Erneuerbare Energien in der Lehrerbildung v erankern Bereit
Erneuerbare Energien in der Lehrerbildung v erankern! Bereit zur Wende?
Erneuerbare Energien dauerhaft in die Lehrerausbildung integrieren Curriculum und Unterrichtspraxis verändern Akteure im Lehr- und Lernprozess für Energiefragen der Zukunft qualifizieren Neue Ausbildungskonzepte und Kommunikationsinstrumente entwickeln und testen 2
Themen der Fachseminare www. ufu. de/lehrerbildung Bereit zur Wende? (auch als Online-Kurs) Fächerübergreifende Projekte zu EE Experimente mit EE Grüne Berufe Nachhaltig bauen Alternative Mobilität Energie sparen Zukunftsvisionen 3
Gliederung 1. 2. 4. 5. 6. 7. Energiewende aktuell Energieversorgung Erneuerbare Energien Treiber der Energiewende Zukunftswege und Herausforderungen Fazit und Feedback 4
Übersicht: Energiewende aktuell 1. Klimaschutzziele 2. Energiewende aktuell 3. Was ändert die Energiewende? 5
Klimaschutzziele Ziel: CO 2 -Reduktion um 80 -95 % bis 2050 Deutsche Umwelthilfe, www. forum-netzintegration. de 6
Energieverbrauch legt leicht zu Der Wechsel zu erneuerbaren Energien und die Reduktion des Energieverbrauchs sind keine „Selbstläufer“. AG Energiebilanzen e. V. , Stand März 2013 7
Energiewende aktuell Übergang in eine nachhaltigere Energieversorgung • Erneuerbare Energien • Energieeffizienz • Energiesparen Energiewende in Deutschland • Deutscher Atomausstieg nach Fukushima: „Ausstieg aus dem Ausstieg“ © N-Media-Images / Fotolia. com Energiewende rückt auch international immer höher auf die politische Agenda • Endlichkeit fossiler Energierohstoffe • Klimawandel 8 www. 4 -revolution. de
Was ändert die Energiewende? Eine radikale Wende in der Energieversorgung wird zu neuen Formen der Mobilität, des Wohnens, des Konsums und des Umgangs mit Energie führen. • • Umgang mit Energie Inwiefern wird sich unser Umgang mit Energie wandeln? Welche Lebensbereiche werden sich am stärksten verändern? Was heißt das konkret? Welche Hürden sind zu nehmen, welche Hindernisse zu erwarten? Wohnen Mobilität Schule Konsum Arbeitswelt und Berufsbilder 9
Übersicht: Energieversorgung 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Energieträger Energienutzungsformen Struktur des Energieverbrauchs Energiemarkt in Deutschland Erneuerbare Energien Gesetz Kosten des EEG Kraft-Wärme-Kopplung 10
Energieträger Fossile Energieträger • Kohle • • Erdgas Erdöl Atomare bzw. nukleare Energieträger • Ausgangsrohstoff vor allem Uran • auch Plutonium Matthias Haas / Fotolia. com, Artmann. Witte / Fotolia. com, Carsten Reisinger / Fotolia. com, Photlook / Fotolia. com à Benötigte Rohstoffe für fossile und atomare Energieerzeugung sind endlich à Zusätzliche Problematik: Klimawirkung (fossil), Unfallgefahr und ungelöste Endlagerfrage (atomar) 11
Energieträger Erneuerbare bzw. regenerative Energieträger • Solarenergie (Photovoltaik und Solarthermie) • • Nigel Monckton / Fotolia. com Windenergie Wasserkraft Bioenergie (Biomasse bzw. nachwachsende Rohstoffe) Geothermie (Erdwärme) à Praktisch unerschöpflich à EE-Anteil wächst stetig à Stromsektor: bereits 23 % BMU (2013 b) Interaktive Grafik mit stündlich aktualisierten Stromdaten www. agora-energiewende. de/service/aktuelle-stromdaten 12
Energienutzungsformen Manfred Steinbach / Fotolia. com, by-studio / Fotolia. com, Agentur für Erneuerbare Energien, Zahlen für 2012 13
Energiebereitstellung aus EE Agentur für Erneuerbare Energien 14
Struktur des Energieverbrauchs Begriffe • Energieaufkommen • • Primärenergieverbrauch Endenergieverbrauch Energieflussbild für Deutschland 2010 (in PJ): Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen Schätzen Sie, welche Energien wie viel zum Primärenergieverbrauch beitragen (2012)! …. . ……………… 33 % • Erdöl ………………. . . 22 % • Erdgas • Kohle ………… 24 % …. . ……. . 8 % • Atomenergie • Erneuerbare Energien … 12 % 15
Energiemarkt in Deutschland • 1998: Liberalisierung des Energiemarktes • Heute: rund 1. 000 Anbieter à Jedoch de facto immer noch dominante Stellung der „großen Vier“ auf dem deutschen Energiemarkt à Vorwurf: Wettbewerbsverzerrungen Robert Steffens / Wikipedia 16
Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) Agentur für Erneuerbare Energien 17
Erfolge des EEG • • • EE-Anteil an Stromerzeugung auf 23 Prozent in 2012 angestiegen Wachstum der EE-Branche (378. 000 Beschäftigte in 2013) Weniger deutsche Öl-, Erdgas- und Kohle-Importe Vermeidung von Treibhausgasen Vermeidung von Umweltschäden Das deutsche EEG als Vorlage für andere Länder 18
Kosten des EEG Das EEG ist keine Subvention, Kosten tragen die Stromverbraucher! • • • Agentur für Erneuerbare Energien Umlage kostet 4 -Personen-Haushalt etwa 20 Euro pro Monat Langfristig sinken die Preise für Strom aus erneuerbaren Energien Kostenentwicklung für fossile Energieträger ist ungewiss, vermutlich steigend (weniger Angebot bei steigender Nachfrage) à Nutzen des EEG für die deutsche Volkswirtschaft übersteigt dessen Kosten 19
Kosten des EEG Öko-Institut 2012, lizensiert unter Flickr creative commons: http: //creativecomm ons. org/licenses/by/ 2. 0/deed. de 20
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Bundesverband Kraft-Wärme. Kopplung KWK = gleichzeitige Gewinnung von Strom und Wärme 21
Übersicht: Erneuerbare Energien 1. 2. 3. 4. Potenziale Windenergie Solarenergie Bioenergie 5. Wasserkraft 6. Geothermie 7. Energiemix 22
Potenziale der EE Erneuerbares Energieangebot – physikalisch und technisch nutzbar • Große Würfel: Physikalisches Angebot natürlicher Energieströme • Kleine Würfel: Technisch nutzbare Energieträger (Strom, Nutzwärme, Brenn- und Kraftstoffe) • Würfel oben rechts: Derzeitiger Weltenergieverbrauch Schaffen wir es, dieses enorme Potenzial zu nutzen? Nitsch 2004, bearb. Behringer / Solare Zukunft 23
Windige Heldengeschichte Der Junge, der den Wind einfing Der 14 -jährige William Kamkwamba aus Malawi bastelte aus Fahrradschrott, einem alten Stoßdämpfer, einem Traktormotorteil, dem Kugellager einer Erdnussmühle und geschmolzenen PVCRohren ein Windrad. Dieses Windrad aus Müll brachte tatsächlich eine Glühbirne zum Leuchten und war gerade erst der Anfang. Mittlerweile hat das ganze Dorf Strom. Und William, der damals aus Geldmangel die Schule abbrach, studiert… Focus online 23. 11. 2010 24
Windenergie Vestas Europe / Bundesverband Windenergie, Agentur für Erneuerbare Energien Einsatzgebiete Probleme/Konflikte • Onshore: an Land • • Offshore: auf dem Meer, in Deutschland vor allem Nordsee Diskussion über Auswirkungen auf die Vogelwelt • Schallemissionen und Schattenwurf • Repowering: Upgrade einer alten Anlage, so • kann auf Bau neuer Anlagen verzichtet werden Lokale Akzeptanz: Landschaftsbild, „NIMBY -Effekt“ (not in my backyard) 25
Leistung einer Windkraftanlage Bundesverband Windenergie 26
Solare Heldengeschichte DSDS-Paradiesvogel n u n k c ö lb b ü K l ie n Da r ä n o li il M m o r t s o k Ö Er habe die erste Millionen aus dem Verkauf seiner Platten nicht für Frauen und Autos ausgeben wollen, sagte DSDS-Kandidat Daniel Küblböck. Also hat er bereits 2003 in Solarenergie investiert – mit Erfolg… interpendence. wirsol. de 03. 04. 2011 27
Solarenergie Solarthermie • Erzeugung von Wärme und ggf. Strom mit Solarkollektoren Photovoltaik • Agentur für Erneuerbare Energien, Bernd Wenzel (IFNE) / BMU, Torresol Energy, Wikimedia Commons / Hadhuey Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom mit Solarzellen à Photovoltaik in Deutschland stark gewachsen aufgrund der EEG-Förderung (4, 7 % 2012) à Aufgrund der Finanzierungsumlage auf alle Stromverbraucher kontrovers diskutiert 28
Organische Heldengeschichte Biogas auf dem Balkon Alles begann damit, dass Walter Schmid in einem Malerkessel Schnittgras, Küchenabfälle und Hühnermist mischte, den Kessel verschloss und auf seiner Terrasse in die Sonne stellte. Als sich der Kessel nach einigen Tagen blähte, hielt er ein brennendes Streichholz hinein, worauf das Gemisch explodierte, eine riesige Schweinerei anrichtete – und seine Frau sagte: „Mit dem Seich hörsch jetzt aber uf. “ Er erwiderte: „Damit fange ich jetzt an. “ Wenige Jahre später gründete der Schweizer die erste Kompostgasfirma… Tages-Anzeiger 06. 10. 2010 29
Bioenergie © H. Lang / PIXELIO, © L. M. / PIXELIO, © qay / PIXELIO, Marc Andeson / www. p. Base. com, © typecosmic / PIXELIO, Agentur für Erneuerbare Energien: Faltblatt der Bioenergie ist ein Multitalent • In allen drei Nutzungsbereichen in unterschiedlicher Form einsetzbar: fest, flüssig und gasförmig • • Vorteil ist ihre Speicherbarkeit • Flächenkonkurrenz: Futter- und Nahrungsmittel sowie stoffliche Nutzung für Möbel und Papier Einsatz biologischer Reststoffe ist besonders sinnvoll 30
Bioenergie und Nachhaltigkeit Aktuelle Diskussion um Nahrungsmittelkonkurrenz und Klimaschädlichkeit • Umweltbilanz ist je nach energetischer Verwendung sehr unterschiedlich • Nachteile für Biodiversität und Klima („Maiswüsten“ in bestimmten Regionen und hoher Pestizideeinsatz) • Auch negative soziale Auswirkungen („Landgrabbing“) • Nur biologische Reststoffe garantieren eine positive Umweltwirkung © Claudio Lione / PIXELIO, © sigrid rossmann / PIXELIO à Treibstoff: „Frittenfett“, Pflanzenreste, Kaffeesatz, Algenzüchtungen etc. Film „Bioenergie: Teller, Trog und Tank“ • Einhaltung von Nachhaltigkeitsstandards ist wichtig • Zertifizierung erfasst nur einen Teil 31
Fließende Heldengeschichte Wasser marsch – ? e ll a r ü f t f a r k r e s s Wa Karl Reinhard Kolmsee hat ein Mini-Wasserkraftwerk für abgelegene Regionen ohne Stromanschluss entwickelt. Das Gerät mit dem Namen „Smart Hydro Power“ wiegt keine 200 kg und soll nicht viel kosten. Es ähnelt einem Propeller und kann in fast jedem Fluss eingesetzt werden. Im Sommer 2011 startet der erste Langzeittest am Amazonas. Eine Chance zur flächendeckenden Stromversorgung in Entwicklungsländern? ftd. de 18. 01. 2011 32
Wasserkraft • • Lange Tradition, ausgereifte Technik • Kraftwerkstypen • • Potenziale in Deutschland sind nahezu ausgeschöpft à Flusskraftwerke bzw. Laufwasserkraftwerke à Speicherkraftwerke mit Stauseen à Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerke und Meeresströmungskraftwerke Vorteil: Energie steht unmittelbar zur Verfügung und ist speicherbar Nachteil: Negative Umweltauswirkungen © moorhenne / PIXELIO, © Bernd Wengenroth / PIXELIO, © schemmi / PIXELIO, Agentur für Erneuerbare Energien, bearb. Draeger / Uf. U 33
Geothermie Nutzung der Erdwärme zur Gewinnung von Energie • Durch einen Wasserkreislauf in tiefere, i. d. R. wärmere Erdschichten Oberflächennahe Geothermie • Direkte Nutzung der Erdwärme mittels Wärmepumpen, z. B. zum Heizen • Hierfür genügen bereits einige Grad Celsius Temperaturunterschied Tiefengeothermie • Umwandlung in elektrische Energie durch Dampfturbinen • Nutzungspotenziale v. a. in Süddeutschland • Tiefenbohrungen bergen teils geologische Risiken Jkrieger / Wikipedia 34
Energiemix Zentrale Steuerung dezentraler EE -Anlagen durch ein „virtuelles Kraftwerk“ • Verbund von relativ kleinen Stromerzeugungseinheiten (PV -Anlagen, Windkraftanlagen, BHKW etc. ), der nachgeführt elektrische Leistung bereitstellt • Um angebotsunabhängige Leistung von Großkraftwerken zu ersetzen • Diversifizierung der Energieversorgungs-Eigentums. Struktur Agentur für Erneuerbare Energien 35
Film: Kombikraftwerk 2 www. kombikraftwerk. de 36
Übersicht: Treiber der Energiewende 1. 2. 3. 4. 5. Endlichkeit fossiler Ressourcen Klimawandel und Treibhauseffekt Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum Weltspiel Energiesicherheit 37
Endlichkeit fossiler Energien Warum basiert unser Energiesystem immer noch stark auf fossilen Energien? • • • Fossile Energien sind schnell verfügbar und preiswert. Sie haben eine hohe Energiedichte (können gut gelagert und bedarfsgerecht entnommen werden). Fossile Energien und Atomenergie haben über viele Jahre massive Subventionen erhalten. Wenige „big player“ beherrschen den Energiemarkt, die zunächst wenig Interesse an einer Veränderung der Energieversorgungsstruktur haben. Zentrale Energieerzeugung bedeutet eine geringe Sichtbarkeit, auch Gefahren der Atomenergie sind größtenteils unsichtbar. 38
Endlichkeit fossiler Energien Reserven • sind sicher nachgewiesen und mit bekannter Technologie wirtschaftlich gewinnbar. Ressourcen • sind Vorkommen, die noch nicht wirtschaftlich zu fördern sind oder die noch nicht sicher ausgewiesen sind, aber aufgrund geologischer Indikatoren erwartet werden. Was schätzen Sie, welche zeitliche Reichweite diese fossilen Rohstoffreserven noch haben? Behringer / Solare Zukunft 39
Energiereserven 215 TWJ Sonne: 23. 000 TWJ Windenergie: 25 -70 TWJ Weltenergiebedarf 2012: 16, 5 TWJ Bioenergie: 2 -6 TWJ Wasserkraft: 3 -4 TWJ 240 TWJ 90 -300 TWJ Erdgas Erdöl Uran Geothermie: 03 -2 TWJ Gezeiten 0, 3: TWJ 900 TWJ Kohle In 100 bis 150 Jahren aufgebraucht 40
Klimawandel www. klimafakten. de www. pik-potsdam. de/services/infothek Zunahme der wichtigsten Treibhausgase in der Atmosphäre Nach übereinstimmender Forschermeinung (IPCC) ist die derzeitige Klimaerwärmung auf den Menschen zurückzuführen. Folgen des Klimawandels IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007, Working Group I: The Physical Science Basis; FAQ 2. 1, Figure 1 • • • Verlust an biologischer Vielfalt • Unbewohnbarkeit ganzer Regionen Gesundheitsgefahren Gefährdung der Nahrungsmittelproduktion 41
CO 2 - und Temperaturanstieg Zeit (vor 2005) Allison et al. 2009 (links), IPCC 2007 (rechts) Der Temperaturanstieg seit 1850 ist beispiellos im Vergleich zum Trend der letzten 2000 Jahre. In der gleichen Zeit stieg die CO 2 Konzentration um über ein Drittel. 42
CO 2 - und Temperaturanstieg Anstieg der CO 2 -Emissionen im Vergleich zu IPCC-Szenarien Zukünftigen Temperaturanstiegs für IPCCSzenarien (im Vergleich zu Mittel zwischen 1800 bis 1900) Allison et al. 2009 43
Treibhauseffekt Anthropogener Treibhauseffekt Natürlicher Treibhauseffekt Erderwärmung • Die Treibhausgaskonzentration verursacht einen Temperaturanstieg auf der Erde, da die Atmosphäre undurchlässiger wird für Wärmerückstrahlung. • Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur um 0, 8 °C • Treibhausgase: Kohlendioxid (CO 2), Methan (CH 4), Lachgas (N 2 O), Wasserdampf (H 2 O) u. a. Experiment, Film und Tafelbild Schulpaket Klimaschutz und Wohnen, DMB/Uf. U 44
Kipp-Punkte im Klimasystem Minderung der Folgen des Klimawandels Lenton et al. (2008). Tipping elements in the Earth's climate system. PNAS vol. 105 no. 6: 1787 Anpassung an den Klimawandel 45
Wirtschaftswachstum • Weltweit zunehmender „Energiehunger“, wobei zur Verfügung stehende Ressourcen in jetziger Nutzung nicht ausreichen werden. • Herausforderungen für die Energiesysteme: à Wachsende Weltbevölkerung (ca. 9 Milliarden in 2050) à Wirtschaftswachstum und gestiegene Ansprüche an Lebensqualität v. a. in den Schwellenländern à 2 Milliarden Menschen weltweit haben noch immer keinen Zugang zu modernen Energieformen, sondern nutzen „traditionelle“ Bioenergie • Erneuerbare Energien ermöglichen gerade auch abgelegenen Regionen eine Energieversorgung vor Ort. econsense – Forum Nachhaltige Entwicklung der Deutschen Wirtschaft e. V. und Öko-Institut 46
Wann kippt das Klima? , S. 6 -15 Weltspiel Energie WWF / Uf. U 2012 Fachseminar Klimawandel und Klimaschutz 47 47
Energiesicherheit Die Energiesicherheit ist vielfach beeinflusst: • • • Importabhängigkeiten • Terrorangriffe auf Atomkraftwerke Preisschwankungen Zentralität des Energiesystems (Lieferengpässe beim Ausfall großer Kraftwerke) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Verteilung der Erdölvorkommen weltweit 48
Übersicht: Zukunftswege und Herausforderungen Die Rechnung Ein Kurzfilm von Peter Wedel mit Benno Fürmann (4: 22 min) Germanwatch: www. germanwatch. org/klima/film 09. htm 1. 2. 3. 4. Einsparung, Effizienz, Suffizienz Netzausbau Energiespeicher Smart Grid 49
Einsparung, Effizienz, Suffizienz Nachhaltige Energieversorgung • • Erneuerbare Energien Energieeinsparung - Energieeffizienz - Energiesuffizienz à Nur wenn der Energieverbrauch insgesamt zurückgeht, ist es auch möglich, das Energiesystem in Richtung 100 % Erneuerbare Energien umzubauen. EU-Energielabel • gibt über die Energieeffizienz von Haushaltsgeräten Auskunft 50 Chris 828 / Wikipedia
Netzausbau Anforderungen an das Übertragungsnetz à Energie von den neuen Erzeugungsstandorten (v. a. Windparks) im Norden zu den Großverbrauchern im Süden und Westen transportieren Anforderungen an das Verteilungsnetz à Energie im Süden verteilen (viele dezentrale Photovoltaikanlagen) Windenergie in Planung Photovoltaik- und Bioenergieanlagen Engpass Übertragungsnetz Verteilungsnetz Ballungszentrum 51 Peter Ahmels / Deutsche Umwelthilfe 2007
Energiespeicher Der Energiespeicherung kommt in der Energiewende eine entscheidende Rolle zu. à Sie muss zeitliche Differenzen zwischen der regenerativen Energieerzeugung und dem Energieverbrauch überbrücken. Speichermöglichkeiten • Batterien • Pumpspeicher • Druckluftspeicher • Elektrolyse, um (speicherbaren) Wasserstoff zu erzeugen Jochen Schneider / Wikipedia: Pumpspeicherkraftwerk Koepchenwerk in Herdecke © Marco Barnebeck / PIXELIO: Pumpspeicherkraftwerk Hohenwarthe 52
Smart Grid Solarthermisch e Kraftwerke Photovoltaik Wind Wasser Biomasse Geothermie Zusätzlich zur Stromnetzinfrastruktur kommt beim Smart Grid hinzu: • Steuerung des Energieverbrauchs • Zeitlich angepasst an die Energiebereitstellung Beispiel für ein „Intelligentes Stromnetz“ • Plan eines möglichen Netzes Europa-Nordafrika Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation, dt. Text Draeger / Uf. U 53
Prognostizierte Kosten der verschiedenen Optionen zur Einbindung erneuerbarer Energien Deutsche Umwelthilfe, www. forum-netzintegration. de; Berechnung Einbindungsoptionen: Peter Ahmels, Deutsche Umwelthilfe 2012
Fazit Energiewende wird gravierende Änderungen bewirken • • • Energiesystem Wirtschaftssystem Privater Lebensstil à Transformationsprozess: Umbau unserer Gesellschaft zu mehr Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz Peter Ahmels, Deutsche Umwelthilfe 2007, www. forum-netzinteration. de 55 ©Jacoby & Stuart
Eigener Unterricht Was wollen Sie zeitnah im Unterricht umsetzen? • Schreiben Sie Themen und mögliche Aktivitäten sowie Ihren Namen auf die Postkarte. • Gestalten Sie außerdem die Rückseite. • Wir schicken Ihnen die Karte via Mail in ein paar Wochen zurück. Veröffentlichen Sie eigene Unterrichtsentwürfe zur Energiewende! • www. ufu. de/lehrerbildung > Unterrichtsmaterial austauschen • Dokument ins Forum hochladen 56
Infos und Tipps • Lehrerbildung EE Materialpool, Beratung, Vernetzung www. ufu. de/lehrerbildung © Christoph Rossme issl / PIXELIO • Uf. U-Bildungsmaterialien Broschüren, Filme, Online-Kurse www. ufu. de/bildung • Klimaschutzschulenatlas Vernetzung der Schulen, Ö-Arbeit www. klimaschutzschulenatlas. de • Experimentiermaterial Solarsets, Stirlingmotoren, Zubehör www. eduwerk. com • Junge Reporter für die Umwelt Wettbewerb und Material www. jungereporter. org • Materialkompass Unterrichtmaterial Verbraucherbildung www. materialkompass. de • Aktion Klima! Mobil Klimaschutzprojekte im Kiez initiieren www. aktion-klima-mobil. de • Umwelt im Unterricht 2 -wöchig neue Unterrichtsmaterialien zu aktuellen Umweltthemen www. umwelt-im-unterricht. de • soko klima Beteiligung von Schulen an kommunalen Planungen zum Klimaschutz www. soko-klima. de 57
Diskussion und Feedback 5 -Finger-Methode Daumen: Was war gut? Was hat mir gut gefallen? Zeigefinger: Welchen Hinweis möchte ich noch geben? Mittelfinger: Was war blöd? Was hat mir nicht gefallen? Ringfinger: Was nehme ich mit? Kleiner Finger: Was ist zu kurz gekommen? Vielen Dank! © Stephanie Hofschlaege r/ PIXELIO 58
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