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Erneuerbare Energien

Ein Überblick über derzeitig verfügbare Technologien zur nachhaltigen Energiegewinnung, beginnend mit den grundlegenden Fragen: Was ist Energie? Was ist Energieumwandlung?
by

Clemens Lehner

on 8 January 2014

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Transcript of Erneuerbare Energien

Energie
Bewegungsenergie
Lageenergie
Wärme
Chemische Energie
Kernenergie
Licht
Elektrische Energie
Ursache jeglicher Bewegung
Fähigkeit,Veränderung hervorzubringen (Arbeit zu leisten)
Potentialunterschied muss vorhanden sein
strebt von höherem zu niedrigerem Potential (Ausgleich)
i. Allg. an Materie gebunden, kann aber wechseln
Kann Erscheinungsform wechseln
Verformungs-energie
E=mc²
basi
ert auf den
Kräften
der Natur
Gravitation
Elektromagnetismus
Schwache Kernkraft
Starke Kernkraft
komprimiertes Gas
elastische Verformung (Feder)
Kinetische Energie
basiert auf Trägheit
Potentielle Energie / Höhenenergie
basiert auf Schwerkraft
Bindungsenergie in Molekülen
z.B. Brennstoffe
Bindungsenergie im Atomkern
Thermische Energie
Ungeordnete Bewegung von Atomen und Molekülen
basiert auf Anziehungskräften zwischen geladenen Teilchen
technisch "nützlichste" Energieform
Elektromagnetische Wellen
Nicht an Masse bzw. Materie gebunden
Welche Energieformen gibt es eigentlich?
Wärme ≠ Temperatur
Wärme = Energiemenge
Temperatur = "Niveau" der Wärme
Quantität!
Qualität!
Energie kann weder Erzeugt noch vernichtet werden! (Energieerhaltung)
Energie wird
umgewandelt!
Wärme kann nur zu einem (kleinen) Teil in andere Energieformen umgewandelt werden
Grund: Entropie wächst bei jeder Energieumwandlung, an der Wärme beteiligt ist
Entropie: Maß für die "Unordnung" eines Systems, d.h. für seine "Ausgeglichenheit", "Gleichförmigkeit" (-> Bestreben der Energie, Unterschiede auszugleichen)
"Endstation" der Energie
Energieumwandlung
Technische Energienutzung
"Energieerzeugung"
Energieumwandlung in künstliche Bahnen gelenkt, sodass sie dem Menschen nützliche Arbeit leistet
Geschieht praktisch nie unidirektional, Ergebnis sind meist mehrere Energieformen
Chemische Energie
Wärme
Licht
(Brennstoff)
Feuer
Dampfmaschine, Dampfturbine
Mechanische Energie
Abwärme
Elektrische Energie
Generator
Abwärme
Nutzen:
Nutzen:
Nutzen:
Kochen, Heizen, Beleuchtung, Metall-bearbeitung
Pumpen, Industrie, Mobilität
Beleuchtung, Kommunikation, Datenverarb.,
uvm...
Photovoltaik
Licht
Elektrizität
Sonnenstrom (PV)
Solarthermie
Licht
Wärme
Sonnenwärme
Wasserkraft
Höhenenergie
oder Bewegungsenergie
Elektrizität
die Giganten
Geothermie
Wärme
Elektrizität
und/oder Wärme
Energie aus dem Erdinneren
Biomasse
Chemische Energie
Elektrizität
und/oder Wärme
Energie aus Pflanzen
Windenergie
Bewegungsenergie
Elektrizität
die günstige Erneuerbare Energie
Energy Harvesting
Druck, Vibration
Bewegungsenergie
Wärme
Mechanische Energie
oder Elektrizität
kleinste Potentiale nutzen
"grüne"
Technologien
Wärmepumpe
Elektrizität und Umgebungswärme
Wärme
Erdwärme
Brennstoffzelle
Chemische Energie
Elektrizität
Energie aus Wasserstoff
"Freie Energie"
?
Mechanische Energie oder Elektrizität
Energie aus - dem Nichts?
Sonnenwärmekraftwerk
Licht
Elektrizität
Sonnenstrom (CSP)
Energieträger
1. Jährliche Sonnenenergieeinstrahlung auf die Erde
2. Aktuelle Sonnenenergienutzung
3. Erdgasreserven
4. Stein- und Braunkolereserven
5. Erdölreserven
6. Uranreserven
7. Jährlicher Weltenergiebedarf
http://www.inforse.org/europe/dieret/WHY/why.html
Quelle:
Solarenergie, die zur Erde gestrahlt wird entspricht etwa dem 10.000 -fachen des heutigen Weltenergiebedarfs
Erneuerbare Energien
Was wollen wir?
Nutzung von Energiequellen, die sich (auf sehr lange Zeit) fortlaufend aus der Umwelt regenerieren
Elektrische Energie
Wärme
"universellste" Energieform, technisch am besten nutzbar
mit geringem Aufwand zu gewinnen
Treibstoffe
bzw. Energiespeicher für Mobilität
Solarstrahlung erwärmt Wasser (oder Luft)
für Brauchwasser (Dusche etc.) und/oder Heizung
Solarkonzentratoren erhitzen Wasser auf sehr hohe Temperaturen (>400°C)
Spiegelsysteme: Parabolrinnen, Solarturm, Solar Dish
Elektrizität über Dampfturbine oder Stirlingmotor
Anbau von Energiepflanzen: schnellwachsende Bäume, Ölpflanzen, ...
Verwertung von Reststoffen
für Kraftwerke, Biotreibstoffe
sehr gut speicherbar, aber eher geringes Potential
teils in Konkurrenz zu Nahrungsmittelanbau
Erschließung oberflächennaher heißer Schichten (Vulkanismus, Thermalquellen)
Dampfkraftwerke und Fernwärme
Vorzeigeland Island
In D und Ö meist keine nachhaltige Nutzung möglich (Abkühlung des Reservoires)
Windturbinen, (Segelschiffe)
Gute Ergänzung zu Solarstrom
On- und Offshore-Anlagen
Staumauern & Staubecken
Laufkraftwerke & (Pump-) Speicherkraftwerke
teils große Auswirkung auf Ökosysteme
Gezeiten- & Wellen-kraftwerke
200m hohe Staumauer
weltweit größtes Kraftwerk
fast achtfache Energieproduktion des größten Kernreaktors
generiert ein sechstel des Brasilianischen Stromverbrauchs
ITAIPÚ
piezoelektrische Kristalle
mechanische Armbanduren
Peltier-Elemente
Perpetuum Mobile nach erprobten Theorien nicht möglich
bisher unbekannte physikalische Kraft oder Wirkprinzip?
Verschwörungstheorien, viel heiße Luft, aber keine seriösen Daten, Fakten, Theorien
1 Teil Strom + 3 Teile Umgebungs-wärme = 4 Teile Heizwärme
Umgebungswärme aus Luft, Erdreich, Wasser
Hebt Temperaturniveau unter Einsatz elektrischer Energie -> muss aus anderer Energiequelle bereitgestellt werden
Energiewandler, Treib-stoff (Wasserstoff, Methan, ...) muss aufbereitet werden
möglicherweise Zukunft in Mobilität
Energiebilanz der Erde
Kaltschmitt, Streicher, Wiese: Erneuerbare Energien, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006
Was steht zur Verfügung?
Sonnenlicht
Wind
fließendes Wasser
Pflanzen
Geothermie
atmosphärische Temperaturunterschiede
biochemisch gespeicherte Sonnenenergie
rückströmender (Meer-) Wasserdampf
Wärme aus Erdenstehung, Gezeitenkräften
& radioaktiven Zerfallsprozessen
-> Reservoir plus Nachbildung entspricht vielen Millionen Jahren Sonnenstrahlung

konstanter Energiestrom für die nächsten 4 Milliarden Jahre
wichtig, aber
für derzeitige Energietechnologien nicht relevant (ausg. Kernkraftwerke)
Wieviel Energie können Erneuerbare Energietechnologien nun bereitstellen?
stark unterschiedliche Quellenangaben...
Prognosen schwanken je nach Prämissen, Berechnungsmethoden und nicht zuletzt mit der raschen Technologieentwicklung
Darin sind sich aber alle Quellen einig: das technische Angebotspotential beträgt ein
Vielfaches
des derzeitigen Energiebedarfs!
d.h. 100% erneuerbare Energieversorgung ist definitif möglich!
und mittel- und langfristig sicherer, günstiger, und natürlich besser für die Umwelt.
Gegenwärtige und zukünftige technologische Herausforderungen
Energiespeicher
Integration fluktuierender Erzeuger ins Energienetz (Smart Grid)
post-petrole Mobilität
Erstellt von Clemens Lehner
www.sunsausage.com
direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Strom
Halbleiterelemente aus Silizium, GaAs, CdTe, organischen Materialien
Energieaufwändige Produktion, lange Lebensdauer
extremer Preisverfall in den letzten Jahren
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