Soll und Haben Gibt es in Deutschland u
Soll und Haben: Gibt es in Deutschland (u. Österreich) genügend Erneuerbare Energie ? Amand Faessler Tübingen
Erneuerbare Energie: Soll (heute) und Haben (maximal) • Verbrauch und mögliche Erzeugung: k. Wh/[Person x Tag]= k. Wh/pd • Wir kümmern uns nicht um die Kosten. Amand Faessler. Tübingen 7
SOLL: Haben: Ø Autos (Fahren) Ø Flugzeuge (Fliegen) Ø Heizung Ø Licht Ø Kleinigkeiten (TV, …. ) Ø Essen und Landwirtschaft Ø Gekauft und weggeworfen Ø Industrie u. Gewerbe v Wind v. Sonne v. Wasserkraft v. Erdwärme v. Wellen, Ebbe und Flut in D: < 0. 1 k. Wh/Person x Tag Amand Faessler. Tübingen 8
Energie ist nicht gleich Energie • Hochwertige Energie: Elektrizität [k. Wh] Chemisch 30% (z. B. Baterie oder Aluminium) • Hochwert. Energie: Chemisch (Öl; Baterie) 2, 5 k. Wh Öl 1 k. Wh Elektrizität 40% • Geringwertigen Energie: Wärme Elektizität; Wirkungsgrad 30% Amand Faessler. Tübingen 9
Buchhaltung: Soll für Auto 2009 8 Liter /100 km; 18 000 km/Jahr; 50 km/Tag; 1 Liter Benzin = 10 k. Wh Energie; 1 Liter Diesel/Öl = 11 k. Wh Energie; Auto: Energie pro Tag = 40 k. Wh/d pro typischen Fahrer Amand Faessler. Tübingen 11
Buchhaltung: HABEN vom Wind In D im Mittel Windgeschwindigkeit: v ~ 5 m/sec; Leistung ~ v 3 Gemessen bei Windfarmen: 1, 2 Watt/ qm Amand Faessler. Tübingen 12
Maximale erzeugbare Energie durch Wind in D pro Person • Mittlere Fläche pro Person in D: 4 300 qm/p • 4300 qm x 1, 2 Watt 125 k. Wh/pd • 10% maximal abdecken: Maximale Windleistung = 12, 5 k. Wh/pd 10% windigsten: 15 k. Wh/pd (5 k. Wh/pd) D: 82 Millionen Einw. : 1200 Millionen k. Wh/d Installierte Windleistung: 550 Millionen k. Wh/d Amand Faessler. Tübingen 13
Verteilung der Windkraft -anlagen in Deutschland. Amand Faessler. Tübingen 15
Soll: Fliegen 20 000 km/p Jahr • Boing 747 -400 mit 416 Sitzplätzen (Jumbo-Jet) • 170 000 Liter Kerosin auf 10 000 km Boing 747 -400 Airbus 340 -600 Amand Faessler. Tübingen 17
• Ein Flug San Francisco oder nach Kapstadt hin und zurück voll: • 817 Liter/p 8170 k. Wh/p • Bei 80% Auslastung Energiesoll pro Tag pro Person: Soll Fliegen: 28 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 18
Haben: Sonnenenergie Gemittelt über Tag und Nacht und über Sommer und Winter in D (Hamburg): 100 Watt/qm horizontale Fläche 110 Watt/qm nach Süden geneigte Fläche 1) Solar-Heizung (Thermische Ernergie; 50%) 2) Solar-Strom (Photozellen; < 20%) 3) Biomasse (Holz, Mais, Soya, Bohnen, Raps, …) 4) Essen (Biomasse ernährt Menschen oder Tiere) Amand Faessler. Tübingen 21
Thermische Stromerzeugung Spiegel von Parabolrinnen. In der Brennebene eine Leitung mit Flüssigkeit, die aufgeheizt wird. Amand Faessler. Tübingen 22
Solarturm: Concentrating Solar Power (CSP) Solarturm in Portugal Amand Faessler. Tübingen 24
In Deutschland u. Österreich: Solare Heizung auf dem Dach • Jede Person 10 qm Süddach • 110 Watt/qm • 50 % Wirkungsgrad Wärme: 50% x 10 qm x 110 Watt/qm 13 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen Speicherung; Wärme = mindere Energie 25
Direkte Stromerzeugung durch Photovotaische (PV) Zellen • Amorphe kristalline Zellen: Wirkungsgrad = Sonnenenergie Elektrizität = 10 % • Etwa 20% teurere kristalline Zellen; Wirkungsgrad bis 20% (Shokley-Queisser limit 31 %) 20% x 10 qm/p x 110 Watt/qm = 220 Watt/p 220 Watt x d/pd = 220 Watth x 24/pd = 5 k. Wh/pd Es geht nur eines der beiden: Wärme oder Elektrizität Amand Faessler. Tübingen 26
Haben: Solare Energie (Verzweiflungstat; Solarfarm) • • 4300 qm /p in D (10 000 qm/p in A) 100 % Gebäude u. Strassen 12 % 1/3 PV Landwirtschaft 54 % soll bleiben Wald 30% soll bleiben Wasser 2% soll bleiben Erholung (Gärten+Parks) 2% soll bleiben 4 % PV, Wirk. 10% in D und in A (10 Watt/qm): • In D: 40 k. Wh/pd; in A: 80 k. Wh/pd
Solarpark in Bayern/Mühlhausen 5 Watt/qm (Sun Power) Amand Faessler. Tübingen 28
Biomasse 1) Kultiviere Pflanzen und verbrenne sie (Kohle-Substitution) 2) Raps, Zuckerrohr, Mais, Soya Biodiesel (Öl-Substitution, Lebensmittel Hunger ? ? ? ) 3) Verbrenne Bioabfall (Stroh, Hühnermist Bioenergie der zweiten Generation) 4) Füttere Pflanzen direkt an Menschen und Tiere In Europa max 0, 5 Watt/qm, in den Tropen bis 1, 2 Watt/qm 30
Miscanthus ist am erfolgreichsten; wächst sehr schnell 0, 5 Watt/qm 50 % der ganzen Fläche. Doch auf diesem Land keine Lebensmittel 31
Energie aus Biomasse • 50 % der Fläche mit Biomasse: 4300 qm/p x 0, 5 = 2 200 qm/p • 2 200 qm/p x 0, 5 Watt/qm = 1 100 Watt/p 26 k. Wh/pd (26 k. Wh/pd) Amand Faessler. Tübingen 32
Soll: Bad • • Bad: Temperatur von 10° 50 ° Celsius heizen Badewanne: 110 Liter 1 Liter um 1 Grad benötigt : 1 kcal = 4200 Joule 110 Liter x 4200 Joule x 40°~ 18 MJ = 5 k. Wh Bad: ~5 k. Wh; Duschen: ~ 1 k. Wh Amand Faessler. Tübingen 34
SOLL: Energie für Baden, Kochen und Waschenk. Wh/pd • • • Duschen Mikrowelle Elektr. Herd Elektr. Ofen Waschmasch. 1 0, 5 1, 6 1, 5 2 Trockner Geschirrspül. Kühlschrank Tiefgefrierfach 2 1, 5 0, 5 2, 3 Zusammen: 12 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 35
Soll: Heizung • 1000 Liter Öl pro Jahr pro Person • 28 k. Wh/pd • SOLL: Bad+Küche 12 + Heizung 28 = 40 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 37
Haben: Wasserkraft (En. BW) Jetzt: 19 TWh/a = 19 x 109 k. Wh/a Max: 25 TWh/a = 25 x 109 k. Wh/a 73 % ausgeschöpft Wasser: 0, 8 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 38
Maximum Wasserkraft: • Energie = Masse x Erdbeschleunigung x Höhe = m g h [Joule = Newton Meter] • Masse= m: 700 Liter/qm 700 kg/qm • Erdbeschleunigung = 10 Meter/sec 2 • Fläche/Einwohner = 4300 qm/p ; • Höhe = 150 Meter; Verdunstung u. Reibung: ¼ • 700 (kg/qm) x 10 (Meter/sec 2)x 150 Meter x 4300 Meter/p /4 1200 k. Wh/pa • 0, 86 k. Wh/pd ~ 1 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 39
Haben: Wasserkraft (A) • • Energie = m g h ; g = 10 Meter/sec 2 Fäche/Einwohner = 10 000 qm/p 50 % der Fläche h = 600 Meter 50 % der Fläche h = 150 Meter 50 % der Fläche 1200 Liter/qm 50 % der Fläche 800 Liter /qm 50% Verdunstung + 50 % Reibung: ¼ Wasser-Energie/Person x Tag = 7 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 40
Soll: Licht • Daheim + Arbeit • (4 Lichtquellen a 100 Watt 5 Stunden/d): 2 k. Wh/pd • Mit Sparlampen: 0, 5 k. Wh/pd • Mischung: 1 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 42
HABEN: Wind auf See; Off-Shore Windkraft Leistung durch Windkraft ~ v 3 = Windgeschwindigkeit 3 Amand Faessler. Tübingen 43
Windparks im Meer (geplant) 100 bis 120 Meter hoch 63 Meter Flügel Hier: Windpark 8, 6 km vor Themsemündung: 2, 6 Watt /qm. Wind fluktuiert und Energie muss gespeichert werden. Transport von Nordsee nach Süden. Neue hochvoltige Überlandleitungen. Amand Faessler. Tübingen 44
Haben: Windparks im Meer [Nordsee] 2, 6 W/qm 8, 5 km vor Themse-Mündung 20 000 km 2; 3 W/qm; Hälfte 30 Millionen k. W; 9 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 45
Haben: Windparks im Meer [Ostsee] 10 000 km 2; 3 W/qm; Hälfte 15 Millionen k. W; 5 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 46
Zwischenbilanz: Soll und Haben: • Soll: Auto 40 + Fliegen 28 + Bad-Küche 12 + Heizung 28 + Licht 1 = 109 k. Wh/pd • Haben: Wind an Land 15 (5) + Solar 53 (93) + Biomasse 26 (26) + Wasserkraft 1 (7) + Meer-Windparks 14 (0) = 109 k. Wh/pd (A: 131 k. Wh/pd) Amand Faessler. Tübingen 47
Soll: „Jede Kleinigkeit zählt. “ • BBC : „How can we keep Britains lights on? . . . 65% of UK consumers leave chargers on. “ • Die bösen Objekte: die Handy-Ladegeräte. • Das Ladegerät verbraucht 0, 01 k. Wh/pd weniger als eine Sekunde Autofahren/d. Amand Faessler. Tübingen 48
Plakat der englischen Grünen: Unplug: If every London Household unplugged their mobile-phone charger when not in use, we would save pro Kopf … pro Jahr: 1 kg CO 2/pa 38 Pennies /pa Amand Faessler. Tübingen 50
Welche Energie fressen die kleinen elektronischen Ungeheuer? [Watt] • Computer und Umgebung: on on+inaktiv St-by off Personal Computer 80 Kathoden-Bildschirm 110 Flachbildschirm 34 Beamer 150 Laser-Drucker 500 Wireless Modem 9 Laptop-Computer 16 Amand Faessler. Tübingen 55 2 3 2 5 0 1 17 9 0, 5 51
Weitere Kleinigkeiten an [Watt]: • • Tragbarer CD-Spieler 2 Radio-Wecker 2 Digitaler Radio 9 Kassettenspieler 3 Stereo-Verstärker 13 Fernseher 100 Video-Recorder 13 Staubsauger 1600 „Kleinigkeiten“: 5 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 52
Zwischenbilanz: Soll und Haben • Soll: Auto 40 + Fliegen 28 + Bad-Küche 12 + Heizung 28 + Licht 1 + „Kleinigkeiten“ 5 = 114 k. Wh/pd • Haben: Wind/Land 15 (5) + Sonne 53 (93) + Biomasse 26 (26) + Wasserkraft 1 (7) + Meer-Windparks 14 (0) = 109 k. Wh/pd (A: 131 k. Wh/pd) Amand Faessler. Tübingen 53
Soll: Essen, Landwirtschaft, Dünger • 2600 „Kalorien“ /pd = 2600 kcal/pd • 2600 kcal = 3 k. Wh (Minimum für 65 kg) • Doch die 2600 kcal muessen produziert werden: Düngung, Kuh (Milch, Käse: 1, 5 k. Wh/pd), Schwein (Fleisch: 8 k. Wh/pd), Eier (1 k. Wh/pd), . . 12 k. Wh/pd • Katze 2, Hund 9, Pferd 17 k. Wh/(Tier x d) Soll: 15 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 58
Soll: Kaufen und wegwerfen: „Zeug“ • Rohmaterial • Produktion • Nutzung • Abfall (Rohmaterial ? ) Amand Faessler. Tübingen 60
• • Büchsen (Cola, …) Verpackung 400 g/pd Computer Batterien Zeitungen Häusser Autos Transport (Schienen) u. Straßen 12 k. Wh/pd Soll: 60 k. Wh/pd und mehr Amand Faessler. Tübingen 61
Haben: Erdwärme 1) Aus Erdinnern 10 m. W/qm 2) Radioaktivität aus Kruste 40 m. W/qm Erdoberfläche: Fluß = 50 m. W/qm Temp. = 5° 40 km Tiefe: Fluß = 10 m. W/qm Temp. = 500° Opt. Fluß u. Temp. : Tiefe 15 km Fluß = 17 m. W/qm Temp = 200° Amand Faessler. Tübingen 63
Geothermie in Island und in D Gross Schönebeck/Geoforschungszentrum Potsdam Abbau von Erdwärme in D Island gewinnt 300 MW (24 k. Wh/pd) für die 300 000 Einwohner Amand Faessler. Tübingen 64
Geothermie: Optimale Tiefe 15 km (ohne Berücksichtigung der Kosten) • Wärmefluß: 17 m. W/qm • 4300 qm pro Person in D • 73 W/p 2 k. Wh/pd 4 (10 qm in A: 4 k. Wh/pd) Amand Faessler. Tübingen 67
SOLL: Öffentlicher Dienst und Verteidigung (Zahlen von Groß-Britannien) • • Ausbildung an Univ. 1, 4 k. Wh/pd Betriebliche Ausbildung ? 1, 6 k. Wh/pd Schulen+öffentl Dienst? 4 k. Wh/pd Verteidigung (England) 4 k. Wh/pd __________________ • Total (GB) 11 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 69
Endresultat: SOLL und HABEN 200 k. Wh/pd 111 k. Wh/pd Amand Faessler. Tübingen 131 k. Wh/pd 71
Können wir im eignen Land von Erneuerbarer Energie leben? • Sehr wahrscheinlich nicht. • Wir müssen wie heute Öl oder Gas dann Erneuerbare Energie vielleicht aus der Sahara „Concentrating Solar Power“(CSP) importieren. Die Politik muss ein gutes Verhältnis zu den südlichen Anrainern ans Mittelmeer aufbauen. Amand Faessler. Tübingen 72
Solarturm: Concentrating Solar Power (CSP) Solarturm in Portugal Amand Faessler. Tübingen 73
Leistungsverluste • 6 % pro 100 km bei 110 Tausend Volt • 0. 5 % pro 100 km bei 800 Tausend Volt • Sahara Deutschland ~5000 km bei 800 k. V Leitungen 25 % Verlust Amand Faessler. Tübingen 74
„Concentrating Solar Power“ in der Sahara Deutschland 350 Millionen Tonnen Öl(eq. )/a D: 4 x 1012 k. Wh/a = 4 Billionen k. Wh/a Rabat: 217 Watt/qm 1900 k. Wh/a qm Mit 50% für Wärme und 30% für Elektizität und 25 % Leitungsverlusten • Benötigt: 19 000 km 2 = 140 km x 140 km • • Photovoltaic: ? ? Kühlung, Hochspannungsleitung: 800 k. V 170 km x 170 km (keine Kühlung) • • Amand Faessler. Tübingen 76
Solarstrom Projekt der Münchner Rück Strom aus der Sahara 400 Milliarden Investition bis 2050 15 % des Deutschen Stromverbrauchs 100 Gigawatt; 80 km x 80 km (Photo-Voltaic) Gewünschte Partner: Siemens (800 Volt-Leitungen, EON, RWE, Schott-Solar, …) • Verlangen vom Steuerzahler garantierte Einspeisevergütung für das Projekt • • ENDE • Firmen: Interessant, doch Machbarkeit prüfen. Amand Faessler. Tübingen 77
Was halten Sie vom Kyoto-Protokoll ? “Die Steinzeit ist nicht durch eine internationale Vereinbarung über den Verzicht auf Steine zu einem vorzeitigen Ende gebracht worden. Die Steinzeit ist zu Ende gegangen, weil es eine technologische Alternative gab. Das wird wohl auch für das fossile Zeitalter gelten. “ Amand Faessler. Tübingen 78
Kostenüber dem Marktwert durch das Stromeinspeisegesetz
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