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Gliederung 1. Was sind alternative Energien 2. Arten von alternativen Energien 2.1 Bioenergie 2.2 Geothermie 2.3 Solarenergie 2.
4 Wasserkraft 2.5 Windenergie 3. Sonnenenergie 3.1 Nutzung der Solarenergie 3.2 Speicherung der Solarenergie 3.3 Potenzial der Solarenergie 3.
4 Abhängigkeit der Strahlungsleistung 3.5 Vor -und Nachteile der Solarenergie 4. Wasserkraft 4.1 Geschichte der Wasserkraft 4.2 Typen von Wasserkraftwerken 4.3 Funktionsweise 4.
4 Leistung/Potenzial eine Wasserkraftwerkes 4.5 Bedeutung der Wasserkraft 4.6 Vor -und Nachteil der Wasserkraft 5. Alternative Energien in Deutschland 1. Was sind alternative Energien? Alternative Energien, auch regenerative Energie oder Erneuerbare Energie genannt, bezeichnet Energie aus nachhaltigen Quellen, die nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich sind. 2.
Arten von alternativen Energien - Energie aus unterschiedlichen Primärquellen: . der thermonuklearen Umwandlung in der Sonne, . dem radioaktiven Zerfall im Erdinnern, . der Erdrotation und den damit verbundenen Effekten (Gezeiten) - Arten von alternativen Energien . Bioenergie (aus Biomasse bzw. Energiepflanzen) o Holz o Pflanzenöl o Fettsäuremethylester (Biodiesel) o (Bio-)Ethanol o Biogas (Biogasanlage) o Biowasserstoff (Dampfreformierung) . Geothermie ○ Umgebungswärme (z. B. genutzt durch Wärmepumpenheizung oder Wärmespeicherheizung) . Muskelkraft o Menschliche Muskelkraft (z. B. Fahrrad) o Zug- und Tragtiere . Solarenergie o Fotovoltaik (Fotovoltaikanlage) o Solarthermie (Sonnenkollektor, Sonnenwärmekraftwerk) o Solarchemie o Thermik (Thermikkraftwerk) . Wasserkraft o Gezeitenkraft o Strömungsenergie des Meeres o Meereswärme o Staudämme und Staumauern o Osmosekraftwerk (Unterschiedlicher Salzgehalt von Süß- und Salzwasser) o Wellenenergie des Meeres . Windenergie (Windmühlen bzw.
Windenergieanlage) o Aufwind- oder Thermikkraftwerk 2.1 Bioenergien - Kunstwort für die energetische Nutzung von Biomasse - einsetzbare Biomasse sind: Holz, Stroh, Mais, Getreide, Zuckerrüben, Raps, Biogas, Pflanzenöle, Bioabfälle, Exkremente, Algen 2.2 Geothermie - im oberen (zugänglichen) Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. - ist in der Erde gespeicherte Energie. die entzogen und genutzt wird 2.3 Solarenergien - von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie - gelangt als elektromagnetische Strahlung zur Erde.
2.4 Wasserkraft - bezeichnet die Strömungsenergie von fließendem Wasser, die über geeignete Maschinen in mechanische Energie umgewandelt wird - Umwandlung zu elektrischer Energie durch Wasserkraftwerken 2.5 Windenergie - ist kinetische Energie der bewegten Luftmassen der Atmosphäre - indirekte Form der Sonnenenergie 3. Sonnenenergie Solarenergie oder auch Photovoltaik genannt, ist die direkte Gewinnung von Elektrizität aus Sonnenlicht, mit Hilfe von Solarzellen. Sie ist die teuerste aber auch edelste Variante, aus Sonnenenergie Strom zu erzeugen. Die Solarzellen sind die Grundeinheit eines Solarstromgenerators, sie sind ca.
10x10cm² groß und liefern Strom von einigen Ampere bei einer Spannung von ca. 0,5V. Meist Zusammenschluss mehrerer Solarzellen zu einem Solarmodul in einem Gehäuse nötig, dadurch sind die Anforderungen hoch: Temperaturen von -40°C bis +80°C, Regen, Hagel, Wind, Kondenswasser müssen überwunden werden. 3.1 Nutzung der Solarenergie - Photosynthese bei den Pflanzen - Alle Tiere leben direkt (Pflanzenfresser) oder indirekt (Fleischfresser) von der Sonnenenergie - für den Mensch Grundlage des Lebens - Solartechnik = Nutzung der Solarenergie - Fotovoltaikanlage wandeln in thermische Energie um ▼ Faktisch lassen sich auch die Windenergie, die Energie des Wassers, Biomasse und biogene Gase als Formen der Solarenergie bezeichnen, da sie durch natürliche physikalische oder biologische Prozesse umgewandelte Sonnenenergie nutzen. 3.
2 Speicherung der Solarenergie Die solare Einstrahlung ist eine unregelmäßige Größe. Tag und Nacht, natürliche Bewölkung sowie Abdämpfe in der Luft beeinflussen die Bestrahlungsstärke. Um die Energieversorgungssicherheit zu gewährleisten, sind deshalb immer Zusatzmaßnahmen notwendig. Das Stromnetz kann als Ausgleich lokaler Schwankungen dienen. Um kurzfristige Leistungseinbrüche ausgleichen zu können, sind steuerbare und dynamische Kraftwerke notwendig. Dieses können Gasturbinenkraftwerke erfüllen, im Gegensatz zu Atomkraftwerken oder Kohlekraftwerken, die nur extrem träge reagieren können.
Eine andere Möglichkeit ist die Energiespeicherung, so dass Schwankungen aus diesen Speichern ausgeglichen werden können. Bei kleinen Anlagen wie z.B Inselanlagen werden häufig Solarbatterien eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen chemischen Energiespeicher. Solarthermisch erzeugte Wärme kann im Sommer in geothermische Speicher eingebracht und im Winter genutzt werden. Ein anderes Verfahren ist die Umwandlung metallischer Stoffe, beispielsweise das "Solzinc-Verfahren" oder die Wandlung der elektrischen Energie in Rotationsenergie (Schwungrad).
3.3 Potenzial der Sonnenenergie - pro Jahr eine Energiemenge von etwa 3,9 . 1024 J = 1,08 . 1018 kWh - entspricht etwa dem 10.000fachen des Weltprimärenergiebedarfs Potenzial wird bestimmt durch: - Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche fällt diese sind abhängig von Uhrzeit, Jahreszeit und Breitengrad ▼ Daraus resultierende Unterschieden(z.B) : - etwa 1.000 kWh pro Quadratmeter und Jahr in Mitteleuropa - etwa 2.350 kWh pro Quadratmeter und Jahr in der Sahara 3.
4 Abhängigkeit der Strahlungsleistung am Beispiel Einfallswinkel Die Haupteinflussgröße ist das Wettergeschehens und das Regionalen, sowie globalen Klimas. Die Strahlungsstromdichte(die Strahlungsenergie pro Flächen- und Zeiteinheit) ist dabei abhängig vom Winkel der Sonneneinstrahlung. Bei einen flachem Winkel treffen weniger Photonen pro Flächeneinheit auf dem Boden und erwärmen ihn weniger stark als bei senkrechtem Einfall. Diese Einstrahlung kann man berechnen durch folgende Formel: o J die Strahlungsleistung o J0 die Strahlungsleistung bei senkrechtem Einfallswinkel o β den Einfallswinkel gegenüber dem Horizont 3.5 Vor- und Nachteile der Sonnenenergienutzung Vorteile: -unbegrenzt verfügbar(im Gegensatz zu fossilen Energieträgern oder radioaktiven Isotopen) - keine Schadstoffen wie z.B.
Treibhausgasen -Reduzieren der Energieverluste durch Übertragung und Verteilung - Kosteneinsparungen, weil die Kosten der Weiterleitung und Verteilung zentral erzeugter Elektrizität so hoch sind wie Kosten der Energieerzeugung -Wegfall von Preiskartellen große Energieerzeuger -Wegfall großer Reservekapazitäten - Reduzierung energiepolitischer Abhängigkeiten von Krisenherden und internationalen Konflikten Nachteile: - Abhängig von Wetter, Tages- und Jahreszeit - ohne zusätzliche Speichertechnologie keine konstante Energieversorgung möglich - nach ökologischer Bilanz nicht emissionsfrei - Fotovoltaik sehr teuer 4. Wasserkraft Im Grunde kommt jede Art von Energie von der Sonne. Die Sonneneinstrahlung hält den natürlichen Wasserkreislauf der Erde in Gang. Das Wasser verdunstet und fällt als Niederschlag wieder auf die Erde. All diese Energien sind unerschöpflich. Aufgrund der Höhenunterschiede zwischen den einzelnen Landflächen und des Meeresspiegels, auf den Kontinenten, entsteht nutzbare potentielle Energie der Wassermenge auf.
4.1 Geschichte der Wasserkraft Die Geschichte der Energieanwendung des Wassers geht weit zurück. Bereits im 3. Jahrtausend v.Chr. waren Wasserräder in China und Vorderasien bekannt und die antiken Kulturen benötigten Wasserkraft, um Mehl zu mahlen.
Auch die Tatsache, dass die meisten Kolonien und Siedlungen am Wasser, besonders an Flüssen, errichtet wurden zeigt, wie nützlich das Wasser als Antrieb für z.B. Arbeitsmaschinen war. Im Mittelalter verbreitete sich das Wasserrad rasch und setzte sich als allgemeine Antriebsmaschine durch. In dieser Zeit baute man das erste Wasserrad aus Gusseisen und läutete so die Zeit der modernen Wassernutzung ein. In der weiteren Entwicklung wurde die Wasserkraft zugunsten der damals billigeren Energiequellen Kohle, Öl und Kernkraft verdrängt.
Trotzdem wurde 1880 das erste Wasserkraftwerk zur Erzeugung von Strom gebaut und bildete den Beginn einer immer ausgeprägteren Wassernutzung im 20. Jahrhundert, als der Generator erfunden wurde und die Stromnachfrage stetig stieg. Auch wenn die Turbinen verbessert wurden und andere Veränderungen vorgenommen wurden, blieb das Prinzip der Energiegewinnung aus Wasser dasselbe. 4.2 Typen von Wasserkraftwerken Es gibt mehrer Einteilungen von Wasserkraftwerken. Folgende Einteilungen sind möglich: → Einteilung nach Nutzgefälle . Niederdruckkraftwerke Fallhöhe: < 15 m Durchfluss: groß Verwendung für: Grundlast Turbinenarten: Kaplan-Turbine, Durchströmturbine Bauarten: Flusskraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerk . Mitteldruckkraftwerke Fallhöhe: 15-50 m Durchfluss: mittel - groß Verwendung für: Grundlast, Mittellast Turbinenarten: Francis-Turbine, Kaplan-Turbine, Durchströmturbine Bauarten: Flusskraftwerke, Speicherkraftwerke . Hochdruckkraftwerke Fallhöhe: 50-2.
000 m Durchfluss: gering Verwendung für: Spitzenlast Turbinenarten: Francis-Turbine, Pelton-Turbine Bauarten: Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke, Kavernenkraftwerke → Einteilung nach Auslastung . Grundlastkraftwerk Auslastung: > 50 % Bauarten: Flusskraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerk . Mittellastkraftwerke Auslastung: 30-50 % Bauarten: Flusskraftwerke mit Schwellbetrieb, Speicherkraftwerke . Spitzenlastkraftwerke Auslastung: < 30 % Bauarten: Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke, Kavernenkraftwerke → Einteilung nach Bauart . Laufwasserkraftwerk - Fluss gestaut - mit dem abfließenden Wasser elektrischer Strom produziert . Speicherkraftwerk - Wasser über einen Zeitraum (mehrere Stunden bis mehrere Monate) gespeichert - Um bei Bedarf wertvolle Spitzenenergie zu erzeugen. . Pumpspeicherkraftwerk - ist ein Speicherkraftwerk - überschüssigem Strom Wasser aus einer niedrigen Lage in einen höher gelegenen Stausee gepumpt - später um Spitzenstrom zu erzeugen. . Kavernenkraftwerk - verwendet künstlich geschaffene Hohlräume (Kavernen) als Energiespeicher oder als Standort für Kraftwerkskomponenten. . Gezeitenkraftwerk - nutzt die Energie von den Gezeiten . Wellenkraftwerk - die Energie der kontinuierlichen Meereswellen ausgenutzt . Meeresströmungskraftwerk - die kinetische Energie von Meeresströmungen 4.3 Funktionsweise Wie schon mal erwähnt, kann der Wasserkreislauf nur durch die Energie der Sonnen in Gang gesetzt werden. Dies wird gut durch folgende Skizze dargestellt: Wenn man nur in der "ewigen Wasserkreislauf" ein Wasserkraftwerk (siehe Skizze) so kann die Potentielle Energie des Wassers in Kinetische Energie umgewandelt werde.
Da jedes Wasserkraftwerk anders arbeitet und funktioniert, bzw. jedes Kraftwerk unterschiedlichen Bedingungen benötigt, gibt es keine allgemeine Funktionsweise. Deswegen stelle ich dieses, am Beispiel des Pumpspeicherkraftwerkes dar: a) 4.4 Leistung/Potenzial eine Wasserkraftwerkes Die potentielle Wasserenergie ist abhängig von der Fallhöhe und der menge des Wassers ab. Die gespeicherte Energie ist folgender Maßen zu berechnen: E = g ● m ● h E = Wasserenergien m = Wassermenge (kg) h = Höhendifferenz (m) g = Erdbeschleunigung (Fallgeschwingigkeit=9,81 m/s) Potenzial: Die Weltweite Stromerzeugung beläuft sich auf nahezu 20 Mio. Gigawattjahren, wovon ca.
18 % Wasserenergie genutzt wurden. Dabei beträgt der Anteil der in Strom umgewandelt wird nur 4 %. In den letzten 5 Jahren wurde ein eine Steigungsrate von 5,4 % jährlichen Zuwachses beobachtet. 4.5 Bedeutung von Wasserkraft Weltweit werden knapp 18 Prozent der elektrischen Energie mit Wasserkraftwerken erzeugt. Norwegen deckt fast seinen gesamten Elektrizitätsbedarf mit Wasserkraft.
In Deutschland und Schweiz werden bereits 80 % in Europa 33 % der möglichen Wasserkraft genutzt. Daraus kann man ableiten das die Wasserkraft für Europa eine große Bedeutung hat. 4.6 Vor -und Nachteil der Wasserkraft Vorteile Nachteile - kein Verbrauch natürlicher Ressourcen - keine Emission von Schadstoffen, nur geringe Abwärme - sehr ökologisch - lange Lebensdauer einer Anlage - Flussregulierung, Hochwasserschutz - verbesserte Schiffbarkeit von Flüssen - Reinigung der Flüsse - Keine teuren Importe - Betrieb ist unproblematisch, gefahrlos und schafft zusätzlich noch Arbeitsplätze - Hoher Wirkungsgrad - Vorrat ist durch Wasserkreislauf unerschöpflich! - Hohe Investitionskosten - Durch Großanlagen à fruchtbares Ackerland verlorenàirreparable Eingriffe in die Natur - Grundwasserspiegel steigt - Störung der Lebensraumes vieler Wassertiere - Umsiedlung der Bewohner - Staudamm kann Erdbeben auslösen - Störung des Biologischen Gleichgewichtes wegen Wasserveränderungen 5.Alternative Energien in Deutschland An hand der oben gezeigten Statistik ist zu sehn, dass alternative Energien nur zu 10% genutzt wird, dagegen werden z.B die Kohle arten werden zu 49% genutzt.
Außerdem ist zu sehn, dass Kernenergie immer noch am meisten benutzt wird, obwohl Deutschland die Verwendung von Kernenergie einstellen will Auf dieser Darstellung ist zu sehen, dass Wind- und Wasserenergie am meisten in Deutschland benutzt wird, wobei Sonnenenergie nur zu 1% benutz wird. Somit ist zu erkennen, dass die Sonnenenergie noch verbessert werden muss, denn sie ist noch zu unbeständig auf Grund der Abhängigkeit von Witterung und Tageszeiten. Hier ist zu sehen, dass die Verwendung der alternativen Energien in den letzten 15 Jahren um etwa das 3-fache gestiegen sind, somit kann man feststellen, dass Deutschland immer mehr bedacht ist, die Umwelt zu schonen und zu schützen. Zusammenfassend ist zu sagen, . . dass Deutschland derzeit erneuerbare Energiequellen hauptsächlich in der Verwertung fester und flüssiger biogener Brennstoffe (64,5 %) im Einsatz bring. Für die Erzeugung des elektrischen Energiebedarfs wurden in Deutschland ca. 40 % der gesamten Primärenergie von 4.
070.500 GWh/Jahr eingesetzt. Die elektrische Energie selbst nimmt in Deutschland 14 % der Primärenergie ein. Im Jahr 2004 konnten 3,6 % (143.055 GWh) des Primärenergiebedarfs durch erneuerbare Energien gedeckt werden. Zum Vergleich: Elektrische Energie macht in etwa ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs eines Industriestaates aus.
Daher beziehen sich einige Absätze in diesem Artikel speziell auf elektrische Energie und deren Transport
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