostromverbrauch. Nach dem schrecklichen Unglück in Fukushima beschloss die Regierung, den „Ausstieg vom Ausstieg“ rückgängig zu machen und es wurde festgelegt, dass bis 2022 alle noch aktiven neun Atommeiler vom Netz gehen sollten. 2011 wurden nur noch 17,6% des Bruttoverbrauchs durch Kernenergie erzeugt, immerhin noch 108,0 Milliarden kWh.
[Anmerkung: Der Bruttostromverbrauch ist die gesamte Menge an Strom, die in einem Land produziert wurde plus die Menge an Strom, die importiert wurde. Die Menge an Strom, die exportiert wurde, muss vom Bruttostromverbrauch abgezogen werden. ]
Dieser Teil muss bis 2022 auf andere Kraftwerkstypen übertragen werden, und vor allem erneuerbare Energieträger sollen dabei eine tragende Rolle spielen, sie sollen 2020 35% des Bruttostromverbrauchs decken. 2050 sollen dann, laut Bundesministerium für Natur, Umwelt und Reaktorsicherheit, sogar 80% des Bruttostromverbrauchs von erneuerbaren Energien gedeckt werden.
Erneuerbare Energien
Definition: erneuerbare Energien
Erneuerbare Energien werden aus nachhaltigen Quellen (d.h. aus nachwachsenden bzw. dauerhaft vorhandenen Energiequellen) gewonnen, sodass sie auch in Zukunft genutzt werden können.
Erneuerbare Energieträger im Überblick
Zurzeit werden sehr viele Technologien entwickelt, die zur nachhaltigen Stromerzeugung beitragen. Es gibt die unterschiedlichsten Möglichkeiten, aus Sonne, Biomasse, Erdwärme, Wind- und Wasserkraft Strom zu gewinnen. Die gängigsten und heute schon nutzbaren Technologien sind im Folgenden aufgelistet und beschrieben.
Laufwasserkraft
Schon seit Jahrhunderten machen sich Menschen die Energie des fließenden Wassers zunutze, in Form von Mühlrädern. Im letzten Jahrhundert begann man, sogenannte Laufwasserkraftwerke auch für die Stromerzeugung zu nutzen. Laufwasserkraftwerke sind die zuverlässigsten der erneuerbaren Energieträger, denn sie nutzen die potentielle Energie (Höhenenergie) des Wassers, um Strom zu erzeugen. Da das Wasser relativ konstant zur Verfügung steht, liefern Laufwasserkraftwerke ständig Strom und tragen hauptsächlich zur Grundstromversorgung bei. Sie haben einen relativ hohen Wirkungsgrad von ca. 90%.
Windkraft
Die Windkraft hat in Deutschland ein großes Ausbaupotenzial und wird in Zukunft entscheidend zur Energieversorgung beitragen, 2025 soll sie, laut Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, schon 25% zur Stromerzeugung beitragen. An Land sollen neue Anlagen entstehen und alte, nichteffiziente ausgetauscht werden (Repowering). Zukünftig sollen aber vermehrt Windenergieanlagen auf hoher See gebaut werden, sogenannte offshore-Anlagen. Windkraftanlagen, die auf den neuesten Stand der Technik sind, können heute die kinetische Energie des Windes mit einem Wirkungsgrad von ca. 45% in elektrische Energie umwandeln. Es gibt zwei Arten von Windkraftanlagen: Solche mit Getriebe und solche ohne.
Solarkraft
Im Wesentlichen gibt es zwei Technologien, wie aus der Strahlungsenergie der Sonne elektrischer Strom gewonnen werden kann. Für den privaten Gebrauch und zur Energiegewinnung in unseren Breiten werden vorwiegend Photovoltaikanlagen genutzt. Die Photovoltaik erzeugt heute schon ca. 3% des Gesamtstromverbrauchs in Deutschland, und auch diese Technologie soll in Zukunft ausgebaut werden. Da die Herstellung von Photovoltaikzellen noch sehr kostenaufwendig ist, fördert der Staat die Installation von Photovoltaikanlagen und die Forschung (die Fördermittel werden allerdings zurzeit reduziert).
Das Prinzip der Stromerzeugung mit Photovoltaik beruht auf Halbleiter (meist Silizium), in denen durch eindringendes Licht Elektronen in Bewegung gebracht werden, ein Strom fließt. Photovoltaikzellen können so ca. 15% der Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln.
Photovoltaikkraftwerk in Atzenhof (siehe Quellenangabe):
In Gegenden mit sehr hoher Sonneneinstrahlung, also z.B. in Spanien und in der Sahara werden solarthermische Kraftwerke eingesetzt, zum Beispiel Parabolrinnenkraftwerke. Diese bestehen aus riesigen Spiegeln, die die Sonnenstrahlen bündeln und auf ein Wasserrohr fokussieren. Das Öl / Wasser (oder eine andere Trägerflüssigkeit) verdampft und treibt, wie in einem Dampfkraftwerk, Turbinen an, die über Generatoren Strom erzeugen.
Parabolrinnenkraftwerk der Initiative Destertec (Sahara) (siehe Quellenangabe):
Biomasse
Die in Biomasse gespeicherte Energie (ursprünglich Sonnenenergie) lässt sich vielfältig nutzen: Kraftstoffe wie der Kraftstoff E10 können aus Biomasse hergestellt werden. In Biomassekraftwerken wird Biomasse, meist Holz, Altholz und Agrarabfälle, verbrannt, und damit Strom erzeugt. Biomasseheizkraftwerke stellen die entstehende Restwärme auch als Fernwärme privaten oder industriellen Abnehmern zur Verfügung, die damit Wasser oder ihre Wohnungen beheizen können (Kraft-Wärme Kopplung). Auch bei Biomassekraftwerken entsteht durch die Verbrennung von organischen Materialien CO₂, da aber ausschließlich CO₂ freigesetzt wird, das zuvor durch die Pflanzen aus der Luft aufgenommen wurde, betrachtet man den Vorgang als CO₂-neutral. Problematisch allerdings ist, dass bei der Verbrennung von Altholz, also z.B. kunststoffbeschichtete oder lackierte Materialien, Schadstoffe entstehen, sodass die Abgase gereinigt werden müssen und die Reststoffe aus diesen Verbrennungen auf Sondermülldeponien gelagert werden müssen.
Die Energie aus Biomasse deckte 2010 5,5% des Gesamtstromverbrauchs. Das Potenzial der biogenen Energieträger in Deutschland wird noch höher geschätzt, so könne z.B. noch mehr Holz aus Wäldern zur Energiegewinnung genutzt werden, ohne dass die Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung gefährdet würde (Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft). Auch Reststoffe und Abfälle organischer Art könnten in Zukunft vermehrt zur Energiegewinnung beitragen.
Geothermie
Im Erdkern ist sehr viel Energie gespeichert. Diese wird ständig abgestrahlt, in den Erdmantel und weiter in den Weltraum. Geothermieanlagen nutzen diese Wärmeenergie um Wasser zu erwärmen oder Strom zu erzeugen.
Anwendung um Gebäude zu beheizen, zu kühlen oder Wasser zu erwärmen findet, vermehrt auch im privaten Gebrauch, die oberflächennahe Geothermie. In Bohrungen bis zu 400 Metern Tiefe zirkuliert Wasser: in der Erde wird es aufgeheizt, dann wird es nach oben gepumpt, die aufgenommene Wärme wird dort komprimiert und kann so genutzt werden.
Die Tiefe Geothermie wird in Deutschland heutzutage zur Stromerzeugung und zur Wärmegewinnung genutzt. Es gibt zwei Arten, aus Tiefen von über 400 Metern Energie zu gewinnen: petrothermale Systeme und hydrothermale Systeme. Vor allem letztere können effektiv genutzt werden. Hydrothermale Systeme nutzen die Wärme des Thermalwassers, das tief im Erdmantel gespeichert ist, indem sie das Wasser an die Erdoberfläche pumpen, ihm einen Teil seiner inneren Energie entziehen und es dann wieder zurück fließen lassen, sodass es sich erneut erwärmen kann (s. auch Grafik).
Diese Art der Stromerzeugung spielt in Deutschland bis jetzt noch keine große Rolle, die Geothermie wird überwiegend zur Wärme- und Kältegewinnung genutzt.
Probleme und technologische Herausforderungen in der Nutzung erneuerbarer Energien
Erneuerbare Energien sind zu einem großen Teil witterungsabhängig. Das macht sie in einem gewissen Grad unverlässlich, denn Strom wird rund um die Uhr gebraucht, er muss für den Verbraucher immer zur Verfügung stehen. Was tun also, wenn einmal keine Sonne scheint und Flaute ist? Aber es gibt auch Situationen, in denen die erneuerbare Energien zu viel Energie liefern: Wenn mitten in der Nacht in der Nordsee ein starker Wind weht. Soll man die Kraftwerke dann abschalten, nur weil sich keine Abnehmer für den Strom finden?
Erneuerbare Energien sind auch standortabhängig. So gibt es Gegenden mit einer hohen durchschnittlichen Windgeschwindigkeit, zum Beispiel die Nordsee und es gibt Gegenden, die bestens als Geothermie-Standort geeignet sind. Das führt zu einer Dezentralisierung des Kraftwerknetzes; wo früher ein großes Kernkraftwerk eine große Fläche versorgt hat, gibt es vielleicht schon bald viele kleinere Anlagen, die es ersetzen. Das hat einen großen Nachteil: Die großen Kraftwerke waren und sind heute noch dort, wo viel Strom benötigt wird: Am Rande von Großstädten und in der Nähe von Industriezentren. In Zukunft kann man sich danach nicht mehr richten.
Die Schlüsselfrage, die sich jedem stellt, der sich mit der Energieversorgung der Zukunft beschäftigt:
Wie kann gewährleistet werden, dass überall dort, wo Strom benötigt wird, auch zuverlässig genug Strom zur Verfügung stehen?
Man benötigt Speichermöglichkeiten
Um die schwankende Energieversorgung der erneuerbaren Energien, vor allem der Wind- und Sonnenenergie, auszugleichen, muss man Wege finden, Energie speichern zu können. Liefern die Erneuerbaren zu viel Strom, wäre es gut, wenn man ihn speichern könnte. Dann könnte man ihn ins Netz einzuspeisen, wenn mehr Strom benötigt wird, als gerade produziert wird.
Beispiel: Pumpspeicherkraftwerk
Pumpspeicherkraftwerke werden heute schon vielerorts als Energiespeicher eingesetzt. Ist zu viel Energie vorhanden, benutzt man diese um Wasser vom Unter- ins Oberbecken zu pumpen. Man wandelt die überschüssige elektrische Energie also in Höhenenergie des Wassers um, diese ist im Oberbecken gespeichert. Wird tagsüber mehr Energie benötigt, öffnet man die Druckleitung und lässt das Wasser durch die Turbinen nach unten fließen. Diese werden angetrieben, in einem Generator wird Strom erzeugt. Pumpspeicherkraftwerke haben einen Wirkungsgrad von ca. 75%.
Querschnitt durch ein Pumpspeicherkraftwerk (siehe Quellenangabe):
Projekte, die Pumpspeicherkraftwerke verwirklichen wollen, stoßen häufig und verständlicherweise auf Widerstand in der Bevölkerung. Oft müssen ganze Berggipfel abgetragen wrden, um das Oberbecken anzulegen. So ein Einschnitt in die Landschaft wird oft aus ästhetischen und /oder aus Naturschutzgründen abgelehnt.
Für das Oberbecken des Pumpspeicherkraftwerks Goldisthal, dem derzeit leistungsstärksten in Deutschland, mussten große Einschnitte in die Natur vorgenommen werden, heute wird es allerdings von einem breiten Publikum akezeptiert und als Ausflugsziel genutzt.
Man braucht ein intelligentes Stromnetz
Um den Strom, der abseits großer Abnehmer produziert wurde, zu den Kunden zu transportieren, werden in Zukunft viel mehr Überlandleitungen benötigt werden. Der Netzausbau ist teuer und stößt in der Bevölkerung oft auf Widerstand. Deshalb wurde das Freileitungs-Monitoring entwickelt, dessen Ziel es ist, die bestehenden Leitungen effektiver zu nutzen.
Beispiel: Freileitungs-Monitoring
Fließt Strom durch große Freileitungen, werden diese erwärmt, bei hoher Stromstärke ist dieser Effekt entsprechend stärker. Um Unfälle (u. a. bei zu großer Nähe der Leitung zum Boden durch Ausdehnung der Leitung) zu vermeiden, geht man im Normalfall bei der Festlegung der Maximalbelastung vom worst-case Szenario aus: Kein kühlender Wind und hochsommerliche Temperaturen. In der Realität kommt es aber so gut wie nie zu solchen Bedingungen, deshalb sind viele Leitungen häufig unterbelastet. Beim Freileitungs-Monitoring werden laufend Wetter- und Temperaturdaten der Stromleitung erhoben und die Belastung entsprechend angepasst. Freileitungen können, vor allem in Küstennähe, bei stärkerem Wind entsprechend höher belastet werden. Gibt es mehr Wind, wird auch mehr Windenergie erzeugt, die dann besser transportiert werden kann. Laut E-on konnte man so in einem Pilotprojekt eine Steigerung der Übertragungskapazität von bis zu 50% erreichen. Heute allerdings ist das Freileitungs-Monitoring noch nicht flächendeckend eingesetzt, doch um teuren Netzausbau einzuschränken ist diese Technologie ein wichtiger Schritt in eine grüne Zukunft.
Unsere Gesellschaft muss umdenken
2000: Atomausstieg; 2010: Ausstieg aus dem Atomausstieg; 2011: Ausstieg aus dem Ausstieg aus dem Atomausstieg
Die Politik ist, hinsichtlich der Energiewende, sagen wir mal: wankelmütig. Zur Zeit streiten sich 2 Ministerien über die Zuständigkeit der Energiewende, für die Bürger sind keine großen Veränderungen, keine große Wende spürbar. Ist sie diesmal sicher, die Energiewende, oder kann sie, wenn eine andere Partei an die Regierung kommt, wieder rückgängig gemacht werden? Diese in einem gewissen Maße unsichere Situation, macht es für Investoren riskant, in Projekte der Energiewende zu investieren. Doch um Technologien zu verbessern und den Ausbau der erneuerbaren Energien zu fördern wird viel Geld benötigt. Deshalb müssen vonseiten der Politik starke Signale kommen: JA, Wir machen die Energiewende, es ist endgültig. Wir schalten alle Kernkraftwerke ab, wir ergreifen jetzt die nötigen Schritte, die uns in eine grüne Zukunft führen.
Erneuerbare Energien, Energiewende – Super, aber das neue Pumpspeicherkraftwerk am Ortsrand soll doch bitteschön irgendwo anders gebaut werden?
Die Energiewende ist eine Herausforderung: Technisch, politisch und soziologisch. Sie ist ein Projekt aller Bürger Deutschlands und muss auch in der Öffentlichkeit als solches akzeptiert werden. Zwar ist es oft nachvollziehbar, warum Anwohner vehement gegen die Errichtung von Windkraftwerken, neuen Freileitungen, Pumpspeicherkrfatwerken etc. protestieren, jedoch sind solche Projekte für die Energiewende unbedingt nötig. Jeder wird also früher oder später ein größeres, oder kleineres Opfer bringen müssen: Das Akzeptieren der Windkraftwerke vor dem eigenen Fenster oder auch einen vorübergehenden Anstieg des Strompreises.
Bevor man deshalb Projekte der Energiewende ablehnt, sollte man sich überlegen, ob man liebe in der Nachbarschaft eines Kernkraftwerks wohnen möchte, oder neben einem Endlager.
Quellen
Titelbild: http://nwa-schweiz.ch/index.php?lg=1&top_id=1
Zu: Kernenergie in Deutschland [aufgerufen am 10.04.12]
http://www.bundesregierung.de/Content/DE/StatischeSeiten/Breg/FAQ/faq-energie.html (Bruttostromerzeugung, Definition)
http://www.bmu.de/energiewende/beschluesse_und_massnahmen/doc/47892.php (Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromerzeugung 2020 und 2050)
Zu: Erneuerbare Energien
[aufgerufen am 10.04.12]
Definition
http://www.juraforum.de/lexikon/erneuerbare-energien
http://www.stromversorger-energieversorger.de/grafik/Erneuerbare-Energien.jpg (Bild)
Laufwasserkraftwerke: [aufgerufen am 10.04.12]
http://www.diebrennstoffzelle.de/alternativen/wasser/laufwasser.shtml (Grafik)
Die ZEIT, „das Juniorlexikon“, Band 5 (ISBN: 978-3-577-07645-6) (Geschichte, Allgemeines)
http://de.wikipedia.org/wiki/Kraftwerk_Jochenstein (Laufwasserkrafwterk Jochenstein)
Windkraftanlagen: [aufgerufen am 11.04.12]
http://www.erneuerbareenergien.de/erneuerbare_energien/windenergie/kurzinfo/doc/4642.php (Zahlenangaben, Allgemeines)
http://www.unendlich-viel-energie.de/uploads/media/BWE_A-Z_interaktiv.pdf (Allgemeines, Zahlenangaben, Funktion einer Windkraftanlage)
http://www.ftd.de/wissen/technik/:infografik-wie-aus-wind-energie-wird/50200826.html (Grafiken, Funktion einer Windkraftanlage)
http://de.wikipedia.org/wiki/Windpark_Reu%C3%9Fenk%C3%B6ge (Windpark Reußenköge)
http://de.wikipedia.org/wiki/Alpha_ventus (Windpark Alpha Ventus)
Die ZEIT, „das Juniorlexikon“, Band 5 (ISBN: 978-3-577-07645-6) ( Allgemeines)
Solarkraftwerke: [aufgerufen am 11.04.12]
http://www.solarwirtschaft.de/photovoltaik/ (Prozentangaben)
http://www.unendlich-viel-energie.de/de/solarenergie/solarstrom.html (grobe Funktion)
http://www.erneuerbare-energien.de/erneuerbare_energien/solarenergie/kurzinfo/doc/42913.php (Allgemeines)
http://www.n24.de/media/import/afp/afp_20090713_16/photo_1247495295098-5-0.jpg (Bild Parabolrinnenkraftwerk)
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Atzenhof-muellberg-u-kanal-v-sw.jpg&filetimestamp=20031120180957 (Bild Photovoltaikkraftwerk Atzenhof)
Die ZEIT, „das Juniorlexikon“, Band 5 (ISBN: 978-3-577-07645-6) (Wirkungsgrad, Allgemeines)
Biomassekraftwerke [aufgerufen am 13.04.11]
http://www.stromgewinnung.com/biomassekraftwerk.shtml (Allgemeines)
http://de.wikipedia.org/wiki/Biomassekraftwerk (Verbrennung von belastetem Altholz)
http://de.wikipedia.org/wiki/Biomasseheizkraftwerk_Sellessen (Biomasseheizkraftwerk Sellessen)
http://www.erneuerbare-energien.de/erneuerbare_energien/bioenergie/kurzinfo/doc/4759.php (Statistik, Potenzial der biogenen Energieträger)
http://www.unendlich-viel-energie.de/de/bioenergie.html (Vielfältige Nutzbarkeit der Energie aus Biomasse)
http://www.vattenfall.de/de/new-energy-erzeugungsanlagen.htm (Bild Biomasseheizkraftwerk Sellessen)
Geothermiekraftwerke [aufgrufen am 13.04.11]
http://www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/einstieg-in-die-geothermie.html (Informationen zu Tiefen- und Oberflächengeothermie; Grafik hydrothermales System)
http://www.erneuerbare-energien.de/erneuerbare_energien/geothermie/links/doc/4628.php (Allgemeines)
http://www.unendlich-viel-energie.de/de/erdwaerme.html (Rolle der Geothermie für die deutsche Gesamtstromerzeugung)
http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermiekraftwerk_Landau (Geothermiekraftwerk Landau)
Zu: Probleme und technologische Herausforderungen in der Nutzung erneuerbarer Energien
Pumpspeicherkraftwerke [aufgerufen am 28.04.12]
http://www.diebrennstoffzelle.de/alternativen/wasser/pumpspeicher.shtml (Grafik, Wirkungsgrad, Funktion)
http://www.hydroprojekt.de/leistungen/wasser/pumpspeicherwerke.html (Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal Foto)
http://kraftwerke.vattenfall.de/powerplant/goldisthal (Informationen zu Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal)
http://www.thueringer-wald.com/cps/rde/xchg/tw/hs.xsl/pumpspeicherwerk-goldisthal-104958.html (Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal- beliebtes Ausflugsziel)
Freileitungs-Monitroring [aufgerufen am 28.04.12]
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:110-kV-Einschleifung.jpg&filetimestamp=20120314011207 (Bild Freileitungen)
http://de.wikipedia.org/wiki/Freileitungs-Monitoring (Informationen, Allgemeines)
http://apps.eon.com/documents/ene_flyer-freil-monito_0907_ger.pdf (Prinzip, Grundidee FLM, Steigerung der Übertragungskapazität)
http://www.tennettso.de/site/binaries/content/assets/press/information/de/100552_ten_husum_freileitung_du.pdf (Grafik Freileitung)
http://www.zeit.de/2012/10/Energiefragen/seite-5 (Widerstand der Bürger gegen neue Freileitungen)
Umdenken in der Gesellschaft [aufgerufen am 30.04.12]
http://bauen-modernisieren-sanieren.de/wp-content/uploads/2010/03/32734-1_bild1_Foto_djd_BSC_Neutrale_Allfinanz_Vermittlungs_GmbH.jpg (Foto)
http://www.welt.de/politik/deutschland/article5952201/Schwarz-Gelb-will-Atommeiler-laenger-laufen-lassen.html (Verlängerung der AKW- Laufzeiten 2010)
http://www.zeit.de/2012/10/Energiewende (Uneinigkeit der Politik / Politiker)
Kommentare zum Referat Energiewende:
|
