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Unter den regenerativen Energien oder auch erneuerbare Energien genannt, versteht man Energieformen, die sich stets aufs Neue wieder regenerieren (erneuern), zumindest in der überschaubaren Zukunft. Sie verwenden die natürlichen Energieströme der Erde und tasten die endlichen Energievorräte wie fossile Brennstoffe nicht an.
Zu diesen Energiequellen zählt man die Sonnenenergie, Wasserkraft, Windkraft und weitere alternative Energien wie Biomasse und Wellenenergie. All diese Primärenergien können wir auf die unterschiedl-ichste Weise nutzen. Wenn diese alternativen Energien vernünftig eingesetzt werden, sind sie ökologisch auch verträglich.
Bei der Nutzung von regenerativen Energien müssen aber gewisse Standortvoraussetzungen gegeben sein. Dies ist von Energieträger zu Energieträger verschieden.
Eine kleine Auswahl der verschiedenen Alternativen Energien:
DIE SONNENENERGIE
Die Sonne ist unsere älteste und eine nahezu unbegrenzte Energiequelle. Sie ist die Grundlage für jedes Leben auf unserer Erde. Alle irdischen Energiequellen verdanken wir der Sonne: die Kohle-, Erdöl-, und Erdgaslager, in denen Sonnenenergie von Jahrmillionen gespeichert ist. Ebenso sorgt die Sonne für den Kreislauf des Wassers. Auch Wind- und Wellenenergie sind umgewandelte Sonnenenergie.
Die Sonnenenergie ist erneuerbar und langfristig, wird sie in der Zukunft eine wichtige Rolle als Energielieferanten spielen müssen.
Theoretisch würde die Sonnenenergie, die auf die Erde einstrahlt ausreichen, den gegenwärtigen Energiehunger der Weltbevölkerung mehrtausendfach zu stillen. Gelänge es den Menschen, diese gigantischen Mengen an Sonnenenergie für sich zu nutzen, gäbe es keine Energiesorgen mehr. Die Menschheit würde überdies über eine Energieform verfügen, die keine Umweltbelastung verursacht und keine knappen Energierohstoffe aufbraucht.
Die Sonnenenergie ist im Grunde gratis, aber um die Sonnenstrahlung sinnvoll zu nutzen, müssen wir sie sammeln, konzentrieren und speichern. Denn die Sonne scheint nicht Tag und Nacht. Im Winter manchmal kaum, in diesem Falle ist die Sonnenenergie teuer.
Die technischen Nutzungsmöglichkeiten aus heutiger Sicht:
. Passive Nutzung Unter passiver Nutzung ist eine Summe von baulichen Massnahmen zu verstehen, deren Ziel es ist, möglichst viel Sonneneinstrahlung zu Raumheizungszwecken und das Licht optimal zu nutzen. Man nennt diesen Baustil, die sogenannte Solararchitektur. Sie kann den Bedarf der konventionellen Energien für Heizzwecke bis zur Hälfte senken.
. Sonnenkollektoren Es wird die eingestrahlte Sonnenenergie in Wärmeenergie umgewandelt. Die sogenannten Sonnenkollektoren, die auf dem Dach oder in der Fassade befestigt sind, fangen die Sonnenstrahlen auf und wandeln sie in Wärme um. Diese Wärme wird über ein Leitsystem mit Wasser zum Wasserspeicher geleitet. Die gewonnene Energie kann nun für den entsprechenden Anwendungszweck verwendet werden. Sie dient vor allem der Wassererwärmung und zur Unterstützung der Raumheizung.
. Photovoltanik Die Photovoltanik ist eine direkte Nutzung der Sonnenenergie. Die Sonnenstrahlung wird mit Hilfe von Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt.
Auf Neubauten sollten Solaranlagen nicht auf den Dächern und Fassaden angebracht werden, sondern als Dächer und Fassaden.
Leider kann die Solarenergie noch nicht effizient genug ausgenutzt werden, da durch Wolken und Staub ein grosser Teil der Sonnenstrahlen reflektiert wird und somit ist der Strom aus anderen Energieträgern billiger und wie so oft kommt es doch hauptsächlich auf den Preis an.
In der Schweiz haben wir auf dem Mont-Soleil das grösste Solarkraftwerk Europas. Aber zur Zeit trägt der Solarstrom nur gerade mal 0.014% des gesamten Stromverbrauchs der Schweiz bei.
. Solarthermisch Eine weitere direkte Nutzung der Sonnenenergie ist die der solarthermischen Kraftwerke. Bei diesen Anlagen werden mit Hilfe von Spiegeln Sonnenstrahlen gebündelt mit welchen Dampf erzeugt wird, der über eine Dampfturbine einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.
Der Einsatz derartigen Sonnenkraftwerke ist jedoch nicht überall möglich, weil immer eine direkte Sonneneinstahlung nötig ist.
Die Speicherung der gewonnenen Energie aus der Sonnenstrahlung auf Grund ihrer unvorhersehbaren Verfügbarkeit ist das größte Problem bei der Nutzung dieser Ressource.
Es braucht eine zukunftsfähige und universell verwendbare Lösung, welche umweltfreundlich ist und aus einem Rohstoff besteht, welcher reichlich vorhanden ist.
Diese Anforderungen erfüllt das chemische Element Wasserstoff. In gebundenem Zustand kommt das Element auf der Erde hauptsächlich in Form von Wasser vor und davon haben wir ja ausgiebig. Mit Elektrolyse kann man das Wasser mit elektrischen Strom in seine chemischen Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff trennen. Der Wasserstoff ist selbst aber keine Energiequelle, sondern nur ein Energieträger. Er tritt als Gas auf, lässt sich aber bei tieferen Temperaturen verflüssigen. Dann kann er gespeichert, transportiert und verteilt werden. Es ist aber alles noch eine Frage der Zeit, bis der Wasserstoff als Energieträger auf dem Weg um die Welt geht.
Die Nutzung der Sonnenenergie zeigt ein vorhandenes Potential, es ist im Grunde keine Frage der theoretischen Machbarkeit, sondern eine Frage der Technologiekosten und vor Allem des Willens.
DIE WASSERKRAFT
"Die Wasserkraft ist unerschöpfliche Sonnenenergie. Die Sonne hält den Wasserkreislauf in Gang: Meerwasser verdunstet durch Sonneneinstrahlung, der Wasserdampf kondensiert zu Wolken, welche von den Winden über das Land getragen werden. Niederschläge in Form von Regen oder Schnee speisen (Stau)- Seen und Flüsse, die wieder ins Meer fliessen. So schliesst sich der Kreislauf der erneuerbaren Wasserkraft."
In der Vergangenheit wurde die Strömungsenergie des Wassers genutzt, um Wasserräder in Bewegung zu setzten, die wiederum die Kraft auf einfache Maschinen übertrugen. Heute wird die Wasserkraft zur Erzeugung von Elektrizität eingesetzt.
In der Schweiz ist die Wasserkraft immer noch die Basis unserer Stromversorgung. Sie ist aber auch eine der wenigen Ressourcen, die unser Land überhaupt besitzt. Rund 60% unseres Strombedarfs wird durch Lauf- und Speicherkraftwerke produziert.
Jedoch sind die heutigen Möglichkeiten der Wasserkraftnutzung in der Schweiz ausgeschöpft. Einem weiteren grösseren Ausbau stehen der Landschaftsschutz und die Wirtschaftlichkeit im Wege. Die Stromproduktion kann immerhin bis ins Jahr 2000 um 5% gesteigert werden durch die Wirkungsgradverbesserung von älteren Anlagen und durch den vermehrten Einsatz von Kleinwasserkraftwerken.
Wie funktioniert das Grundprinzip der Wasserkraftnutzung?
Wir verwenden drei Kraftwerkstypen, Laufkraft-, Speicherkraft- und Pumpspeicherwerke zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie.
Jede dieser Anlagen besteht im Wesentlichen aus einer Einrichtung zum Stauen des Wassers, Turbinen, Generatoren sowie einer Transformator- und Schaltstation. Das Wasser treibt die Turbinen an und bringt sie dadurch zum Drehen. Die Turbinen sind mit den Generatoren verbunden, welche die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
. Laufkraftwerke
Sie nutzen den natürlichen Lauf eine Fliessgewässers (Fluss, Bach). Die Fallhöhe des Wassers ist gering, aber dafür stehen grössere Wassermengen zur Verfügung. Das zufließende Wasser wird durch ein Wehr aufgestaut und direkt weiterverarbeitet. Das nicht genutzte Wasser fließt über das Wehr und ist damit für die Energiegewinnung verloren. Aufgrund des relativ stetigen Wasserangebots eignen sich Laufkraftwerke für den Betrieb rund um die Uhr.
. Speicherkraftwerk Dieser Kraftwerktyp nutzt die Energie von aufgestautem Wasser das durch meterdicke Rohre vom Stausee ins Tal schiesst. Dabei überwindet es oft einen Höhenunterschied von mehreren hundert Metern. Bei diesem Fall erreicht das Wasser eine so hohe Geschwindigkeit (damit auch einen hohen Druck), dass es im Tal im Maschinenhaus Turbinen ohne Weiteres antreibt. Diese Kraftwerke können je nach Bedarf innert wenigen Minuten Volllast gefahren und wieder abgestellt werden; sie werden deshalb in den Spitzenverbrachszeiten eingesetzt.
. Pumpspeicherwerke Es wird in Zeiten mit geringem Stromverbrauch mittels elektrischer Pumpen Wasser in ein höhergelegenes Speicherbecken gepumpt, um in der Tagesbelastung auftretende Verbrauchsspitzen decken zu können. Es handelt sich hierbei nicht um Stromgewinnung , sondern um die einzige wirtschaftliche Möglichkeit, Strom in großen Mengen zu speichern. Diese Kraftwerke erfüllen außerdem eine wichtige Funktion für eine sichere Elektrizitätsversorgung, wie z.B. die Reservestellung bei Ausfall von anderen Kraftwerken, die Haltung der Netzfrequenz und die Stabilisierung des Netzes.
DIE WINDENERGIE
Auch der Wind ist eine indirekte Form der Sonnenenergie. Im Wind sind gewaltige Energiemengen enthalten. Die kinetische Energie vom Wind kann umgewandelt werden in andere Energieformen, in mechanische oder elektrische Energie. Windkraft ist reichlich vorhanden, billig, sauber und erneuerbar. Grösstes Problem ist, das Wind keine zuverlässige Energiequelle ist. Um diese Energie zu nutzen sind gleichmässige sowie starke Winde, wie sie an Küsten, Ebenen und Berggipfeln auftreten, notwendig.
Seit Jahrhunderten gibt es Windmühlen, hauptsächlich um Wasser zu pumpen. Windmühlen brauchen jedoch viel Platz und produzieren im Verhältnis der Grösse nur geringe Mengen Energie.
In den letzten Jahren wurden neue Windmaschinen, sogenannte Windturbinen entwickelt, um durch die Kraft das Windes Elektrizität zu gewinnen. Der grosse Vorteil der Windkraftwerke ist, dass sie weder Rohstoffe verbrauchen noch Abwasser, Luftverschmutzung oder Müll produzieren. In Ländern mit windreichen Gebieten, wird erwartet, dass die Windenergie einige Prozente der Stromversorgung beitragen kann.
Die Schweiz aber, ist für die Windenergie im grösseren Stil nicht geeignet, weil die Winde durch die Alpen gestaut werden.
DIE BIOMASSE
Unter Biomasse versteht man die gesamte organische Substanz von Tieren und Pflanzen.
Beim Einsatz von Biomasse als Energiequelle ist zwischen nachwachsenden Rohstoffen und organischen Reststoffen zu unterscheiden.
Schnell nachwachsende Rohstoffe mit hohem Kohlenhydratgehalt (Getreide, Rüben, Zuckerrohr..) , können durch Verzuckerungs- und Vergärungsprozesse in Bioalkohol (Ethanol) umgewandelt werden.
Ölhaltige Pflanzen wie Raps und Sonnenblumen liefern durch Auspressung Öle, aus denen der sogenannte Biodiesel entsteht. Das gewonnene Produkt kann dann im Treibstoffsektor zum Einsatz kommen.
Organische Reststoffe können unter Luftabschluss vergoren werden. Bei diesem Prozess können aus Flüssigmist Biogas, aus Klärschlamm Klärgas, aus Müll von Deponien Deponiegas und aus Rest- und Abfallstoffen Brenngase gewonnen werden. Die einfachste und gebräuchlichste Verwendungsform ist die Verbrennung zu Heizzwecken.
Der grösste Vorteil der Pflanzenenergie ist: kein CO2-Problem, kein Treibhauseffekt! Die Pflanzen nehmen nämlich genau soviel CO2 aus der Luft auf, wie beim Verbrennen und Vergasen freigesetzt wird: ein geschlossener CO2-Kreislauf.
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