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Frau Schulte wird dieses Kapitel zusammenfassen

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Frau Schulte wird dieses Kapitel zusammenfassen

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Eva, Marie, Meike, Leonie

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Johanna, Jona, Majuran, Jarne

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Lina, Elena, Luca, Moritz

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Antonia, Lisa, Batuhan, Paul

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Levin, Colin, Max, Bahjat

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Die Solarstromproduktion erhöht sich stetig. So werden vor allem
Photovoltaikanlagen immer populärer. Sie gelten allgemein als nachhaltige Alternative für fossile Energieproduktionen.

Solarenergie, auch Sonnenenergie genannt, bezeichnet die Energie der Sonnenstrahlung die vom Menschen technisch genutzt werden kann. Die Nutzung kann dabei in Form von Strom, Wärme und chemischer Energie erfolgen.

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Bei der Entstehung der Erde wurden große Wärmemengen freigesetzt. Eine Verdichtung der Materie und zahlreiche Meteoriteneinschläge führten zu einer stetigen Aufheizung der Erde und zu ihrer weitgehenden Aufschmelzung. Bei ca. 30 bis 50 Prozent der heute vorhandenen Erdwärme handelt es sich um Restwärme von damals. Der Hauptbestandteil der Geothermie lässt sich auf den Zerfall von natürlichen radioaktiven Elementen in den Gesteinen zurückführen und es handelt sich um natürliche Kernenergie, da durch den Zerfall Mengen an Energie in Form von Wärme entstehen.

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Bei der Nutzung der Erdwärme wird zwischen oberflächennaher Geothermie und Tiefengeothermie unterschieden. Während die oberflächennahe Geothermie insbesondere bei der Versorgung kleinerer Einheiten benutzt wird, wird die Tiefengeothermie vor allem bei größeren Projekten zur Stromerzeugung benutzt.

Oberflächennahe Geothermie:

Meist wird eine Wärmepumpe benötigt, um die Temperaturen nutzbar zu machen. Es kommen entweder Erdwärme-Kollektoren zum Einsatz, die ca. 1,50 Meter tief in mehreren Schleifen verlegt werden, oder Erdwärme-Sonden, welche die Wärme in 50 bis 100 Meter Tiefe gewinnen. Zudem führt die direkte Sonneneinstrahlung zur Erwärmung. Auswirkungen zeigen sich aber nur in den obersten Metern der Erdkruste und bilden damit nur einen sehr geringen Anteil des Gesamtpotenzials.

Tiefengeothermie:

Für die tiefe Geothermie gibt es zwei verschiedene Methoden: hydrothermale und petrothermale Systeme. Hydrothermale Systeme nutzen die Wärme des Wassers führender Schichten direkt zur Energiegewinnung. Petrothermale Systeme ziehen die Wärme hingegen aus heißem Tiefengestein. Der Betrieb eines Geothermie-Kraftwerks lohnt sich grundsätzlich erst ab Temperaturen von 160 Grad, die sich in einigen Regionen Deutschlands bereits in einer Tiefe von 3000 bis 5000 Metern finden. Da tiefe Bohrungen gewisse seismische Risiken mit sich bringen, erfordert die Tiefengeothermie eine besonders sorgfältige Planung.

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Die Windenergieanlagen werden immer größer und verändern unsere Landschaft. Sie erreichen mittlerweile Höhen von 200 Metern. Das wachsen in die Höhe ist jedoch sinnvoll, da dadurch auch die Rotoren vergrößert werden, was mehr Stromproduktion hervorbringt. Zusätzlich werden die immer älteren Anlagen durch größere und Leistungsfähigere ersetzt. Windenergieanlagen sind das sichtbarste Zeichen der Energiewende, da in 2012 allein 1000 Anlagen errichtet und 210 ausgetauscht wurden. Die Nutzung von Wind zur Energiegewinnung kennt man schon von den Windmühlen, welche schon Jahrtausende alt sind. Jedoch hat sich die Nutzung seitdem stark entwickelt. Anstatt dem Wind Widerstand entgegen zu bringen, erzeugen sie wie Flugzeugflügel einen Auftrieb, der sie in Bewegung setzt. Dadurch gewinnt man deutlich mehr Energie. Mitte 2013 gab es in Deutschland schon Anlagen mit einer Leistung von 552,3 MW, da sie das Potenzial des Windes vor der Küste nutzen. Die Stromherstellungskosten 15,2ct/kWh und an Land bei 8,5ct/kWh, jedoch wird bis 2050 ein deutliches Absinken stattfinden, welches 4,9ct/kWh bei Offshore- und 4,7ct/kWh bei Onshore-Windstrom beträgt.

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Windkraftanlagen haben leider auch ein paar Nachteile. Von den Menschen können sie vor allem wegen ihrer Geräusche, ihres Schattenwurfs und der bedrängenden Wirkung ihrer Höhe als Bedrohung wahrgenommen werden. Deshalb müssen auch bestimmte Abstände zu Siedlungen eingehalten werden.
Des Weiteren haben sie auch einige Gefahren für die Natur. Für einige Vögel sind sie nur ein Hindernis, für andere Vögel und auch Fledermäuse sind sie eine tödliche Gefahr. Aus diesem Grund dürfen Windkraftanlagen nicht in Naturschutzgebieten aufgestellt werden.

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In Deutschland steckt die geothermische Stromerzeugung noch in den Anfängen. So sind beispielsweise Island oder die USA uns weit voraus was die Pro-Kopf-Nutzung der Erdwärme angeht.
Im Moment gibt es elf aktive Kraftwerke in Deutschland die derzeit Strom aus Tiefengeothermie erzeugen, viele weitere befinden sich derweil in Bau oder in Planung. Die meisten dieser Kraftwerke befinden sich im Norddeutschen Becken, Süddeutschen Molassebecken oder in der Oberrheinischen Tiefebene. Der norddeutsche Raum verfügt über ein großes Potential geothermisch nutzbarer Energie. So war Neubrandenburg bereits in der DDR ein Pilotprojekt zur Nutzung der Geothermie.

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Räumliche Verteilung des natürlichen Potentials

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Räumliche Verteilung des natürlichen Potentials

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Obwohl die Sonne eine riesige Menge an Energie Richtung Erde abstrahlt, kommt tatsächlich nur ein kleiner Teil dieser Energie an der Erdoberfläche an. Diesen Anteil der Strahlung, welcher einen großen Einfluss auf Wetter und Klima hat und für die Solarenergie genutzt wird, nennt man Globalstrahlung.                      In Deutschland beträgt diese durchschnittlich rund 900-1.200 kWh/m². Zum Vergleich: In Spanien ist sie fast doppelt so hoch.

Doch auch innerhalb Deutschlands ist die Globalstrahlung unterschiedlich hoch. Das liegt daran, dass die Globalstrahlung von unterschiedlichen Faktoren abhängig ist, die in den einzelnen Regionen unterschiedlich gut gegeben sind. Je nach Region ändert sich z.B. der Wasserdampfgehalt, der Aerosolgehalt oder eben das Relief. Dadurch werden manche Strahlen von der Erdoberfläche ganz, teilweise oder überhaupt nicht reflektiert oder absorbiert.

→ In Süddeutschland ist die durchschnittliche Jahressumme der Globalstrahlung am höchsten, also sind hier die Gegebenheiten für Photovoltaik am besten gegeben

→ Im Westen ist die Durchschnittssumme sehr gering. Hier liegt die Jahressumme selten über 1000 kWh/m2

→ Im Osten liegt die durchschnittliche Jahressumme zwar deutlich unter der im Süden, jedoch noch über der vom Westen

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Umfang des möglichen Beitrags zur Stromversorgung

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Umfang des möglichen Beitrags zur Stromversorgung

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Der mögliche Beitrag ist regional sehr unterschiedlich, da viele Einflussfaktoren den Umfang des Beitrags beeinflussen, z.B.
Standort, Ausrichtung, Anlagengröße, Wirkungsgrad, Neigungswinkel, Verschattung und Bevölkerung.

Somit ist die Leistung stark an die Sonnenstrahlung gekoppelt.

Pro Kilowatt peak (Leistung unter idealen Bedingungen, d.h. einer Einstrahlung von 1000 W/m2 und einer Temperatur von 25 Grad) kann ein Solar Ertrag von 900-1100 Kilowattstunden entstehen. Daraus ergibt sich eine mögliche Jahressumme von bis zu 1200 kWh/m2.

Die Bruttostromerzeugung in Deutschland im Jahr 2010 lag bei ca. 10-15 TWh/Jahr.

Der Bruttostromverbrauch (=Bruttostromerzeugung) in Deutschland im Jahr 2019 (bei 1,8 Mio. Anlagen) betrug 46,5 TWh (8,2% von allen Energieträgern).

→ Die Solarenergie hat ein großes Potential für die Zukunft.

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Entwicklung des Beitrags der Solarenergie (DE - 2002-2019)

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Klimawirksame Emission bei Herstellung, Betrieb und Entsorgung der Anlagen

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Klimawirksame Emission bei Herstellung, Betrieb und Entsorgung der Anlagen

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Insgesamt sind Photovoltaikanlagen sehr klimafreundlich. Durch die Auslagerung der Modulproduktion nach China sind jedoch die Emissionswerte leicht angestiegen, dagegen werden aber schon neue Maßnahmen entwickelt.

Herstellung

Bei der Produktion einer Photovoltaikanlage können CO2-Emissionen von bis zu 50g/kWh aufkommen (Im Jahre 2010 lag der Stand von Co2-Emissionen bei der Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen noch bei ca. 89g/kWh).

Bei der preisgünstigen Herstellung von sogenannten Dünnschicht-Solarzellen wird häufig giftiges Cadmium verwendet, welches evtl. in die Umwelt austreten könnte. Auch Stickstofftrifluorid wird noch bei der Produktion verwendet, wenn auch stark zurückgefahren.

Betrieb
Während der Betriebszeit einer Photovoltaikanlage entstehen keine Emissionen.

Die Emissionen sind zusätzlich von dem Anlagenertrag (je mehr Strom durch die Anlage produziert wird, desto weniger Co2 entfällt durchschnittlich auf jede erzeugte kWh) abhängig, welcher z.B. von dem Standort beeinflusst wird.

Entsorgung

Es könnten Schadstoffe (Blei, Cadmium) bei der Entsorgung austreten, was aber sehr selten ist.
Zusätzlich wird ein Recycling-System erforscht, damit in Zukunft fast 95% der alten Materialien wiederverwendet werden können.

Vergleich CO2-Ausstoß von Energiequellen:

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Die Menschen nutzen schon seit vielen Jahren die Wasserkraft, egal ob für Mühlen oder Säge- bzw. Hammerwerke. Mithilfe von Turbinen und Generatoren wird die Wasserkraft in der heutigen Zeit direkt in Strom umgewandelt. Mengenentscheidend ist hier die Wassermenge und der zu durchlaufende Höhenunterschied des Wassers. Weil es in Bayern bzw. in Baden-Württemberg hohen Niederschlag und deutliches Gefälle (Mittelgebirge, Alpenvorland) gibt, herrschen dort sehr gute Bedingungen.

Im Jahr 2010 wurden 3,4% der gesamten Stromerzeugung mit Wasserkraft produziert. Außerdem sind die Kosten verhältnismäßig zu beispielsweise der Solarenergie sehr niedrig.

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Nachteile der Energieerzeugung durch Wasserkraft ist, dass mit der Produktion viele Gefahren für Fische und Wasserorganismen zusammenhängen. Die Staudämme und Maschinenhäuser schneiden beispielsweise den Wanderfischen den Weg ab. Auch kann es passieren dass Fische in die Turbinen geraten und verletzt werden oder sogar sterben, dies kann zur Gefährdung ganzer Populationen führen.

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- Neues Wasserhaushaltsgesetz
- Es darf nur noch Wasser abgeleitet werden, wenn noch genügend Wasser im Flussbett bleibt
- Stauanlagen dürfen keine unüberwindbaren Hindernisse für Fische oder Wasserorganismen darstellen
- Es sollen geeignete Maßnahmen wie Fischtreppen oder Umgehungsrinnen ergriffen werden.

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Bestand der genutzten Wasserkraftanlagen in Deutschland 

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Bestand der genutzten Wasserkraftanlagen in Deutschland 

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Wasserkraft | Methoden der Energieerzeugung (Episode 5)

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Die Leistung der Windenergieanlagen haben sich im Laufe der Zeit verbessert. Das liegt vor allem an dem größerem Rotordurchmesser und der Nabenhöhe. 1980 betrug der Rotordurchmesser 15 Meter, 2010 schon 126. Die Nabenhöhe wuchs von 30 Metern auf 135. Dadurch könnte die Nettoleistung von 30 kw auf 7500 kw verbessert werden.

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Ökologische Auswirkungen:

o   Wenig CO2 Emission-> gut für die Umwelt

o   Schädliches Cadmium, welches bei der Herstellung günstiger Solarzellen verwendet wird, kann in die Umwelt austreten

Ökonomische Auswirkungen:

o   Stromerzeugung insgesamt noch relativ teuer

o   Jeder kann seinen eigenen Strom erzeugen

o   Gut für Privathaushalte (sparen Stromkosten)

o   Stromindustrie macht Verluste

o    Große „Solarfelder“ nehmen Platz für die Landwirtschaft weg

Soziale Auswirkungen:

o   Neue Arbeitsplätze werden geschaffen z.B bei Herstellung und Montage

o   „Spaltung“ in der Gesellschaft beim Thema Nutzung von Landwirtschaftlichen Flächen für große Solaranlagen

o   Landwirte sind oft dagegen, da sie dann die Fläche nicht mehr für die Landwirtschaft nutzen können

o   Andere möchten, dass diese Flächen genutzt werden, um sauberen Strom zu erzeugen

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Wie ist eine Biogasanlage aufgebaut und wie funktioniert sie?                Eine Biogasanlage besteht im Wesentlichen aus einer Vorgrube, einem Fermenter, einem Gasspeicher, einem Blockheizkraftwerk inklusive Wärmespeicher (Pufferspeicher) sowie einem Lagerbehälter. Die Vorgrube ist ein vorgeschaltetes Lager für die Sammlung der eingesetzten Biomasse (Substrat). Der Fermenter, oder auch Faulbehälter, ist das Kernstück einer Biogasanlage. Im Fermenter werden in einem Vergärungsprozess die eingesetzten Substrate (z. B. Gülle, Bioabfälle) unter anoxischen Bedingungen – unter Ausschluss von Sauerstoff – mit Hilfe von Mikroorganismen zersetzt. Dabei entsteht Biogas, das zwischengespeichert und schließlich in ein nachgeschaltetes Blockheizkraftwerk geleitet wird. Die Kraftwerke funktionieren nach dem sogenannten Kraft-Wärme-Kopplungsprinzip (KWK). Das heißt, das Biogas wird in Strom umgewandelt und die dabei entstehende Abwärme genutzt. Neben der Strom- und Wärmeproduktion durch ein angeschlossenes Kraftwerk vor Ort kann das Biogas auch weitergeleitet und in einem Satelliten-BHKW mit Nahwärmenetz verstromt werden. Alternativ kann das gewonnene Biogas in einer entsprechenden Anlage aufbereitet und in das bestehende Erdgasnetz eingespeist werden.   Während der erzeugte Strom unmittelbar ins öffentliche Versorgungsnetz eingespeist werden kann, gibt es für die Wärmenutzung verschiedene Möglichkeiten. Neben der direkten Nutzung in der Biogasanlage selbst (z. B. Beheizung des Fermenters), können damit die Ställe, Wohn- und Betriebsgebäude eines Hofes oder auch Gewächshäuser in Gartenbaubetrieben geheizt werden. Neben der unmittelbaren Nutzung am Ort der Produktion, kann das Biogas in ein Gasnetz eingespeist oder in ein dezentrales Satelliten-Blockheizkraftwerk eingeleitet werden, um dort verfeuert zu werden.

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Wie ist eine Biogasanlage aufgebaut und wie funktioniert sie?                Eine Biogasanlage besteht im Wesentlichen aus einer Vorgrube, einem Fermenter, einem Gasspeicher, einem Blockheizkraftwerk inklusive Wärmespeicher (Pufferspeicher) sowie einem Lagerbehälter. Die Vorgrube ist ein vorgeschaltetes Lager für die Sammlung der eingesetzten Biomasse (Substrat). Der Fermenter, oder auch Faulbehälter, ist das Kernstück einer Biogasanlage. Im Fermenter werden in einem Vergärungsprozess die eingesetzten Substrate (z. B. Gülle, Bioabfälle) unter anoxischen Bedingungen – unter Ausschluss von Sauerstoff – mit Hilfe von Mikroorganismen zersetzt. Dabei entsteht Biogas, das zwischengespeichert und schließlich in ein nachgeschaltetes Blockheizkraftwerk geleitet wird. Die Kraftwerke funktionieren nach dem sogenannten Kraft-Wärme-Kopplungsprinzip (KWK). Das heißt, das Biogas wird in Strom umgewandelt und die dabei entstehende Abwärme genutzt. Neben der Strom- und Wärmeproduktion durch ein angeschlossenes Kraftwerk vor Ort kann das Biogas auch weitergeleitet und in einem Satelliten-BHKW mit Nahwärmenetz verstromt werden. Alternativ kann das gewonnene Biogas in einer entsprechenden Anlage aufbereitet und in das bestehende Erdgasnetz eingespeist werden.   Während der erzeugte Strom unmittelbar ins öffentliche Versorgungsnetz eingespeist werden kann, gibt es für die Wärmenutzung verschiedene Möglichkeiten. Neben der direkten Nutzung in der Biogasanlage selbst (z. B. Beheizung des Fermenters), können damit die Ställe, Wohn- und Betriebsgebäude eines Hofes oder auch Gewächshäuser in Gartenbaubetrieben geheizt werden. Neben der unmittelbaren Nutzung am Ort der Produktion, kann das Biogas in ein Gasnetz eingespeist oder in ein dezentrales Satelliten-Blockheizkraftwerk eingeleitet werden, um dort verfeuert zu werden.

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Die Bioenergie gehört zu den erneuerbaren Energien und ist davon eine der vielseitigsten und wichtigsten.
Sie wird aus Biomasse gewonnen, wie zum Beispiel aus Bioabfällen oder Gülle. Was in unseren Augen Abfall ist, ist eigentlich eine wahre Energiequelle. Mit der Bioenergie kann man Strom und Wärme erzeugen, aber auch Kraftstoffe herstellen.