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Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі
С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті
НЕМІС ТІЛІ
Павлодар
2
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі
С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті
Гуманитарлық педагогикалық факультеті
Шетел тілдер практикалық курс кафедрасы
НЕМІС ТІЛІ
энергетика мамандықтарына арналған
оқу-әдістемелік құралы
Павлодар
Кереку
2012
3
ӘОЖ 372.881.111.22 (075)
КБК 81.2.Нем-9
Н45
С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университетінің
гуманитарлық педагогикалық факультетінің оқу-әдістемелік
кеңесімен баcпаға ұсынылды
Пікірсарапшылар:
Б. Сағындықұлы – филология ғылымдарының докторы, проф.,
Павлодар мемлекеттік педагогикалық институтының ғылыми істер
жөніндегі проректоры;
Ж. М. Байғожина – педагогика ғылымдарының кандидаты,
доцент, Павлодар мемлекеттік педагогикалық институтының шетел
тілдері кафедрасы меңгерушісі
Г. К. Кенжетаева – филология ғылымдарының кандидаты,
доцент
Қапанова Д. Е., Құлахметова М. С.
К 17 Неміс тілі : энергетика мамандықтарына арналған оқуәдістемелік құралы / Д. Е. Капанова., Құлахметова М. С. –
Павлодар : Кереку, 2012. – 120 б.
ISBN
Неміс тілі пәнінен студенттердің практикалық сабақтарына
арналған
оқу-әдістемелік
құралы
барлық
энергетика
мамандықтарының студенттеріне ұсынылады. Оқу-әдістемелік құралы
жұмыс бағдарламасына сәйкес әзірленді.
ӘОЖ 372.881.111.22 (075)
КБК 81.2.Нем - 9
© Капанова Д. Е., Құлахметова М. С., 2012
© С. Торайғыров атындағы ПМУ, 2012
Материалдық дұрыс болуына, грамматикалық және орфографиялық қателерге
авторлар мен құрастырушылар жауапты
4
Алғысөз
Берілген әдістемелік-оқу құралы қазіргі таңдағы Қазақстан
Республикасының мемлекеттік жалпыға міндетті білім беру
стандартының кәсіби бағдарламаға (ҚРМЖМБС) сәйкес.
«Неміс тілі» энергетика мамандықтарына арналған оқуәдістемелік құралы мазмұны мен ондағы материалдар көлемі және
көркемделуі жағынан талаптарға сай жасалған.
Ұсынылып отырған оқу-әдістемелік құралында әр сабақтың
материалы жүйелі түрде: тақырыптың мәтіні, аутенттік материалдар
енгізіліп, одан ары қарай лексика-грамматикалық тақырыптарды
тереңірек ұғынып, түсінуге көмектесетін тапсырмалар мен
жаттығулар, мәтіндер және энергетика саласы бойынша терминдер
енгізілген. Бұл оқу-әдістемелік құралын басқа да тілдік емес
факультеттің қазақ топтарында оқитын студенттердің де қолдануына
болады.
5
1 Was bedeutet das?
Was ist Treibhausgas?
Die Erde wird von einer dünnen Schicht aus Gasen wie Stickstoff
und Sauerstoff umhüllt, die sich Atmosphäre nennt. Diese Schicht sorgt
dafür, dass sich ein bestimmter Teil der Wärme von der Sonne auf der Erde
hält und so Leben ermöglicht. Ein Treibhausgas kann die Atmosphäre
negativ beeinflussen, indem es ihre Zusammensetzung schädigt oder
verdichtet. Trifft letzteres zu, kommt es zum Treibhauseffekt: Durch die zu
dichte Atmosphäre kann die Wärmestrahlung der Sonne nicht mehr
entweichen und die Erde erwärmt sich auch nicht natürlich vorgesehene
Weise.
Und das kann wiederum schwerwiegende Folgen haben, was die
Menschheit verhindern möchte. Von ihr gehen aber gleichzeitig die
schädigenden Treibhausgase aus, zumindest zum großen Teil. Das
umstrittenste Treibhausgas ist das Kohlenstoffdioxid, auch CO2
genannt. Es wird am meisten vom Menschen produziert und verursacht
somit auch die größten Schäden.
Verschiedene Gesetze halten die Menschen deshalb dazu an, so
wenig CO2 wie möglich auszustoßen, wofür verschiedenste Technologien
entwickelt wurden. Mit aus regenerativen Energiequellen erzeugtem Strom
liegt der CO2-Ausstoß bei null Prozent. Mit der Nutzung dieser kann die
globale Erwärmung also aufgehalten werden.
Was ist Solarstrom?
Umgangssprachlich ist Solarstrom ein Wort für Energie, die aus der
Sonnenstrahlung gewonnen wurde. Die Nutzbarmachung von der
Sonnenenergie zählt zu den erneuerbaren Energien, denn die Sonne steht
den Menschen auf der Erde praktisch ständig zur Verfügung. Und wenn sie
es einmal nicht tut, dann ist es entweder bewölkt oder Nacht. Außerdem
wird die Sonne noch ungefähr fünf Milliarden Jahre so scheinen wie heute.
Und schon heute schickt sie am Tag viel mehr Energie auf die Erde,
als die Menschen brauchen könnten. Damit diese Energie nicht gleich
wieder verschwindet, kann sie mit Solaranlagen genutzt werden. Treffen
die Sonnenstrahlen auf eine solche Anlage, wird die Energie sofort in
Strom oder Wärme umgewandelt, je nach Anlage.
Die Anlagen, die elektrische Energie produzieren, machen
Solarstrom. Mit einer Solaranlage auf dem Dach könnte jeder seinen
eigenen Strom produzieren. Allerdings scheint die Sonne sehr
unregelmäßig, so dass eine häusliche Anlage die Stromversorgung
allenfalls unterstützen könnte.
Was ist Bioenergie?
6
Energie, also Strom und Wärme sind heute unverzichtbar. Seit ihrer
Entdeckung, Entwicklung und Nutzung ist sie unverzichtbar geworden.
Doch muss die Energie irgendwie hergestellt werden. Für diesen Zweck
wurden Kohle- und Atomkraftwerke entwickelt, die auch heute noch
betrieben werden. Diese sind allerdings nicht umweltfreundlich. Denn die
Stromerzeugung mit Kohle verursacht viel CO2, welches der Umwelt
schadet. Und auch bei der Atomkraft gibt es umstrittene weil sehr
umweltschädigende Endprodukte. Alternativ zu diesen Herstellungsweisen
und großer Traum der Zukunft ist die Bioenergie.
Das ist Energie, die aus erneuerbaren Energiequellen wie
Wasserkraft, Wind- oder Sonnenenergie, aber auch Biomasse erzeugt wird.
Die natürlichen Energieträger haben so wie so Energie, die nur gespeichert
werden muss, um sie Nutzbar zu machen. Um Bioenergie zu gewinnen
gibt es verschiedene Techniken, die speziell für den jeweiligen
Energieträger entwickelt wurden. Für Wind gibt es Windräder, die auf
offenen Flächen oder auf dem Meer stehen. Sonnenenergie kann mit
Solaranlagen gespeichert werden. Und die mechanische Energie des
ständig fließenden Wassers wird in Kraftwerken in elektrische Energie
umgewandelt.
Da die alten Energieträger nicht erneuerbar sind sondern in
absehbarer Zukunft verschwinden werden und wegen der Umweltschonung
ist Zukunftsvision und Ziel, die Bioenergie einmal für die komplette
Versorgung nutzen zu können.
Was ist Solarmodul?
Die Sonne schickt jeden Tag mehr Energie auf die Erde, als die
Menschheit in derselben Zeit verbrauchen könnte. Deshalb gibt es
Technologien, mit denen die Sonnenenergie nutzbar gemacht wird. Auch
für alle anderen Erneuerbaren Energien gibt es spezielle Anlagen, mit
denen die Energie in Elektrizität, Wärme oder Gas umgewandelt wird.
Ein Solarmodul ist eines dieser Techniken. Das Modul enthält
mehrere Solarzellen und wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische
Energie um. Ein Solarmodul kann einzeln, zum Beispiel auf Dächern von
Wohnhäusern, angebracht werden oder in der Gruppe in PhotovoltaikAnlagen stehen. Die Module werden auch bei der Raumfahrt verwendet.
Der erzeugte Strom kann, einmal erzeugt, genauso genutzt werden wie
normaler Strom auf anderen Energieträgern. Damit das aber klappt, müssen
mehrere Materialien zu einem Solarmodul zusammengefasst werden.
Dazu gehört eine transparente Abdeckung genauso wie robuste
elektrische Anschlüsse. Außerdem muss das ganze Modul vor
Wetterbedingungen geschützt und auch gekühlt werden. Man kann
Sonnenmodule auf viele verschiedene Weisen bauen und es gibt auch viele
7
Arten von Solarzellen. Basis ist aber immer der photovoltaische Effekt, bei
dem eine Ladungstrennung stattfindet, wenn Licht auf den speziellen
Übergang trifft.
Was ist Megawatt?
Watt ist die internationale Einheit für die Leistung. Ein Megawatt ist
das Millionenfache eines Watts. Mit dieser Einheit wird die Energie
angegeben, die in einer bestimmten Zeit produziert oder genutzt wird. Zu
den Energie-Maßeinheiten Kilowattstunde (kWh) oder Wattsekunde (WS)
(=Joule) ist sie klar zu unterscheiden.
Beispielsweise in Debatten über die Energieversorgung wird oft von
einem Energieverbrauch pro Jahr gesprochen. Die Leistung ist aber genau
genommen ein Momentanwert und hat nichts mit einer Zeitspanne zu tun.
Deshalb wird die Momentanleistung auch von der Spitzen- oder
Maximalleistung unterschieden. All diese Varianten werden in Watt
angegeben. Oder aber, wenn die Leistung an die Millionen heranreicht,
in Megawatt.
Die Leistung ergibt sich aus dem Produkt der Effektivwerte von
Spannung und Stromstärke, wenn es um elektrische Verbraucher geht. Bei
solchen elektrischen Geräten steht immer die maximale Leistungsaufnahme
drauf, die aber die wirklich abgegeben wird, da sich der Wirkungsgrad
unterscheidet und ein Teil der Energie immer verloren geht. Eine
Glühlampe mit 60 Watt nimmt diesen Wert zwar tatsächlich auf, gibt
jedoch nur ca. 3 Watt, also 5 Prozent der angegebenen Leistung, ab. Das
liegt an mechanischen oder anderen Verlusten, welche die Leistung
reduzieren.
Was ist Pumpwasserkraftwerk?
Ein Kraftwerk, welches die gewonnene, elektrische Energie durch
Umwandlung in potentielle Energie von Wasser speichert, wird
Pumpwasserkraftwerk oder Pumpspeicherkraftwerk genannt. Es hat
allerdings nicht viel mit einem gewöhnlichen Kraftwerk zu tun, denn es
erzeugt nicht wirklich Strom.
Dafür verbraucht es welchen durch die Wirkungsverluste beim
Zwischenspeicher. Das ist allerdings zur Netzregelung nötig. Bei einem
Pumpwasserkraftwerk sind eine Turbine, ein Motor-Generator und eine
Pumpe auf einer Welle montiert und bilden dort eine Einheit. Wird Strom
gebraucht, so wird das Wasser durch das Werk fließen gelassen.
Das treibt die Turbine und diese den Generator an. Ist zu viel Energie
vorhanden, arbeitet der Motorgenerator als Elektromotor und treibt die
Pumpe an, welche das Wasser von dem Unteren Auffangbecken wieder
zurück in das obere Sammelbecken pumpt. So entsteht ein ewiger Kreislauf
ohne Energieverlust. Bei neueren Pumpwasserkraftwerken wurden Turbine
8
und Pumpe zu einer Pumpturbine zusammengeschlossen. Diese richtet sich
nach der Richtung, in welche sie gedreht wird.
Was ist Windenergie?
Wenn die Luftmassen der Atmosphäre bewegt werden, ist kinetische
Energie im Spiel, die Windenergie. Indirekt kommt diese Energie von der
Sonne, was sie zu einer erneuerbaren Energie macht – sie geht nie aus.
Denn die Sonne scheint immer auf die Erde, was sie allerdings
ungleichmäßig tut.
Die entstehenden Druck– und Temperaturunterschiede wollen sich
ausgleichen, was die Luftmassen in Bewegung bringt. Speziell geformte
Windräder können die Energie, die bei der Windbewegung vorhanden ist
nutzen. Sie lassen sich vom Wind drehen und treiben so einen Generator
an. Die so entstehende elektrische Energie wird dann wie herkömmlicher
Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist und kann auch wie dieser
genutzt werden. Windenergie existiert überall, allerdings ist sie an
manchen Orten stärker als an anderen.
In Küstennähe weht beispielsweise mehr Wind als mitten in einem
Gebiet flacher Böden. Und auf dem Meer weht er noch mehr, was auch der
Grund für Windanlagen mitten auf dem Meer sind. Der aus regenerativen
Energiequellen erzeugte Strom soll irgendwann den gesamten Strombedarf
der Menschheit decken und die Erde so vor der globalen Erwärmung
bewahren.
Was ist Ressourcen?
Eine Ressource bezeichnet ein Mittel oder eine Quelle, um eine
Handlung durchzuführen oder einen Vorgang ablaufen zu lassen. Dieses
Gut kann materiell sein, oder immateriell. Meist werden Boden, Rohstoffe
oder Energie als Ressourcen bezeichnet. Der Boden ist beispielsweise eine
natürliche Ressource, die aber nur begrenzt im nutzbaren Zustand
vorhanden ist.
Natürlich gibt es überall Boden, aber nur noch selten solchen, auf
dem sich etwas anbauen lässt. Wo gebaut wird, viele Menschen leben oder
Menschen den Boden abgraben oder aufschütten, wird die Ressource
geschädigt. Dann kann auf ihr beispielsweise kein Getreide oder Raps mehr
angebaut werden, was den Lebensstandart der Menschen erheblich
beeinflussen kann. Zu den am stärksten betroffenen Ressourcen gehört das
Erdöl. Die fossilen Energieträger im Allgemeinen gibt es nur noch
Restbestände. Die Ressourcen sind erschöpft. In der Energiebranche wird
nun deshalb auf erneuerbare Energiequellen gesetzt. Dabei handelt es sich
um Strom aus Energieträgern, denen die Nutzung keinen Abbruch tut weil
die Rohstoffe nachwachsen oder das Medium nicht schädigend beeinflusst
wird, wie zum Beispiel bei Wasserkraft oder Sonnenenergie.
9
Alle Ressourcen müssen mit Respekt behandelt und auf sie muss
geachtet werden. Denn sie gehören zur Umwelt und sind Basis für unseren
Lebensstandart.
Was ist Alternativer Strom?
Strom gehört zu den wichtigsten Energieträgern der heutigen Zeit.
Ohne ihn könnte der derzeitige Lebensstandart auf keinen Fall gehalten
werden. Konventioneller Strom wird aus Atom- oder Kohlekraftwerken
bezogen und auf der Strombörse gehandelt. Die Stromanbieter kaufen den
Strom dort und verkaufen ihn dann an ihre Kunden weiter.
Alternativer Strom bezeichnet die Energie, die nicht von der
Strombörse kommt, sondern von den Stromanbietern selbst oder von ihren
Partnern hergestellt wird. Strom aus regenerativen Energiequellen wie
Wasserkraft oder Windenergie kommt oft aus Ländern wie Norwegen oder
der Schweiz. Biogasanlagen stehen aber auch in Deutschland und gehören
zum größten Teil Stadtwerken.
Durch die eigene Erzeugung kann Alternativer Strom oft relativ
günstig ge- und verkauft werden, da der Aufpreis der Strombörse entfällt.
Nutzer des Stromes aus regenerativen Energiequellen leisten außerdem
einen Beitrag zum Umweltschutz. Denn schon allein durch die Nachfrage
nach dem sauberen Strom wird deren Erforschung und Nutzung gefördert.
Alternativer Strom kann aber auch direkt aus Privathaushalten
stammen, die beispielsweise eine Solaranlage auf dem Dach haben oder
ein Mini-Blockheizkraftwerk im Keller. Diese speziellen Anlagen
unterstützen oder übernehmen die Heizleistung im Eigenheim und schonen
die Umwelt, für eine grüne Zukunft.
Was ist Erneuerbare Energien?
Die fossilen Energieträger, aus denen auch heute noch Energie
gewonnen wird, stehen nur noch für eine begrenzte Zeit zur Verfügung und
schädigen mit ihren Schadstoffausstößen die Umwelt. Zu den fossilen
Energieträgern zählen Erdöl, Kohle und Erdgas. Kernkraft zählt zwar nicht
zu den fossilen Energien, kann aber auch nicht zu den erneuerbaren gezählt
werden. Durch den radioaktiven Abfall zählt sie aber auf keinen Fall zu den
Umweltfreundlichen. Aufgrund der begrenzten Ressourcen, des
Klimaschutzes und dem Wunsch der Unabhängigkeit soll in Zukunft auf all
diese Energiequellen verzichtet werden. Ersatz bieten die völlig
gegensätzlichen Erneuerbaren Energien.
Das sind Energien aus Quellen, die sich entweder kurzfristig von
selbst erneuern oder die Quelle bei der Nutzung nicht ausschöpfen. Diese
Energieressourcen stehen nachhaltig zur Verfügung. Zu den, auch als
regenerative Energiequellen, bezeichneten Quellen zählen Wasserkraft,
Windenergie, Sonnenstrahlung, Erdwärme und auch die Energie, die durch
10
die Gezeiten entsteht. Außerdem zählt Biogas zu den Energiequellen, die
energetisches Potential besitzen.
Derzeit wird viel Geld in den Ausbau von Anlagen zur Nutzung
Erneuerbarer Energien investiert, besonders für Wind- und
Sonnenenergie sowie für Biomasseanlagen. Ziel ist es, den
Gesamtverbrauch Europas bis zum Jahr 2020 zu 20 Prozent decken zu
können.
Was ist Grüner Strom?
Die Energie, die wir nutzen, wird noch zu einem sehr großen Teil aus
Energieträgern gewonnen, die es bald nicht mehr geben wird. Die Vorräte
an Kohle und Erdöl werden schon bald aufgebraucht sein und außerdem ist
die Energie aus diesen Quellen alles andere als umweltfreundlich. Und
auch Atomenergie kann nicht dazu gezählt werden.
Im Gegensatz zu diesen Umweltverschmutzern steht Grüner
Strom. Das ist eigentlich nur eine andere Bezeichnung für Ökostrom, also
die Energie, die auf ökologisch vertretbare Weise aus erneuerbaren
Energien gewonnen wird. „Grün“ heißt dieser Strom nur, weil die Farbe
beim Menschen eine automatische Assoziation zur Natur herstellt. Er ist
nicht wirklich grün. Grüner Strom kann aus verschiedenen
Energiequellen kommen.
Zum einen wäre da Wasserkraft, die einen erheblichen Einfluss auf
die Ökostrom-Branche hat. Aber auch die Energie aus der Sonne wird nicht
unterschätzt. Diese wird in Solaranlagen eingefangen und in Strom
umgewandelt. Außerdem sind die großen, auf freien Flächen stehenden
Windräder für den gleichen Zweck da. Auch direkt von der Erde kommt
ein Beitrag für grünen Strom: Ihre Wärme dient zum Heizen und der
Stromerzeugung. Und alles, was auf ihr wächst kann durch Gärung zu Gas
und dann auch zu Strom gemacht werden.
Was ist Solarheizung?
Solaranlagen sind Technische Hilfsmittel zur Nutzbarmachung der
Sonnenenergie. Die Sonne zählt zu den erneuerbaren Energiequellen und
schickt jeden Tag mehr Energie auf die Erde, als die Menschen in dieser
Zeit verbrauchen könnten. Wenn diese Energie nicht genutzt wird,
verschwindet sie einfach wieder in den Weltraum.
Deshalb gibt es solche Solaranlagen, die aus der Sonnenenergie
Strom produzieren und solche, die die Energie zum Heizen von Gebäuden
nutzen: die Solarheizung. Genutzt wird das Prinzip der thermischen
Solaranlage in der Gebäudetechnik und auch in thermischen
Solarkraftwerken. Besonders im Frühjahr und August werden
Solarheizungen eingesetzt, da zu diesen Zeiten hohe Sonneneinstrahlung
und kühle Temperaturen aufeinander treffen.
11
Sie können Trinkwasser erwärmen und die Heizung unterstützen.
Die Solarheizung besteht aus einem Kollektor, der die Sonnenstrahlung
auffängt und in Wärme umwandelt, einem Solarwärmespeicher, der die
Wärme bei Bedarf abgibt, und einem verbindenden Stromkreislauf, über
den die Wärme vom Kollektor in den Speicher transportiert wird. Durch
eine solche Anlage steigert die Energieeffizienz und schützt die Umwelt.
Was ist Fotovoltaik?
Die Sonne schickt täglich mehr Energie zur Erde, als die Menschheit
jemals nutzen könnte. Diese Energie erhellt den Tag, heizt den Boden auf,
wird reflektiert und verschwindet wieder ins Universum, wenn sie nicht
gespeichert wird. Fotovoltaik – oder Photovoltaik – benennt die direkte
Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, was mit
Solarzellen geschieht.
Die entstehende Energie wird dann in das öffentliche Stromnetz
eingespeist und kann wie ganz normaler Strom genutzt werden.
Sonnenenergie zählt zu den Erneuerbaren Energien, da die Sonne in
nächster Zukunft nicht aufhören wird, zu scheinen. Fotovoltaik-Anlagen
können vielseitig genutzt werden.
Es gibt großangelegte Flächen, auf denen viele der Solarplatten
aufgestellt sind. Es kann sich aber auch lohnen, einige Solarzellen auf dem
Dach zu montieren und so einen Teil der benötigten Energie selbst zu
produzieren. Allerdings ist es ohne einen guten Speicher nicht möglich, den
Strom allein von Sonnenenergie zu nutzen. Denn an einem wolkigen Tag
oder nachts nehmen die Solarplatten keine Energie auf. Für diese
Situationen muss noch Abhilfe geschaffen werden.
Was ist Solarthermische Kraftwerke?
Die Sonne wärmt die Erde mit ihrer Energie durch die Energie, die in
den Sonnenstrahlen steckt. Doch nur ein Teil der Sonnenstrahlung wird
aufgenommen. Ein anderer Teil geht ungenutzt ins Universum zurück.
Doch ist die Sonne der Energieträger mit der meisten Kraft und dem
meisten Potential.
Sie schickt jeden Tag mehr Energie zu uns, als die Menschheit
verbrauchen könnte. Solarthermische Kraftwerke nutzen diese Energie
gezielt zur Stromerzeugung. Das Wort Solar steht für die Sonne und
thermisch ist alles, was mit Wärme zu tun hat. Die Wärmeerzeugung aus
der Sonnenenergie ist weit effektiver als die Stromerzeugung.
Außerdem sind meist nur niedrige spezifische Investitionen nötig.
Zumindest weniger als bei Photovoltaik-Anlagen und deshalb wird in
solchen Kraftwerken mit der Wärme der Sonne gearbeitet. Allerdings
haben Solarthermische Kraftwerke auch höhere Betriebskosten und sind
aufwändiger in der Wartung. Außerdem erfordern sie eine bestimmte
12
Mindestgröße. Wirtschaftlich einsetzbar sind Solarthermische Kraftwerke
nur in Regionen, die besonders sonnenreich sind.
Was ist Offshore?
Prinzipiell bedeutet das Wort „Offshore“ küstennah oder
„außerhalb der Küstengewässer liegend“. Und genau das ist mit diesem
Wort auch gemeint. Die Windenergie hat nämlich einen entscheidenden
Schritt gewagt, als sie sich die strengeren Winde auf dem offenen Meer zu
Nutze machte. Windanlagen, die also auf dem offenen Meer stehen und
von dort aus Strom an die Menschen liefern, werden Offshore-Anlagen
genannt.
Diese neue Technik soll einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen
Energie– und Klimapolitik der Bundesrepublik leisten. Denn die hohen
Windgeschwindigkeiten
auf
dem
Meer
versprechen
enorme
Energiepotentiale. Schon an Land stellten sich die Windanlagen als sehr
zuverlässig und kostengünstig dar. Das Ziel der Komplettversorgung mit
Ökostrom rückt durch solche Anlagen näher. Allerdings bringen die
Windkraftanlagen nicht nur sauberen Strom mit sich, der die Umwelt
schon, sondern strapazieren diese auch. Denn der Bau dieser Anlagen hat
ökologische Auswirkungen, da es ein verheerender Eingriff in die Umwelt
ist, diese Anlagen auf dem Meeresgrund zu verankern.
Die Richtlinien schreiben außerdem nur einen Mindestabstand von
100 Metern zu den Brutvögeln vor, was sich negativ auf die
Bestandentwicklung auswirken kann.
Allerdings kommt es nur sehr selten zu Kollisionen mit den
Windrädern und auch sonst zeigten Studien keine negativen Auswirkungen.
Was ist Onshore?
Wie bei Offshore geht es auch bei Onshore um die Windenergie.
Während es sich bei Offshore um die Windräder handelt die im offenen
Meer stehen, geht es bei Onshore um Windanlagen, die auf dem Land
Strom erzeugen.
Die Onshore-Anlagen wandeln die kinetische Energie der
bewegten Luftmassen der Atmosphäre in Strom um. Dabei treibt der Wind
die Rotorblätter der Anlagen an, die wiederum mit einem Generator
verbunden sind.
Dieses Prinzip wird schon seit dem Altertum genutzt um Energie aus
der Umwelt zu schöpfen und diese zu nutzen. Der so erzeugte Strom kann
dann direkt ins Stromnetz fließen und ganz normal verwendet werden. Da
Wind eine indirekte Form der Sonnenenergie ist, zählt sie zu den
Erneuerbaren Energien.
13
Die Onshore-Windräder bewährten sich auf dem Land und
führten dazu, dass die Erneuerbaren Energien noch mehr genutzt werden
konnten.
In Zukunft soll all der genutzte Strom aus erneuerbaren
Energiequellen stammen und so die Umwelt entlasten, ohne dem aktuellen
Lebensstandart der Menschen negativ zu beeinflussen. Mit immer mehr
Technik rückt diese Zukunft immer näher.
2 Sonnenenergie
Wie wir Sonnenenergie nutzen können
Sonnenergie ist die größte Energiequelle überhaupt. Solarenergie
entspricht etwa dem 10.000-fachen des Weltprimärenergiebedarfs.
Sonnenenergie nutzen Sie günstig und effektiv zum einen über
Photovoltaikanlagen zum Erzeugen von Strom oder als thermische
Solarkollektoren für Wärme.
Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der
Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als
elektromagnetische Strahlung zur Erde gelangt.
Die Intensität der Sonneneinstrahlung beträgt an der Grenze der
Erdatmosphäre etwa 1,367 Kilowattstunde je Quadratmeter; dieser Wert
wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Ein Teil der eingestrahlten
Energie wird von den Bestandteilen der Atmosphäre – festen,
beispielsweise Eiskristallen oder Staub), flüssigen oder gasförmigen
Schwebeteilchen - reflektiert. Ein weiterer Teil wird von den Bestandteilen
der Atmosphäre absorbiert und bereits dort in Wärme umgewandelt. Der
dritte Teil geht durch die Atmosphäre hindurch bis zum Erdboden. Dort
wird er entweder in Wärme umgewandelt und ist für Photosynthese,
Photothermik oder
Bei der Nutzung von Sonnenenergie wird zwischen
Photovoltaikanlagen, mit denen Strom erzeugt wird, der ins Netz
eingespeist wird, und Sonnenkollektoren, die Heizkosten sparen, weil
Wasser für den eigenen Haushalt erwärmt wird, unterschieden.
Photovoltaikanlagen sollten mindestens 30 Quadratmeter groß sein,
damit sich die Investition in 15 bis 20 Jahren amortisiert.
Photovoltaikanlagen können fast überall vom Steildach über Flachdach und
Fassade bis hin zum Garten installiert werden. Entscheidend dabei sind
eine Ausrichtung nach Süden, Südosten oder Südwesten und die richtige
Einstellung des Winkels, die sich mit speziellen Trägersystemen leicht
realisieren lässt. Abschattungen durch beispielsweise Gebäude oder Bäume
sollten natürlich vermieden werden.
14
Sonnenenergie auch zur Warmwasser-Bereitung nutzen
Häufig benötigen Sie für die Errichtung einer Photovoltaikanlage
nicht
einmal
eine
Baugenehmigung.
Solaranlagen
zur
Warmwasserbereitung beginnen bei einer Größe von vier Quadratmetern.
Wie groß eine Anlage sein sollte und wann sie sich rechnet, hängt von der
Heiztechnik, dem Wasserverbrauch und der Wärmedämmung ab. Auch die
aktuellen Förderprogramme müssen eingerechnet werden.
Die Solarstromförderung wurde in Deutschland rückwirkend zum 1.
Juli gekürzt. Hauseigentümer, die von Juli bis September 2010 eine
Solarstromanlage in Betrieb nehmen, bekommen für ihren Strom 13
Prozent weniger Vergütung als bisher. Für ab Oktober 2010 installierte
Anlagen sinkt sie um weitere 3 Prozent. Folge: Für jede Kilowattstunde
(kWh), die der Eigentümer ins öffentlich Netz einspeist, muss ihm der
Netzbetreiber statt 39,14 Cent nur noch 34,05 Cent und ab Oktober 32,88
Cent pro kWh bezahlen. Die Vergütung ist wie bisher im ersten
Betriebsjahr und den 20 Folgejahren staatlich garantiert. Für
Solarstromanlagen, die ab 2011 ans Netz gehen, soll sie noch einmal um 9
bis 13 Prozent sinken.
Bis zum Jahr 2020 sollen 20 Prozent der Energie in der EU aus
regenerativen Anlagen stammen. Die Nutzung der Sonnenenergie hat
jedoch auch Grenzen: Aufgrund der wetter-, tages- und
jahreszeitabhängigen
Sonneneinstrahlung
ist
ohne
zusätzliche
Speichertechnologie keine konstante Energieversorgung möglich. Auf
Verbrauchsschwankungen kann ebenfalls kaum reagiert werden. Zudem
wird Strom und Wärme gerade in kalten Gebieten beziehungsweise
Jahreszeiten benötigt, wenn weniger Solarenergie zur Verfügung steht.
Denn die erhöhte Effizienz von Solarzellen bei niedrigen Temperaturen
kompensiert die im Winter vorherrschende geringere Einstrahlung nur zu
Bruchteilen. Für eine gleichmäßige Verfügbarkeit photovoltaisch erzeugter
Energie müssten effektive Speicherkapazitäten etwa auf Wasserstoffbasis
aufgebaut werden.
Solarenergie ist als erneuerbare Energie kaum zu bremsen
Der Ausbau der Solarenergie als erneuerbare Energie hat vor allem
durch die Fortschritte in der Klimapolitik an Fahrt gewonnen. In
Deutschland sind erneuerbare Energien wie die Solarenergiein den
vergangenen Jahren zu einem beachtlichen Wirtschaftszweig
herangewachsen. Im Jahr 2010 sollen allein 12,5 Prozent der
Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien stammen.
So manch einer erfreut sich im Sommer an seiner Solaranlage auf
dem Dach. Denn die Sommersonne beschert einer wachsenden Zahl von
Haushalten kostenlos warmes Wasser und beträchtliche Einnahmen aus
15
dem hausgemachten Solarstrom. Es ist ein gutes Geschäft sowohl für die
Betreiber der Photovoltaik-Anlagen als auch für die Umwelt. Jede solar
erzeugte Kilowattstunde Energie erspart der Umwelt bis zu 300 Gramm des
Klimagases Kohlendioxid.
Solarenergie als erneuerbare Energie ist für jeden nutzbar
Die Sonneneinstrahlung unterliegt tages- und jahreszeitlichen
Schwankungen von Null bis rund einem Kilowatt pro Quadratmeter. Um
den Strom aber möglichst rund um die Uhr nutzen zu können, sind
zusätzliche Maßnahmen wie Energiespeicher, Regelungstechnik oder auch
Zusatzsysteme, etwa ein mit Brennstoff betriebener Heizkessel, notwendig.
Solarenergie liegt derzeit bei den erneuerbaren Energien hinter
Wasserkraft und Wind auf Platz drei. Andere erneuerbare Energiequellen
sind beispielsweise Biogas, Bioethanol, Holz und Erdwärme .
Der Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Endenergieverbrauch
hat sich seit Anfang dieses Jahrtausends mehr als verdoppelt und liegt
derzeit bei 10,1 Prozent.
Die Sonne ist die größte unerschöpfliche Quelle der
erneuerbaren Energien
Mit Hilfe der Solartechnik lässt sich die Sonnenenergie auf
verschiedene Arten nutzen: Sonnenkollektoren erzeugen Wärme
(Solarthermie bzw. Photothermik), Sonnenwärmekraftwerke stellen mit
Hilfe von Wärme und Wasserdampf elektrischen Strom her, Pflanzen und
pflanzliche Abfälle werden so verarbeitet, dass nutzbare Flüssigkeiten (z.
B. Ethanol, Rapsöl) oder Gase (z. B. Biogas, gereinigt wird daraus Methan)
entstehen. Solarkocher oder Solaröfen erhitzen Speisen oder sterilisieren
medizinisches Material, Solarzellen erzeugen elektrischen Gleichstrom
(Photovoltaik).
Die Nutzung der Sonnenenergie als erneuerbare und regenerative
Energie wird in Deutschland durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz
(EEG) gefördert. Bereits 20 Prozent der Eigenheimbesitzer haben eine
Solaranlage zur Strom- oder Wärmegewinnung . Weitere technische
Nutzungen der Sonnenenergie werden erprobt.
Forscher arbeiten an einem Energiemix, um künftig Atomstrom
ablösen zu können. Die Zwischenspeicherung von überschüssiger Energie
spielt hier momentan noch eine untergeordnete Rolle, da derzeit im
deutschen Strommix der Anteil der thermischen Kraftwerke inklusive
Biomasse-Kraftwerke mehr als 85 Prozent beträgt. Das wird sich
schrittweise ändern.
Es gibt Berechnungen, wonach im Jahr 2162 die Braunkohle, 2083
die Steinkohle, 2063 Uran und 2038 das Erdgas ausgehen werden. Das
Erdöl, der zur Zeit wichtigste Energielieferant, wird nach den
16
Berechnungen im Jahr 2031 versiegen. Die Sonnenenergie dagegen ist
annähernd konstant. Die einwirkende Energiestrahlung ist 10.000 mal
höher als der gesamte Energiebedarf der Welt. Aber es muss beachtet
werden, dass diese nicht immer und überall zur Verfügung steht. In
Deutschland kann man durchschnittlich mit 1600 Sonnenstunden pro Jahr
rechnen, bis zum Äquator nimmt die Sonnenscheindauer bis auf 3500
Stunden im Jahr zu.
Solaranlagen mit immer ausgereifterer Solartechnik
Mit Solaranlagen lässt sich die Strahlung der Sonne in Strom
verwandeln und speichern. Dank moderner Solartechnik gelingt das immer
effektiver und auf weniger Raum.
Mit Solaranlagen lässt sich die Strahlung der Sonne in elektrische
Energie und Wärme verwandeln und speichern. Dank moderner Technik
gelingt das immer effektiver und auf weniger Raum, denn Solaranlagen
und Solartechnik werden auch immer kleiner. Viele Hersteller der Industrie
haben inzwischen eigene solarbetriebene Produkte entwickelt: vom
Mondauto bis zum Mobiltelefon
Dass Deutschland führend bei der Entwicklung von Solaranlagen
und Solartechnik ist, reicht der Politik derzeit nicht aus.
Bundesumweltminister
Norbert
Röttgen
kündigte
in
diesem
Zusammenhang an, dass die Innovationskraft der Industrie noch weiter
gestärkt werden solle.
Das Umweltministerium bezuschusst daher die Forschung mit
jährlich fast 40 Millionen Euro. Denn förderwürdig seien, so der Minister
im Jahr 2010, vor allem jene Neuentwicklungen, die sowohl zur
Kostenreduzierung beim Bau von Solaranlagen und Solartechnik beitrügen,
als auch deren energetische Leistung verbesserten. Die Ziele des
Programms: Die Steuerzahler sollen entlastet werden, die momentan noch
die Mehrkosten der Solarstromerzeugung über ihre Strompreise bezahlen,
und die Solar-Unternehmen sollen wettbewerbsfähiger werden.
20 Mal so viel Umsatz mit Solaranlagen und Solartechnik
Mit 13 Milliarden Euro hat sich der Umsatz mit Solarstrom und
Solarwärme in den vergangenen zehn Jahren mehr als verzwanzigfacht.
Nach Angaben der Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft sind bereits
15000 Firmen in der Branche tätig, die Zahl der Beschäftigten hat sich in
den vergangenen sechs Jahren auf 83000 verdreifacht. Mehr als zwei
Millionen Anlagen produzieren, zu 80 Prozent auf Dächer montiert, Strom
und Wärme. Um das Potenzial der Sonnenenergie noch besser ausschöpfen
zu können, haben die Unternehmen allein im Jahr 2008 mehr als 190
Millionen Euro in die Forschung und Entwicklung von Solaranlagen und
Solartechnik investiert.
17
Pilot– und Demonstrations-Projekte der Unternehmen werden
zusätzlich vom Bundesumweltministerium bezuschusst. Die Höhe ist nach
Erfahrung der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie in den meisten
Fällen auf 30 bis 50 Prozent begrenzt. Sie orientiere sich an den Kosten für
die Planung und den Bau der Solaranlage und Solartechnik, heißt es.
Bereits heute sind nach Angaben des Bundesumweltministers in
Deutschland Anlagen mit einer Leistung von insgesamt rund 9000
Megawatt in Betrieb. Pro Jahr sollen weitere 3500 Megawatt hinzukommen
und der Anteil der Solarenergie am Verbrauch von jetzt einem auf bis zu
vier Prozent steigen.
Ähnliche Wachstumsprognosen für den Einsatz von Solaranlagen
und Solartechnik haben auch die Umweltorganisation Greenpeace und der
Europäische Industrieverband für Photovoltaik in Brüssel aufgestellt. Mehr
als eine Milliarde Menschen könnten bereits im Jahr 2020 mit
Sonnenenergie versorgt werden, so ihre Rechnung. Das könnte weltweit
den Ausstoß von etwa 170 Millionen Tonnen des Treibhausgases
Kohlendioxid verhindern, was den Emissionen von 75 Kohlekraftwerken
entspräche.
Den Umweltschützern kommt auch eine Neuentwicklung für das
Installieren der Systeme auf dem Erdboden entgegen. Nach Aussage des
Bundesverbandes für Solarwirtschaft verhindern inzwischen moderne
Ständersysteme, dass Solaranlagen und Solartechnik den Boden versiegeln.
Einer Untersuchung zufolge soll die biologische Vielfalt unter Flächen mit
großen Solarstromanlagen dann sogar noch zunehmen.
3 Strom aus solarenergie
Die typische direkte Umwandlung von Solarenergie in Strom
nennt man Photovoltaik. Eine größere Ansammlung solcher
Photovoltaikanlagen nennt man auch Solarstromanlage. Es gibt auch noch
andere Formen zur Nutzung der Solarenergie – bei diesen wird allerdings
nicht direkt elektrische Energie hergestellt. Solarenergie ist praktisch
unbegrenzt nutzbar, zumindest von unserem Standpunkt aus gesehen. Die
Verfügbarkeit wird lediglich von Tages- und Jahreszeit, Breitengrad,
Wetterlage und gegebenenfalls Verschattung (durch Bäume und
Aufbauten) beeinflusst. Gut geplant kann man mit Solarstromanlagen einen
guten Teil des Energiebedarfs decken. So erbringen die derzeit in
Deutschland installierten Solaranlagen eine Gesamtleistung von
mindestens 9,8 GW – das bringt uns die Vorreiterstellung in Europa.
Solarstromanlagen: von der Entdeckung des photoelektrischen
Effekts
18
Alexandre Edmond Becquerel stieß 1839 bei Experimenten auf den
photoelektrischen Effekt. Damit war der Anfang gemacht – bis zur
praktischen Anwendung vergingen allerdings noch Jahrzehnte. 1876
entdeckten dann Williams Grylls Adams und sein Schüler, dass Selen
Elektrizität produziert, wenn es dem Licht ausgesetzt wird. Damit konnte
man zwar noch nicht ausreichend Energie herstellen, aber der Grundstein
für die Solarstromanlagen war gelegt. Erst Mitte des 20. Jahrhunderts
kam es zu einem ersten Konzept der Halbleiter-Photovoltaik. Ihren ersten
Einsatz hatten die Solarzellen dann 1958 in der Raumfahrt. Auf der Erde
wurden sie vorerst nur in Ausnahmefällen zur Stromgewinnung genutzt.
Mitte der 1970er Jahre wurden dann mehr Solarzellen für terrestrische
Zwecke als für die Raumfahrt produziert.
Funktionsweise von Solarstromanlagen
Das verwendete Halbleitermaterial besteht aus Silizium, welches
gezielt mit Bor und Phosphor verunreinigt wird. Dies hat zur Folge, dass
ein Überschuss an Elektronen herrscht. Trifft dann Licht auf die Solarzelle,
werden die Elektronen freigesetzt und erzeugen eine elektrische Spannung.
Durch einen angeschlossenen Stromkreis, kann die elektrische Energie
nach außen geleitet und genutzt werden. Dabei wird allerdings Gleichstrom
hergestellt. Um den Strom ins öffentliche Netz einspeisen zu können, muss
er mittels Inverter (Wechselrichter) zu Wechselstrom umgewandelt
werden. Eine einzelne Solarzelle produziert jedoch viel zu wenig Strom.
Daher werden viele Solarzellen zu Photovoltaik-Modulen verbunden.
Verschaltet man viele dieser Module, erhält man eine
Solarstromanlage.
In Solarparks werden einzelne Solarmodule in Reihe verschaltet,
wobei sich die Spannung addiert. Für Solarstromanlagen sind
nachführbare Unterkonstruktionen ideal, da sie stets perfekt zum
Sonnenstand ausgerichtet werden können. Sie bieten das Maximum an
Effizienz. Wenn diese Nachführautomatik nicht vorhanden ist, muss man
zwischen höchstmöglichem und möglichst gleich bleibendem Energieertrag
wählen. Für Deutschland entspricht das einer Ausrichtung nach Süden mit
30° Neigung um den höchst möglichen Energieertrag zu erzielen oder bei
gleicher Ausrichtung und einem Winkel von 55° um einen relativ gleich
bleibenden Energieertrag zu gewährleisten.
Sonnenenergie
Ohne die Sonne, die unsere Erde mit energiereicher Strahlung
versorgt, wäre ein Leben auf der Erde gar nicht möglich. Die Sonne liefert
zum Beispiel Energie, die unsere Atmosphäre und unsere Erde mit Wärme
versorgt und es Pflanzen ermöglicht, durch die Photosynthese zu wachsen.
19
Es gibt jedoch noch weitere Potentiale der Sonnenenergie, die sich
die Menschheit zu Nutze machen kann. So kann man sich die Energie der
Sonne nutzbar machen, um elektrischen Strom zu erzeugen oder um
Wärme zum Beheizen von Gebäuden oder Brauchwasser zu gewinnen.
Da die Ressourcen an fossilen Energieträgern immer knapper und
teurer werden und die Nutzung dieser konventionellen Energieträger
zudem Umweltproblematiken verursacht, erfährt die Nutzung der
Sonnenenergie für o. g. Anwendungen derzeit einen großen Boom.
Betrachtet man sich nur die Nutzung der Sonnenenergie zur
Erzeugung von elektrischen Strom über Photovoltaikanlagen in
Deutschland, kann man diesen Boom auch eindeutig ersehen.
So stieg die installierte Leistung von Photovoltaikanlagen in
Deutschland in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts noch langsam von
fast Null auf rund 100.000 KW Leistung, seit der Jahrtausendwende
erhöhte sich die installierte Leistung von Photovoltaikanlagen allerdings
rasant auf mehr als 2.800.000 KW im Jahre 2006.
Dieser rasante Anstieg beruht sicher darauf, dass im Jahre 2000 das
"Erneuerbare Energien Gesetz (EEG)" verabschiedet wurde, durch dass u.a
sichergestellt ist, dass der Strom aus Photovoltaikanlagen großzügig
vergütet wird.
So erhält der Betreiber einer Photovoltaikanlage in Abhängigkeit von
der Größe (Leistung) der Anlage um die 40 Cent pro Kilowattstunde
Strom.
Diese Förderung der Sonnenenergie hat dazu geführt, dass es auch
finanziell interessant ist, in diese noch relativ neue Technologie zu
investieren.
Stromerzeugung mittels solarthermischer Kraftwerke
Im letzen Abschnitt wurde die in Deutschland gängige Methode zur
Stromerzeugung aus Sonnenenergie über die Nutzung des
"Photovoltaischen Effektes" beschrieben.
In Regionen, die sehr sonnenreich sind, lohnen oftmals jedoch auch
andere Methoden, aus der Sonnenenergie elektrischen Strom zu erzeugen.
Prinzipiell wird hierfür die Sonnenenergie zunächst in Wärmeenergie
umgewandelt, um aus dieser Wärmeenergie dann indirekt Strom zu
erzeugen.
Umgesetzt
werden
dieses
Methoden
in
verschiedenen
solarthermischen Kraftwerken, die im Folgenden kurz dargestellt werden
sollen :
a) Aufwindkraftwerke
Wenn Luft sich erwärmt, dehnt sie sich aus und steigt nach oben auf.
Diese Eigenschaft der Luft machen sich Aufwindkraftwerke zu nutze,
20
indem in großflächigen Gebäuden, die ein Glasdach haben, mittels der
Sonneneinstrahlung die Luft erwärmt wird.
Die sich ausdehnende Luft kann in diesen Gebäude nur über einen
mittig plazierten Kamin entweichen. In diesem Kamin entsteht somit eine
Luftbewegung nach oben, die durch den sogenannten "Kamineffekt" noch
verstärkt wird.
Dieser Luftstrom wird nun über im Kamin angebrachte Turbinen
genutzt, um elektrischen Strom zu generieren.
b) Parabolrinnen Kraftwerke
Bei Parabolrinnen Kraftwerken wird die Energie der Sonne zunächst
genutzt, um Wärme zu erzeugen.
So werden lange Parabolrinnen automatisch zur Sonne ausgerichtet,
um im Brennpunkt der Rinne die Energie der Sonne zu bündeln. In der
Brennlinie der Parabolrinnen befinden sich Rohre, in denen sich ein
Wärmeträgermedium (meistens Wasser) befindet, dass durch die
gebündelte Sonnenstrahlung somit auf mehrere Hundert Grad Celsius
erhitzt wird.
Diese Temperaturen reichen natürlich aus, das Wärmeträgermedium
zu verdampfen. Der entstehende Dampf wird schließlich genutzt, um
Turbinen anzutreiben, die den gewünschten elektrischen Strom erzeugen.
c) Solarturm Kraftwerke
Noch sehr viel höhere Temperaturen, als in Parabolrinnen
Kraftwerken, kann man mittels sogenannter Solartürmen erreichen.
Solartürme werden von vielen umliegend aufgestellten Spiegeln, die
computergesteuert zur Sonne ausgerichtet werden, auf einer kleinen Fläche
(Receiver) angestrahlt. Diese Fläche auf dem Solarturm wird somit mit sehr
viel Sonnenenergie versorgt. Ähnlich wie bei Parabolrinnen Kraftwerken,
wird im Brennpunkt des Receivers wieder ein Wärmeträgermedium erhitzt,
welches sich bei Solarturm Kraftwerken auf über 1000 Grad Celsius
erhitzen kann.
Das verdampfende Wärmeträgermedium wird auch bei diesem
Kraftwerkstyp wiederum genutzt, um Turbinen zur Stromerzeugung
anzutreiben.
Strom aus Sonnenenergie
Für die Nutzung der Strahlungsenergie der Sonne zur Erzeugung von
elektrischem Strom gibt es mehrere Möglichkeiten.
So kann man die Sonnenenergie indirekt nutzen, um mittels
sogenannter "Solarthermischer Kraftwerke" Strom zu erzeugen, oder man
kann die Sonnenenergie durch die Nutzung des Photovoltaischen Effektes
direkt in elektrischen Strom umwandeln.
21
In Deutschland sind Solarthermische Kraftwerke aufgrund der relativ
geringen Sonnenintensität kaum lohnend, so dass in Deutschland in der
Hauptsache Solarmodule genutzt werden, die durch Nutzung des
Photovoltaischen Effektes Strom generieren.
Dieser "Photovoltaische Effekt" beschreibt die Eigenschaft, dass die
Strahlung der Sonne genügend Energie besitzt, um beim Auftreffen auf
Oberflächen Elektronen aus ihrem Verband zu lösen.
So basiert die Funktionsweise von Solarmodulen auf diesen Effekt.
Solarmodule bestehen aus mehreren Solarzellen, die aus verschieden
dotierten Halbleitermaterialen (meistens auf Siliziumbasis) bestehen. Unter
"Dotierungen" ist das Einbringen von fremden Atomen in die Gitterstruktur
des jeweiligen Halbleiters zu verstehen. Eine Solarzelle besteht nun aus
einer Schicht, dessen Halbleiter so dotiert wurde, dass ein
Elektronenüberschuß in der Gitterstruktur vorliegt, und aus einer anderen
Schicht, die so dotiert wurde, dass noch Elektronen in den Gitterverband
aufgenommen werden können.
Wenn nun mittels des "Photovoltaischen Effektes" Elektronen aus
der Schicht, in der ein Elekronenüberschuß vorliegt, aus dem Gitterverband
gelöst werden, bewegen sich diese freien Elektronen in Richtung der
Schicht, in der noch Elektronen in den Gitterverband aufgenommen werden
können. Während dieses Vorganges entsteht in der Grenzschicht aufgrund
von Ladungsdifferenzen elektrischer Strom, der genutzt werden kann.
Da eine Solarzelle nur eine geringe Menge an elektrischem Strom
erzeugen kann, sind in Solarmodulen viele Solarzellen zusammengefaßt.
Die Herstellung solcher Solarmodule ist leider noch relativ
aufwendig und somit auch kostenintensiv. Da Solarmodule jedoch rund 20
Jahre lang elektrischen Strom produzieren können, der nach dem
"Erneuerbare Energien Gesetz (EEG)" auch garantiert sehr hoch vergütet
wird, ist die Investition in Solarmodule auch aus finanzieller Sicht sehr
sinnvoll. So amortisieren sich die Anschaffungs- und Installationskosten
von Solarmodulen je nach Typ schon in drei bis sieben Jahren und in der
restlichen Zeit der Lebensdauer der Module bewegt man sich im Bereich
des finanziellen Gewinnes.
Wer also ein Haus bauen oder einen Altbau umfassend renovieren
möchte, der sollte auf jeden Fall darüber nachdenken, Solarmodule auf dem
Dach des Gebäudes zu installieren.
Wärme aus Sonnenenergie
Dass es möglich ist, die Energie der Sonne zu nutzen, um
elektrischen Strom zu erzeugen, wurde in den vorangegangenen
Abschnitten bereits dargelegt. Der Mensch kann sich die Sonnenenergie
22
zudem jedoch auch noch nutzbar machen, um die zum Leben notwendige
Wärme zu erzeugen.
Um die Strahlungsenergie der Sonne in für den Menschen nutzbare
Wärmeenergie, die zum Beispiel zum Beheizen von Gebäuden oder zur
Bereitung von Warmwasser verwendet werden kann, umzuwandeln,
werden hierzulande Absorber verwendet, die ein Wärmeträgermedium
(Wasser oder auch ein Wasser-Glycol Gemisch) erhitzen.
Solche Absorber (Sonnenkollektoren) werden in Deutschland
hauptsächlich für folgende Anwendungen genutzt:
a) Schwimmbadabsorber zur Erwärmung von Schwimmbädern
Um das Wasser für Schwimmbäder auf eine angenehme Temperatur
zu bringen, kann man sogenannte Schwimmbadabsorber nutzen.
Schwimmbadabsorber
bestehen
aus
vielen
kleinen
strahlungsabsorbierenden Kunststoffleitungen, die zu Matten miteinander
verbunden sind. Angebracht werden diese Absorber auf Flächen, die der
Sonne ausgesetzt sind, wie zum Beispiel Dachflächen.
Die Leitungen solcher Schwimmbadabsorber werden direkt von dem
Wasser des zu erwärmenden Schwimmbades durchströmt und können das
Wasser durchaus auf 25 bis 30 Grad Celsius erhitzen.
Diese Temperaturen sind für die Anwendung in einem Schwimmbad
durchaus ausreichend.
Da Schwimmbadabsorber technisch sehr einfach aufgebaut sind, sind
auch die Kosten für solche Absorber relativ niedrig und die Anschaffung
und Installation ist für die Betreiber von Schwimmbädern, aufgrund der
eingesparten Energiekosten für konventionelle Beheizung des Wassers,
lohnend.
b) Zur Erhitzung von Wasser für Heizungsanlagen oder von
Brauchwasser
In einem Haushalt braucht man zum Einen ein Wärmeträgermedium,
welches zum Beheizen des Gebäudes dient, und zum Anderen warmes
Brauchwasser, also Wasser, das zum Beispiel zum Duschen oder Baden
genutzt wird.
Für
diese
Anwendungen
muß
das
Wasser
(bzw.
Wärmeträgermedium) deutlich stärker erwärmt werden, als dies bei
Schwimmbädern der Fall ist.
Aus diesem Grunde kommen für derartige Einsatzzwecke auch keine
einfach Absorber in Frage, sondern es müssen deutlich aufwendiger
herzustellende Flach- oder Röhrenkollektoren verwendet werden, die das
Wasser auf die erforderlichen Temperaturen erhitzen können.
Am Häufigsten kommen die sogenannten Flachkollektoren zum
Einsatz, da diese in der Anschaffung günstiger sind, als Röhrenkollektoren.
23
Leider ist der Wirkungsgrad dieser Flachkollektoren auch geringer, als der
von Röhrenkollektoren, da weniger Sonnenstrahlung in Wärme
umgewandelt werden kann.
Angebracht werden die Kollektoren zumeist auf Dachflächen, die der
Sonne zugewandt sind. Das erhitzte Wasser wird von den Kollektoren über
Rohrleitungen in einen Warmwasserspeicher geleitet, der dann als Speicher
für Brauchwasser und/oder als Warmwasser-Speicher für die
Heizungsanlage genutzt wird.
Es ist mittels solcher Kollektoren auch in eher sonnenarmen
Ländern, wie Deutschland, möglich, einen großen Teil des Wärmebedarfes
eines Gebäudes zu decken.
Vor- und Nachteile der Sonnenenergie
Die Sonnenenergie ist zweifellos eine sehr interessante regenerative
Energieform. Deshalb sollen auf dieser Seite einmal konkret einige Vorund Nachteile, welche die Nutzung der Sonnenenergie mit sich bringt,
gegenübergestellt werden.
So weist die Nutzung der Sonnenenergie zum Beispiel folgende
Vorteile auf:
a) Kostenloser Rohstoff, der zeitlich fast unbegrenzt zur Verfügung
steht.
Die Sonne liefert ihre energiereiche Strahlung völlig kostenlos zu
unserer Erde und wird diese Strahlung auch in sehr vielen Jahrhunderten
noch liefern. Sicherlich gibt es einen Zeitpunkt, an dem die Sonne
erlöschen wird und die Energiezufuhr somit stoppen wird. Dieser Zeitpunkt
liegt jedoch so weit in der Zukunft, dass der verbleibende Zeitraum die
menschliche Vorstellungskraft übersteigt.
Anders als bei fossilen Energieträgern, kann die Verfügbarkeit des
zur Energiegewinnung notwendigen Rohstoffes also als dauerhaft
betrachtet werden.
b) Saubere emissionsfreie Energieerzeugung
Egal, ob es sich um Solarmodule zur Stromerzeugung oder um
Kollektoren zur Wärmegewinnung handelt, fallen im Betrieb von
Sonnenenergie-Anlagen keinerlei Emissionen an, die unsere Gesundheit,
unsere Umwelt oder unser Klima belasten könnten.
Sonnenenergie ist somit eine sehr "saubere" Energie, durch dessen
verstärkten Einsatz sich bereits bestehende Umweltproblematiken
reduzieren lassen können.
c) Mehrere Einsatzmöglichkeiten und hohes Potential zur
Erweiterung
Mittels der Sonnenenergie kann sowohl Wärme als auch elektrischer
Strom erzeugt werden. Nutzt man den Strom aus Photovoltaik Anlagen für
24
Solarautos, kann die Sonnenenergie zudem noch zur Fortbewegung genutzt
werden.
Es finden sich als multiple Möglichkeiten zur Verwendung der
Sonnenenergie.
Da es auch in Ländern, wie Deutschland, in denen Flächen nur
begrenzt zur Verfügung stehen, noch genügend Möglichkeiten gibt,
Solarmodule oder Kollektoren zu installieren, kann die Nutzung dieser
Energieform zudem noch stark ausgebaut werden.
Dem gegenüber stehen allerdings auch einige Nachteile, welche
die Nutzung der Sonnenenergie aufweist, wie zum Beispiel:
a) Aufwendige Herstellung von Solarmodulen bzw. Kollektoren
Die Herstellung von Solarmodulen zur Stromerzeugung oder
Solarkollektoren zur Wärmegewinnung ist derzeit noch relativ aufwendig.
Somit sind auch die Investitionskosten in derartige Anlagen recht hoch und
können abschreckend wirken.
Auch aus diesem Grund wird der Einsatz von Sonnenenergie derzeit
relativ stark gefördert.
b) Die Unstetigkeit der Sonnenstrahlung
Die Sonne wird zwar stets Energie zur Erde liefern, leider ist die
Sonnenstrahlung nicht in konstantem Maße gegeben. So wird es immer
Perioden geben, die sonnenreich sind, und Perioden in denen die Sonne
kaum scheint.
Deshalb ist es kaum planbar, wieviel Energie die Sonne in
bestimmten Zeitabschnitten liefern wird.
c) Einsatz toxischer Substanzen bei der Herstellung von Modulen
Besonders bei der Herstellung von Photovoltaikanlagen
(Solarmodulen) kommen viele Chemikalien zum Einsatz, die teilweise
hoch toxisch sind oder bei unsachgemäßer Lagerung, Umgang oder
Entsorgung ein umweltschädigendes Potential haben.
So werden beispielsweise das hoch toxische Arsen oder das als
krebserzeugend geltende Cadmium verwendet.
Hieraus resultieren zum Beispiel ein hoher Aufwand bezüglich des
Arbeitsschutzes bei der Herstellung von Solarmodulen und ein großer
Aufwand bei der Entsorgung alter Solarmodule.
Photovoltaikanlage
Stromerzeugung mittels Sonnenenergie
Unserer Sonne liefert stetig Strahlungsenergie, die bis zur Erde
gelangt. Diese Energie, welche die Sonne liefert, wird der Menschheit noch
extrem lange Zeit zur Nutzung zur Verfügung stehen.
Als Energiequelle nutzbar machen kann man sich die Strahlung der
Sonne auf verschiedene Arten. So gibt es zum Einen
25
Sonnenwärmekraftwerke, bei denen über Zwischenschritte Wärmeenergie
in mechanische Energie überführt wird. Zum Anderen kann man sich die
Strahlung der Sonne über Photovoltaikanlagen nutzbar machen, welche die
Sonnenstrahlen über Solarzellen auf direktem Wege in elektrischen Strom
umwandeln. Den Photovoltaikanlagen kommt in Deutschland die
wesentliche Bedeutung zu.
Das Prinzip der Erzeugung elektrischen Stromes aus Solarzellen
beruht auf einem “Photoelektrischen Effekt”, sprich dem Freisetzen von
Elektronen aus einer Metalloberfläche aufgrund einer einwirkenden
elektromagnetischen Strahlung (Sonnenstrahlung).
Der Anteil des Stromes, der in Deutschland mittels Sonnenenergie
erzeugt wird, steigt stetig und wird laut Prognosen bis 2020 immerhin fast
2 Prozent des gesamten Stromes in Deutschland ausmachen.
Vorteile der Sonnenenergie
Ein sehr wichtiger Vorteil der Sonnenenergie ist, wie bei den meisten
regenerativen Energieformen, dass bei der Erzeugung des elektrischen
Stromes keine schädlichen Emissionen anfallen, die sich negativ auf unsere
Umwelt oder unser Klima auswirken könnten. Zudem steht auch die
Sonnenenergie der Menschheit fast unendlich lange zu Verfügung, denn
der Zeitpunkt ab dem unsere Sonne “erlischt” und keine Energie mehr
liefert, übersteigt bezüglich der Dauer fast das menschliche
Vorstellungsvermögen.
Ein weitere Vorteil von Sonnenenergie ist, dass man mittels kleiner
Fotovoltaikanlagen die Sonnenenergie in vielen Fällen direkt vor Ort
nutzen kann. So findet man zum Beispiel heute bereits viele
Bushaltestellen, die mit kleinen Fotovoltaikanlagen ausgestattet sind, die
den Strom für die nächtliche Beleuchtung liefern.
Nachteile der Sonnenenergie
Ein Nachteil der Sonnenenergie liegt darin, dass die Kosten für die
Herstellung von Fotovoltaikanlagen sehr hoch sind. Auch die Entsorgung
ausgedienter Solarzellen ist, aufgrund der verwendeten Materialien, nicht
unproblematisch.
Zudem ist die Sonne, ebenso wie der Wind, eine Energiequelle, die
schlecht planbar ist. Wenn die Sonne nicht scheint, kann auch kein
elektrischer Strom über Fotovoltaikanlagen erzeugt werden. Deshalb wird
die Sonnenenergie in Regionen, die jährlich sehr viele Sonnentage haben,
stärker forciert werden, als zum Beispiel in Deutschland.
Da Photovoltaikanlagen eine relativ große Fläche einnehmen, ist
außerdem bei verstärktem Einsatz dieser Technologie mit
Beeinträchtigungen im Landschaftsbild zu rechnen.
26
4 Windenergie
Die Windenergie ist eine sehr interessante regenerative
Energiequelle, die besonders in der Bundesrepublik Deutschland eine
immer stärkere Anwendung findet.
So stieg die erzeugte Menge an elektrischem Strom mittels
Windenergie in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts von fast Null auf
immerhin fast 10.000 Gigawattstunden Strom im Jahre 2000.
Als im Jahre 2000 des "Erneuerbare Energien Gesetzt (EEG)"
verabschiedet wurde, das u.a. regelt, wie hoch die Vergütung pro
Kilowattstunde elektrischem Stroms aus Windkraft garantierter Weise sein
muß, erfolgte ein richtiger Boom der Windenergie. Es wurden in
verstärktem Maße weitere Windkraftanlagen errichtet und die erzeugte
Menge an Strom aus Windenergie stieg bis 2006 schnell auf über 30.000
Gigawattstunden.
Diese Zahlen verdeutlichen bereits, dass die Windenergie inzwischen
eine wirklich ernst zunehmende regenerative Energiequelle ist, die bereits
in einem hohen Maße zu unserer Energieversorgung beiträgt.
Dieser Anteil läßt sich sogar noch sehr massiv ausbauen, so dass die
Windenergie laut einer Veröffentlichung der Umweltschutzorganisation
Greenpeace bereits Mitte dieses Jahrhunderts rund ein Drittel des
benötigten Gesamtstromes in Deutschland liefern könnte.
Da die Windenergie ein so interessante regenerative Energiequelle
ist, die uns immer mehr ökologisch unbedenkliche Energie kann, soll diese
Energiequelle auf den folgenden Seiten einmal etwas näher beleuchtet
werden.
Woher kommt der Wind?
Wenn man sich dem Thema: "Windenergie" widmen möchte, sollte
man sich im Vorfeld einmal betrachten, wie Wind überhaupt entsteht und
warum die Energiequelle: "Wind" niemals versiegen kann.
Der Ursprung der Energiequelle: "Wind" beruht, wie bei allen
Energieformen auf unserer Erde, letztendlich auf unserer Sonne, die unsere
Erde mit energiereicher Strahlung versorgt.
Die Sonnenstrahlen erwärmen unsere Atmosphäre und unsere
Erdoberfläche und ermöglichen erst das Leben auf unserem Planeten. Die
Energie der Sonne verteilt sich jedoch sehr unterschiedlich auf der Erde.
So treffen die Sonnenstrahlen am Äquator fast senkrecht auf die
Erde, während die Pole nur von der Sonne gestreift werden. Hieraus
resultiert natürlich eine ungleiche Erwärmung der Atmosphäre bzw. der
Erdoberfläche.
27
Die Luft in der Nähe des Äquators erwärmt sich sehr stark und steigt
somit in höhere Schichten der Atmosphäre auf, wodurch in diesen
Schichten ein höherer Luftdruck entsteht.
An den Polen hingegen konzentriert sich die kältere Luft in
Bodennähe, wodurch dort ein höherer Druck entsteht.
Da die Natur stets bestrebt ist, ein Gleichgewicht zu erreichen, findet
auf unserer Erde ein steter Druckausgleich statt. So bewegt sich die Luft
der höheren Schichten in Äquatornähe in Richtung der Pole und die Luft in
den tieferen Schichten an den Polen in Richtung des Äquators.
Die Luft ist also in Bewegung und bewegte Luft ist nichts anderes als
"Wind".
Bedingt dadurch, dass sie Sonne unsere Erde stets weiter in
ungleichem Maße erwärmt, kann das von der Natur angestrebte
Gleichgewicht niemals erreicht werden, so dass auf der Erde stets ein
Druckausgleich stattfinden wird, solange die Sonne Strahlung zur Erde
liefert. Aufgrund dieser Tatsache ist sichergestellt, dass die Energiequelle:
"Wind" nicht versiegen kann.
In der Realität ist die Entstehung von Wind natürlich weitaus
komplexer als oben dargestellt und noch von vielen anderen Faktoren
abhängig, so dass obige Erläuterungen lediglich als Hilfe für ein
grundsätzliches Verständnis angesehen werden sollen.
5 Windkraft gestern und heute
Seit einigen Jahren werden immer mehr Windkraftanlagen
aufgestellt und Windparks errichtet, so dass man meinen könnte, dass sich
die Menschheit die Energie des Windes erst seit wenigen Jahrzehnten
nutzbar macht.
Dies ist allerdings keinesfalls der Fall. Schon vor mehreren tausend
Jahren begannen die Menschen sich die Windenergie zum Zwecke der
Fortbewegung nutzbar zu machen. So nutzen die Ägypter die Windenergie
bereits vor über 3000 Jahren, um mit Segelschiffen den Nil, das Rote Meer
und auch das Mittelmeer zu befahren.
Bei einer solchen Nutzung der Windkraft wird die kinetische Energie
(Bewegungsenergie) des Windes direkt genutzt.
Etwas später begann die Menschheit damit, die Windkraft auch
indirekt zu nutzen, indem sie die kinetische Energie des Windes in
mechanische Energie umwandelten. Realisiert wurde dieses mittels
Windmühlen, welche die kinetische Energie über die Blätter der Mühle in
Rotationsenergie umwandelten.
28
Diese Rotationsenergie wurde nun genutzt, um Maschinen
anzutreiben, die beispielsweise Getreide zu Mehl verarbeiteten. Diese
Nutzung der Windenergie war seiner Zeit bereits ein großer Fortschritt für
die Menschheit, da auf diese Weise Arbeiten verrichtet werden konnten,
die davor zumeist nur mittels Muskelkraft zu bewerkstelligen war.
Diese früheren Nutzungsmöglichkeiten der Windenergie gibt es zwar heute
auch noch, der primäre Verwendungszweck der Windenergie liegt heute
jedoch in der Erzeugung von elektrischen Strom.
Auch wenn diese Möglichkeit zur Nutzung der Windkraft bereits
länger bekannt war, wird sie verstärkt seit den späten 80er Jahren des
letzten Jahrhunderts eingesetzt. Der Grund hierfür war die Erkenntnis, dass
die Ressourcen an fossilen Energieträgern sehr begrenzt sind, dass
Kernkraft schon aus Sicherheitsgründen keine wirklich gute alternative
Möglichkeit zur Stromerzeugung ist und dass die herkömmlichen
Methoden zur Stromerzeugung stets Umweltproblematiken mit sich
bringen.
Einen richtigen Boom erlebt die Windenergie seit der Einführung des
"Erneuerbare Energien Gesetz (EEG)" welches im Jahre 2000
verabschiedet wurde und u.a. die Förderung der Windenergie zur
Erzeugung von Strom regelt.
Windkraft zur Stromerzeugung
Die Erzeugung von elektrischem Strom aus Windkraft
funktioniert nach folgendem Prinzip :
Wind ist nichts anderes als bewegte Luft, also Moleküle, die sich mit
einer bestimmten Geschwindigkeit fortbewegen. Wenn sich Moleküle, die
eine Masse aufweisen, bewegen, liegt bereits eine Energieform vor, die als
kinetische Energie bezeichnet wird.
Diese kinetische Energie des Windes kann man umwandeln in
andere Energieformen, wie zum Beispiel der Rotationsenergie aus der sich
wiederum elektrischer Strom erzeugen läßt.
Im Falle einer Windkraftanlage erfolgt die Umwandlung der
kinetischen Energie mittels der Rotorblätter, welche die Energie des
Windes in eine Drehbewegung (Rotationsenergie) umwandeln. Die
Rotorblätter, die sich an der Nabe einer Windkraftanlage befinden, treiben
also eine Welle an, mit der ein Generator zur Stromerzeugung betrieben
wird.
Wieviel elektrischen Strom eine Windkraftanlage erzeugen kann, ist
zum Einen abhängig von der Größe der Anlage und zum Anderen von dem
Wirkungsgrad mit der die Anlage arbeitet. Letzeres bezieht sich auf das
Verhältnis, wieviel Prozent der vorliegenden Windenergie eine
29
Windkraftanlage in Rotationsenergie und somit folglich in Strom
umwandeln kann.
Hinsichtlich der Größe von Windkraftanlagen wird
unterschieden zwischen :
- "Kleinstanlagen", die lediglich Leistungen von einigen Kilowatt
bringen;
- "Kleine Windkraftanlagen", die Leistungen von bis zu 50 Kilowatt
bringen und deren Rotorblätter einen Durchmesser von bis zu 16 Metern
aufweisen;
- "Mittlere Windkraftanlagen" mit einer Leistung bis 500 Kilowatt
und einem Rotordurchmesser bis 45 Meter und;
- "Großanlagen", die teilweise eine Leistung von mehreren Megawatt
bringen und deren Rotordurchmesser über 100 Meter betragen kann.
Während Windkraftanlagen in früheren Zeiten noch oftmals als
Einzelanlagen betrieben wurden, werden heute zumeist viele
Windkraftanlagen in sogenannte Windparks zusammengefaßt, da dieses
zum Einen logistische Vorteile bezüglich der Einspeisung des Stromes in
das öffentliche Netz und bezüglich erforderlicher Wartungsarbeiten bringt
und zum Anderen Landschaftsbilder weniger beeinflußt werden, wenn sich
viele Windkraftanlagen auf begrenztem Raum konzentrieren.
Der derzeitige Trend geht, neben der Errichtung von Windparks, in
die Richtung, Windkraftanlagen in sogenannten "Off-Shore"-Windparks zu
errichten, also Windparks die sich im Meer befinden.
Der Aufwand für die Errichtung solcher Off-Shore Windparks ist
zwar ungleich größer als bei Windparks an Land, dafür sind die
durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten höher, es kann somit mehr
elektrischer Strom erzeugt werden und es gibt keine sichtbaren negativen
Beeinflussungen von Landschaftsbildern.
Vor- und Nachteile der Windenergie
Nachdem auf den vorangegangenen Seiten schon Einiges über Wind,
Windkraft und Windkraftanlagen berichtet wurde, sollen auf dieser Seite
einmal die konkreten Vor- und Nachteile, welche die Nutzung von
Windenergie zur Stromerzeugung mit sich bringt, angesprochen werden.
Vorteile der Windenergie sind zum Beispiel:
a) Kostenlose und unerschöpfliche Energiequelle
Der Rohstoff: "Wind", der im Betrieb von Windkraftanlagen
verwendet wird, ist, anders als bei konventionellen Methoden der
Stromerzeugung, völlig kostenlos und steht uns "vor Ort" dauerhaft zur
Verfügung.
Dieser Vorteil ist vor allem für rohstoffarme Länder, wie
Deutschland, sehr entscheidend, da durch den Ausbau der Nutzung von
30
Windenergie gleichzeitig die Abhängigkeit von Rohstofflieferungen aus
dem Ausland sinkt.
Sobald die Investitionen in Windkraftanlagen getätigt sind, liefern
diese nahezu kostenlose Energie. Somit amortisieren sich die
Investitionskosten relativ schnell und auch finanzielle Gewinne stellen sich
ein.
b) Emissionsarme Methode der Stromerzeugung
Alle konventionelle Methoden zur Erzeugung von elektrischem
Strom sind entweder mit hohen Sicherheitsrisiken oder aber mit
umweltgefährdenden Emissionen, wie zum Beispiel an dem als
klimabeeinflussendem Gas: "Kohlendioxid", verbunden.
Windkraftanlagen hingegen können sicher betrieben werden und
erzeugen im Betrieb keinerlei schädlichen Emissionen.
Geringe Emissionen an Gasen, wie CO2, fallen lediglich bei der
Herstellung, dem Aufbau und der Wartung von Windkraftanlagen an, die
im Vergleich zu den Emissionswerten konventioneller Kraftwerke jedoch
fast zu vernachlässigen sind.
c) Hohes Erweiterungspotential
Die Nutzung der Windenergie zur Stromerzeugung kann noch sehr
stark ausgebaut werden, da es gerade bei der Errichtung von Offshore
Windparks noch sehr viele Potentiale (mögliche Flächen) gibt, die genutzt
werden können.
Es sind einer verstärkten Nutzung der Windenergie somit kaum
Grenzen gesetzt.
Nachteile der Windenergie sind zum Beispiel :
a) Die Unstetigkeit des Windes
Wind wird es zwar immer geben, es ist jedoch kaum vorhersehbar
wann es wo wieviel Wind gibt. Deshalb ist es schwierig mittels
Windkraftanlagen stets konstante Mengen an elektrischem Strom zu
erzeugen. So ist es derzeit noch nicht möglich bei der Energieversorgung
alleine auf die Windenergie zu setzen und es müssen stets auch noch
alternative Energiequellen zur Verfügung stehen.
b) Die Beeinträchtigung von Landschaftsbildern
Gerade in den windreichen Regionen Deutschlands, wie zum
Beispiel den Küstenregionen, sind in den letzten Jahren sehr viele
Windkraftanlagen errichtet worden. Die große Menge an Windkraftanlagen
kann durchaus dazu führen, dass Landschaftsbilder negativ beeinflußt
werden und Regionen ihren ursprünglichen Charakter verlieren.
Da in Zukunft verstärkt auf die Errichtung von Windparks auf See
(Offshore Parks) gesetzt wird, wird dieser Nachteil zukünftig sicherlich
weniger zur Geltung kommen.
31
6 Strom aus windkraft
Grundlegend für die Stromerzeugung aus Windkraft bzw.
Windenergie ist das Vorhandensein von Wind. Die Bezeichnung ‚Wind‘
beschreibt im Allgemeinen bewegte Luftmassen innerhalb der Atmosphäre.
Demzufolge ist die Windenergie die kinetische bzw. Bewegungsenergie der
bewegten Luftmassen. Da die Bewegungen der Luftmassen indirekt durch
die Sonne hervorgerufen werden, gilt die Windenergie als eine indirekte
Form der Sonnenenergie und kann den erneuerbaren Energien zugeordnet
werden. Die gebräuchlichste Form der Windenergienutzung erfolgt mit
Hilfe von Windrädern.
Entstehung
Wind sowie die Energie des Windes entstehen durch den Ausgleich
der Druck- und Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen
Luftmassen. Durch die Ausgleichsbestrebungen geraten die Luftmassen in
Bewegung. Denn aufgrund der Tatsache, dass die Sonneneinstrahlung auf
der Erdoberfläche, die nicht gleichmäßig gestaltet ist, verschiedene
Temperaturen hervorruft, erfolgt eine differenzierte Erwärmung der
Atmosphäre sowie der Luft- und Wassermassen. Infolge der
unterschiedlichen Erwärmungstendenzen entstehen neben den Temperaturauch Druckunterschiede. Begünstigt werden die Unterschiede zudem durch
die Einteilung der Erde in eine Tag- und eine Nachtseite.
Des Weiteren ist die Sonneneinstrahlung in Äquatornähe größer als
an den Polen, so dass dort höhere Temperaturen zu verzeichnen sind. Die
Unterschiede führen zu einer Ausgleichsbewegung der Luftmassen. Das
bedeutet, die Luftmassen geraten nicht nur zwischen den Polen und dem
Äquator sowie zwischen der jeweiligen Tag- und Nachtseite der Erde in
Bewegung, sondern auch zwischen Land- und Wassergebieten, da diese
sich ebenfalls unterschiedlich stark und schnell erwärmen. Die
Verwirbelung der Luftmassen wird durch die Rotationsbewegung der Erde
ebenfalls verstärkt. Jahreszeitliche Luftströmungen werden durch die
sogenannte Schiefstellung der Rotationsachse der Erde zur Ebene
hervorgerufen. Die Ebene wiederum entsteht durch die Bahn, die die Erde
bei der Umkreisung der Sonne nutzt.
Aufgrund der verschiedenen Luftströmungsbewegungen entwickeln
sich sowohl Hochdruck- als auch Tiefdruckgebiete. Ein Hochdruckgebiet
ist eine Luftmasse über Grund, die horizontal durch einen im Vergleich zur
Umgebungsluft höheren Luftdruck gekennzeichnet ist. Tiefdruckgebiete
hingegen weisen einen niedrigeren Luftdruck als die Umgebungsluft auf. In
der Folge kommt es zu Ausgleichsbewegungen der verschiedenen
32
Luftdruckmassen, so dass sich infolge der Vermischung der ‚Normaldruck‘
einstellen kann. Die Bewegung der Luftmassen erfolgt immer von einem
Hoch- zu einem Tiefdruckgebiet. Die Bewegungsrichtung der Luftmassen
ist zudem durch die Corioliskraft bestimmt, welche sich ebenfalls aus der
Drehbewegung der Erde ergibt. Durch den Einfluss der Corioliskraft
bewegen sich die Luftmassen nicht gradlinig zu ihrem Ziel, sondern
beschreiben eine Rotationsbewegung innerhalb ihres Bezugssystems. Auf
der Nordhalbkugel erfolgt aus diesem Grund eine Ablenkung der
Luftmassen nach rechts. Durch die Ablenkung wird zusätzlich die
Drehbewegung der jeweiligen Hoch- und Tiefdruckgebiete bestimmt. Da
zwischen den Wirbeln auf der Nord- und Südhalbkugel entgegengesetzte
Drehbewegungen zu verzeichnen sind, bewegen sich die Luftmassen auf
der Südhalbkugel, hervorgerufen durch die Corioliskraft, nach links.
Das heißt, auf der Rechtshalbkugel bewegen sich die Luftmassen
entgegen des Uhrzeigersinns in ein Tiefdruckgebiet hinein und mit dem
Uhrzeigersinn aus einem Hochdruckgebiet heraus. Auf der Südhalbkugel
beschreiben die Luftmassen, ausgehend von den bisherigen Erklärungen,
eine Drehbewegung mit dem Uhrzeigersinn in ein Tiefdruckgebiet hinein
und entgegen des Uhrzeigersinns aus einem Hochdruckgebiet hinaus. Diese
Erklärung beruht jedoch auf einem, von oben aus dem Weltall, auf die
Bewegungstendenzen der Luftmassen gerichteten Blick.
Einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf die Entstehung von
Winden haben lokale Faktoren. Land und Wasser erwärmen sich
unterschiedlich, so dass Wind entsteht. Im Detail bedeutet dies, dass sich
das Land tagsüber schneller erwärmt als das Wasser. In der Folge entstehen
Druckunterschiede, die tagsüber für einen Wind sorgen, der sich vom
Wasser auf das Land bewegt. In der Nacht kühlt das Wasser jedoch
langsamer ab als die Landmassen, so dass die nächtlichen
Druckunterschiede zu einem Wind führen, der sich von den Landmassen
hin zum Wasser bewegt.
Vor allem an Küstengebieten entstehen häufig starke und
regelmäßige Winde, da dort wenig natürliche Erscheinungen vorhanden
sind, die zu einer Abbremsung führen können. Vor allem über Gewässern
können sich Winde uneingeschränkt entwickeln. Faktoren, die die Luftbzw. Windströmungen beeinflussen können entweder natürliche
Erscheinungen wie Berge oder künstlich angelegte Barrieren, wie
beispielsweise Städte, sein. In der Folge kann es zu Düsen- oder
Kapeffekten kommen.
Des Weiteren haben die landschaftlichen Gegebenheiten einen
enormen Einfluss auf die Windstärke in den unteren Luftschichten. Sind
verschiedene
sogenannte
Rauigkeiten,
Unebenheiten
in
der
33
Oberflächenbeschaffenheit, vorhanden, wirken sich diese negativ auf die
Windstärke aus. Das heißt, je mehr Rauigkeiten zu verzeichnen sind, desto
stärker ist die Reibung des Windes an der Erdoberfläche und desto geringer
wird die Windstärke. Als Rauigkeiten werden unter anderem Wissen,
Bäume, Gewässer oder auch Gebäude bezeichnet. Trifft der Wind also
beispielsweise auf ein Haus, dann nimmt die Geschwindigkeit, abhängig
von der Höhe über dem Boden, ab.
7 Nutzung der windenergie in der vergangenheit
Auch wenn die Nutzung der Windkraft innovativ erscheint, ist sie es
nicht zwangsläufig. Denn bereits in der Vergangenheit wurde die
Windkraft genutzt, um zum einen die Mobilität zu verbessern und zum
anderen für die Verrichtung mechanischer Arbeit. Schon vor mehr als
3.000 Jahren fuhren die Ägypter mit Hilfe der Windkraft auf dem Nil. Sie
bauten sich Segelboote und nutzten einen der größten weltweiten Flüsse als
Transportweg. Auch das Rote Meer und das Mittelmeer konnten sie durch
die Windkraftnutzung erkunden. Beim Segeln wird die direkte Windkraft
bzw. die kinetische Energie des Windes für die Fortbewegung genutzt. Sie
wird mit den Segeln einfach aufgefangen und bewegt somit das Segelboot
in eine bestimmte Richtung.
Mit Hilfe der Windenergie wurde zunehmend die Fortbewegung in
der Luft möglich. Maßgeblich an der Erfindung des Segelfliegens beteiligt
war bereits Leonardo da Vinci.
Erst später entwickelten die Menschen eine neue Technik, die sich
die Windenergie zu Nutze machte. Sie bauten Mühlen, die mit Hilfe der
Energie des Windes in eine Rotationsbewegung versetzt wurden. Durch die
Rotationsbewegung konnte dann mechanische Arbeit, wie beispielsweise
das Pumpen von Wasser oder das Mahlen von Getreide, verrichtet werden.
Dies bedeutete einen enormen Fortschritt, denn bis dahin wurden derartige
Arbeiten ausschließlich mit der Muskelkraft verrichtet.
Sogenannte Windmühlen waren zudem der Vorläufer der heutigen
Windkraftanlagen, welche vorrangig für die Stromerzeugung genutzt
werden. Die großtechnische Nutzung der elektrischen Energie begann
ungefähr mit dem Jahr 1882. Ab diesem Zeitpunkt wurde die elektrische
Energie eines der wichtigsten Hilfsmittel der Bevölkerung. Mit der
voranschreitenden Elektrifizierung der Städte ging ein Problem einher. Wie
sollte die Landbevölkerung mit elektrischem Strom versorgt werden? Für
die ländlichen Gebiete musste zunächst ein Übertragungsnetz für den
Strom geschaffen werden. Zudem mussten die Elektrizitätswerke im
Verbundbetrieb laufen. In Deutschland waren ab den 1920er Jahren fast
34
alle ländlichen Gebiete an das Verbundnetz angeschlossen. Um die
Versorgung mit elektrischer Energie zu verbessern, denn vor allem in der
Anfangszeit lief die Versorgung nicht so reibungslos wie gewünscht, setzte
man ab der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts vermehrt auf die
Windenergie. Ein Faktor für das Aufkommen der Idee war, dass viele
Windmühlen, die mechanische Arbeit leisteten, nach wie vor bestanden.
Pionierarbeit leistete Charles Francis Brush 1887/1888. Er baute eine
Windkraftanlage, die sich grundlegend an der Westernmill orientierte.
Unter der Bezeichnung Westernmill versteht man ein Windrad mit Fahne,
welches auf einen Gitterturm montiert wird. Mit Hilfe dieser
Windkraftanlage versorgte Brush sein Haus mit elektrischer Energie aus
einem Batteriespeicher.
Die wissenschaftliche Erforschung trieb der Däne Poul la Cour
voran. Er war wesentlich an der Grundsteinlegung der umfangreichen
Umwandlung der Windenergie in elektrischer Energie beteiligt. Die
Erforschung der Grundlagen ermöglichte ihm im Jahr 1891 den Bau einer
ersten Versuchsanlage in Askov auf Jütland, die er aus finanziellen Mitteln
der dänischen Regierung baute. Er hat zudem entscheidenden Einfluss auf
die Entwicklung der heutigen Windkraftanlagentechnik. Denn er stellte ein
gutes und anerkanntes wissenschaftliches Fundament auf und ging
systematisch vor, so dass seine einzelnen wissenschaftlichen sowie
baulichen Schritte leicht nachzuvollziehen waren. Beispielsweise betrieb er
als Erster Windkanalversuche. Dort versuchte er, die Flügelform möglichst
aerodynamisch zu gestalten. In der Folge gelang ihm die Entwicklung des
‚Schnellläufers‘. Bei dieser Windkraftanlage drehen sich die Flügelspitzen
schneller als der Wind. Kommerziell vermarktet wurde seine Technik
durch die Firma Lykkegaard, so dass 1908 bereits 72 ‚Schnellläufer‘ in
Betrieb waren.
Infolge des ersten Weltkriegs wurden die Treibstoffe knapp und
teuer, die unter anderem für die Stromerzeugung genutzt wurden. Dies
bedeutete für die Nutzung der Windenergie einen neuerlichen Auftrieb. Da
jedoch nach dem Ende des ersten Weltkriegs die Treibstoffe wieder
günstiger wurden und in einem größeren Umfang zugänglich waren,
entwickelten sich die Windkraftanlagen zu einem Nischenprodukt.
Einen großen Schritt machte die Technik der Windkraftnutzung
durch Albert Betz. Betz, Physiker und Leiter der Aerodynamischen
Versuchsanstalt Göttingen, legte mit seinen wissenschaftlichen Studien
einen wichtigen Grundstein für die weitere Entwicklung der
Windkraftanlagen. Er beschäftigte sich vor allem mit der Aerodynamik des
Windrotors. Bekannt wurde er für die erstmalige Formulierung des
Betz’schen Gesetzes, welches besagt: das physikalische Maximum der
35
Ausnutzung der Bewegungsenergie des Windes liegt bei 59,3 Prozent. Vor
allem seine Erkenntnisse zur Formgebung der Flügel einer
stromerzeugenden Windkraftanlage werden bis heute genutzt.
Um 1925 entwickelte der Schiffsoffizier Sigurd Savonius eine
Durchströmturbine mit einer vertikalen Rotationsachse. Diese konnte
erstmals sowohl als Auftriebs- als auch als Widerstandsläufer genutzt
werden. Allerdings konnte zu dieser Turbine, welche eine äußerst
schwierige Funktionsweise hat, bislang kein mathematisches Modell
aufgestellt werden. Eine weitere Turbine entwickelte 1931 der Franzose
Georges Darrieus. Bei dieser in den USA patentierten Turbine handelt es
sich ebenfalls, wie bei der Savonius-Turbine, um eine Turbine mit einer
Vertikalachse, die allerdings die Bauform eines Schnellläufers aufweist.
Zu derselben Zeit arbeiteten in Deutschland verschiedene Köpfe, wie
beispielsweise Ferdinand Porsche, Hermann Honnef oder auch die
Ventimotor GmbH an Plänen für Großwindkraftwerke. Hermann Honnef
folgte mit seinen Plänen einer Doppel-Rotor-Technik, die sich allerdings
als fehlerhaft herausstellte. Dennoch gelang es ihm, seine
Großwindkraftwerke einigen hochrangigen Leuten der damaligen
Regierung anzuempfehlen. Die in Weimar ansässige Firma Ventimotor
propagierte die Windkraft als ‚Windkraft für Wehrbauern‘. Die dezentralen
Windkraftanlagen sollten die Energieversorgung nach einem
vermeintlichen Endsieg der Hitler-Regierung gewährleisten. Allerdings
wurden die Arbeiten von Ventimotor bereits 1943 eingestellt, da der
Flugzeugbau im Rahmen des voranschreitenden Krieges wichtiger wurde.
1941 entstand in den USA, in Vermont, eine Windkraftanlage mit
einer Leistung von 1,2 Megawatt. Die Smith-Putnam-Anlage wurde nach
ihrem Erfinder Palmer Cosslett Putnam benannt. Die Anlage lief jedoch
lediglich bis 1945, bis ein Flügel brach. Ulrich W. Hütter, im späteren
Zeitgeschehen als der Windkraftpapst bekannt, entwarf 1951 eine Anlage
mit einer Leistung von 10 Kilowatt. Mit diesen Anlagen ging der DeutschÖsterreicher in eine größere Produktion. In der Summe wurden rund 200
Anlagen in Länder wie Südafrika, Indien oder auch Argentinien geliefert.
Eine vollkommen einsatzfähige Anlage steht bis heute im Stammhaus der
Firma Klöckner in Bonn. 1957 baute Hütter dann das sogenannte Urmodell
als Windkraftwerke. Bei Geislingen entstand die 100-kW-Anlage StGW34. In dem gleichen Jahr machte die Entwicklung der Windkraftnutzung
einen weiteren Schritt nach vorn. Der Däne Johannes Juul baute eine 200Kilowatt-Windkraftanlage in Gedser. Diese war mit drei Flügeln
ausgestattet. Die Anlage wurde jedoch 1966 aus Kostengründen stillgelegt.
1977 wurde sie erneut in Betrieb genommen und diente für mehrere Jahre
als eine Versuchsanlage.
36
Zu Beginn der 1980er Jahre setzte sich das dänische Konzept bei den
Windkraftanlagen aufgrund der großen Nachfrage durch. Gekennzeichnet
ist das dänische Konzept dadurch, dass die Windkraftanlagen mit drei
starren Rotorblättern, mit einem Asynchronmotor sowie mit ein oder zwei
festen Drehzahlen ausgestattet wurden. Diese Konstruktionsweise hat sich
bis heute bei den 500-Kilowatt-Anlagen weitestgehend durchgesetzt.
Die Geschichte der Testwindkraftanlagen in Deutschland ab 1978 ist
nicht sehr erfolgreich. Die erste große Versuchsanlage Growian, war die
größte Windkraftanlage der Welt. Diese Anlagengröße sollte erst in den
1990 er Jahren kommerziell gebaut werden. Allerdings lieferte Growian
bereits vorher wichtige Erkenntnisse mit einer derart großen Anlage. In den
dauerhaften Testbetrieb ging die Anlage jedoch nie. Im Weg standen
unüberwindbare Materialprobleme. Auch der Nachfolger, Growian 2, eine
nur halb so große Testanlage, wurde weitestgehend zu einem Misserfolg.
Erneut traten Materialprobleme auf. Die Schäden ließen sich nicht mehr
versichern, so dass auch Growian 2 nicht den dauerhaften Betrieb aufnahm.
1988 entstand auf einem Teil des ehemaligen Testgeländes der GrowianAnlage der erste deutsche kommerzielle Windenergiepark mit insgesamt 30
kleinen Windkraftanlagen. Dieser ist für Besucher geöffnet. Der
Windenergiepark Westküste GmbH wurde in ein Informationszentrum über
die Geschichte der Windenergie umfunktioniert.
8 Das nutzbare windpotenzial
Die Sonneneinstrahlung hat einen großen Einfluss auf die Entstehung
von Winden auf der Erde. Allerdings werden lediglich rund zwei Prozent
der gesamten Sonneneinstrahlung in Luftströmungen umgesetzt. Diese
weisen insgesamt ein Windpotenzial von jährlich rund 300 Millionen
Terrawattstunden auf, mit welchem der weltweite Energiebedarf eines
Jahres 300fach gedeckt werden könnte. Für die Deckung des
Energiebedarfs ist hingegen nur ein kleiner Teil wirklich nutzbar.
Allerdings gehen diesbezüglich die Meinungen der Experten auseinander.
Bislang herrscht kein Konsens darüber, wie viel Potenzial realistisch in der
Windenergie steckt. Denn eine vollständige Ausschöpfung des technischen
Potenzials ist in der Praxis aus wirtschaftlichen, netztechnischen und
ökologischen Gründen nicht möglich.
Die ergiebigsten Winde herrschen auf offener See oder in
Küstenregionen vor. Mitteleuropa steht unter dem Einfluss der Winde, die
der Atlantik hervorruft. Die Windgeschwindigkeit nimmt ab, je weiter der
Wind ins Landesinnere vordringt. Das bedeutet, Windkraftanlagen in
37
Küstennähe oder auf der offenen See lassen sich wirtschaftlicher betreiben
als Windkraftanlagen, die im Landesinneren errichtet werden.
Auswirkungen der Winde auf die Umwelt
Winde sind nicht immer positiv zu beurteilen, da sie über das
Stromerzeugungspotenzial auch ein gewisses Zerstörungspotenzial mit sich
bringen. In besonderen Fällen entwickeln sich die Winde zu Stürmen.
Stürme
sind
Starkwindereignisse,
bei
denen
die
Mindestwindgeschwindigkeit einen Wert von 20,8 Meter je Sekunde
erreicht. Treten hoher Druckunterschiede auf einer relativ kurzen Distanz
auf, kann es zu Stürmen kommen. In der Regel sind diese als ein Sturmtief
in dem Einflussgebiet eines Tiefdruckgebietes vorhanden. Stürme können
aber auch entstehen, wenn die Winde eine topografisch bedingte
Kanalisierung durchlaufen. Über dem Meer ist aufgrund der fehlenden
Rauigkeiten die Bodenreibung des Windes geringer. Aus diesem Grund
erreichen die Winde über dem Meer oftmals höhere Geschwindigkeiten als
die Winde über dem Festland und können sich häufiger zu einem Sturm
ausbilden. Trifft der Wind dann jedoch auf das Festland, nehmen die
Windgeschwindigkeit schnell deutlich ab.
Stürme können sowohl der Natur als auch dem Menschen schaden.
Treten sie in ihren Extremformen, beispielsweise als Orkane auf, kommt es
zu Zerstörungen der Natur durch umgeknickte Bäume und andere
Erscheinungen sowie zu einer Schädigung der durch den Menschen
erschaffenen Bauwerke. Das bedeutet, dass die Menschen sowohl direkt als
auch indirekt durch die starken Winde betroffen sein können. Stürme
können in der Regel auch von Windkraftanlagen nicht genutzt werden, da
die Kraft des Windes zu stark für die Anlagen sein kann. Um Schäden
vorzubeugen, werden diese bei auftretenden Stürmen oftmals angeschaltet.
Allgemeiner Aufbau von Windkraftanlagen
Bevor eine genauere Differenzierung der Windkraftanlagen erfolgen
kann, ist der allgemeine Aufbau zunächst näher zu betrachten. In ihrer
heute vorrangigen Bauform verfügen die Windenergieanlagen über ein
Fundament, einen Turm, eine Gondel sowie einen Rotor.
Eine Windenergieanlage kann auf zwei unterschiedlichen
Fundamenten fußen. Auf der einen Seite werden die Flachfundamente dort
eingesetzt, wo der Baugrund auch tragfähig ist. Dies ist besonders wichtig,
da die Flachfundamente aus Stahlbeton bestehen und erst vor Ort gegossen
werden. Um die notwendige Standfestigkeit des Turmes zu gewährleisten,
wird als Verbindungsstück zwischen dem Turm und dem Flachfundament
ein Fundamenteinbauteil angebracht. Ebenfalls verwendet werden kann ein
eingearbeiteter Ankerkäfig, der mit Bolzen befestigt wird. Auf der anderen
Seite kommen Tiefgründungen bzw. Pfahlfundamente immer dort zum
38
Einsatz, wo der Baugrund besonders weich, wie zum Beispiel bei Mooren,
ist. Die Montage dieser Fundamente erfolgt in mehreren Teilschritten.
Zunächst werden ein oder auch mehrere Pfähle aus Stahlbeton mit Hilfe
einer Ramme in den Baugrund eingebracht. Anschließend werden diese mit
einer Stahlbetonplatte an der Oberfläche verbunden. Erst dadurch kann die
notwendige Stabilität erreicht werden. Auf dieser Stahlbetonplatte wird im
Anschluss der Turm der Windkraftanlage angebracht.
Nicht nur bei den Fundamenten stehen unterschiedliche
Ausführungen zur Auswahl. Auch die einzelnen Sonderformen der Türme
können an die jeweiligen äußeren Bedingungen angepasst werden. Die
Türme müssen zwei besondere Merkmale erfüllen, die sich nicht nur auf
die Leistungsfähigkeit und die Stabilität der Konstruktion sondern auch auf
den Kostenfaktor auswirken. Zum einen brauchen die Türme von
Windkraftanlagen eine ausreichende Höhe, um möglichst viel
Windpotenzial nutzen zu können. Aus diesem Grund werden die
abgespannten Masten lediglich für kleine Windkraftanlagen genutzt.
Zudem müssen die Türme eine bestimmte Steifigkeit aufweisen. Ansonsten
kann es zu irreparablen Schäden durch starke Winde kommen. Außerdem
sind sie die Träger der Gondeln und Rotoren. Somit hat das Material,
welches im Turm verbaut wird, einen wichtigen Einfluss auf die
Gesamtkosten. Diese setzen sich in der Regel aus dem gesamten
Materialaufwand, den Fertigungskosten, den Transportkosten, den Kosten
für das jeweils erforderliche Fundament und dem jeweiligen Flächenbedarf
zusammen.
Die Türme von Windkraftanlagen können als Gittermasten, konische
Stahlrohrtürme, als Betontürme oder als Hybridtürme angelegt werden.
Gittertürme bestehen aus Stahlprofilen, die miteinander verschraubt
beziehungsweise verschweißt werden. Das stärkste Argument für einen
Gitterturm sind die geringen Kosten, da der Turm regelmäßige Öffnungen
in Form von Gittern aufweist und deshalb in der Summe nur ungefähr die
Hälfte des Materials verwendet wird, welches für eine durchgehende
Turmoberfläche erforderlich wäre. Kritik wird immer wieder an dieser
Konstruktion aufgrund des Erscheinungsbildes geäußert. Die zweite
Variante eines Turmes für eine Windkraftanlage ist der konische
Stahlrohrturm. Die Bezeichnung ‚konischer Stahlrohrturm‘ beschreibt den
Aufbau des Turmes, dessen Durchmesser zum Boden hin zunimmt. In der
Regel werden die Türme von Windkraftanlagen mit konischem
Stahlrohrturm in Einzelteilen bis zum Standort geliefert. Die
Einzelsegmente haben dann eine Länge von jeweils 20 bis 30 Metern und
haben an beiden Seiten Flansche. Diese ermöglichen ein Verschrauben der
Einzelsegmente vor Ort.
39
Der zum Boden hin zunehmende Durchmesser des Turmes macht die
gesamte
Anlage
widerstandsfähiger
gegenüber
den
Witterungserscheinungen und bringt eine Materialersparnis. Denn je höher
der Turm wird, desto geringer wird der Materialaufwand. Eine dritte
Turmbauform ist der Betonturm, der wiederum in zwei verschiedenen
Varianten genutzt werden kann. Der Ortbetonturm wird vor Ort im
Gleitbauverfahren hergestellt, während Fertigbetonteilturm erst vor Ort
zusammengesetzt wird. Die einzelnen Bauteile werden demzufolge erst an
dem Ort, an welchem die Windkraftanlage entstehen soll, übereinander
gesetzt und anschließend mit den inne liegenden Stahlseilen miteinander
verspannt. Der Hybridturm kommt, im Vergleich zu den anderen Arten, nur
selten zum Einsatz. Hybridtürme sind Kombinationen aus den bereits
beschriebenen Turmformen. Die am meisten verwendete Bauweise als
Hybridturm ist die Kombination aus einem Stahlrohrturm mit einem
Betonsockel, dem sogenannten Betonrohr, welches sich am unteren Ende
des Stahlrohrturmes befindet. In diesem Sonderfall wird ein StandardStahlrohrturm mit einem fünf Meter hohen Spannbetonsockel kombiniert.
Dadurch wird eine höhere Nabenhöhe erreicht, ohne dass dafür eine neue
Form des Stahlrohrturmes entwickelt werden muss.
Die Gondel, auch als Maschinenhaus bezeichnet, bildet hingegen den
Grundrahmen, den Träger und die Verkleidung zur Aufnahme sowie für die
Befestigung des Getriebes und des Generators. Sie dient zudem der
Aufnahme aller an der Mast- beziehungsweise Turmspitze auftretenden
Kräfte und Momente. Das bedeutet, dass die Gondel alle für den Betrieb
einer Windenergieanlage erforderlichen Komponenten, wie die
Antriebswelle, das Hauptlager, das Getriebe, den Generator, die
Windrichtungsnachführung, die Steuerungs- und Sicherheitssysteme sowie
teilweise den Transformator beinhaltet. An der Vorderseite der
Antriebswelle, welche zur Energieübertragung dient, ist der Rotor befestigt.
Dieser besteht wiederum aus der Nabe sowie aus, in der Regel, drei
Rotorblättern.
Bei den Generatoren für Windenergieanlagen finden ebenfalls
verschiedene Modelle Verwendung. Moderne Windkraftanlagen arbeiten in
der Regel entweder mit Asynchron- oder Synchrongeneratoren.
Asynchrongeneratoren haben verschiedene Vorteile, durch welche
sie sich im Betrieb bewährt haben. Sie haben sich in der Vergangenheit als
kostengünstig, einfach und watungsarm herausgestellt. Zudem lassen sie
sich einfach mit dem Stromnetz synchronisieren. Ein Nachteil bei diesen
Generatoren ist jedoch, dass sie auf Blindstrom angewiesen sind. Als
Blindstrom für der elektrische Strom verstanden, der zwischen dem
Generator einer Windkraftanlage und dem Stromverbraucher lediglich hin-
40
und herpendelt. Das bedeutet, dieser Strom belastet die Leitungen und führt
bei der Energieübertragung sowie in den Generatoren zu größeren
Energieverlusten. Blindstromgeneratoren haben hingegen nahezu keinen
Blindstrombedarf. Kommt ein Generator mit einem Frequenzumrichter
zum Einsatz, ist der Aufwand zwar höher, allerdings bietet diese
Ausstattung den Vorteil eines drehzahlenvariablen Betriebs. Daraus
ergeben sich dann meistens eine bessere Netzverträglichkeit sowie
geringere mechanische Belastungen der Anlagenkomponenten. Handelt es
sich bei einer Windenergieanlage um eine sogenannte stall-geregelte
Anlage, werden pol-umschaltbare Generatoren genutzt. Das hat wiederum
den Vorteil, dass die Anlage, abhängig von der Windgeschwindigkeit, in
einer langsamen oder einer schnellen Generatorstufe arbeiten kann.
Der Rotor ist bei einer Windkraftanlage das auffälligste Merkmal. Er
besteht wiederum aus Rotorblättern und einer Rotornabe. Die Rotorblätter
sind essentiell für eine Windkraftanlage, da diese die Energie der sich
bewegenden Luft, also des Windes, an den Generator weiterleiten. Durch
die Bewegung innerhalb der Luft sind sie für einen Teil der sogenannten
Betriebsgeräusche verantwortlich, weshalb eine fortwährende Optimierung
der Geräuschminderung versucht wird. Zudem wird bezüglich des
Wirkungsgrades ebenfalls immer fort nach Verbesserungsmöglichkeiten
gesucht. Bei den heute üblichen Anlagengrößen weist der Rotor einen
Durchmesser zwischen 40 und 90 Metern auf. Allerdings geht der Trend zu
wachsenden Rotordurchmessern, um dadurch den Wirkungsgrad zu
erhöhen. Zu Beginn des Jahres 2009 lag der größte Rotordurchmesser bei
einem Wert von 127 Metern. Der dazugehörige Rotor ist Bestandteil der
Enercon E-126. In der Regel werden die Rotorblätter aus
glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Sie entstehen in der
sogenannten
Halbschalen-Sandwich-Bauweise
und
werden
mit
Versteifungsholmen
oder-stegen
ausgestattet.
Der
Begriff
‚Sandwichbauweise‘ bezieht sich auf eine besondere Vorgehensweise bei
der Herstellung von Gegenständen. Mehrere Schichten, die
unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, werden in einem Werkstoff
übereinander gelegt bzw. in diesen Werkstoff eingebettet.
Neben den Kunststofffasern fanden bei einigen Herstellern auch
bereits Kohlefasern Eingang in die Rotorproduktion. Da die Rotorblätter in
einer gewissen Höhe angebracht werden, müssen sie zudem mit einem
Blitzschutz ausgestattet werden, der die Entladung an die Erdung des
Maschinenhauses abgibt. Trotzdem treten verschiedene Erscheinungen an
den Rotorblättern auf, die zu Problemen während des Betriebs oder auch zu
Materialschäden führen können. Beispielsweise kann sich an den
Rotorblättern, aufgrund der geringen Temperatur, Eis bilden. Infolge der
41
Einbildung kommt es zu einer Verringerung des Wirkungsgrades, da die
Eisablagerungen zu einer Änderung der aerodynamischen Beschaffenheit
der Blätter führen. Zusätzlich kann es zu einer Unwucht des Rotors
kommen, da die Masse der Rotorblätter dann nicht mehr
rotationssymmetrisch verteilt ist. Bilden sich größere Einbrocken an den
Rotorblättern kann dies sogar zu einer unkalkulierbaren Gefahr für die
unmittelbare Umgebung werden. Tritt der Eisbruch auf, fallen die Brocken
auf die Erde und können Schäden verursachen. Besonders prekär ist die
Situation in solchen Fällen unter den Rotorblättern. Zwar wurden bislang
mehrere Fälle von Eisbruch dokumentiert, Personenschäden wurden
bislang genauso wenig verzeichnet wie Sachschäden. Trotzdessen stellen
diese Szenarien eine reale Gefährdung dar. Das Phänomen der Eisbildung
tritt allerdings selten und nur bei bestimmten Wetterlagen auf. In der Regel
sind die Windenergieanlagen mit einer Vorrichtung ausgestattet, die eine
automatische Abschaltung bei Eisansatz ermöglicht. Besteht die Gefahr des
Eisansatzes, kann dieser durch die Veränderung der intern aufgezeichneten
Leistungskurve bemerkt werden. Die Leistungskurve verändert sich, da die
erbrachte Leistung der Anlage und der bestehende Wind aufgrund der
aerodynamischen Veränderungen nicht mehr zusammen passen. Weitere
Indikatoren für Eisansatz sind Temperaturschwankungen sowie das
Auftreten einer Unwucht am Rotor. Manche Firmen haben sich dieses
Problems angenommen und Rotorblätter entwickelt, die mit einer
Heizungsanlage versehen werden können, damit es nicht zu dem
beschriebenen Phänomen kommen kann. De Heizung verbraucht je
Rotorblatt Energie im ein- bis zweistelligen Kilowattbereich. Verglichen
mit der erzeugten Leistung ist der Aufwand jedoch gering. Eine andere
Möglichkeit, den Eisansatz zu verringern oder das Abtauen zu
beschleunigen, ist die Blattheizung, welche die Abluft aus der Gondel in
die einzelnen Rotorblätter pumpt. Dann kann die Abwärme sowohl vom
Generator als auch vom Stromwandler genutzt werden.
Bauformen
Soll mit Hilfe der Windenergieanlagen Strom erzeugt werden,
werden die Anlagen mit einer horizontalen Rotationsachse präferiert. Eine
andere Bauform beinhaltet die vertikale Rotationsachse. Abhängig von den
vorherrschenden Standortbedingungen können diese sogar gute
Alternativen zu Anlagen mit horizontaler Rotationsachse sein.
Horizontale Rotationsachse
Ist die Gondel mit einem sogenannten Azimutlager horizontal
beweglich auf dem Turm angebracht, dann handelt es sich um eine
Windkraftanlage mit einer horizontalen Rotationsachse. Derartige Anlagen
42
müssen dem Wind nachgeführt werden. Das heißt, dass zunächst die
Windrichtung mit Hilfe eines Windrichtungsgebers ermittelt wird. Vor
allem bei großen Anlagen wird auf diese Weise verfahren. Anschließend
übernehmen die sogenannten Stellmotoren die Ausrichtung des Rotors in
Windrichtung. Befindet sich der Rotor auf der dem Wind zugewandten
Seite, dann handelt es sich dabei um einen Luvläufer. Ist der Rotor jedoch
auf der windabgewandten Seite angebracht, ist die Rede von einem
Leeläufer. Leeläufer haben den Vorteil, dass bei kleinen Windkraftanlagen
auf den Windnachführungsmechanismus verzichtet werden kann, da der
Wind den Rotor automatisch in die richtige Richtung dreht. Somit erfolgt
eine passive Windnachführung. Zudem ist die Gefahr, dass ein Rotorblatt
den Turm der Windkraftanlage berührt, wesentlich geringer als bei einer
anderen Ausführung. Unstetigkeiten bei der Rotordrehzahl, mechanische
Schwingungs-Erscheinungen sowie elektrische Schwankungen haben
jedoch verhindert, dass sich die Technik für große Anlagen durchsetzen
konnte. Diese Phänomene treten auf, wenn ein Rotorblatt den Windschatten
des
Turmes
passiert
und
kurzzeitig
Schwankungen
des
Antriebdrehmoments auftreten.
Vertikale Rotationsachse
Windkraftanlagen mit vertikaler Rotationsachse sind unter anderem
der Savonius-Rotor und der Darrieus-Rotor.
Der Savonius-Rotor besteht aus zwei an einer vertikalen Rotorachse
angebrachten, waagerechten Kreisschreiben, zwischen denen zwei oder
auch mehrere halbkreisförmige gebogene Schaufeln angebracht sind.
Zudem stehen sie Schaufeln bzw. Flügel senkrecht und sind versetzt
zueinander angeordnet. Die Anordnung hat zur Folge, dass ein Teil des auf
die Schaufeln treffenden Windes umgeleitet wird und auf die Rückseite
einer der rückseitig konkaven Schaufeln einwirken kann. Dem
Wirkungsgrad liegen die Wirkprinzipien des aerodynamischen Auftriebs
sowie des widerstandsbedingten Vortriebs zugrunde. Die mittlere
Schnelllaufzahl eines Savonius-Rotors liegt bei 1,6. Der maximale
Wirkungsgrad liegt bei 28 Prozent. Die Laufrichtung eines derartigen
Rotors kann während der Planung und Herstellung durch die Anordnung
der Schaufelsegmente in rechts- oder linkslaufend festgelegt werden.
Einige Modell zeichnen sich zudem durch eine pendelnde Aufhängung, ein
sogenanntes Kardangelenk, aus. Damit kann die Biegekraft bei langen und
schweren Rotoren verringert werden. Allerdings hat dies den Nachteil, dass
sich der Wirkungsgrad wesentlich reduziert. Denn durch die pendelnde
Aufhängung weichen die Schaufeln der treibenden Bewegung aus,
wodurch in der Folge die die im Drehsinn wirkende Hebelkraft auf die
Rotationsachse verloren geht.
43
Vor- und Nachteile von Windkraftanlagen
Der Savonius-Rotor weißt neben diversen Nachteilen auch einige
Vorteile auf, die seine Nutzung nahe legen. Ein Vorteil liegt beispielsweise
in der einfachen Montage sowie dem leichten Aufbau. Auch das relativ
hohe Drehmoment bei einer vergleichsweise niedrigen Drehzahl wirkt sich
vorteilhaft aus. Weitere Vorteile sind, dass der Savonius-Rotor unabhängig
von der Windrichtung gebraucht werden kann. Das heißt, eine
Windausrichtung ist nicht erforderlich. Dies ermöglicht unter anderem
bereits einen Einsatz bei geringen Windgeschwindigkeiten ab zwei bis drei
Meter je Sekunde. Außerdem ist der Zusammenschluss mehrerer Rotoren
zu einer großen Anlage möglich.
Diese sogenannte Kopplung kann sowohl im horizontalen als auch
im vertikalen Verbund erfolgen. In der Regel verfügen Windkraftanlagen,
die mit einem Savonius-Rotor ausgestattet sind, über eine integrierte
Leistungsbegrenzung. Ist diese vorhanden, sind die Anlagen sturmsicher.
Das bedeutet, zu hohe Windgeschwindigkeiten können aufgrund einer zu
hohen Leistung keinen Schaden an dem Rotor verursachen. In der
Vergangenheit hat sich der Rotor gegenüber vielen Winderscheinungen als
besonders robust erwiesen. Unter anderem weist die Maschine eine
besonders hohe Toleranz gegenüber Luftturbulenzen auf, die
standortbedingt im Wind enthalten sein können. Ändert sich die
Anströmungsrichtung, sind ebenfalls Wirkungsgradverluste kaum spürbar.
Der Rotor ist so konzipiert, dass er auch böige Winde gut ausgleichen
kann. Aufgrund der installierten Massenträgheit kann der Rotor abrupte
Strömungswechsel ausgleichen. Zudem werden die Blattschaufeln, die sich
auf einer vertikalen Drehachse befinden, gleichmäßig von der Gravitation
beeinflusst. Außerdem sprechen die kaum wahrnehmbaren Laufgeräusche
für diese vertikale Rotationsachse. Anwohner der angrenzenden Gebiete
fühlen sich durch eventuelle Geräusche nicht gestört. Ein nächster Vorteil
ist die Zweipunkte-Lagerung, die sich auf den oberen und den unteren
Bereich der Turbine verteilen. Durch diese Bauweise werden die
Belastungen auf zwei Lagerpunkte verteilt, die relativ weit auseinander
liegen. Die einzelnen Lager werden dadurch weniger anfällig für
Verschleißerscheinungen.
Ein klarer Nachteil sind die Leistungsbeiwerte des Rotors.
Ausgehend davon, dass die Leistungsbeiwerte bei geschätzten 28 Prozent
liegen,
kann
der
Savonius-Rotor
diesbezüglich
nicht
mit
Windenergieanlagen Schritt halten, die mit einer horizontalen Rotorachse
ausgestattet sind. Zudem sind die Blattschaufeln ständigen Lastwechseln
ausgesetzt. Diese ergeben sich aus dem dauerhaften Wechsel der
Anstellwinkel zur einwirkenden Strömung. Die entstehenden Lastwechsel
44
sorgen, in Kombination mit den Fliehkräften, Schwingungen und
Materialbelastungen. Als typisches Belastungsmerkmal eines SavoniusRotors gilt die ausgeprägte Unwucht, die sich infolge der unterschiedlich
starken, zyklischen Belastung aufgrund der Strömung während der
Rotation ergibt. Diese tritt auch dann auf, wenn die Gewichtsverteilung
perfekt austariert ist. Minimiert werden kann die Unwucht, wenn die
Schaufelanzahl, die in der Regel bei zwei liegt, auf meist drei oder mehr
erhöht wird. Eine Unwucht entsteht allerdings nicht ausschließlich als eine
Folge der unterschiedlichen Belastung. Sie kann auch dann auftreten, wenn
eine starke Strömung zu einer Verformung führt. Dieser Fall tritt
beispielsweise dann auf, wenn die Konstruktion nicht ausreichend stabil
gehalten wird. Ab einer Größe von ungefähr 25 Quadratmetern wird die
auftretende Unwucht jedoch so gravierend, dass sie kaum noch
beherrschbar ist. Aus diesem Grund können die Savonius-Rotoren nicht für
alle Windkraftanlagen verwendet werden. Um die Unwuchten infolge der
zur Strömung ausgerichteten Frontalflächen beherrschbar zu machen,
empfiehlt sich eine kleinere Rotorabmessung. Bei Anlagen mit einer
kleineren Rotorabmessung kann zudem mit einer feststehend aufgestellten
Einleitfläche die Strömung erhöht werden.
Hingegen ist es auch möglich, den Savonius-Rotor, der in der Regel
mit einer vertikalen Rotationsachse ausgestattet ist, mit einer horizontalen
Drehachse zu betreiben. Da in diesen Fällen jedoch zusätzliche
Lastwechsel, hervorgerufen durch die Gravitation, entstehen, ist die
Beanspruchung höher als bei der herkömmlichen Bauweise. Wird der
Rotor jedoch unterhalb der Wasseroberfläche genutzt, ist der
Gravitationseffekt infolge der spezifischen Gewichtsrelativierung kleiner
oder hebt sich sogar auf. Allerdings ist dafür auch unter Wasser eine
Strömung notwendig.
Eine andere Bauart der vertikalen Rotationsachse ist der DarrieusRotor. Zwar ist der Darrieus-Rotor für die derzeitige Windkraftnutzung
eher unbedeutend, allerdings könnte diese besondere Windkraftanlage
zukünftig eine stärkere Rolle spielen. Die scherzhafte Bezeichnung für
seine besondere Form lautet ‚egg-beater‘ und bedeutet so viel wie
Schneebesen. Diesen Beinamen bekam der Darrieus-Rotor aufgrund der
Tatsache, dass die Rotorblätter am oberen sowie am unteren Ende der
Achse, welche senkrecht zum Erdboden verläuft, befestigt werden. Deshalb
ragen die Blätter bogenförmig nach außen. In ihrer bogenförmigen Anlage
folgen die Rotorblätter der sogenannten Kettenlinie. Das hat zur Folge,
dass sie infolge der Zentrifugalkraft keinem oder einem sehr geringen
Biegemoment ausgesetzt sind. Die Blätter, die ebenfalls als Flügel
bezeichnet werden, bewegen sich auf einer Kreisbahn um die
45
Rotationsachse. Dabei werden sie auf einem Teil ihres Umlaufs, also der
Kreisbewegung, nicht optimal vom Wind angeströmt. Aus diesem Grund
ist der Erntegrad eines Darrieus-Rotors niedriger als bei einer
Windenergieanlage mit einer horizontalen Rotationsachse. Die reguläre
Obergrenze des Leistungsbeiwerts eines Darrieus-Rotors liegt bei 0,55.
Dieser Rotor arbeitet nach dem Auftriebsprinzip. Die Strömung an
einem Rotorblatt ergibt sich aus der Vektoraddition der
Drehgeschwindigkeit mit der jeweiligen Windgeschwindigkeit. Vollführt
nun ein Rotorblatt seinen Umlauf, verändert sich, durch die Addition, die
effektive Windgeschwindigkeit. Auch die Anströmrichtung sowie der
Anströmwinkel unterliegen einer ständigen Veränderung während des
Umlaufs. An den Blättern ist ein dynamischer Auftrieb zu verzeichnen, der
senkrecht zur Anströmungsrichtung verläuft. Das hat zur Folge, dass ein
Teil des Auftriebes in Drehrichtung zeigt und das Drehmoment erzeugt.
Das ist der sogenannte Vortrieb. Das maximale Drehmoment entsteht an
den Stellen, an denen die Windrichtung senkrecht zu der Drehrichtung
verläuft. Denn je größer der Anstellwinkel ist, desto größer wird auch die
Vortriebskomponente des Auftriebs. An der Stelle, an welcher die Drehund die Windrichtung jedoch parallel verlaufen, entsteht kein Vortrieb, da
der Anstellwinkel gleich Null ist. An diesem Punkt ist die Reibung eines
realen Darrieus-Rotors sogar größer als der Vortrieb. Das bedeutet, dass ein
realer Rotor an dieser Stelle sogar abgebremst wird. Wie kommt es aber zu
dem Drehmoment bzw. zu der Rotation? Der Vortrieb wird als ein Impuls
auf die Befestigungen der Flügel geleitet und dort, entweder durch Zugoder durch Druckkraft in Hebelkraft umgewandelt, die wiederum die
Rotation verursacht.
Der Teil des Auftriebs der Rotorblätter, welcher nicht in
Drehrichtung verläuft, wirkt windaufwärts hin zu der Drehachse sowie
windabwärts von ihr weg. Durch diese Bewegungen entsteht ein
Lastwechsel, der die Konstruktion stark belasten kann. Die Belastung ist
besonders an den Stellen hoch, an denen das Drehmoment leicht gegen die
Drehrichtung wirkt. Ein- oder auch zweiblättrige Rotoren erreichen
innerhalb eines Umlaufs ein- oder zweimal diesen Punkt. Das bedeutet,
dass der Rotor ausreichend Drehimpuls benötigt, um genau diese Punkte zu
überwinden. Aus diesem Grund läuft der Rotor vor allem mit den
klassischen Flügeln besonders schlecht an. Lediglich der dreiblättrige Rotor
weist ein durchgehend positives Drehmoment auf. Diese verstärkt sich
sogar noch mit der Schnelligkeit seiner Drehung durch die Addition der
Dreh- und Windgeschwindigkeit. Kommt es zu einem Rotorstillstand, kann
kein ausreichendes Drehmoment erreicht werden, wenn ein klassisches
Blattprofil mit einer geringen Flügelanzahl zur Anwendung kommt. Soll
46
der Reibungswiderstand eines Generators bei Zuschaltung aus dem Stand
überwunden werden, muss die Anzahl der Flügel erhöht, eine Anfahrhilfe
durch den Generator installiert oder ein in die Konstruktion eingebauter
Savonius-Rotor beteiligt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit,
durchströmte Profile zu nutzen, die sogar bei der Nutzung von lediglich
einem alleinstehenden Flügel mit Kontergewicht sowohl für das Anfahren
als auch für den Betrieb unter Last ausreichen.
Eine besondere Bauweise des Darrieus-Rotors ist der H-DarrieusMotor. Dieser verfügt über Rotorblätter mit einer geraden Längsachse. Da
die Blätter in Kombination mit dem querliegenden Tragarm an den
Buchstaben ‚H‘ erinnern, hat sich der Name etabliert. Die geraden Blätter
des Rotors sind von der Rotordrehachse freistehend auf Tragarmen
angebracht. Dadurch hat der H-Darrieus-Rotor bei einer gleichen Höhe ein
größeres Drehmoment als der herkömmliche Darrieus-Rotor. Denn er
erntet eine größere Fläche ab und der Hebelarm ist außen höher. Er hat sich
in der Vergangenheit als besonders robust erwiesen. Er nutzt ebenfalls das
Auftriebsprinzip.
Vor- und Nachteile
Die Vorteile eines Darrieus-Rotors ergeben sich größtenteils aus der
Anlage seiner senkrechten Achse. Denn zum macht diese ihn unabhängig
von der Windrichtung, was zur Folge hat, dass auf die Windnachführung
verzichtet werden kann. Außerdem ermöglicht die Bauweise die Nutzung
der turbulenten bodennahen Winde. Diese können von den konventionellen
Windkraftanlagen, die mit einer horizontalen Rotationsachse ausgestattet
sind, nicht genutzt werden.
Denn die Ausrichtung nach dem Wind, der vor allem in Bodennähe
immer wieder Turbulenzen aufgrund der ständigen Änderung der
Windrichtungen aufweist, kann nicht schnell genug realisiert werden. Die
senkrechte Rotationsachse ermöglicht zudem eine bodennahe Anbringung
des Generators sowie des Getriebes. Dadurch werden vor allem die
Wartungsarbeiten und das Auswechseln der Teile erleichtert. Des Weiteren
existiert bei dieser Bauweise keine Generatorgondel, die erst in eine
bestimmte Position in Nabenhöhe gebracht werden muss. Das heißt,
Lastkräne, deren Nutzung außerordentlich kostenintensiv ist, können
ebenfalls eingespart werden. Ein Turm ist nicht erforderlich und sollte der
Generator bei einer Windkraftanlage mit einem Darrieus-Rotor doch
einmal angebracht werden, dann ist die Turmkonstruktion nicht so
anspruchsvoll wie bei den Anlagen mit horizontaler Drehachse. Denn er
muss keine schwere Gondel tragen und stabilisieren. Zudem kann die
Beherrschung der Lasten gut gewährleistet werden, da der Rotor mit einer
weit auseinander liegenden Zwei-Punkte-Lagerung ausgestattet ist. Diese
47
ist notwendig, um die von den Rotorblättern ausgehende über die
Drehachse weitergeleitete Lastenverteilung von der Lagerung auffangen zu
lassen.
Ein weiterer Faktor, der sich vor allem positiv auf die Kostenbilanz
auswirkt, ist der Umstand, dass als Rotorblätter Strangpressprofile
eingesetzt werden können. Diese haben den Vorteil, dass sie besonders
kostengünstig und als Meterware hergestellt werden können. Anders als bei
dem beschriebenen Savonius-Rotor kann der Leistungsbeiwert für diesen
Rotor bei Werten liegen, die größer als 0,59 sind. Windenergieanlagen mit
einem Darrieus-Rotor weisen somit ein grundsätzlich höheres
Ertragspotenzial auf als Horizontalachsen. Des Weiteren hat der DarrieusRotor einen besseren Wirkungsgrad als der Savonius-Rotor sowie im
Vergleich mit anderen Vertikalachsen-Rotoren. Außerdem werden die
Rotorblätter im Umlauf um die Drehkreisebene nicht durch Lastwechsel
beeinflusst, die durch die Schwerkraft hervorgerufen werden.
Dadurch werden die Anlagen weniger belastet und die Kosten
geringgehalten werden. Als Nachteil erweist sich jedoch der Erntegrad, der
bei höchsten 40 Prozent liegt. Dies ist dadurch zu erklären, dass in einem
Teil des Drehkreises, den die Rotorblätter durchlaufen, die Reibung größer
ist
als
der
Vortrieb.
Auswirkungen
hat
ebenfalls
der
Entwicklungsvorsprung einiger heutiger konventioneller Windkraftanlagen,
die bereits einen Erntegrad von bis zu 50 Prozent erreichen. Die
Lebensdauer eines Darrieus-Rotors ist begrenzt. Die Grenze gibt in der
Regel die Materialermüdung vor, die sich im Verlauf des Betriebes der
Anlage einstellt. Begünstigt wird die schnelle Materialermüdung durch die
Lastwechsel und deren Wechselwirkung auf die Fliehkraft an den Blättern.
Außerdem benötigen diese Rotoren teilweise eine Anlaufhilfe. Als solche
kann der Generator fungieren.
Windkraftanlage
Stromerzeugung mittels Windkraftanlagen
Die Kraft des Windes machen sich die Menschen schon seit sehr
langer Zeit nutzbar. So begannen die Ägypter schon vor mehr als 3000
Jahren Segelschiffe zu bauen und die Windenergie somit zum Zwecke der
Fortbewegung zu nutzen. Sehr viel später begannen die Menschen auch
damit, die Kraft des Windes über Windmühlen in mechanische Energie
umzuwandeln und somit Korn zu mahlen oder auch Wasserpumpen
anzutreiben.
48
Heute wird die Windenergie in zunehmenden Maße zum Zweck der
Stromerzeugung genutzt. Mittels Winkkraftanlagen wird die kinetische
Energie des Windes in Rotationsenergie umgewandelt und elektrischer
Strom erzeugt. Da diese Nutzung der Windenergie sehr interessant ist,
werden immer mehr Windkraftanlagen gebaut und aufgestellt. Während in
früheren Zeiten noch recht viele einzelne Windkraftanlagen verstreut
aufgestellt wurden, geht die Tendenz heute dahin, viele Anlagen in
sogenannten Windparks zusammenzufassen. Windparks sollen zukünftig
auch vermehrt nicht an Land sondern in sogenannten Offshore-Windparks,
also Windparks die im Meer gelegen sind, entstehen.
Vorteile von Windkraftanlagen
Ein großer Vorteil der Nutzung von Windenergie ist, dass Wind als
“Rohstoff” dauerhaft und kostenlos zur Verfügung stehen wird. Somit
wären rohstoffarme Länder, wie Deutschland, weniger abhängig von der
Versorgung aus dem Ausland. Zudem ist die Windenergie eine sehr
“saubere” Energiequelle, da während des Betriebes von Windkraftanlagen
keinerlei Abgase oder Abfälle entstehen.
Nachteile von Windkraftanlagen
Wind ist zwar ein “Rohstoff”, der niemals versiegen wird, Wind ist
jedoch nicht stetig und die Windenergie somit schwer planbar. In Zeiten, in
denen kein Wind weht, muß die Stromversorgung also immer durch andere
Energiequellen aufrecht erhalten werden. Ein weiterer Nachteil von
Windkraftanlagen ist, dass viele Menschen durch die große Anzahl an
Windkraftanlagen eine Beeinträchtigung im Landschaftsbild sehen. Diese
Beeinträchtigung ist vor allem in windreichen Regionen, wie zum Beispiel
die deutsche Nordseeküste, spürbar. Wenn die Tendenz weiter in Richtung
des Baues von Offshore-Windparks geht, sollte sich dieser Nachteil der
Windenergie jedoch für die Zukunft erledigen.
9 Nutzung der wasserkraft
Dass unser Lebenselixier: "Wasser" durchaus viel Energie beinhalten
kann, spüren wir zumindest immer dann, wenn Sturmfluten oder
Überschwemmungen schwere Schäden hinterlassen haben.
Diese Energie, die Wasser enthalten kann, läßt sich jedoch auch in
sinnvolle Bahnen lenken, um zum Beispiel wertvolle Energie, wie
elektrischen Strom, zu erzeugen.
49
Auch wenn regenerative Formen der Energieerzeugung, wie die
Nutzung der Wasserkraft, derzeit stark im Fokus stehen und diskutiert
werden, ist die Nutzung der Wasserkraft keinesfalls eine neue Methode zur
Energieerzeugung.
So wurden zum Beispiel schon vor Jahrhunderten Wassermühlen
gebaut, die sich der Kraft des Wassers bedienten, um über Schöpfwerke
mechanische Energie zu erzeugen. Sehr oft fand (und findet) man
beispielsweise an den Läufen von Flüssen kleine Wasserkraftwerke, die
dazu dienten die Sägen von Sägewerken anzutreiben.
Heute wird die Wasserkraft natürlich hauptsächlich zum Zwecke der
Erzeugung elektrischen Stroms genutzt, um zum Einen andere Ressourcen
unserer Erde zu schonen und zum Anderen den Energiebedarf der
Menschheit decken zu können, ohne verstärkt auf fossile Energieträger
oder Atomkraft setzen zu müssen.
Elektrischer Strom aus Wasserkraft
Wasser, das fließt, beinhaltet kinetische Energie, da Teilchen
(Wassermoleküle) mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt werden.
Der Grund, warum Wasser überhaupt fließt, liegt in der Regel in
Höhendifferenzen. Da physikalisch gesehen, Körper, die sich in einer
gewissen Höhe befinden, eine Potentielle Energie aufweisen, kann diese
Energie auch freigesetzt werden, wenn sich der Körper abwärts bewegt.
Deshalb wird bei auch bei Wasser, dass abwärts fließt, diese
potentielle
Energie
freigesetzt
und
in
kinetische
Energie
(Bewegungsenergie) umgewandelt.
Kinetische Energie wiederum läßt sich sehr einfach in
Rotationsenergie umwandeln, indem man zum Beispiel die sich
bewegenden Teilchen durch Turbinen lenkt.
Über die rotierenden Turbinen läßt sich dann letztlich elektrischer
Strom generieren.
Umgesetzt werden obige Theorien zur Erzeugung von
elektrischem Strom mittels Wasserkraft derzeit hauptsächlich mittels:
Große Wasserkraftwerke (Staudämme und Wehre)
Solche Wasserkraftwerke bedienen sich in der Regel des natürlichen
Laufes von Flüssen, indem sie das Wasser des Flusses aufstauen und nur in
geregeltem Maße wieder ablaufen lassen.
Der elektrische Strom wird in solchen Wasserkraftwerken dadurch
generiert, dass zwischen dem Zulauf und dem Unterlauf mehrere Turbinen
zur Stromerzeugung geschaltet werden. Da sich auf diese Weise große
Wassermengen kontrolliert bewegen lassen, kann man mittels solcher
Kraftwerke auch sehr große Mengen an elektrischem Strom erzeugen.
50
Der bauliche Aufwand für die Errichtung solcher Wasserkraftwerke
ist allerdings auch relativ hoch.
Laufwasserkraftwerke
Weniger groß ist der Aufwand, einfache Laufwasserkraftwerke zu
errichten, bei denen lediglich der natürliche Lauf von Flüssen genutzt wird,
um Turbinen anzutreiben.
Die Errichtung solcher Kraftwerke ist überall dort möglich, wo
Wasser sich im Fluß befindet, also zum Beispiel bei Flüssen in
Gebirgslandschaften.
Solche Wasserkraftwerke können normalerweise nur relativ geringe
Mengen an Strom erzeugen, so dass die Leistung derartiger
Wasserkraftwerke nur selten mehr als 1 Megawatt beträgt.
Gezeitenkraftwerke
Die Nutzung von Gezeitenkraftwerken ist eine relativ neue Methode,
um mittels der Kraft des Wassers Strom zu erzeugen.
Bei diesen Kraftwerken wird der Tiedenhub des Meereswassers in
Küstennähe genutzt, um beim Zu- oder beim Abfluß des Meereswassers
Turbinen zwischen zu schalten.
Wirtschaftlich arbeiten können Gezeitenkraftwerke allerdings nur
dann, wenn ein relativ großer Tiedenhub (Höhendifferenz des Wassers bei
Ebbe und bei Flut) vorliegt, da nur dann eine hinreichende Fließdauer und
Fließgeschwindigkeit vorliegt.
Aus diesem Grunde ist die Errichtung von Gezeitenkraftwerken zum
Beispiel an den Deutschen Küsten auch nicht lohnend.
Dort, wo der Tiedenhub ausreichend ist, wie zum Beispiel an der
französischen Küste in der Nähe der Stadt Bordeaux, können sich
Gezeitenkraftwerke als rentabel erweisen.
Derzeit spielen Gezeitenkraftwerke weltweit noch keine große Rolle
bezüglich der Energieversorgung. Es
sind
jedoch
weitere
Gezeitenkraftwerke in Planung bzw. im Bau, wie beispielsweise vor der
Küste Südkoreas.
Wasserkraft regional und international
Wie Wasserkraft genutzt wird, um Energie zu erzeugen, ist weltweit
annähernd gleich. Unterschiede gibt es hauptsächlich hinsichtlich des
nutzbaren Potentials.
So sind zum Beispiel in Deutschland die Möglichkeiten der Nutzung
der Wasserkraft bereits fast ausgeschöpft. Es gibt einige größere
Wasserkraftwerke und diverse kleinere Anlagen, die jährlich stets etwa
konstante Mengen an elektrischem Strom liefern.
51
So schwankt die jährlich mittels Wasserkraft erzeugte Menge an
Strom in Deutschland bereits seit 1990 immer um 20.000 Gigawattstunden.
Ein kleineres Potential zur Forcierung der Wasserkraftnutzung in
Deutschland besteht lediglich darin, kleinere derzeit stillgelegte
Wasserkraftanlagen wieder zu reaktivieren und bestehende Anlagen zu
modernisieren, damit diese höhere Leistungen bringen.
Um dieses "Restpotential" auszuschöpfen wurde im "Erneuerbare
Energien Gesetz (EEG)" im Zuge der Novellierung im Jahre 2004 eigens
ein Passus aufgenommen, der die Förderung von kleinen
Wasserkraftanlagen regelt.
Anders als in Deutschland gibt es weltweit bezüglich des
Erweiterungspotentials der Wasserkraftnutzung noch erhebliche
Möglichkeiten.
So sind zur Zeit recht viele neue Wasserkraftanlagen in der Planung
oder bereits im Bau. So entstehen zum Beispiel in Brasilien und Indien
weitere große Wasserkraftanlagen.
Ein sehr großes Wasserkraftwerk, der "Drei-Schluchten-Damm",
wird zudem in China errichtet.
Vorausgesetzt, dass die Wasserkraftanlagen, die derzeit gebaut
werden oder zukünftig errichtet werden sollen, sorgfältig geplant werden
und bei dieser Planung auch eine ökologische Vertretbarkeit berücksichtigt
wird, ist ein weltweiter Ausbau der Nutzung der Wasserkraft auch sehr zu
begrüßen.
Letzteres bezieht sich auf die Tatsache, dass eine effektive Senkung
der Schadstoffbelastung unserer Atmosphäre nur dann möglich ist, wenn
global an der Senkung von Emissionen gearbeitet wird.
Vor- und Nachteile der Nutzung der Wasserkraft
Dass der Mensch sich die Energie, die fließendes Wasser bietet,
nutzbar machen kann, um wertvolle Energie in Form von elektrischem
Strom zu gewinnen, wurde in den vorangegangenen Abschnitten bereits
dargelegt.
Ob die Nutzung der Wasserkraft in einer Gegenüberstellung der Vorund Nachteile insgesamt als sinnvoll erachtet werden kann, soll in diesem
Abschnitt erörtert werden.
Betrachtet man sich zunächst die wichtigsten Vorteile der
Wasserkraftnutzung, kann man folgende Punkte nennen:
a) Kostengünstige Methode der Stromerzeugung
Obwohl die Errichtung großer Wasserkraftwerke zum Teil sehr
langwierig und aufwendig ist, zahlt sich die Nutzung der Wasserkraft auch
in diesen Fällen aus, weil diese Anlagen auch sehr langlebig sind.
52
Bedingt dadurch, dass der zur Energieerzeugung notwendige
Rohstoff: "Wasser" völlig kostenlos zur Verfügung steht, sind
Wasserkraftwerke aufgrund der erzeugten Energie (elektrischer Strom)
langfristig gesehen immer lohnend.
b) Keine schädlichen Emissionen im Betrieb von
Wasserkraftanlagen
Anders als bei der Energieerzeugung über konventionelle
Energieträger, wie Erdöl oder Kohle, fallen im Betrieb von
Wasserkraftanlagen keine Emissionen an, die unsere Gesundheit oder
unsere Umwelt gefährden könnten.
Die Nutzung der Wasserkraft ist somit eine "saubere" regenerative
Form der Energieerzeugung.
c) Dauerhafte Verfügbarkeit des Rohstoffes
Der Kreislauf des Wassers ist auf unserer Erde beständig. Es kann
zwar vorkommen, dass die Verteilung des Wassers auf unserer Erde sich
ändert und zum Beispiel Flüsse austrocknen, versiegen kann die
Energiequelle: "Wasser" auf unserer Erde jedoch nicht.
Deshalb ist hinsichtlich der Nutzung der Wasserkraft zur Erzeugung
von Energie auch nicht zu befürchten, dass der erforderliche Rohstoff
(Wasser) global gesehen knapp werden könnte.
Nicht außer acht lassen, solle man jedoch auch die Nachteile der
Wasserkraftnutzung, wie zum Beispiel:
a) Zum Teil starke Eingriffe in Natur
Besonders dann, wenn große Wasserkraftanlagen, wie Staudämme,
errichtet werden, ist dieses nicht ohne Eingriffe in die Natur möglich.
So kann der Bau eines Staudammes zum Beispiel dazu führen, das
ehemals fruchtbare Landstriche austrocknen und es somit auch
landwirtschaftliche Einbußen gibt unter denen ggf. auch Menschengruppen
zu leiden haben.
Besonders in früheren Jahren sind bei der Planung von
Wasserkraftwerken diesbezüglich durchaus Fehler gemacht worden.
Deshalb ist es sehr wichtig, dass schon bei der Planung neuer
Wasserkraftwerke nach Möglichkeit alle Aspekte und mögliche Folgen für
Menschen und Umwelt berücksichtigt werden.
b) Gefährdung von Fischen und anderen Wasserlebewesen
Wenn in den natürlichen Lauf von Flüssen eingegriffen wird, dann
hat dieses Vorgehen in der Regel auch Konsequenzen für
Wasserlebewesen.
So kann es zum Beispiel sein, dass Fische nach Errichtung von
Staudämmen oder Wehren ihre Laichplätze nicht mehr erreichen können
und sich diese Fischarten somit nicht vermehren können.
53
Um dieses zu vermeiden, müssen bei Wasserkraftwerken bauliche
Vorkehrungen getroffen werden, indem zum Beispiel spezielle
"Fischtreppen" angelegt werden.
10 Strom aus wasserkraft. was ist wasserkraft?
Die Wasserkraft gehört zu den erneuerbaren bzw. regenerativen
Energiequellen und gewinnt aufgrund der Tatsache immer mehr an
Bedeutung. Die Wasserkraft als solche wird des Weiteren als Hydroenergie
bezeichnet. Ausgehend von einer physikalisch ungenauen Verwendung des
Begriffes Kraft beschreibt die Wasserkraft die Umwandlung potenzieller
oder kinetischer Energie in mechanische Energie. Die Umwandlung erfolgt
über geeignete Maschinen. Bis zur industriellen Revolution wurde
vorwiegend die in mechanische Energie umgewandelte Wasserkraft
genutzt. Doch heute erfolgt eine weitere Umwandlung. Aus der
mechanischen Energie wird mit Hilfe von Generatoren elektrische Energie,
die in die Stromnetze eingespeist wird. Der Strom entsteht in der Regel in
Wasserkraftwerken.
Ist demnach von der Nutzung der Wasserkraft die Rede, dann wird
die potenzielle Energie des Wassers im Schwerefeld der Erde genutzt.
Bewegt sich das Wasser von einem höheren zu einem tieferen Punkt, fließt
es also nach unten, dann erfolgt eine Umwandlung der Lageenergie, die
auch als potenzielle Energie bezeichnet werden kann, in die Bewegungsbzw. kinetische Energie. Durch die damit einhergehende Reibung des
Wassers an dem Untergrund entsteht zudem Wärmeenergie. Das bedeutet,
dass bestimmte natürliche Vorgänge ablaufen müssen, mit denen das
Wasser in die Hochlage kommen muss. Ansonsten kann die
Fließbewegung von oben nach unten nicht zustande kommen.
Verantwortlich für die Hochlage des Wassers sind natürliche
Erscheinungen wie die Verdunstung, der Wind sowie der Regen oder auch
andere Niederschlagsformen. Die Erscheinungen spielen vor allem in dem
natürlichen Kreislauf des Wassers eine wichtige Rolle.
Im Laufe der Zeit haben sich die Menschen die abfließende
Wasserbewegung zu Nutze gemacht und erzeugen durch Zuhilfenahme von
Wasserkraftmaschinen einen Teil der benötigten elektrischen Energie.
Unter Wasserkraftmaschinen werden im Allgemeinen Konstruktionen und
Maschinen verstanden, die die potenzielle Energie, die im Wasser
gespeichert ist, in kinetische Energie umwandeln. Dazu zählen unter
anderem Wasserräder, Wasserturbinen, Wassermotoren, hydraulische
Widder sowie Gnepfe. Aus der Beschreibung geht wiederum hervor, dass
54
Wasserkraftmaschinen nicht für die Energieumwandlung in elektrische
Energie zuständig sind.
Wasserkraftwerke sind die heute gebräuchlichste Form der
Wasserkraftnutzung. Im Jahr 2008 wurden anhand von Wasserkraftwerken
15,7 Prozent der weltweit erzeugten elektrischen Energie hergestellt. Der
Anteil des in Europa aus Wasserkraft gewonnenen Stroms lag bei 9,7
Prozent. Innerhalb Deutschlands wird ein Anteil von rund 4,1 Prozent der
erzeugten elektrischen Energie aus Wasserkraftanlagen gewonnen. Die
Zahlen untermauern den hohen Stellenwert der Wasserkraft. Die anderen
regenerativen Energieträger fallen dahinter zurück, wobei die
Stromerzeugung aus Windkraftanlagen zunimmt.
Die verschiedenen Wasserkraftwerke
Die beiden genannten Energieformen, die kinetische und die
potenzielle Energie, nutzen Wasserkraftwerke für die Stromherstellung. Es
gibt verschiedene Kraftwerksarten, die ausgehend von der Betriebsart, der
Fallhöhe des Wassers oder von der Leistung differenziert werden. Als
Kraftwerke, welche nach den Betriebsarten unterschieden werden, gelten
Laufwasser-, Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke. Ausgehend von der
Fallhöhe des Wassers kann in Niederdruck-, Mitteldruck- und HochdruckAnlagen differenziert werden. Bei der Unterscheidung in Grundlast-,
Mittellast- sowie Spitzenlastkraftwerken ist der entscheidende
Differenzierungsfaktor die jeweilige Auslastung, die erreicht werden soll.
Eine weitere Sonderform der Wasserkraftwerke stellen die an den Meeren
erbauten Kraftwerke dar. In diesen Bereich gehören die Gezeiten-, Wellenund Meeresströmungskraftwerke.
Wasserkraftwerksarten:
- Laufwasserwerke;
- Speicherkraftwerke;
- Niederdruckkraftwerke;
- Mitteldruckkraftwerke;
- Hochdruckkraftwerke;
- Grundlastkraftwerke;
- Mittellastkraftwerzke;
- Spitzenlastkraftwerke
Varianten der Stromgewinnung:
- Strom aus der Meeresströmung;
- Strom aus Wellenkraft;
- Strom aus den Gezeiten;
- Strom aus Offshore-Windparks.
Wasserkraftwerk
55
Stromerzeugung mittels Wasserkraft
Überall dort wo, zum Beispiel aufgrund von Höhenunterschieden,
fließendes Wasser vorliegt, kann diese kinetische Energie über Turbinen in
Rotationsenergie umgewandelt werden, so dass sich elektrischer Strom
erzeugen läßt. Dieses Potential von fließendem Wasser wurde schon in
früheren Zeiten, zum Beispiel in Form von Wassermühlen, die Sägewerke
antrieben, genutzt.
Während in Deutschland der Wasserkraft noch keine sehr große
Bedeutung zukommt, wird weltweit mittels Wasserkraft fast genauso viel
elektrischer Strom erzeugt, als über Kernkraftwerke.
Vorteile von Wasserkraftanlagen
Die Vorteile von Wasserkraftanlagen liegen hauptsächlich wieder
darin, dass im Betrieb solcher Anlagen keine Abfälle und keine schädlichen
Emissionen anfallen. Elektrischer Strom, der über Wasserkraft erzeugt
wird, trägt also dazu bei, weltweit die Schadstoffbelastung der Luft in den
Griff zu bekommen. Zudem gibt es in vielen Ländern der Erde ein großes
Potential, die Nutzung von Wasserkraft weiter auszubauen.
Nachteile von Wasserkraftanlagen
Um Wasserkraftwerke zu errichten, sind oftmals größere Eingriffe in
die Natur und die Landschaft nötig. Diese Eingriffe in die Natur, können in
einigen Fällen ökologisch bedenklich sein, da zum Beispiel in den
natürlichen Lauf von Flüssen eingegriffen wird. Dies kann nicht nur für die
Landschaft, sondern auch für Fische erhebliche Folgen haben, da diese
dann oftmals nicht mehr zu ihren Laichplätzen gelangen können. Durch
den Bau von Staudämmen können manchmal auch ganze Landstriche quasi
ausgetrocknet werden, da sie nach Errichtung des Dammes nicht mehr mit
Wasser versorgt werden. Es ist jedoch auch durchaus möglich, ökologisch
verträgliche Wassserkraftwerke, zu errichten.
11 Energie aus biomasse
Die nachfolgenden Abschnitte beschäftigen sich mit der Erzeugung
von Energie aus Biomasse.
Der Rohstoff: "Biomasse" kann im festem Zustand (zum Beispiel:
Land- und forstwirtschaftliche Erzeugnisse, speziell angebaute
Energiepflanzen, Holzabfälle u.s.w.), im flüssigen Zustand (zum Beispiel:
Pflanzenöle oder Bioalkohol hergestellt aus Zuckerrüben, Getreide oder
Kartoffeln) oder im gasförmigen Zustand (zum Beispiel: aus Rest- und
Abfallstoffen erzeugtes Bio-, Klär– oder Deponiegas) vorliegen und wird
zumeist nach einigen Vorbehandlungen in Energie überführt, die sich der
Mensch zu Nutze machen kann.
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Die Verwendung von Biomasse als Energieträger ist in den letzten
Jahren, u.a. aufgrund der Knappheit konventioneller Energieträger, stark
gestiegen.
So stieg laut im Internet veröffentlichen Zahlen des
"Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit" die
installierte Leistung von Biokraftwerken in Deutschland von knapp
400.000 Kilowatt im Jahre 1996 auf mehr als 2.100.000 Kilowatt im Jahre
2005.
In wie weit sich die Leistung von Biokraftanlagen zukünftig noch
steigern läßt, ist zum Einen abhängig von der weiteren Entwicklung von
entsprechenden Technologien und zum Anderen von den zur Verfügung
stehenden Flächen zum Anbau von Biomasse.
Da Biomasse als Energieträger sehr vielseitig eingesetzt werden
kann, sollen auf den folgenden Seiten einmal die derzeit wichtigsten
Einsatzmöglichkeiten dargestellt werden.
Strom aus Biomasse
Wenn man elektrischen Strom aus Biomasse erzeugt, dann ähneln
die diesbezüglichen Verfahren sehr stark den konventionellen Methoden
der Stromerzeugung, wie zum Beispiel in einem Kohlekraftwerk.
Prinzipiell wird der Energieträger nach einer Aufbereitung verfeuert,
um entweder einen Motor anzutreiben oder ein Medium (meistens Wasser)
zu verdampfen, dessen Dampfstrom dann Turbinen zur Stromerzeugung
antreibt.
Der wesentliche Unterschied zu konventionellen Kraftwerken ist der
eingesetzte Rohstoff, der, anders als fossile Energieträger, relativ schnell
nachwachsen kann und somit zumindest in einem gewissen Maße dauerhaft
zur Verfügung steht.
Ein weiterer Unterschied ist, das Biokraftwerke eine bessere CO2Bilanz aufweisen als konventionelle Kraftwerke, wie zum Beispiel
Kohlekraftwerke.
Zwar wird bei der Verfeuerung der Biomasse auch CO2 freigesetzt,
da die Rohstoffe während ihres Wachstumsprozesses über die
Photosynthese jedoch CO2 aus der Atmosphäre verwertet haben, ist bei
diesen Kraftwerkstypen die Gesamtbilanz bezüglich des CO2 Ausstoßes
deutlich günstiger als bei konventionellen Kraftwerken.
Biomasse zur Stromerzeugung wird in Deutschland zumeist auf
zwei verschiedene Arten verwendet.
a) In Biogasanlagen
Für Biogasanlagen werden zumeist Rohstoffe, wie zum Beispiel
Bioabfall, Gülle oder Klärschlamm, verwendet, die zunächst in einen
luftdicht verschlossenen Fermenter verbracht werden.
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In diesem Fermenter entsteht durch Gär- und Faulprozesse das
Biogas, ein Gasgemisch das zu einem großen Anteil aus Methan besteht.
Dieses Gasgemisch wird dann getrocknet bevor es zumeist einem
Verbrennungsmotor zugeführt wird.
Dieser Motor treibt wiederum einen Generator zur Stromerzeugung
an.
b) In Biomassekraftwerken
Biomassekraftwerke sind oft größere Kraftwerke in den als BioRohstoff meistens Holz, wie zum Beispiel: Restholz, Industrieholz oder
Altholz, nach Trocknung und Zerkleinerung verfeuert wird.
Mittels der entstehenden Hitze wird Wasser verdampft, um Turbinen
anzutreiben die letztlich den gewünschten elektrischen Strom erzeugen.
Da bei beiden oben beschriebenen Methoden zur Stromerzeugung
aus Biomasse mehr Wärme entsteht, als zur Stromerzeugung genutzt
werden kann, wird diese "Restwärme" oftmals zum Beheizen
naheliegender Gebäude genutzt. Hier wird dann das Prinzip der "KraftWärme-Kopplung" angewendet.
Biomassekraftwerke, die diese Technik einsetzen, werden dann im
übrigen Biomasseheizkraftwerke genannt.
Wärme aus Biomasse
Das Konzept Biomasse zu nutzen, um Wärme zu gewinnen, ist
keinesfalls neu. So haben die Menschen schon vor langer Zeit trockenes
Holz gesucht, um ein Lagerfeuer zu entzünden an dem sie sich erwärmen
konnten.
Auch in Wohngebäuden diente ein einfacher Kamin, in dem
Brennholz verbrannt wurde, lange Zeit als einzige Wärmequelle.
Diese Methoden der Nutzung von Biomasse gibt es heute natürlich
auch noch, inzwischen kann Biomasse jedoch wesentlich moderner und
effektiver zur Gewinnung von Wärme eingesetzt werden.
So finden zum Beispiel folgende Methoden eine häufige
Verwendung:
a) Verfeuerung von Holzpellets in Heizungsanlagen
Heizungsanlagen können nicht ausschließlich mit Erdöl oder Erdgas
betrieben werden, sondern auch mit Holzpellets, die im Handel erhältlich
sind.
Da Heizungsanlagen, die mit Holzpellets als Energieträger betrieben
werden, zur Zeit relativ günstig bezüglich der Rohstoffkosten sind, freuen
sich solche Heizungsanlagen inzwischen recht großer Beliebtheit.
So wird geschätzt, dass derzeit bereits mehr als eine halbe Millionen
Pelletheizungen im Einsatz sind. Da Holzpellets bereits heute zu einem
großen Teil aus dem Ausland importiert werden müssen, ist es allerdings
58
schwer abzuschätzen, wie sich die Rohstoffkosten zukünftig entwickeln
werden, falls die Nachfrage weiter steigen sollte.
b) Nutzung der Abwärme von Biokraftanlagen
Bei Biokraftanlagen (Biomasseheizkraftwerke oder Biogasanlagen),
die in der Hauptsache dazu dienen, elektrischen Strom zu erzeugen, wird,
wie bereits im letzten Abschnitt erwähnt, überschüssige Abwärme oftmals
dazu genutzt, um über Leitungen naheliegende Gebäude beheizen zu
können.
Hier wird das Prinzip der Fernwärme (neuerdings auch Nahwärme
genannt), das bei konventionellen Kraftwerken schon längere Zeit zum
Einsatz kommt, umgesetzt.
c) Einspeisung von Biogas in bestehende Gasnetze
Da sich Biogas, genau wie Erdgas, einfach verfeuern läßt, um
Wärme zu gewinnen, ist geplant, dass Biogas zukünftig auch in bestehende
Erdgasnetze eingespeist werden kann.
Dies könnte sich vor allem für landwirtschaftliche Betriebe lohnen,
die eine Biogasanlage betreiben möchten, diese jedoch nicht zur Erzeugung
von elektrischen Strom nutzen wollen.
Kraftstoff aus Biomasse
In den letzten Abschnitten wurde aufgezeigt, dass man mittels
Biomasse sowohl Wärme gewinnen kann, als auch elektrischen Strom
erzeugen kann.
Somit kann man über Biomasse bereits zwei wichtige menschliche
Energiebedürfnisse decken. Ein weiteres Bedürfnis, dass Menschen in der
heutigen Zeit haben, ist die Mobilität.
Da man mittels Biomasse auch Kraftstoffe herstellen kann, kann die
Verwendung von Biomasse somit auch dieses menschliche
Energiebedürfnis erfüllen.
So kann Biomasse als Alternative zu den bislang zumeist
verwendeten Kraftstoffen, Benzin oder Diesel, zum Einsatz kommen,
dessen Ressourcen immer knapper werden und dessen Kosten somit auch
immer höher werden.
Neben dem Vorteil bezüglich der Rohstoffkosten hat die
Verwendung von Biokraftstoffen noch den Vorteil, dass die Emissionen an
CO2 bei der Verwendung als Kraftstoff in der Gesamtbilanz erheblich
geringer sind, als bei der Verwendung konventioneller Kraftstoffe.
Biokraftstoffe werden zur Zeit hauptsächlich in drei
verschiedenen Varianten verwendet:
a) Biodiesel
59
Um Biodiesel herzustellen wird zumeist der Rohstoff Raps zu
Rapsmethylester (RME) verestert. Rapsmethylester kann dann als
Biodiesel zum Einsatz kommen.
Biodiesel wird am Häufigsten in Europa und dort vor allem in der
Bundesrepublik Deutschland verwendet.
b) Bioethanol
Während Biodiesel in Europa der am meisten verwendete
Biokraftstoff ist, wird weltweit gesehen Bioethanol am Häufigsten als
alternativer Kraftstoff eingesetzt.
So wird Bioethanol vor allem in Südamerika und den USA
hergestellt und verwendet. Als Rohstoffe für die Herstellung von
Bioethanol dienen hauptsächlich Zuckerrohr und Getreide.
c) Pflanzenöl
Es ist auch möglich Fahrzeuge mit reinem Pflanzenöl anzutreiben.
Obwohl die Herstellung von reinem Pflanzenöl sehr einfach ist, wird diese
Variante des Biokraftstoffes derzeit nur in sehr kleinem Stile verwendet.
Der Anteil von Biokraftstoffen ist in den letzten Jahren stetig
gestiegen und soll noch weiter ausgebaut werden.
So soll der Anteil von Biokraftstoffen an den insgesamt verwendeten
Kraftstoffen laut einer Vorgabe der Europäischen Union bis zum Jahr 2020
zumindest 10% betragen.
Vor- und Nachteile der Nutzung von Biomasse
In den letzten Abschnitten wurde Biomasse als regenerative
Energiequelle und mögliche Alternative zu konventionellen Energieträgern
vorgestellt.
Diese Seite soll hingegen einige der Vor- und Nachteile, welche die
Nutzung von Biomasse mit sich bringt, vergleichend darstellen.
Betrachtet man sich zunächst die positiven Aspekte der Nutzung
der Biomasse, sieht man folgende Vorteile:
a) Vielseitige Einsatzmöglichkeiten
Mittels des Einsatzes von Biomasse als Rohstoff läßt sich jede
Energieform erzeugen, die für den Menschen von Bedeutung ist.
So kann mittels Biomasse elektrischer Strom erzeugt werden, es
kann Wärme zum Beheizen von Gebäuden oder von Brauchwasser erzeugt
werden und Biomasse kann in Kraftstoffe überführt werden, die unsere
Mobilität sichern.
b) Dauerhafte Verfügbarkeit der Rohstoffe
Bedingt dadurch, dass Biomasse ein Rohstoff ist, der relativ schnell
nachwächst, kann sichergestellt werden, dass stets eine bestimmte Menge
dieses wertvollen Rohstoffes zur Verfügung steht.
60
c) Positive CO2-Bilanz im Vergleich zu konventionellen
Energieträgern
Hauptsächlich deshalb, weil Biomasse während des Wachstums über
die Photosynthese Kohlendioxid bindet und unsere Atmosphäre somit
entlastet, zeigt dieser Energieträger im Vergleich zu fossilen Energieträgern
eine deutlich bessere CO2-Bilanz auf.
Natürlich zeigt Biomasse als Energiequelle nicht nur Vorteile
auf, sondern man sollte folgende Punkte (Nachteile) kritisch
betrachten.
a) Keine unbegrenzten Erweiterungsmöglichkeiten
Biomasse ist ein nachwachsender Rohstoff und wird somit immer
zur Verfügung stehen. Die Menge an Biomasse, die erzeugt werden kann
ist allerdings begrenzt, da keine unbegrenzten Anbauflächen zur Verfügung
stehen.
Besonders in Ländern wie Deutschland, in denen relativ wenig
Flächen zur Verfügung stehen, ist der Ausbau der Nutzung von Biomasse
also nur bis zu einem bestimmten Grenzwert möglich, sofern der Rohstoff
im eigenen Land erzeugt werden soll.
b) Negative CO2-Bilanz im Vergleich mit anderen regenerativen
Energieträgern
Im Vergleich zu fossilen Energieträgern, wie Erdöl oder Kohle, weist
Biomasse zwar eine bessere CO2-Bilanz auf, vergleicht man Biomasse als
Energieträger jedoch mit anderen regenerativen Energieformen, wie
Sonnen- oder Windenergie, schneidet sie hinsichtlich der CO2-Bilanz
erheblich schlechter ab, da über die erforderlichen Verbrennungsprozesse
immer noch Kohlendioxid-Emissionen entstehen.
Strom aus Bioenergie
So genannte Biomassekraftwerke stellen aus fester Biomasse
elektrische Energie her, nebenbei wird bedingt durch das
Herstellungsverfahren Wärme produziert, die zur Nah- und Fernheizung
genutzt werden kann. So beträgt der elektrische Bruttowirkungsgrad nur
30 %, wenn mit Zwischenüberhitzung gearbeitet wird 37%. Koppelt man
das ganze aber mit einem Heizkraftwerk, so beträgt der elektrische und
thermische Nutzungsgrad 85%.
Arten und Funktionsweisen von Biomassekraftwerken
Es gibt drei verschiedene Kraftwerkstypen: BiomasseDampfkraftwerke,
ORC-Anlagen
und
thermische
Biomassevergaseranlagen.
Biomasse-Dampfkraftwerk
61
In einem Dampfkessel, der auf den Brennstoff abgestimmt ist, wird
der Brennstoff verbrannt. Dies geschieht entweder durch Rostfeuerung, bei
der der Brennstoff auf einem mechanischen Rost über verschiedenen Zonen
getrocknet, gezündet und anschließend verbrannt wird. Bei größeren
Anlagen wird meist das Wirbelschichtverfahren angewandt. Der Brennstoff
wird direkt in den Kessel gegeben. Leichtere Teile verbrennen im Flug, die
schwereren fallen nach unten in den Sand. Dieser dient der
Homogenisierung der Verbrennung und dem in der Schwebe halten des
Brennstoffes. Die am Boden eingedüste Luft verwirbelt beides und
fluidisiert es. Bei beiden Verfahren der Biomassekraftwerke wird das
entstandene heiße Rauchgas durch Kesselzüge geleitet. In den
nachgeschalteten Rauchgaszügen sind Rohrschlangen eingebaut, die als
Verdampferfläche, Überhitzer- oder Economiserflächen dienen. Nun wird
der überhitzte Dampf zur Stromherstellung einer Turbine zugeführt.
Danach nutzt man ihn meist noch für die Nah- und Fernwärme. In einer
Rauchgasreinigungsanlage wird das Gas gereinigt und über einen Kamin
ausgestoßen.
ORC-Anlage
Eine durch Biomasse beheizte Feuerbox speist einen RauchrohrWärmetauscher mit heißem Rauchgas und erhitzt dabei das Wärmeträgeröl
(Thermalöl). Dieses Öl, welches meist Temperaturen von 400°C erreicht,
wird nun der ORC-Anlage zugeführt und erzeugt durch eine Dampfturbine
Strom. Solche Biomassekraftwerke kommen setzen kein Wasser als
Arbeitsmedium ein, sondern Verbindungen, die bei niedrigeren
Temperaturen verdampfen. Auch hier kann anschließend mit dem heißen
Rauchgas Wärme erzeugt werden.
Thermische Biomassevergaseranlagen
Durch Pyrolyse wird die Biomasse vergast. – Als Pyrolyse wird die
thermochemische Spaltung organischer Verbindungen bei hohen
Temperaturen bezeichnet. – Das entstehende, heiße Gas wird vorgereinigt,
anschließend abgekühlt, gefiltert und in einem Wäscher gewaschen.
Danach wird es durch einen Gasmotor zu elektrischer Energie
umgewandelt. Diese Biomassekraftwerke sind aber noch nicht ganz
ausgereift und daher auch noch nicht besonders effizient.
Als Brennstoffe dienen Holzhackschnitzel aus unbehandeltem
forstwirtschaftlichem
Frischholz
und
Altholz
gemäß
der
Altholzverordnung. Letzteres umfasst dabei auch lackierte, imprägnierte
und kunststoffummantelte Brennstoffe, was oft kritisiert wird weil dies
eher an eine Müllverbrennung erinnert. Biomassekraftwerke werden des
Weiteren mit Holzpellets, Getreide, Stroh, organische Reststoffe und
Ersatzbrennstoffe befeuert. Letztere werden genauso oft kritisiert wie das
62
Altholz, da hier auch Klärschlamm, Sortierreste aus dem Dualen System
und nicht recyclingfähige Teile von Schrottautos verbrannt werden. Dies
zieht eine Entsorgung auf der Sondermülldeponie nach sich.
Biomassekraftwerke in Deutschland
In Deutschland werden bereits seit Jahrzehnten Biomassekraftwerke
in der Nähe von industriellen Anlagen, wie Papierfabriken errichtet. So
können kostenlos oder preiswert Abfälle und Reststoffe verwertet werden.
Durch die politischen Rahmenbedingungen des „Erneuerbare Energien
Gesetz“ wurden verstärkt weitere Biomassekraftwerke gebaut. Die
Hersteller erhalten attraktive Vergütungen für den gewonnen Strom. Das
theoretisch nutzbare Potenzial in Deutschland beträgt rund 18% des
derzeitigen Energieverbrauchs.
12 Energie aus Erdwärme
Im Inneren unserer Erde liegen zum Teil sehr hohe Temperaturen
vor. So beträgt laut Schätzungen die Temperatur im inneren Kern unserer
Erde 4.500 bis 6.000 Grad Celsius.
Grundsätzlich kann gesagt werden, dass die Temperatur im Inneren
der Erde immer weiter steigt, je mehr man sich dem Mittelpunkt der Erde
nähert. In einer Näherung beträgt diese Temperatursteigerung rund drei
Grad Celsius pro 100 Metern Tiefe.
Die Ausnahme dieser Temperaturverteilung liefern sogenannte
geologische
Anomalien,
wie
zum
Beispiel
oberflächennahe
Heißwasseraquifere.
Der Ursprung der Wärme in Erdinneren beruht auf
verschiedenen Ursachen. Im Wesentlichen sind diese Ursachen:
a) Radioaktive Zerfallsprozesse im Inneren der Erde.
Der größte Teil der im Erdinneren vorhandenen Wärme resultiert aus
dem Zerfall von radioaktiven Isotopen. Hier spricht man von der
"natürlichen Kernenergie", bei der enorme Mengen an Energie in Form von
Wärme frei werden.
b) Restwärme aus der Entstehungszeit der Erde.
Bei der Entstehung unserer Erde vor rund 5 Milliarden Jahren sind
sehr große Mengen an Energie in Form von Wärme frei geworden. Diese
Energie ist bis zum heutigen zu einem Teil erhalten worden, da die Wärme
aus dem Erdinneren heraus kaum abgegeben werden kann.
c) Wärme durch Strahlungsenergie der Sonne
Der kleinste Teil der Erdwärme beruht auf die direkte Einstrahlung
der Sonne auf die Erde, weil die Sonneneinstrahlung nur relativ
oberflächennahe Schichten der Erde erwärmen kann.
63
Betrachtet man sich zunächst die positiven Aspekte der Nutzung der
Biomasse, sieht man folgende Vorteile:
Die im Erdinneren vorhandene Wärmeenergie kann sich der Mensch
zum Zwecke der Energiegewinnung nutzbar machen.
Wie dieses derzeit gehandhabt wird, soll auf den folgenden Seiten
dargestellt werden.
Tiefengeothermie
Von Tiefengeothermie spricht man, wenn die Wärme des Erdinneren
aus tieferen Schichten genutzt wird. Unter tieferen Schichten sind hier
Tiefen von oftmals deutlich mehr als einem Kilometer zu verstehen, also
Schichten in denen bereits eine relativ hohe Temperatur vorliegt.
Eine Ausnahme, bei denen man auch bei geringeren Erdtiefen von
Tiefengeothermie sprechen kann, bilden geologische Anomalien, wie zum
Beispiel Orte in denen oberflächennahe Heißwasseraquifere vorliegen.
Die Wärmeenergie, die im Erdinnern vorliegt, kann man auf
direkte oder auf indirekte Weise nutzen:
a) Direkte Nutzung der Erdwärme
Besonders in den Fällen, in denen oben angesprochene geologische
Anomalien vorliegen, kann man die Erdwärme sehr gut auf direktem Wege
nutzen, um zum Beispiel Warmwasser zu bereiten oder Gebäude zu
beheizen.
Die direkte Nutzung der Erdwärme wäre rein theoretisch an jedem
Ort der Erde möglich. Man müßte lediglich Sonden sehr tief in die Erde
einbringen, um in Erdschichten zu gelangen, in der die Temperaturen
ausreichend hoch sind, um mittels einfacher Wärmetauschsysteme die
Wärme direkt nutzen zu können.
Wirtschaftlich lohnend ist diese Vorgehensweise allerdings nur,
wenn keine zu tiefen Bohrungen erforderlich sind und günstige geologische
Voraussetzungen bestehen.
b) Indirekte Nutzung der Erdwärme
Bei der indirekten Nutzung der Wärmeenergie im Inneren der Erde
wird diese Energieform in elektrischen Strom umgewandelt.
Damit dieses möglich ist, ist ein Temperaturniveau von mindestens
100 Grad Celsius nötig, um über die Erdwärme mittels eines
Wärmetauschers soviel Wärmeenergie zu erhalten, dass ein Fluid
verdampft werden kann.
Über den entstandenen Dampf werden dann Turbinen zur
Stromerzeugung angetrieben.
Ob die Stromerzeugung über die Nutzung von Erdwärme
wirtschaftlich sein kann, hängt zum Einen von der Tiefe in der das
64
erforderliche Temperaturniveau vorliegt ab und zum Anderen von der
geologischen Beschaffenheit des Geländes.
In Deutschland findet Tiefengeothermie zwar kaum Anwendung, in
Ländern mit günstigen geologischen Voraussetzungen, wie zum Beispiel:
Island, Italien oder den USA, ist die Stromerzeugung über -Tiefe
Geothermie- allerdings ein wichtiger Bestandteil der Energieversorgung.
13 Strom aus Erdwärme
Die Erdwärme oder auch Geothermie ist eine dauerhaft
nutzbare Energiequelle. Theoretisch und rechnerisch könnte man mit
Erdwärme den weltweiten Energiebedarf für 100.000 Jahre decken.
Praktisch ist dies nicht ganz so einfach, da die Auswirkungen auf die
Erdkruste derzeit nicht vorhersehbar sind. Außerdem kann man nur einen
kleinen Teil davon technisch nutzen. Trotzdem liegt hier ein enormes
Potenzial, vor allem wegen der Wetterunabhängigkeit dieser Energieform.
So schießen auch immer mehr Geothermiekraftwerke sprichwörtlich aus
dem Boden.
Direkte und Indirekte Nutzung der Erdwärme
Man unterscheidet bei der Nutzung der Erdwärme zwischen zwei
unterschiedlichen Arten: der direkten Nutzung und der indirekten
Nutzung.
Direkte Nutzung
Mit direkter Nutzung meint man die Nutzung der Wärme,
beispielsweise zum Heizen. Bereits zu Zeiten des Römischen reiches wurde
Erdwärme zur Beheizung von Bädern genutzt, ebenso im Chinesischen und
Ottomanischen Reich. Das erste historische, geothermische Fernwärmenetz
entstand in Chaudes-Aigues mitten im Herzen Frankreichs. Seine Anfänge
reichen bis ins 14. Jahrhundert zurück. Bei oberflächennaher Geothermie
muss die Temperatur häufig mittels Wärmepumpe angehoben werden.
Bei der tiefen Geothermie ist das meist nicht notwendig. Letztere ist die
effizientere Variante.
Indirekte Nutzung
Mit indirekter Nutzung ist die Stromgewinnung durch
Erdwärme gemeint. Erstmals wurde 1913 in der Toskana Erdwärme zur
Stromproduktion genutzt. Graf Piero Ginori Conti lies ein
Geothermiekraftwerk bauen, dass durch wasserdampfbetriebene Turbinen
220 kW erzeugte. Da sich an dieser Stelle Magma recht dicht unter der
Oberfläche befindet, können heute 750 MW Strom ins italienische
Energienetz eingespeist werden.
65
In Deutschland befindet sich die Energiegewinnung durch
Erdwärme im Vergleich zu anderen EU-Ländern eher noch in den
Kinderschuhen – wobei gerade in den letzten Jahren ein regelrechter Boom
beim Bau von Geothermiekraftwerken zu beobachten ist. Notwendige
Wärmereservoires mit hohen Temperaturen sind in Deutschland eher selten
und dann meist nur in großer Tiefe vorhanden. Dies ist mit einem hohen
finanziellen Aufwand verbunden, der gegen den Nutzen abgewogen
werden muss. In Deutschland gibt es derzeit nur drei Regionen, die für
Geothermiekraftwerke in Frage kommen: das Norddeutsche Becken, die
Süddeutsche Molasse (Alpenvorland) und der Oberrheingraben. Nur dort
stößt man in etwa 1000-3000m Tiefe auf mindestens 100°C heißes Wasser,
welches mit 150 Kubikmetern pro Stunde gefördert werden kann. Dies sind
die Grundvoraussetzungen für die Wirtschaftlichkeit des Kraftwerkes. Bei
Temperaturen von 150°C und mehr kann die Effizienz des
Geothermiekraftwerks sogar noch gesteigert werden. Forschungsarbeiten
zur Nutzung in tiefer liegenden Schichten laufen und versprechen die
Möglichkeit zur effizienteren Stromnutzung.
Stromgewinnung mittels Erdwärme – wie funktioniert das?
Das mindestens 100°C heiße Wasser wird aus einer Tiefe von 20003500m (Schwankungen entstehen je nach Lage und Thermalvorkommen)
zu Tage gefördert. Durch eine Trägerflüssigkeit verdampft das Wasser und
treibt so eine Turbine an, die dann wiederum einen Stromgenerator
betreibt. Der Dampf wird dann über Luftkühler wieder abgekühlt, sodass
das Wasser kondensiert. Dieses Wasser wird anschließend wieder in selber
Tiefe in den Boden gepresst. Zudem ist es möglich den Dampf zusätzlich
für Fernwärmezwecke zu nutzen. Wenn das Thermalwasser über 150°C
hat, kann durch den Wasserdampf die Turbine direkt betrieben werden.
14 Oberflächennahe Geothermie
Wenn die im Erdinneren vorliegende Wärme nur bis zu einer Tiefe
von rund 200 Metern genutzt wird und keine geologischen Anomalien
vorliegen, spricht man von der oberflächennahen Geothermie.
Die Temperaturen innerhalb der Erde, die in diesen eher geringen
Tiefen vorliegen, sind für eine direkte Nutzung nicht hoch genug. Genutzt
werden kann diese Wärme jedoch, wenn man die im Erdinneren
vorliegenden Temperaturen mittels Wärmepumpen anhebt.
Wie das Prinzip einer Wärmepumpe funktioniert, kann man sich
wie folgt vorstellen:
Wenn ein Fluid seinen Aggregatzustand vom flüssigem zum
gasförmigen Aggregatzustand wechselt, expandiert bei diesem Vorgang
66
das Volumen des Fluides. Während dieses Vorganges nimmt das Fluid
Wärmeenergie aus der Umgebung auf. Das Fluid enthält jetzt also
zusätzliche Wärmeenergie. Wenn man nun das Fluid wieder verdichtet,
also das Volumen reduziert, ist die Temperatur des Fluides im Vergleich
zum Urzustand gestiegen, da dieses noch die zusätzliche Wärmeenergie
enthält, die bei der vorangegangen Expansion der Umgebung entnommen
wurde.
Dieses grundsätzliche Funktionsprinzip einer Wärmepumpe mag sich
recht kompliziert anhören, die Technik ist jedoch lange bekannt und findet
sich in beinahe jedem Haushalt.
So funktioniert zum Beispiel ein Kühlschrank ebenfalls mittels des
Prinzips der Wärmepumpe. In diesem Falle nimmt ein Kühlmittel (Fluid)
während der Expansion (in den Wänden des Kühlschrankes) Wärmeenergie
aus dem Innenraum des Kühlgerätes auf. Die Temperatur im Inneren des
Kühlschrankes sinkt somit. Das Kühlmittel (Fluid) wird anschließend
wieder verdichtet, wobei sich die Temperatur des Kühlmittels erhöht hat
(da es jetzt zusätzlich die Wärmeenergie aus dem Kühlschrankinneren
enthält). Um die Temperatur des Kühlmittels wieder auf den Ausgangswert
zu bringen, wird Wärme über die Kühlrippen an der Rückwand des
Kühlschrankes abgegeben.
Wer diese Kühlrippen einmal berührt hat, wird sicherlich glauben
können, dass es möglich ist, Temperaturen auf ein recht hohes Niveau
"hoch zu pumpen".
Bei
der
oberflächennahen
Geothermie
werden
diese
thermodynamischen Vorgänge genutzt, um die Wärmeenergie, die im
Inneren der Erde vorliegt, auf das innerhalb von Erdsonden expandierende
Fluid zu übertragen. Das Fluid wird anschließend an der Oberfläche
verdichtet und somit wird die relativ geringe Wärme des Erdinneren auf ein
Niveau hochgepumpt, das ausreicht, um Gebäude beheizen zu können.
Damit das zum Einsatz kommende Fluid hinreichend Wärmeenergie
aus dem Erdinneren entnehmen kann, muß in der erforderlichen Tiefe
genügend Kontaktfläche gegeben sein.
Dies erreicht man über das Einbringen mehrerer Sonden, die in die
Erde gebohrt werden, oder durch Kollektorsysteme, die großflächig
horizontal in die Erde eingebracht werden.
Vor- und Nachteile der Geothermie
Nachdem in den beiden vorangegangenen Abschnitten, die
Einsatzmöglichkeiten der Tiefengeothermie und der oberflächennahen
Geothermie erörtert wurden, sollen auf dieser Seite einmal einige der Vorund Nachteile der Nutzung der Erdwärme zur Energiegewinnung behandelt
werden.
67
So können als Vorteile der Nutzung der Erdwärme folgende
Punkte genannt werden:
a) Dauerhaft zur Verfügung stehende Energiequelle
Die Wärme im Inneren unserer Erde resultiert zu den größten Teilen
aus Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung, Wärme, die aus
radioaktiven Zerfallsprozessen entsteht und der Sonneneinstrahlung auf die
Erde.
Es ist nicht zu befürchten, dass diese Energiequelle in einem
vorstellbarem Zeitraum versiegen wird und die Nutzung der Erdwärme
kann somit dauerhaft betrieben werden.
b) Gute CO2-Bilanz
Sowohl bei der direkten als auch bei der indirekten Nutzung der
Erdwärme zur Energieerzeugung wird unsere Atmosphäre nur wenig mit
Kohlendioxid belastet, so dass die CO2-Bilanz bei der Nutzung von
Erdwärme im Vergleich zu anderen Methoden der Energiegewinnung sehr
gut ist.
c) Multiple Verwendungsmöglichkeiten
Mittels der Tiefengeothermie läßt sich zum Einen elektrischer Strom
erzeugen und zum Anderen Wärme, zum Beispiel zu Heizzwecken,
gewinnen.
Die oberflächennahe Geothermie ist neben der Wärmegewinnung
dazu geeignet in den Sommermonaten zum Zwecke der Klimatisierung von
Gebäuden verwendet zu werden. Die Einsatzmöglichkeiten der Geothermie
sind somit sehr vielseitig.
Als Nachteile der Erdwärmenutzung sollten folgende Punkte
nicht verschwiegen werden :
a) Teilweise aufwendige Vorarbeiten notwendig
Vor allem dann, wenn das für den jeweiligen Anwendungszweck
erforderliche Temperaturniveau erst in tieferen Schichten der Erde gegeben
ist, sind die Vorarbeiten, wie Bohrungen und das Einbringen von
Wärmesonden, oftmals sehr aufwendig, so dass in einigen Fällen die
Wirtschaftlichkeit in Frage gestellt ist.
b) Nicht überall realisierbar
An einigen Orten kann die Erdwärme selbst dann nicht genutzt
werden, wenn die geologischen Voraussetzungen eigentlich günstig wären.
Dies begründet sich darauf, dass für das Einbringen von
Wärmesonden oder Flächenkollektoren in das Erdreich relativ viel Platz
benötigt wird, der oftmals nicht gegeben ist. So ist die geothermische
Wärmegewinnung für Gebäude, dessen Grundstücke eher klein sind,
oftmals nicht machbar.
c) Energiezufuhr für Wärmepumpen notwendig
68
Bei der Nutzung der oberflächennahen Geothermie, zum Zwecke des
Beheizens von Häusern, ist der Einsatz von Wärmepumpen notwendig. Der
Betrieb von Wärmepumpen kann aber nur über die Zufuhr von Energie
(elektrischer Strom) realisiert werden.
Somit muß Energie eingesetzt werden, um die Erwärme für solche
Zwecke nutzen zu können.
Die Gesamtbilanz von eingesetzter Energie zu gewonnener
Wärmeenergie ist jedoch positiv.
15 Übungen
Übung 1
1.1 In welchem Satz wird der Begriff Energie nicht im
physikalischen Sinn verwendet?
- Ich lasse mich am Strand von der Energie der Sonne bräunen.
- Heute habe ich mit viel Energie Fußball gespielt.
- Meine Energie ist völlig verbraucht.
- Ein Wasserkraftwerk liefert Energie, die zur Stromerzeugung
genutzt wird.
- Maschinen brauchen Energie, um Arbeit zu verrichten.
1.2 Im Laufe eines Schultages brauchst du Energie zum
- Schreiben
- Lesen
- Sprechen
- Gehen
- Turnen
- .............................. usw.
1.3 Stelle grafisch dar (zeichne):
- wie deinem Körper Energie zugeführt wird,
- welcher Teil der Energie wofür genützt werden kann und,
- dass der Rest der Energie als Abwärme an die Umwelt abgegeben
wird.
Übung 2
2.1 Energie und Umwelt
Das „Problem“ der Energieumwandlung
Jeder der folgenden Fachbegriffe passt in eine Lücke im unten
stehenden Text. Lies zuerst den ganzen Text und überlege dabei, welche
Wörter an welche Stellen gehören. Trage erst dann die Wörter an der
richtigen Stelle ein.
69
alternative
Energiequellen,
Erdöl,
Luftverschmutzung,
Sonnenenergie,
Wasser, Rohstoffe, Schadstoffe, Rohstoffe, fossile Brennstoffe,
Wolle
................................................... sind Materialien, die von der Natur
„geliefert“ und auf verschiedenste Weise vom Menschen verwendet
werden; z. B. Erz, Gestein, Kohle, ............................................,
.............................................,
Baumwolle.
Auch
.............................................., Sonne und Wind werden manchmal als
............................................... (zur Energiegewinnung) bezeichnet. Manche
Rohstoffe, besonders die ....................................................................., sind
nur in begrenzter Menge auf unserer Erde vorhanden und werden in
näherer oder fernerer Zukunft versiegen. Durch Ausnutzung anderer,
sogenannter
erneuerbarer
oder
........................................................................................... werden diese
Rohstoffe für die Zukunft geschont, weil sie zur Herstellung
lebensnotwendiger Dinge (z. B. Medikamente) dringender benötigt werden
als zur Energieerzeugung. Ein weiteres Problem der fossilen Brennstoffe
ist, dass bei ihrer Verbrennung ............................................. entstehen, die
für ................................................. und andere Umweltbelastungen
verantwortlich
sind.
Umweltschonendere
Möglichkeiten
zur
Energiegewinnung sind z. B. Wasserkraft, Windkraft und
.............................................. .
2.2 Setze die folgenden Wörter richtig in den Text ein:
Pol, Schraubsockel, Kontaktplättchen
Das Lämpchen leuchtet, wenn das ............................. und der
..................................... mit je einem ........................... der Batterie
verbunden sind.
Übung 3
3.1 Arbeit und Leistung des elektrischen Stroms
„Mit einer Kilowattstunde Strom kann man ...“
Ergänze die folgenden Sätze mit Zahlen, die dir sinnvoll
vorkommen. Überlege, welche Geräte viel Strom verbrauchen und welche
eher wenig. Als kleine Hilfe sind in den ersten beiden Sätzen die Zahlen
bereits eingetragen.
Mit 1 kWh Strom kann man ...
1 kg Wäsche waschen.
30 Stunden Radio hören.
............ Stunden bügeln.
............ Stunden mit einer elektrischen Modell-Eisenbahn spielen.
70
mit einem Elektroauto ............ km weit fahren.
eine 40-Watt-Lampe ............ Stunden lang brennen lassen.
............ Liter Wasser für eine Dusche auf 37° C erwärmen.
............ Stunden lang fernsehen.
............ Jahre lang 3-mal täglich Zähne putzen.
Eine 100 m2-Wohnung ............ Minuten lang auf 20° C
Raumtemperatur halten.
............ Tage lang einen 150-Liter-Kühlschrank betreiben.
............ Jahre lang täglich elektrisch rasieren.
3.2 Strom im Haushalt
Gefahren des elektrischen Stromes
Die folgenden Beispiele sollen dir die Gefahren des elektrischen
Stromes deutlich machen und somit einen schweren oder sogar tödlichen
Unfall verhindern. Überlege dir bei jeder Aussage, ob sie richtig oder
falsch ist. Anschließend werden die Fragen verglichen, und es wird darüber
diskutiert.
1) Benütze nie einen Radio oder ein anderes Elektrogerät in der
Badewanne.
richtig
falsch
2) Wenn dir ein elektrisches Gerät ins Wasser fällt, darfst du es
herausholen.
richtig
falsch
3) Wenn in einer Wohnung kleine Kinder leben, sollen die
Steckdosen mit
„Kindersicherungen“ abgedeckt sein.
richtig
falsch
4) Es besteht Lebensgefahr, wenn Kabel von Elektrogeräten
schadhaft sind.
richtig
falsch
5) Wenn du ein Elektrogerät ausschalten möchtest, darfst du auch am
Kabel
anziehen.
richtig
falsch
6) Du darfst mit einer Hand an einem Elektrogerät hantieren und
gleichzeitig die andere Hand unter das fließende Wasser halten.
richtig
falsch
7) Du darfst keine Metallgegenstände in die Steckdose stecken.
Richtig
falsch
8) Du darfst auf keinen Fall herabhängende Leitungen berühren.
richtig
falsch
71
9) Du darfst in der Nähe von Hochspannungsleitungen spielen (z. B.
auf den Dächern von Eisenbahnwaggons).
richtig
falsch
10) Wenn dein(e) Freund(in) in den Stromkreis gerät, darfst du ihn
(sie) berühren.
richtig
falsch
11) Der Strom sucht sich immer den kürzesten Weg zur Erde.
richtig
falsch.
3.3 Beschreibe, wie die Wasserkraft in elektrische Energie
umgewandelt wird.
Setze folgende Begriffe in den Text ein: Rohr, Turbine, Stausee,
Wasser, Generator, elektrische
Wasser
fällt
vom
.........................................
durch
ein
.................................... in die Tiefe und dreht die ...................................... .
Die Turbine treibt den ......................................... an, der die Kraft des
strömenden .................................... in ................................ Energie
umwandelt.
3.4 Fülle den Lückentext aus, indem du folgende Begriffe
verwendest:
Pumpe, Generator, Dampferzeuger, Kessel, Kondensator, Turbine,
Wasser, Dampf, Wärme
Im ................................... wird der Brennstoff verbrannt und dadurch
......................... erzeugt. Diese Wärme wird auf das .................. übertragen,
das in den Rohrleitungen durch den ........................................... strömt. Das
Wasser verdampft, der überhitzte ................. wird auf die ........................
geleitet. Dieser unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende Dampf
treibt beim Durchströmen die Flügelräder der Turbine an. An die Turbine
angekoppelt ist der ............................, der den elektrischen Strom erzeugt.
Der in der Turbine „abgearbeitete Dampf“ wird im ........................... wieder
abgekühlt, kondensiert zu Wasser und wird mit Hilfe der ........................ in
das Rohrnetz des Kessels zurückgepumpt, um dort erneut erhitzt und
verdampft zu werden.
3.5 Hier kannst du noch einmal testen, ob du verstanden hast, wie
Strom in einem Wärmekraftwerk „erzeugt“ wird.
Ordne die Bildkarten zu den Textkarten zu. Aber ordne zuerst die
Bildkarten in der richtigen Reihenfolge.
72
Der Dampf strömt über eine
Turbine.
1
Die Turbine dreht sich.
a
Der elektrische Strom wird über
2
Hochspannungsleitungen
weitergeleitet.
b
3
Der Generator wird durch die
Turbine angetrieben und erzeugt
elektrische Energie.
c
Im Kraftwerkskessel wird Dampf
erzeugt.
4
d
Übung 4 Arbeitsblatt: Mein Energietagebuch
4.1 Notiere einen Tag lang, wobei Du Energie verbrauchst. Beginne
sofort nach dem Aufstehen.
Schau Dir Deine Liste noch einmal genau an und überlege, wo Du
Energie sparen könntest.
Markiere diese Punkte rot.
73
Lampe einschalten,
4.2 Arbeitsblatt: Die Erneuerbaren stellen sich vor
Finde die passenden Wörter und trage sie in die leeren Felder ein.
74
(unter der Erde, Wind, Solaranlagen, Wasserrädern, Ebbe und
Flut, Wärme, Strom, Sonnenenergie, Segelschiffen, Holz, Erde,
Lebewesen, Strahlen)
Lass die Sonne rein –
Aus meinen S–––––––––––––––––
––––––– kann Energie gewonnen
werden. Es gibt mehrere Methoden
zur Gewinnung von S–––––––––––
–––––––––––––––––––.
Zum
Beispiel kann meine Energie in
Strom umgewandelt werden. Diese
Technik nennt man Fotovoltaik.
Meine Strahlen können über S––––
––––––––––––––––––––––
aufgefangen werden und schließlich
Wasser erwärmen. Vielleicht hast
Du so etwas ja schon einmal auf
Hausdächern gesehen? Übrigens –
hast Du gewusst, dass meine Kraft
auch im Wind, Holz, Wasser und
Boden steckt?
Ich bin der Wind, das himmlische
Kind
Luftschichten werden von meiner
Freundin, der Sonne, erwärmt und
es
kommt zu einer Bewegung von
Luftpaketen.
Die Luftströmungen (W–––––––––
––) können über Windkraftanlagen
in
S––––––––––
umgewandelt werden. Der Mensch
macht sich bereits seit vielen
Jahrhunderten meine Kraft zu
Nutze.
So
wurde
meine
Antriebsfähigkeit schon damals zur
Fortbewegung von S––––––––––––
–––– und Ballons genutzt.
Wasser Ahoi
Mit Hilfe von W––––––––––––––
75
kann Strom aus meiner Bewegung
gewonnen werden. Dabei wird
meine Kraft beim Nach-UntenFließen in Energie umgewandelt.
Auch durch
E––––––––––– und F–––––––––––
kann
Energie
in
Gezeitenkraftwerken
gewonnen
werden.
Biomasse
Zu mir gehören alle lebenden und
toten Pflanzen, Tiere und andere L–
––––––––––––––.
Pflanzen
erzeugen mich aus Sonnenenergie
und Luft. Durch Verbrennung kann
meine Energie in W–––––––––––
umgewandelt werden. Ich bin die
älteste Form der Energiegewinnung
der Menschheit. Schon lange kann
mit Hilfe von H––––––– Feuer und
damit Wärme erzeugt werden.
Wärme von Innen – Erdwärme
Meine Energie ist in Form von
Wärme
in
der
E––––––––
gespeichert und kann
zur Wärmegewinnung genutzt
werden. Weil ich u–––––––– hause,
ist meine Energie immer verfügbar,
unabhängig
von der Tages- und Jahreszeit.
4.3 Arbeitsblatt: Gestern, Heute, Morgen
Lies Dir die Sätze durch und bringe die Energiegeschichte in die
richtige Reihenfolge:
1 Als erste „Energiequelle“ dient den Menschen die Nahrung.
Daraus gewinnen sie Energie um die Muskeln einsetzen zu können.
Es gibt noch keine technischen Hilfsmittel.
2 Kreuzfahrer und Händler bringen die Windmühlen nach Europa.
76
3 Das Feuer wird entdeckt. Die Menschen besitzen nun eine
Energiequelle, die Licht, Wärme und auch Schutz spendet.
4 Die Atomenergie wird entdeckt. Damit kommt eine weitere
Energiequelle dazu. Sie liefert im Vergleich zu anderen Energiequellen
sehr viel Energie ist aber sehr gefährlich und birgt große Probleme
(radioaktive Strahlung, Lagerung des Atommülles ist ungeklärt,
Nebenprodukte werden für tödliche Waffen verwendet).
5 Erste Wasser- und Windräder werden zum Wasserschöpfen in
Mesopotamien (Zweistromland) eingesetzt. Auch in Ägypten dient der
Wind erstmals zum Antrieb von Segelschiffen und Windmühlen.
6 In etwa zu dieser Zeit wird auch Öl und Kohle entdeckt. Man
verwendet Öl und Kohle als Licht- und Wärmequelle oder auch zum
Versiegeln und Abdichten der Schiffe. Die eigene Muskelkraft und die
tierische Muskelkraft spielen eine bedeutende Rolle.
7 Die Menschen werden sesshaft und entwickeln Viehzucht und
Ackerbau. Sie nutzen auch die Muskelkraft der Tiere. Dafür müssen auch
die Tiere mit Nahrung (Energie) versorgt werden.
8 Die Technik entwickelt sich weiter. Die Muskelkraft wird durch
die Kraft von Maschinen ersetzt.
Statt Wind und Wasser wird zunehmend Kohle und Erdöl verwendet.
Kohle und Erdöl können schnell und einfach große Mengen an
Energie liefern. Bei der Verbrennung entstehen jedoch Gase, die dazu
beitragen die Erde zu erwärmen.
9 Heute kann man Energie aus Holz, Abfall, Kohle, Erdgas,
Windkraft, Wasserkraft, Kernkraft, Sonne oder auch aus Erdwärme
gewinnen.
4.4 Arbeitsblatt: Energieverbrauch zu Hause
Überlege: Wie kann zu Hause Energie gespart werden?
Wo und wozu braucht ihr zu Hause Energie? Trage Deine Ideen in
die linke Spalte ein. Für welche Tätigkeiten gibt es umweltfreundliche
Lösungen. Schreibe in die rechte Spalte wie Energie gespart werden kann.
Wer hat mehr Ideen?
Hier wird Energie verbraucht
Auto fahren
Wäschetrockner
So wird Energie gespart
Fahrrad fahren
Wäscheleine
16 Strom Lexikon
77
Buchstabe A
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
A Begriffe wie Abnahmestelle bis AVBEltV erklärt
Abnahmestelle
Als Abnahmestelle bezeichnet man den Punkt, an dem die Energie
aus dem Netz des lokalen Betreibers an den Stromkunden abgegeben wird.
Das Netz des Betreibers endet hier. Die Stromabnahme wird den
technischen Voraussetzungen des Kunden angepasst und ist auf
verschiedenen Spannungsebenen möglich.
Absorption
Durchdringt Licht Material wird es abgeschwächt. Diese
Abschwächung bezeichnet man in der Fachsprache als Absorption.
Abwärme
Als Abwärme bezeichnet man die Wärme, die bei der
Energieerzeugung freigesetzt wird. Sie kann u.a. zum Heizen nahe
gelegener Gebäude verwendet werden.
Ampere
Das Ampere (Einheitszeichen A) ist die Basiseinheit der elektrischen
Stromstärke.
Amperestunde
Die Amperestunde ist die physikalische Einheit der Ladungsmenge,
die innerhalb einer Stunde durch einen Leiter fließt.
Anschlussleistung
Die Gesamtheit der Nennleistungen sämtlicher beim Kunden
vorhandener
elektrischer
Verbrauchseinrichtungen
wird
als
Anschlussleistung bezeichnet.
Annex B Länder
Alle Länder, die im Rahmen des Kyoto-Protokolls konkrete
Emissionsreduktionsverpflichtungen in der ersten Verpflichtungsperiode
(2008-2012) übernommen haben, sind im Annex B des Kyoto-Protokolls
von 1997 aufgelistet. Da auf dieser Liste alle Annex I Länder stehen
(exklusive Weißrussland und Türkei), sowie Kroatien, Slowenien, Monaco
und Liechtenstein wird der Begriff "Annex B Länder" oft synonym mit
dem Begriff "Industrieländer" benutzt.
Annex I Länder
Unter Annex I Länder sind alle OECD-Länder (außer Korea und
Mexiko) sowie alle osteuropäischen Länder (außer Jugoslawien und
Albanien) zu verstehen, die im Rahmen der Klimarahmenkonvention von
1992 die Selbstverpflichtung zur Reduktion ihrer Treibhausgasemissionen
78
bis zum Jahr 2000 auf das Niveau von 1990 übernommen haben. Der
Begriff "Annex I Länder" wird oft synonym mit "Industrieländer" benutzt.
Anode
Elektrode mit positiver Ladung. Anschlussleistung Die Gesamtheit
der Nennleistungen sämtlicher beim Kunden vorhandener elektrischer
Verbrauchseinrichtungen wird als Anschlussleistung bezeichnet.
Arbeit
Übertragene oder entnommene Energiemenge.
Arbeitspreis
Der Stromverbrauch wird in Cent je Kilowattstunde berechnet. Der
Preis je Einheit wird als Arbeitspreis bezeichnet. Die Tarife werden in
folgende 3 Unterarten geteilt: Hoch-, Normal-, und Niedrigtarif.
Atom
Der Atomkern, welcher von einer Schale umgeben ist, wird
innerhalb dieser von negativ geladenen Elektronen umkreist. Der Atomkern
hingegen enthält Protonen, welche positiv geladen sind. Weiterhin
existieren im Kern neutrale Neutronen.
Atomausstieg
Nach lang andauernden Verhandlungen wurde am 11. Juni 2001 im
Berliner Kanzleramt eine Vereinbarung zum Ausstieg aus der Kernenergie
unterzeichnet. Diese beruht auf einer Vereinbarung zwischen der
damaligen rot-grünen Regierung sowie der Stromindustrie. Die entstandene
Atomgesetznovelle wurde letztendlich im Dezember 2001 im Bundestag
verabschiedet. Für jedes einzelne Kraftwerk wurde eine „Restlaufzeit“
festgelegt. Nur bis zu diesem Stichtag darf es Strom produzieren. Dieser
Zeitraum wurde nach der Regellaufzeit eines Atomkraftwerks festgelegt. Er
beträgt 32 Jahre. Neue Reaktoren dürfen nicht mehr gebaut werden. Bis zur
Errichtung einer endgültigen Lagerstätte, soll der Atommüll in den
existierenden Kraftwerken eingelagert werden. Der Abtransport zur
Aufbereitung der alten Brennstäbe ist bereits seit 2006 nicht mehr erlaubt.
Sollte ein CDU/CSU orientierter Regierungswechsel stattfinden, könnten
die Ausstiegspläne rückgängig gemacht werden. Es wird befürchtet, dass
ohne diesen Schritt die Ziele des Klimaschutzes nicht realisierbar sind.
Auslandsschutzklausel
Bis zum Ende des Jahres 2006 konnte nicht deutschen
Stromanbietern der Zugang zum Netz untersagt werden, wenn der Markt
des jeweiligen Landes nicht gleichermaßen liberalisiert wie der Mark in
Deutschland war.
Auto und Klima
AdBlue:
79
Ist eine standardisierte, synthetische, hochwertige und wässrige
Harnstofflösung die unschädlich, farb- sowie geruchlos ist. Dieser Stoff
ermöglicht eine Reduzierung von Stickoxid-Emissionen in Zusammenhang
mit der Anwendung der BLUETECDieseltechnologie. Sie wird auch als
Selective Catalytic Reaction-Technologie, kurz SCR, bezeichnet. (Siehe
auch BLUETEC)
Aufladung:
Steigert den Drehmoment und ermöglicht dem Verbrennungsmotor
eine Steigerung der Leistung. Die benötige Luft wird durch eine zusätzliche
Arbeitseinheit, z.B. einen Kompressor oder einen Turbolader, verdichtet.
Dem Motor wird eine größere Masse an Luft für den Verbrennungsprozess
zugeführt. Eine gleichzeitige Erhöhung der Kraftstoffmenge optimiert das
Drehmoment und die Motorleistung steigt. Mit Hilfe dieser Technik,
welche auch Downsizing genannt wird, ist der Einsatz von kleineren und
somit Benzinsparenden Motoren möglich, ohne einen Leistungsverlust in
Kauf nehmen zu müssen. Unter anderen nutzt bereits der VW-Konzern
dieses Downsizing. (siehe Downsizing)
BLUETEC:
Wird bei Dieselmotoren genutzt und wurde von Mercedes-Benz
entwickelt. Es ist ein modulares Abgas-Reinigungssystem zur Reduzierung
der Stickoxide um bis zu 80 Prozent. Stickoxide sind die einzigen
Abgasbestandteile, die bei Dieselmotoren in höherer Konzentration als bei
Benzinfahrzeugen auftreten. Dank BLUETEC werden auch Dieselmotoren
zukünftig die vorgegebenen Abgas-Grenzwerte einhalten können.
Mercedes-Benz nutzt BLUETEC bereits seit 2005 in allen Nutzfahrzeugen.
Nach der Nutzung in der E-Klasse auf dem US-Amerikanischen Markt seit
2006 wird die Technik noch in diesem Jahr nach Europa kommen. Auch
VW und AUDI kündigten im Herbst 2006 die Nutzung der BLUETEC
Technologie an. Jedoch wurde dies jetzt vom Volkswagenkonzern wieder
verworfen.
BTL (Biomass-to-Liquid) :
Als Grundlage zur Herstellung dieser synthetischen Kraftstoffe
können alle Arten von Biomasse verwendet werden. (Siehe auch
Synthetische Kraftstoffe)
DiesOtto:
Das System wird auch Combined Combustion System oder
Combined Combustion Engines genannt. Der DiesOtto ist eine
Kombination aus einem sparsamen Dieselmotor und einem sauberen
Benzinmotor. Da der Motor die Vorteile beider Motorarten vereint, hat er
gute Chancen Realität zu werden. Jedoch ist es im Momentan nur ein
Konzept.
80
Direkteinspritzung :
Die Direkteinspritzung dient dem Sparen von Kraftstoff. Dieser wird
direkt, mit hohem Druck, in die Zylinder gespritzt. Folglich entsteht das zu
verbrennende Gemisch erst direkt im Verbrennungsraum. Die Technik wird
sowohl bei Diesel- als auch bei Benzinmotoren angewendet.
Downsizing :
Beim Downsizing werden kleiner Motoren verwendet, die Dank
Aufladung jedoch eine bessere Leistung erzielen und somit effizient sind.
Ethanol :
Kann natürlich und synthetisch hergestellt werden. Es ist ein
Alkohol, welcher durch die chemische Oxidation von Ethan entsteht. Meist
wird die natürliche Herstellung mit Hilfe von Gärung genutzt. Ethanol ist
kein eigenständiger Kraftstoff, wird diesem jedoch beigemischt. (siehe Flex
Fuel)
EURO 4, EURO 5 :
Die Bezeichnungen stellen Abgasnormen für Kraftfahrzeuge dar und
wurden von der EU festgelegt. Beide legen genaue Grenzwerte für
Schadstoffe, Kohlenmonoxid, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe fest. Für
Dieselfahrzeuge wird auch der Partikelausstoß begrenzt. Am 01.09.2009
wird die EURO-4-Norm durch die strengere EURO-5-Norm abgelöst.
Flex Fuel :
Kraftstoffgemische aus Benzin und bis zu 85 Prozent Ethanol
werden als Flex Fuel bezeichnet. Fahrzeuge mit Flex-Fuel-Motoren sind
hauptsächlich in Brasilien, Schweden und den USA zu finden. Hier werden
die speziellen infrastrukturellen Anforderungen erfüllt, die dieses
Kraftstoffgemisch fordert.
GTL (Gas-to-Liquid) :
Diese synthetischen und flüssigen Kraftstoffe werden aus Erdgas
gewonnen. (Siehe
Synthetische Kraftstoffe).
Partikelfilter :
Partikelfilter werden bei Dieselmotoren eingesetzt, um Russpartikel
und andere Schadstoffe, wie unverbrannten Kohlenwasserstoff, aus den
Abgasen zu filtern.
Stickstoffoxid (NOx) :
Stickstoffoxide entstehen bei allen möglichen Verbrennungsarten aus
dem Stickstoff unserer Atemluft. Es ist ein sowohl farb- als auch
geruchloses Gas. In Verbindung mit Sauerstoff geht dieses Gas schnell in
NO2 über. Dieses Gas spielt bei der Bildung von bodennahem Ozon und
von saurem Regen eine große Rolle.
Synthetische Kraftstoffe :
81
Da synthetische Kraftstoffe in einem besonderen Verfahren aus
Biomasse gewonnen werden, sind diese rein. Beim verbrennen setzten sie
nur wenige Schadstoffe frei. Da die verwendete Biomasse aus
Pflanzenmaterial besteht, welches vor der Nutzung Kohlendioxid aus der
Luft aufgenommen hat, ist die Verbrennung des Kraftstoffes, im Bezug auf
den CO2-Ausstoß, beinahe neutral. Als Grundlage kann neben
Energiepflanzen («Biomass-To-Liquid», BTL), auch Erdgas («Gas-ToLiquid», GTL) oder Abfall- und Restbiomasse verwendet werden.
Wasserstoff :
Dank dem Einsatz von regenerativer Energie ist eine beinahe CO2neutrale Gewinnung von Wasserstoff möglich. Er kann sowohl für
Brennstoffzellen als auch für Verbrennungsmotoren genutzt werden.
Jedoch ist die Nutzung in Verbindung mit einer Verbrennung nicht
emissionsfrei. Wasserstoff ist ein in Wasser oder Kohlenwasserstoff
gebundener Energieträger, dessen Wirkung in einer Brennstoffzelle fast
doppelt so hoch wie in einem Verbrennungsmotor ist. Um Wasserstoff
gasförmig in einem Tank zu lagern, muss dieser eine Temperatur von -253
Grad Celsius aufweisen. Weiterhin muss ein Druck von 350 bar herrschen.
AVBEltV
Die AVBEltV enthält allgemeine Rahmenbedingungen zur
Versorgung von Tarifkunden mit Elektrizität. Sie unterweist den
Grundversorger, unter welchen Bedingungen er jeden potentiellen Kunden
an das Stromnetz anzuschließen hat und ihm die allgemeinen Tarifpreise zu
berechnen.
Strom Lexikon Buchstabe B
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
B Begriffe wie Becquerel bis Brennstoffzellen als Energiequellen
erklärt
Becquerel
Definiert Zerfall eines Atomkerns pro Sekunde und ist die
Maßeinheit für die Radioaktivität. Dieser photovoltaische Effekt wurde
1839 vom französischen Physiker Alexandre-Edmond Becquerel entdeckt.
Bei der Bestrahlung einer Silberelektrode tritt in einem Elektrolyt eine
elektrische Spannung auf.
Benutzungsdauer
Sie zeigt die reale Belastung des elektrischen Netzes durch den
jeweiligen Kunden an. Um die Benutzungsdauer zu ermitteln, muss der
gesamte Stromverbrauch einer Jahres durch die höchste Last in dem
betreffenden Jahr dividiert werden. Durchschnittlich liegt die
Nutzungsdauer eines Kunden zwischen 1.500 und 4.500 Stunden. Die
maximale Dauer liegt bei 8.760 Stunden. Im diesen Fall würde der
82
Endverbraucher über den gesamten Jahreszeitraum eine gleich bleibende
Leistung in Anspruch nehmen. Um die exakte Benutzungsdauer zu
berechnen, wird die Formel H = Arbeit (kWh) / Pmax (kW) angewendet.
Bifacial-Zelle
Diese Zelle kann beidseitig Licht aufnehmen und verwerten.
Biodiesel
Biodiesel ist ein pflanzlicher Kraftstoff. Er gehört somit zu den
regenerierbaren Energien. Als Grundlage zur Herstellung werden Öle, wie
Rapsöl, oder Fette tierischen Ursprungs verwendet. Dank dieser
Grundstoffe bietet Biodiesel einige Vorteile. Da die Bestandteile
erneuerbar und nachwachsend sind, ist dieser Kraftstoff, im Gegensatz zu
normalen Diesel, sehr umweltfreundlich. Die Aussage, dass Biodiesel
CO2-Neutral sei, ist jedoch nicht eindeutig zu belegen. Dies wäre nur dann
der Fall, wenn er gleichermaßen CO2 in die Atmosphäre abgäbe, wie die
Pflanzen vorher für die Photosynthese aus der Luft entnommen haben.
Bedingt durch den Anbau, die Gewinnung der Stoffe und der Verarbeitung
ist dies jedoch nicht haltbar. Bis zum Jahr 2010 müssen alle EU-Staaten
den normalen Kraftstoff durch 5,75 Prozent Biokraftstoff ersetzten. Die
Form kann dabei vom jeweiligen Land entschieden werden. Sie kann in
reiner Form oder als Beimischung realisiert werden. In Deutschland wird
Biodiesel bereits seit 2004 zur Steckung von Diesel genutzt. Die
Konzentration darf dabei bis zu fünf Prozent betragen.
Biogas
Als Biogas wird ein Gemisch bezeichnet, das hauptsächlich aus
Methan und Kohlenstoffdioxid besteht. Daneben enthält es noch kleinere
Bestandteile von Wasserdampf, Schwefelwasserstoff, Ammoniak,
Wasserstoff und geringe Anteile von niederen Fettsäuren und Alkoholen.
Biogas
entsteht
wenn
Pflanzen
(nachwachsende
Rohstoffe),
Wirtschaftsdünger, Bioabfall und andere organische Rohstoffe vergärt
werden. Für diesen Prozess gibt es Biogasanlagen, die das Biogas als
erneuerbare Energie nutzbar machen und von denen 2005 in Deutschland
rund 2700 Anlagen in Betrieb waren. Mit einer elektrischen Leistung von
665 Megawatt wurden 2005 so 2.500 Gigawatt Strom erzeugt.
Biomasse
Biomasse bezeichnet die Gesamtmenge an organischem Material,
das als Grundlage erneuerbarer Energie genutzt werden kann. Die
Bestandteile verwertbarer Biomasse lassen sich in zwei Kategorien
unterteilen. Zum Einen Abfälle aus Haushalten und Industrie, sowie
Tierrestprodukte (Gülle, Mist) und Holzabfälle der Forstwirtschaft. Auf der
anderen Seite organisches Material von Pflanzen, die speziell für die
Energiegewinnung angebaut werden. In den vergangenen Jahren hat die
83
Biomasse besonders im Hinblick auf Energieerzeugung stark an Bedeutung
gewonnen. Bei einer kombinierten Produktion von Strom und Wärme
findet die Verwertung von Biomasse zur Energiegewinnung in KraftWärme-Kopplungsanlagen statt. 2006 war
Biomasse mit einem Anteil von 5,5 % am gesamten deutschen
Wärmeverbrauch ausschlaggebend unter den erneuerbaren Energien.
Obwohl die Biomasse beim Stromverbrauch 2006 lediglich 3 %
beisteuerte, so haben erneuerbare Energien hier den größten Anteil neben
Kohle- und atomarer Stromerzeugung.
Blindleistung
Blindleistung bezeichnet eine elektrische Leistung, die nicht durch
mechanische Arbeit oder Wärme wirkt. Vielmehr ermöglicht sie die
Erzeugung elektromagnetischer Felder. Stromzähler können diese
Blindleistung weder erfassen noch berechnen.
Blockheizkraftwerk (BHKW)
Blockheizkraftwerke sind Anlagen, die elektrischen Strom und
Wärme erzeugen, meist für die Versorgung näherer Haushalte und
Betriebe. Diese Art der Energiegewinnung geschieht hauptsächlich durch
den Einsatz von Verbrennungsmotoren und Gasturbinen.
Braunkohleschutzklausel
Die Braunkohleschutzklausel besagt, dass aufgrund von stattlichen
Förderungen für die ostdeutsche Braunkohle, 70 % des Stroms aus
Braunkohle gewonnen werden müssen. Als Resultat hatten die neuen
Bundesländer bis 2003 gesetzlich die Möglichkeit den Netzzugang
westdeutscher Netzbetreiber zu verweigern, um die Nutzung der eigenen
Braunkohle gewährleisten zu können.
Brennstoffzellen als Energiequellen
Brennstoffzellen wandeln chemische Energie von Wasserstoff oder
anderen Verbindungen wie Methanol in Energie in Form von Elektrizität
um.
Der Wirkungsbereich beträgt bis zu 85 % und wird im Moment
hauptsächlich von Automobilkonzernen besonders hinsichtlich der
Hybridtechnologie
erforscht
und
angewandt.
Brennstoffzellen
funktionieren geräuschlos, sind nahezu emissionsarm und wiegen weniger
als herkömmliche Akkus. Diese neue Art der Wasserstofftechnologie zur
Energiegewinnung, bei der lediglich Wasser übrig bleibt, gewinnt weltweit
an Bedeutung für die Energieversorgung vieler verschiedener Bereiche, so
auch auf See oder beim Sport.
Strom Lexikon Buchstabe C
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
C Begriffe wie Clean Development Mechanism (CDM) bis CSD erklärt
84
Clean Development Mechanism (CDM)
Der Mechanismus für umweltverträgliche Entwicklung ist eine
Maßnahme des Kyoto Protokolls um Kohlendioxidausstoß zu vermindern.
Für Emissionen, die z. B. bei Flugzeugen entstehen, wird ein bestimmter
Geldbetrag an eine Austauschstelle transferiert. Diese Austauschstelle
investiert dieses Geld dann, um Projekte zu unterstützen, die helfen
Kohlendioxid-Emissionen zu vermeiden. Ein Beispiel für die Vermeidung
von Kohlendioxid-Emissionen wäre das Ersetzen dieselbetriebener
Stromaggregate durch eine Photovoltaikanlage, die während ihrer
Lebensdauer bedeutend weniger Kohlendioxid ausstößt. Da in Deutschland
nicht immer die Sonne scheint, müssten diese Zeiträume mit sehr großen
Batterien überbrückt werden, um eine gute Stromversorgung zu
gewährleisten. Daher eignet sich die Photovoltaikanlage, die auf
ausreichend Sonnenenergie angewiesen ist, am besten in sehr
sonnenreichen Gebieten. Die CO2 Emissionen können damit effizient
umgangen werden. Mit dem CDM-Programm werden jedoch hauptsächlich
zusätzliche Kohlendioxid-Emissionen gedeckt, nicht aber der
Gesamtausstoß reduziert.
CO2
CO2 ist die chemische Formel für Kohlenstoffdioxid. CO2 ist ein
farb- und geruchloses Gas, eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff
und Sauerstoff.
Kohlendioxid ist natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre,
Endprodukt aller Verbrennungsvorgänge, und zur Zeit als Klimaschädling
in aller Munde. Durch den Abbau und die Nutzung fossiler Energiequellen
wie Kohle, Erdöl, Erdgas, wird der natürliche Kohlenstoffkreislauf gestört,
sodass zuviel CO2 in die Atmosphäre gelangt, obwohl kein zusätzliches
Kohlendioxid entsteht.
CSD
CSD = Commission on Sustainable Development. Die Kommission
für nachhaltige Entwicklung wurde 1992 von der UN-Generalversammlung
gegründet und bezeichnet die jährliche Ministerkonferenz der Vereinten
Nationen zur nachhaltigen Entwicklung. Zentrale Themen sind die
internationale Energiepolitik, sowie der Klimawandel, Umwelt- und
Ressourcenschutz. Bei der letzten Konferenz im Mai 2007 in New York,
betonte Bundesumweltminister Sigmar Gabriel die Wichtigkeit der
Bekämpfung des Klimawandels und der damit verbundenen Sicherung der
allgemeinen Energieversorgung, welche eine große Herausforderung für
die Politik darstellt. Da der Energiebedarf wächst, die Preise steigen, aber
die fossilen Rohstoffvorräte immer knapper werden, ist man gezwungen
nach einer neuen Lösung im Bereich Energiepolitik zu suchen.
85
Strom Lexikon Buchstabe D
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
D Begriffe wie Dauerleistung bis Durchleitungskosten erklärt
Dauerleistung
Die Dauerleistung bezeichnet die Leistung einer Erzeugungs-,
Übertragungs- oder Verbrauchsmaschine, die beliebig lange in einem
bestimmungsgemäßen Betrieb erbracht wird, ohne dass entweder
Lebensdauer oder Sicherheit der Anlage verringert werden.
DC
Direct current, englische Bezeichnung für Gleichstrom. Elektrischer
Strom in gleich bleibender Richtung.
Diode
Elektronisches Bauelement, meist Halbleiterdiode, mit Stromfluss in
nur eine Richtung.
Diskriminierungsverbot
Das Diskriminierungsverbot untersagt es Betreibern von natürlichen
Monopolen, wie es im Netzbetrieb der Fall ist, die eigenen Vorteile so
auszunutzen, dass dies auf Kosten anderer Mitbewerber geschieht.
Doppeltarifzähler
Bezeichnung eines Zählers, der Hoch- und auch Niedertarif misst.
Druckröhrenreaktor
Bauform eines Kernreaktors, bei dem sich die Brennelemente einzeln
in Druckröhren befinden. Die Röhren sind von einem Moderator
(Verlangsamung der Neutronen) umgeben und werden von Kühlmittel
umlaufen. Beim CANDU-Reaktortyp handelt es sich hierbei um schweres
Wasser (D2O). Für den russischen RBMK-Reaktortyp wird leichtes Wasser
(H2O) verwendet und Graphit dient hier als Moderator.
Druckwasserreaktor
Bauform eines Kernreaktors, bei der Wasser als Kühlmittel und
Moderator verwendet wird. In einem geschlossenen Kreislauf wird das
Wasser durch den Reaktorkern gepumpt, welcher sich innerhalb des
Reaktordruckgefäßes befindet. Bei diesem Ablauf gibt es einen Primärund einen Sekundärkreislauf. Im Primärkreis, der sich wieder in kleinere
Kreisläufe unterteilen lässt, ist der Druck so hoch (ca. 150 bar), dass das
Wasser trotz einer Temperatur von ca. 300°C am Sieden gehindert wird.
Das Wasser gelangt zu den Dampferzeugern und mehreren Pumpen. Im
Sekundärkreislauf ist der Druck geringer. Die Anzahl der Schleifen ist
variabel, bei Westinghouse-Typen (Krsto) sind es 2, bei sowjetischen
WWER-Modellen bis zu 6.
Durchleitung
86
Beim Wechsel des Stromanbieters muss der neue Stromanbieter eine
„Durchleitungsgebühr“ mit dem bisherigen Anbieter treffen, damit der
Strom weiterhin durchgeleitet wird. Es gibt eine gesetzliche Verpflichtung,
dass der Netzbetreiber den Strom eines Mitbewerbers weiterleiten muss, er
kann dafür aber eine Netznutzungsgebühr verlangen. In den neuen
Bundesländern
war
dies
bis
Ende
2000
aufgrund
der
Braunkohleschutzklausel rechtlich eingeschränkt.
Durchleitungsgebühr
Die Durchleitungsgebühr ist eine Gebühr für die Nutzung von
Stromnetzen. Sie deckt Kosten für Aufbau, Erhaltung, Pflege und
Reparatur, sowie Umspannungen, Dienstleistungen für Frequenz und
Spannungshaltung und anteilige Übertragungsverluste.
Durchleitungskosten
Beträge, die Stromversorger für die Nutzung von Stromnetzen an
örtliche Netzbetreiber, also Energieunternehmen zahlen.
Strom Lexikon Buchstabe E
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
E Begriffe wie Eigenerzeugung bis Ex-post-Regulierung erklärt
Eigenerzeugung
Bezeichnung für die Stromerzeugung in eigenen Anlagen. Davon
ausgenommen sind Notstromaggregate und die Stromerzeugung auf
Schiffen und Flugzeugen. Gemeint ist die Erzeugung elektrischer Energie
durch Blockheizkraftwerke (BHKW), Windkraft und Photovoltaikanlagen.
So wird häufig ein Teil des gesamten Energiebedarfs gedeckt und dient
meist dem eigenen, privaten Bedarf. Der Erzeuger gilt als Versorger, wenn
er seine Energie an Dritter verkauft.
Einspeisevergütung
Für die Einspeisung regenerativ erzeugter Energie (Solar, Windkraft,
etc.) in das allgemeine Stromnetz, wird ein bestimmter Betrag pro
Kilowattstunde (z.B. 50,5 Cent) vergütet
Elektron
Grundlage der Elektrizität sind negativ geladene Teilchen, genannt
Elektronen. Bewegen sich Elektronen fließt elektrischer Strom.
Elektrosmog
Die elektromagnetische Strahlung bei einer Vielzahl elektrischer
Anlagen (von Hochspannungsleitungen bis Fernsehsender) in die Umwelt,
wird Elektrosmog genannt. Die starke Zunahme der verschiedenen
Mobilfunknetze haben über Jahrzehnte den Strahlungspegel kontinuierlich
erhöht. Gesundheitliche Folgen, wie Kopfschmerz, Depressionen oder
Krebs sind aber gegenwärtig nicht sicher erwiesen. Experten kamen zu
unterschiedlichen Resultaten, schädliche Effekte sind aber grundsätzlich
87
nicht auszuschließen. Elektrosmog ist nur im Bereich nicht ionisierender
Strahlung auffällig und verändert die elektrische Ladung von
Körpermolekühlen nicht. Allerdings sollten die aktuellen Grenzwerte in
Deutschland so festgelegt sein, dass nach heutigem Wissensstand jede
Gefahr einer schädlichen Auswirkung vermieden wird. Schädliche
Auswirkungen elektromagnetischer Felder, werden in intensiven
epidemiologischen und experimentellen Studien erforscht. Die
Weltgesundheitsorganisation erwartet von den großen internationalen
Analysen neue Erkenntnisse. Noch in diesem Jahr werden erste Ergebnisse
veröffentlicht.
Emission
Aussenden oder Ausstrahlen von Strahlung oder Teilchen. Besonders
Schadstoffe, wie zum Beispiel Radioaktivität, Staub und auch Lärm sind
als Luftschadstoffe bekannt.
Emissionshandel
(engl. Emission Trading – (ET)) Alle beteiligten Industriestaaten
haben sich 1997 auf einer Konferenz in Kyoto/Japan (Kyoto-Protokoll)
verpflichtet, ihren klimaschädlichen Ausstoß von Gasen - wie zum Beispiel
CO2 - in einem Zeitraum von 4 Jahren (2008-2012) - im Vergleich zu 1990
- um 5 % zusenken. Durch die Möglichkeit zum Handel mit den eigenen
Treibhausgas-Emissionen, sollen reale Ziele im Bereich des
Umweltschutzes verwirklicht werden. Speziell erstellte Zertifikate
ermöglichen den Handel zwischen den Ländern. Der Handel mit
Zertifikaten von Treibhausgas-Emissionen bewirkt in einigen Ländern eine
stärkere Absenkung als vorgeschrieben und ermöglicht es, die Differenz an
andere Länder und Unternehmen mit hohem Ausstoß zu verkaufen. Länder
und Unternehmen mit hohen Treibhausgas-Emissionen erreichen durch den
Zukauf der Zertifikate einen Ausgleich. Die Europäische Union will ihre
Emissionen von 2008 bis 2012 im Vergleich zum Jahresniveau 1990 um 8
% zu senken. Deutschland verspricht die Absenkung der Treibhausgas
Emissionen für den besagten Zeitraum sogar um 21 %. Der
Emissionshandel soll Motivationsschub für die Wirtschaft sein, ihren
Ausstoß an klimaschädlichen CO2 Abgasen selbstkontrolliert und
kostengünstig zu reduzieren.
Endlagerung
Der Begriff Endlagerung wird hauptsächlich für die Einlagerung
radioaktiver Abfälle aus der Kernenergienutzung verwendet. Da diese
Abfälle sich weder schnell auflösen noch direkt beseitigt werden können,
aber wegen der radioaktiven Strahlung des Plutoniums sehr gefährlich und
hochgiftig für Lebewesen sind, muss die Endlagerung mit größter Sorgfalt
und hohen Sicherheitsvorschriften vorgenommen werden. Die Gefahr, dass
88
über längere Zeit größere Mengen radioaktiver Substanzen in die Biosphäre
gelangen, muss unter allen Umständen verhindert werden. Richtwert für die
vorgeschriebene Grenzwertbelastung, ist die höhere aber natürliche
Strahlung in Gebieten mit Uranerzvorkommen. Die Aufteilung in
hochaktive und mittelaktive Abfälle wird vor der Endlagerung festgelegt.
Hochaktive Stoffe werden in Glasblöcke eingeschmolzen und in
Edelstahlbehälter gepackt. Mittelaktive Abfälle kommen in Spezialfässer.
Gegenwärtig werden die Abfallbehälter in mehrere hundert Meter tiefe und
geologisch stabile Gesteinsformationen eingelagert. Eine alternative
Möglichkeit zur herkömmlichen Endlagerung wäre die Kernumwandlung
der radioaktiven Abfälle in weniger gefährliche oder stabile Isotope. Doch
der technologische Vorgang, nahe der Biosphäre würde das Gefahrenrisiko
unkalkulierbar erhöhen. Außerdem erfordert diese Technologie hohe
Energiekosten. Das in Deutschland praktizierte Entsorgungskonzept
bestimmt, dass radioaktive Abfälle in tiefe, geologisch geeignete
Gesteinsformationen endgelagert werden. Ob alle Abfälle in einem
Endlager oder getrennt nach Wärmeentwickelnde oder nur schwach
Wärmeentwickelnde eingelagert werden sollen ist in den Fachgremien
umstritten. Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Endlagerung wurden
im Rahmen des zweiten Atomprogramms der Bundesregierung schon in
den Jahren 1963 bis 1967 vorgenommen. Danach wurden direkt konkrete
Schritte zur Nutzung eine Endlagerung als Beseitigung der radioaktiven
Abfälle eingeleitet. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur
Endlagerung wurden im Salzbergwerk Asse durchgeführt. Hier wurden in
den Jahren 1967 bis 1978 im Rahmen der Versuchs- und
Demonstrationsprogramme radioaktive Abfälle eingelagert.
Energie
Energie nennt man die in einem System oder Körper gespeicherte
Kraft zur Möglichkeit Wärme abzugeben oder Arbeit zu verrichten. Licht,
Wärme und Elektrizität sind Formen der Energie.
Energieeffizienz
Energieeffizienz ist die Maßeinheit zur Beschreibung des Anteils der
Endenergie an die eingesetzte Primärenergie. Wenn mit geringem
Energieaufwand hoher Nutzen erreicht wird, ist das Energieeffizienz.
(siehe auch Wirkungsgrad Für Energiedienstleistung ist zwangsläufig
Energie notwendig (z.B. heizen einer Wohnung im Winter) Für dieselbe
Energieleistung, kann aber unterschiedlicher Energieaufwand genutzt
werden. Die Energieeffizienz ist hoch, wenn es gelingt den Energieverlust
bei der Gewinnung, Umwandlung sowie Verteilung und Nutzung gering zu
halten. Die Koppelung von Elektrizitätserzeugung und Wärme in
Kraftwerken erhöht deren Wirkungsgrad und erreicht so Energieeffizienz.
89
Der Energieverbraucher kann über Energiesparlampen und optimierte
Wärmedämmung seinen Beitrag zur Energieeffizienz leisten.
Energiekosten
Durch Energieerzeugung und Verteilung entstehen Kosten.
Energiemix
(auch Strommix) Wenn ein Land unterschiedliche Energiequellen
kombiniert und zur Energieversorgung nutzt nennt man das den
Energiemix. Zur Verringerung der Umweltbelastung wird auch Wind- und
Sonnenenergie
zur
Stromerzeugung
mit
anderen
Energieerzeugungsprojekten kombiniert und als Energiemix eingespeist. In
Deutschland basiert der Hauptanteil der Stromversorgung aus Kraftwerken
mit fossilem Brennstoff sowie Wasser- und Kernkraftwerken. Erneuerbare
Energieerzeugung durch Wind- und Solarzellen haben bisher nur einen
Anteil von 12 %. Zukünftig soll aber der Anteil regenerativer
Stromerzeugung bis 2020 auf mindesten 20 % und im
Primärenergieverbrauch um 10 % gesteigert werden. Durch zielgerichtete,
langfristige Maßnahmen, kann die Energiepolitik auf einen positiven
Energiemix hinwirken. Um realistische Annahmen für die Verfügbarkeit
und Festlegung zukünftiger Technologien im geforderten Ausmaß
einzuplanen, muss auch die finanzielle Belastung der Volkswirtschaft
gründlich abgewogen werden.
Energiesparlampe
Durch Energiesparlampen können etwa 80 % an Stromkosten
gegenüber der herkömmlichen Glühlampe eingespart werden. Eine
Energiesparlampe kann also bis zu fünf herkömmliche Glühlampen in
Bezug auf die Stromkosten ersetzen. Nicht nur um Stromkosten zu senken,
sondern auch um etwas für den Klimaschutz zu tun, kann das Umrüsten auf
eine Energiesparlampe sehr sinnvoll sein. Diese Lampen sind mit sehr
modernen Vorschaltgeräten und einer Vorheizfunktion ausgestattet. Auch
wenn eine Energiesparlampe häufig ein- und ausgeschaltet wird, beträgt die
Lebensdauer mehrere tausend Stunden. Beim Einschalten von
Energiesparlampen wird bei einer Zeit von etwa 0,1 bis 0,9 Sekunden eine
Leistung von bis zu 50 Watt benötigt. Das Vorwärmen der Elektroden
sowie das Zünden verursacht ebenfalls keinen wesentlichen Mehrverbrauch
an Strom. Die Strahlung, die von den Vorschaltgeräten ausgeht, beträgt
nicht mehr als die von anderen im Haushalt befindlichen Geräten. Da
Energiesparlampen geringe Spuren von Quecksilber enthalten, dürfen diese
auf keinen Fall mit dem Hausmüll entsorgt werden. Energiesparlampen
gelten daher als Sondermüll.
Energiesteuergesetz
90
Die Energiesteuerrichtlinie der Europäischen Union aus dem Jahre
2003 gab den Mitgliedsstaaten eine Überarbeitung der Besteuerung von
Energieerzeugnissen und elektrischem Strom vor. Die Umsetzung dieser
Richtlinie in nationales Recht machte eine grundlegende Neugestaltung des
Mineralölsteuerrechts notwendig. Am 01.08.2006 trat das neue
Energiesteuergesetz in Kraft. Es löste das bisherige Mineralölsteuergesetz
in vollem Umfang ab. Das Energiesteuergesetz regelt neben der
Besteuerung von Mineralöl auch die Besteuerung von Kohle, tierischen
und pflanzlichen Ölen und Fetten sowie die Besteuerung von Alkohol und
Biokraftstoffen als Heiz- oder Kraftstoff in Deutschland. Die Energiesteuer
ist als Verbrauchsteuer eine indirekte Steuer. Zuständig für die Erhebung
der Energiesteuer sind die Hauptzollämter. Diese haben auch die
Steueraufsicht. Die Einnahmen aus der Mineralölsteuer fließen dem
Bundeshaushalt zu.
Engpassleistung
Höchstleistung, die ein Elektrizitätswerk unter normalen
Bedingungen liefert.
Entry-Exit-Modell
Das Entry-Exit-Modell ist ein Abrechnungssystem zur Vergütung
von Energietransportleistungen. Damit die erworbene Energie vor Ort zur
Verfügung
gestellt
werden
kann,
ist
die
Nutzung
von
unternehmensfremden Energienetzen notwendig. Nach dem Entry-ExitModell soll die Durchleitung abrechnungstechnisch vereinfacht und
vereinheitlicht werden. Der Gaslieferant speist an einem beliebigen Ort Gas
ein (=Entry) und muss dafür eine Einspeisgebühr zahlen. Zu einem
späteren Zeitpunkt kann das Gas an einem ebenfalls beliebigen Ort
entnommen werden (=Exit), wo der Energielieferant eine Entnahmegebühr
zu zahlen hat. Der Transportweg für die Berechnung der Kosten
unerheblich.
Erdgas
Erdgas bildete sich vor mehreren Millionen Jahren aus abgestorbener
Biomasse. Es ist ein brennbares, fossiles Naturgas, das meist mit Erdöl in
unterirdischen Lagerstätten vorkommt. In erster Linie besteht Erdgas aus
Methan (ca. 85%). Wegen der geringen Schwefeldioxid- und
Kohlenstoffdioxid-Emissionen ist das Erdgas bei seiner Verbrennung der
umweltfreundlichste fossile Brennstoff.
Erdöl
Erdöl ist ein in der Erdkruste eingelagertes fossiles, hauptsächlich
aus Kohlenwasserstoffen bestehendes, komplexes Stoffgemisch. Erdöl ist
der derzeit wichtigste Rohstoff zur Erzeugung von Treibstoffen und für die
chemische Industrie.
91
Erdwärme
Die Erdwärme, auch Geothermie genannt, ist die im zugänglichen
Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Sie zählt zu den regenerativen
Energien und kann sowohl direkt genutzt, etwa zum Heizen und Kühlen,
als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden.
Erdwärme stammt teilweise von der Restwärme aus der Zeit der
Erdentstehung sowie zum anderen aus radioaktiven Zerfallsprozessen, die
in der Erdkruste seit Millionen von Jahren kontinuierlich Wärme erzeugt
haben und dies auch heute noch tun. Erdwärme ist eine erneuerbare
Energie, genauso wie Wind-, Solar- oder Bioenergie. Einen besonderen
Beitrag zu ihrer Nutzung leisten hierbei Länder, die über
Hochenthalpielagerstätten verfügen. Einen großen Anteil von Erdwärme an
der Gesamtenergieversorgung besitzt bspw. Island. In Verbindung mit
Wärmepumpen wird Erdwärme in der Regel zum Heizen und Kühlen
eingesetzt. Die Stromerzeugung aus Erdwärme ist traditionell in Ländern
vorzufinden, die über Hochenthalpielagerstätten verfügen, in denen
Temperaturen von mehreren hundert Grad in vergleichsweise geringen
Tiefen angetroffen werden. Die geothermische Stromerzeugung in
Deutschland steckt noch in den Kinderschuhen. Erst wenige Kraftwerke
erzeugen hiermit Strom, aber auch nur in geringen Mengen. Allerdings ist
in den nächsten Jahren mit einem deutlichen Anstieg von geothermisch
erzeugter Energie zu rechnen. Mit den Vorräten, die im oberen Bereich der
Erdkruste vorhanden sind, könnte theoretisch der derzeitig weltweite
Energiebedarf für über 100.000 Jahre gedeckt werden. Die eigentliche
Erdwärmeenergie
ist
kostenlos.
Die
Wirtschaftlichkeit
einer
Erdwärmenutzung wird vor allem durch die Investitions- und
Unterhaltungskosten für die Kraftwerksanlagen bestimmt.
Erneuerbare Energien
Sonne, Wasser, Wind, Erdwärme und Biomasse sind erneuerbare,
umweltfreundliche Energiealternativen zu fossilen Brennstoffen und
Kernkraft.
Erneuerbare-Energien-Gesetz
Das derzeit gültige Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) trat am
01.08.2004 in Kraft. Es regelt den Ausbau von Energieversorgungsanlagen,
die aus sich erneuernden (regenerativen) Quellen gespeist werden. Das
EEG regelt zudem die Abnahme und die Vergütung des ausschließlich aus
erneuerbaren
Energiequellen
gewonnenen
Stroms
durch
die
Versorgungsunternehmen, welche die Netze für die allgemeine
Stromversorgung betreiben (Netzbetreiber). Das EEG dient vorrangig dem
Klimaschutz und es gehört zu einer ganzen Reihe gesetzlicher Maßnahmen,
mit denen die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern, wie bspw. Erdöl,
92
Erdgas oder Kohle, und auch von Energieimporten aus dem Raum
außerhalb der Europäischen Union verringert werden soll. Gefördert wird
die Erzeugung von Strom aus: Wasserkraft, Windenergie, Solarenergie,
Erdwärme und Biomasse. Grundgedanke ist, dass den Betreibern der zu
fördernden Anlagen über einen bestimmten Zeitraum ein fester
Vergütungssatz für den erzeugten Strom gewährt wird. Entstandene
Mehrkosten (Differenz von Vergütungssatz und Marktpreis des Stroms)
werden unter den Energieversorgungsunternehmen gleichmäßig aufgeteilt
und in die Kalkulation des Endverbraucherpreises eingerechnet.
Erweiterbare Energien
Erweiterbare Energien sind in ihrer Verfügbarkeit nicht limitiert, wie
es bei erschöpfbaren Energieträgern (Erdöl, Gas oder Kohle) der Fall ist.
Sie stammen aus regenerative Energiquellen wie Wasser, Wind, Sonne,
Erdwärme, Biomasse.
EURATOM
EURATOM
(Europäische
Atomgemeinschaft)
strebt
die
gegenseitige Kontrolle der Atomindustrie und die friedliche Nutzung von
Kernenergie an.
EVU
Ein EVU (Energieversorgungsunternehmen) erzeugt entweder
elektrische Energie und verteilt diese über das öffentliche Stromnetz oder
es betreibt die Versorgung mit Erdgas oder Wärme.
Ex-ante-Regulierung
Die
Umsetzung
der
Ex-ante-Regulierung
obliegt
der
Regulierungsbehörde. Den Rahmen gibt der Gesetzgeber vor. Der Staat
greift ein, um den Sektor der Netzindustrien lenken und die Notwendigkeit
von einheitlichen Wettbewerbsbedingungen und klaren Zuständigkeiten
regeln zu können.
Ex-post-Regulierung
Netzunternehmen entscheiden selbstständig. Die Regulierungen
werden hinterher noch von einer Behörde kontrolliert, in der Regel vom
Kartellamt. Es erfolgt die nachträgliche Kontrolle, ob die in der Ex-anteRegulierung festgelegten Bedingungen eingehalten wurden.
Exajoules
Joule ist eine internationale Maßeinheit zur Messung von Energie. 1
Exajoule (= 277,8 Milliarden kWh) entspricht 1 Trillion Joule.
Exit-Modell
Unter dem Exit-Modell versteht man ein Abrechnungssystem zur
Vergütung von Energietransportleistungen. Der deutsche Strommarkt stützt
sich auch auf ein Exit- Modell. Jeder Stromanbieter kann kostenlos seinen
Strom in das allgemeine Stromnetz einspeisen. Gebühren fallen erst bei der
93
Stromentnahme (= Exit) an und müssen dann an den jeweiligen
Netzbetreiber gezahlt werden.
Strom Lexikon Buchstabe F
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
F Begriffe wie Fernwärme bis Frequenz erklärt
Fernwärme
Fernwärme wird in Wärmeerzeugungsanlagen in Form von Gas,
Wasser oder Dampf erzeugt und über eine weite Strecke zum
Endverbraucher transportiert.
Fester Leistungspreis
Ein fester Leistungspreis wird jährlich erhoben und deckt die Kosten
für die ständige Betriebsbereitschaft von Kraftwerken, Netzanlagen und
Zählern, auch wenn diese nicht genutzt werden. Die laufenden Kosten
werden über einen Fixpreis für diesen Service des Energieanbieters mit
eingerechnet.
Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe
Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW) werden als Treibgase oder
Kältemittel verwendet. Im Laufe der 70er und 80er Jahre des 20.
Jahrhunderts stellte sich heraus, dass die Freisetzung von Fluor-ChlorKohlenwasserstoffen in die Atmosphäre in erheblichem Maße für den
Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre (Ozonloch) verantwortlich ist.
In Deutschland werden bereits seit 1994 keine Fluor-ChlorKohlenwasserstoffe mehr produziert.
Fossil
Die fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle sind Überreste
vorwiegend pflanzlicher Biomassen.
Freieinheiten
Bei Vertragsabschluss bieten einige Anbieter ihren Kunden
Freieinheiten. Darunter versteht man frei verfügbaren Strom pro Monat
bzw. Jahr. Teilweise gibt es diese Freieinheiten auch nur einmalig bei
Vertragsabschluss. Einheiten misst man in Kilowattstunden (kWh)
Frequenz
Die grundlegenden Versorgungsebenen sind als Wechselstrom bzw.
Drehstromnetze aufgebaut, losgelöst von den Spannungsebenen Nieder-,
Mittel- und Hochspannung.
Strom Lexikon Buchstabe G
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
G Begriffe wie Geothermie bis Grundversorgung erklärt
Geothermie
Zu den fünf Eckpfeilern der erneuerbaren Energietechnologien zählt
man neben Wasser-, Wind-, Solar- und Bioenergie auch die Geothermie,
94
die sogenannte „Erdwärme“. Die Speicherung als Wärmeenergie findet
unter der festen Erdoberfläche statt. Pro 100 Meter Tiefe erhöht sich die
Temperatur in Mitteleuropa um circa 3°C. Die Erde strahlt jeden Tag rund
viermal so viel Energie in den Kosmos ab, wie der eigentliche
Energieverbrauch der Menschen beträgt, so die Geothermische
Vereinigung Deutschlands. Damit gehört die Geothermie zu den
klimaschonenden Energieträgern, die weltweit am Häufigsten eingesetzt
werden. So wird zum Beispiel in dem an Geysiren reichen Island auf
Heizträger wie Öl oder Gas weitgehend verzichtet. Einer Studie des
Geoforschungszentrums in Potsdam zufolge, könnte Deutschland bis zu 29
Prozent seines Wärmebedarfs durch bekannte Thermalwasserressourcen
decken.
Gesetz zum Schutz der Stromerzeugung aus Kraft-WärmeKopplung
Das Gesetz zum Schutz der Stromerzeugung aus Kraft-WärmeKopplung (KWKG) gilt seit dem 1. April 2002 und wurde zum letzten Mal
am 8. November 2006 geändert. Am 31. Dezember 2010 soll das Gesetz
außer Kraft gesetzt werden. Das KWKG sieht vor, dass unter bestimmten
Bedingungen Netzbetreiber dazu verpflichtet sind, Strom aus bestehenden
Kraft-Wärme-Koppelungs-Anlagen aufzunehmen und zu bezahlen. Für
diesen
Strom
wird
ein
finanzieller
Ausgleich
vom
Übertragungsnetzbetreiber an den Netzbetreiber gezahlt. Die
Übertragungsnetzbetreiber führen ihrerseits einen Ausgleich der
finanziellen Belastung durch, um die Vergleichsmäßigkeit der KWKGVerpflichtungen zu gewährleisten. Die aus dem KWKG resultierenden
Belastungen verlagern die Netzbetreiber auf die Nutzungsentgelte. Durch
die Anwendung der Kraft-Wärme-Koppelung sollen in Deutschland
zwischen Minimum 20 Mio. und bis zu 23 Millionen Tonnen
Kohlendioxid-Emissionen eingespart werden, im Vergleich zum Basisjahr
1998.
Gezeitenkraftwerk
Wasserkraftwerke, die von den Meeresgezeiten profitieren, nennt
man Gezeitenkraftwerke. Weltweit gibt es 100 Plätze, wo ein Bau eines
solchen
Kraftwerks
möglich
ist.
Allerdings
verhindern
umweltschutztechnische
Gründe
teilweise
den
Bau
solcher
Gezeitenkraftwerke.
Gigajoules
Ein Gigajoules entspricht einer Milliarde Joules bzw. 277,9
Kilowattstunden (kWh)
Gigawatt
95
1.000 Megawatt bzw. 1 Mio. Kilowatt bzw. 1 Mrd. Watt ergeben
einen Gigawatt (Giga bedeutet 1 Milliarde)
Grundbetrag
Der Grundbetrag resultiert aus der Addition von Leistungs- und
Verrechnungspreis. Die Summe wird für die Zeitspanne eines Jahres
gebildet und kann anteilig an die Zeit in Rechnung gestellt werden.
Grundgebühr
Dieser Betrag, als Teil der Rechnung insgesamt, wird pauschal pro
Monat oder Jahr an den Anbieter gezahlt – unabhängig vom tatsächlichen
Verbrauch.
Grundversorgung
Unter Grundversorgung versteht man die Energielieferung des
Hauptversorgers an Haushalte (es gelten allgemeine Bedingungen und
allgemeine Preise). Die öffentliche Bekanntmachung sowie die
Veröffentlichung im Internet dieser allgemeinen Bedingungen und Preise,
für die Versorgung der Haushalte in Niederspannung (Endverteilstufe
Strom), ist notwendig. Die Verordnung über allgemeine Bedingungen für
die Grundversorgung im Energiebereich (Stromgrundversorgungsordnung)
legt fest, dass ein Grundversorger ein Elektrizitätsversorgungsunternehmen
(EVU) ist, das in einem Netzgebiet diese Grundversorgung mit Elektrizität
ermöglicht.
Strom Lexikon Buchstabe H
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
H Begriffe wie Heizkraftwerk bis Hybridantrieb erklärt
Heizkraftwerke
Heizkraftwerke sind Industrieanlagen zur Erzeugung von Strom und
Wärme in einem Kuppelprozess, der sogenannten Kraft-WärmeKopplung.
Hochspannung
1.000 Volt für größere, regionale Energieübertragungen.
Höchstleistung
Höchstleistung ist die maximale elektrische Leistung, die innerhalb
einer gewissen Zeitperiode erbracht worden ist.
Höchstspannung
150.000 Volt für überregionale Energieübertragungen über große
Strecken
(Großraumversorgung,
Verbundnetze,
Anschluss
von
Großkraftwerken).
Hochtemperaturreaktor
Ein Hochtemperaturreaktor ist ein spezielles Kernkraftwerk mit
besonders hohen Temperaturen (ca. 800 – 1.100o C). Die im
Hochtemperaturreaktor erzeugte Wärme wird durch das Edelgas Helium
96
nach außen geführt (Heliumkühlkreis). Diese Reaktorart dient zur
Stromerzeugung mit hohem Wirkungsgrad (40%), gegenüber den 30 - 35%
bei normalen Kraftwerken, sowie zur Erzeugung von Prozesswärme.
Holzpellets
Holzpellets besitzen eine zylindrische Form und werden aus rohem,
getrocknetem Restholz (bspw. Sägemehl, Waldrestholz, Hobelspäne) in
Pelletieranlagen hergestellt. Die Produktion der Holzpellets erfolgt unter
hohem Druck ohne Zugabe von irgendwelchen chemischen Bindemitteln.
Die Formstabilität und Beständigkeit der Holzpellets wird durch das
holzeigene Lignin erreicht. Die Qualität von Holzpellets wird mit der Norm
DIN 51731 definiert. Der Heizwert von einem Kilogramm Holzpellets liegt
bei etwa 5 kWh, was etwa einem halben Liter Heizöl entspricht.
Holzpellets besitzen einen höheren Heizwert als andere biogene
Brennstoffe. Die verbrannte Asche kann bedenkenlos per Hausmüll
entsorgt oder als Dünger im Garten eingesetzt werden.
Hot-Dry-Rock-Verfahren
Das Hot-Dry-Rock-Verfahren (Kurzform: HDR) bezeichnet ein
Verfahren zur Nutzung der im Erdkörper enthaltenen Erdwärme aus einer
Tiefe zwischen 3.000 und 6.000 Metern. Das erste große HDR-Projekt in
Europa entstand 1997 in Soultz-sous-Forêts (Elsass). Dieser Ort in den
Vogesen wurde deshalb ausgewählt, weil man von vorangegangenen
Ölbohrungen wusste, dass hier in 1.000 Meter Tiefe bereits Temperaturen
von 100° C statt der üblicherweise zu erwartenden 30° C bis 60° C
vorherrschen. Das Prinzip des HDR-Verfahrens ist, das in der Tiefe
vorhandene heiße Gestein über Bohrungen zu erschließen. Zwischen den
Bohrungen werden mit Wasserdruck bis zu 150 bar, also hydraulisch,
Fließwege aufgebrochen oder vorhandene aufgeweitet. So wird eine Art
unterirdischer Wärmetauscher erzeugt, in denen sich von der Oberfläche
eingepresstes Wasser erhitzen kann, um, wieder nach oben gefördert, eine
Turbine anzutreiben.
Hybridantrieb
Unter Hybridantrieb versteht man bei Autos die Technik mit einem
Doppelmotor. Der am weitesten verbreitete Hybridantrieb ist die
Kombination aus Verbrennungsmotor (Diesel oder Benzin) als
Hauptenergiequelle und elektrischer Maschine mit einem elektrischen
Speicher in Form einer Batterie oder Brennstoffzelle. Hybridantriebe
können die Leistung eines Fahrzeugs im niedrigen Drehzahlbereich
steigern. Mit der Verwendung eines solchen Hybridantriebs ist es möglich,
den fossilen Kraftstoffverbrauch signifikant zu drosseln. Sprit kann
dadurch eingespart und die Umwelt geschont werden. Die Minderung von
Emissionen im Stadtverkehr ist nicht unerheblich, bspw. im Stau. Vor
97
allem im Stadtverkehr ist der Hybridantrieb von Vorteil. Startet man ein
Hybridauto, so kommt zuerst der Elektromotor zum Zuge. Ab einer
Geschwindigkeit von ca. 25 - 30 Stundenkilometer wird der Benzinmotor
gestartet. Wird bspw. vor einer roten Ampel angehalten, so wird der
Verbrennungsmotor ausgeschaltet und der Elektromotor ist wieder in
Bereitschaft. Der Elektromotor wird dabei von einer Batterie versorgt.
Aufgeladen wird diese Batterie bspw. bei jedem Bremsvorgang.
Strom Lexikon Buchstabe I
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
I Begriffe wie IAEO bis IPP (Independent Power Producer) erklärt
IAEO
Die Internationale Atomenergieorganisation (IAEO) mit Hauptsitz in
Wien ist eine autonome wissenschaftlich-technische Organisation und mit
der UNO durch ein Sonderabkommen verbunden. Gegründet wurde diese
Organisation am 29. Juli 1957 in New York. Die Aufgaben der IAEO
konzentrieren sich auf drei Hauptbereiche: Kernenergie (Nuclear Power),
Nuklearsicherheit (Nuclear Safety) und Verifikation (Safeguards). Die
IAEO soll die friedliche Nutzung der Kernenergie und die Anwendung
radioaktiver Stoffe, sowie die internationale Zusammenarbeit hierbei,
fördern
und
gleichzeitig
die
militärische
Nutzung
dieser
Nukleartechnologie durch Überwachungsmaßnahmen verhindern. Unter
anderem ist die IAEO seit März 1970 offiziell für die Überwachung des
Atomwaffensperrvertrages zuständig. Neben der Entsendung von
Inspektoren, die weltweit etwa 2.500 Überprüfungen vor Ort anstellen,
bedient sich die IAEO mittlerweile auch der Satellitenüberwachung und
ähnlicher Mittel, um die Einhaltung des Sperrvertrags zu kontrollieren.
Außerdem engagiert sich die IAEO in der Anwendung und Entwicklung
von friedlichen Möglichkeiten der Nukleartechnologie, z. B. in der
Medizin, Landwirtschaft, Produktionsprozessen und natürlich der
Stromerzeugung. Die IAEO wurde 2005 gemeinsam mit ihrem
Generalsekretär
Mohammed
el-Baradei
(Ägypten)
mit
dem
Friedensnobelpreis ausgezeichnet. Die IAEO setzt sich aus der
Generalkonferenz, dem Gouverneursrat und dem Sekretariat zusammen. Im
Jahre 2004 verfügte die Organisation über etwa 2.200 Mitarbeiter (davon
etwa 350 Inspektoren) aus über 90 Ländern. Aktivitätsberichte der IAEO
werden regelmäßig und zusätzlich bei Bedarf dem UN-Sicherheitsrat und
der UN-Generalversammlung vorgelegt. Deutschland trat der Organisation
1957 bei und ist nach den USA und Japan drittgrößter Beitragszahler.
98
Immission
Immissionen sind auf Menschen, Tiere, Pflanzen oder Sachen
einwirkende Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen, Licht,
Wärme, Strahlungen oder ähnliche schadhafte Umwelteinwirkungen.
IPP (Independent Power Producer)
Unabhängige Kraftwerksbetreiber ohne eigenes Verteilernetz zum
Kunden.
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
J Begriffe wie Jahresbenutzungsdauer bis Joule erklärt
Jahresbenutzungsdauer
Die Jahresbenutzungsdauer wird für die Berechnung des
Netznutzungsentgeltes benötigt. Sie errechnet sich aus der Jahresarbeit und
der maximalen Leistung. Teilt man die Jahresarbeit durch die maximale
Leistung, erhält man die Jahresbenutzungsdauer, also genau den Wert, der
ausdrückt, wie viele Stunden im Jahr Strom bezogen wird, wenn man
durchgehend die maximale Leistung beansprucht. Der Idealfall wäre ein
absolut konstanter Verbrauch, also 8.760 Stunden pro Jahr (365 Tage X 24
Stunden). Das anfallende Netzentgelt ist abhängig von der
Jahresbenutzungsdauer. Es gelten unterschiedliche Preise für Kraftwerke
mit einer Jahresbenutzungsdauer von weniger als 2.500 Stunden pro Jahr
und Anlagen mit einer Jahresbenutzungsdauer von mindestens 2.500
Stunden pro Jahr. Die Preise setzen sich jeweils aus dem
Jahresleistungspreis (EUR/kWa) und dem Arbeitspreis (Cent/kWh)
zusammen. Jahresleistungs- und Arbeitspreis sind abhängig von der
Entnahmemenge des Netzkunden. Je höher die Jahresbenutzungsdauer,
desto höher ist zwar der Leistungspreis für die Netznutzung. Doch der
Arbeitspreis für die Netznutzung ist umso geringer. Eine konstante
Auslastung eines Kraftwerkes senkt den Durchschnittspreis.
Jahreshöchstleistung (Leistungsspitze)
Die Jahreshöchstleistung, auch Leistungsspitze genannt, gibt die
maximale Leistung der vergangenen 12 Monate in Kilowatt an. Bei den
Endkunden beträgt sie mindestens 30 Kilowatt und ist maximal im
vierstelligen Bereich vorzufinden. Der Wert der Jahreshöchstleistung ist
nicht gleichbedeutend mit dem Wert des Jahresstromverbrauchs.
Joule
Joule, benannt nach James Prescott Joule, ist die abgeleitete SIMaßinheit für Energie, mechanische Arbeit und Wärmemenge. 1.000 Joule
= 1 Kilojoule.
Strom Lexikon Buchstabe K
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
K Begriffe wie Kilowatt bis Kyoto-Protokoll erklärt
99
Kilowatt
SI-Einheit für Leistung. 1 Kilowatt = 1.000 Watt.
Kilowattstunde
Eine Kilowattstunde (kWh) ist eine Maßeinheit für Arbeit und damit
eine Energieeinheit. 1 kWh entspricht 1.000 Watt. In ihr werden vor allem
Strom-, aber auch Heizwärmekosten abgerechnet. Wenn bspw. eine
Solaranlage mit der Leistung von einem Kilowatt eine Stunde lang
Sonnenlicht in elektrische Energie (Strom) umwandelt, so entspricht das
einer Energiemenge von 1 kWh. Wenn 25 Glühbirnen (je 40 Watt) eine
Stunde lang brennen, ergibt dies einen Gesamtstromverbrauch von 1 kWh.
Mit 1 kWh kann man bspw. 240 Frühstückseier kochen, 5,5 kg Wäsche
waschen oder 7 Stunden Fernsehen schauen. Eine vierköpfige Familie
verbraucht im Jahr durchschnittlich 4.250 kWh Strom. Das wären über eine
Million gekochter Frühstückseier!
Klimapass für Fahrzeuge
Ein Klimapass für Fahrzeuge gibt Auskunft über den CO2-Ausstoß
eines Neuwagens. Außerdem informiert der Pass wie weit ein Fahrzeug
von dem angestrebten Zielwert der Europäischen Union entfernt ist,
nämlich die Kohlenstoffdioxidemissionen im Jahre 2012 auf 120 g
CO2/km zu minimieren, und welche Betriebskosten dadurch für den
Autokäufer entstehen werden. Für den Verbraucher gehört auch eine
verständliche und transparente Kennzeichnung des Energieverbrauchs und
der CO2- Emissionen von Fahrzeugen. Dieser Klimapass für Fahrzeuge
besteht insbesondere aus einer Kennzeichnung mit einer Skala, die,
vergleichbar der Regelung bei elektrischen Haushaltsgeräten, in leicht
verständlicher Form Hinweise auf die Energieeffizienz des Fahrzeugs gibt.
Autokäufer sollen in Zukunft umfassender über den CO2-Ausstoß ihres
Neuwagens informiert werden. Dabei soll die Höhe der CO2- Emissionen
pro gefahrenem Kilometer in Relation zu dem Wert vergleichbarer
Neufahrzeuge gesetzt werden. Das Treibhausgas CO2 entsteht in
Automotoren bei der Verbrennung von Diesel oder Benzin. Ein Kilogramm
davon erzeugt etwa 3,15 Kilogramm CO2. Die Höhe des CO2-Ausstoßes
ist direkt davon abhängig, wie viel Sprit ein Auto verbraucht. Sparsame
Motoren und sparsames Fahren senken den CO2-Ausstoß. Technologische
Fortschritte für weniger Spritverbrauch und CO2- Ausstoß können durch
Kundennachfrage beschleunigt werden. Deshalb sollen klimaschonende
Fahrzeuge in Zukunft mit dem Klimapass besser erkennbar sein und durch
die geplante Umstellung der Kraftfahrzeugsteuer in Bezug auf den CO2Ausstoß finanziell belohnt werden. Der Klimapass gibt dem Verbraucher
ein Höchstmaß an Transparenz über die Klimaschädlichkeit des Fahrzeugs.
100
Klimawandel
Klimawandel beschreibt die natürliche Veränderung des Klimas auf
der Erde über einen längeren Zeitraum. Als Hauptbeweis für die derzeitige
globale Erwärmung gelten die seit etwa 1860 vorliegenden weltweiten
Temperaturmessungen. Diese zeigen eine Zunahme der global ermittelten
bodennahen Lufttemperatur um 0,74 °C (± 0,18 °C Fehlertoleranz)
zwischen 1906 und 2005. Am ausgeprägtesten ist die Erwärmung von 1976
bis heute. 2005 war das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen.
Neben Treibhausgasen tragen noch andere, weniger bedeutende Faktoren
zur globalen Erwärmung bei. Besonders der Beitrag erhöhter
Strahlungsintensität der Sonne ist hier zu erwähnen, auch wenn dieser
unterschiedlich stark gewichtet wird. Bei einer Verdoppelung der CO2Konzentration in der Atmosphäre geht die Klimaforschung davon aus, dass
die Erdmitteltemperatur mit hoher Wahrscheinlichkeit um 1,5° C bis 4,5° C
bis zum Jahr 2100 ansteigen wird. Der gemessene Anstieg des
Meeresspiegels in den Jahren 1900 bis 2000 beträgt 18,5 cm und er steigt
kontinuierlich weiter. Mit dem Klimawandel zusammenhängende
Umweltveränderungen sind schon heute wahrzunehmen. Verringerter
Schneefall, steigender Meeresspiegel, Gletscherschmelze und zu
beobachtende
Wetterveränderungen
gelten
neben
den
Temperaturmessungen als Beweis für den Klimawandel. Sie sind Beispiele
für jene Konsequenzen der globalen Erwärmung, die nicht nur die
Aktivitäten des Menschen, sondern auch die Ökosysteme beeinflussen. Der
Erde droht in diesem Jahrhundert eine beispiellose Erwärmung mit einem
Anstieg von Dürren und Hitzewellen, gewaltigen Stürmen und einem
kräftig steigenden Meeresspiegel.
Kohle
Kohle ist eine Energiequelle, die zu den erschöpfbaren
Energieträgern zählt und vom Menschen als fossiler Brennstoff verwendet
wird. 2006 hatte die Kohle einen Anteil von 30% am weltweiten
Primärenergieverbrauch. Der relativ hohe CO2-Gehalt bei der Verbrennung
von Kohle ist aber auch sehr umweltbelastend (Treibhauseffekt).
Kohlendioxid
Kohlendioxid (CO2) ist ein farbloses, unbrennbares Gas und
schwerer als Luft. Mit Wasser reagiert Kohlendioxid zu Kohlensäure.
Kohlendioxid
hat
eine
bedeutende
Rolle
im
natürlichen
Kohlenstoffkreislauf (Atmung und Photosynthese). Kohlendioxid ist aber
auch ein Treibhausgas, das zum Ozonloch erheblich beiträgt.
Kohlesubventionen
1997 wurde der Kohlekompromiss geschlossen. Der Bund und das
Land Nordrhein- Westfalen sicherten dem Steinkohlebergbau für die Jahre
101
1997 bis 2005 insgesamt rund 35 Milliarden Euro Subventionen zu. Die
jährlichen Förderungen sanken stetig. Waren es anfangs noch 4,7
Milliarden Euro, gingen 2005 nur noch 2,8 Milliarden Euro an den
Bergbau. Nordrhein-Westfalen hielt seine Zuschüsse mit 500 Millionen
Euro jährlich relativ konstant, der Bund hingegen reduzierte seinen Beitrag
um etwa 300 Millionen Euro pro Jahr. Bei Verhandlungen über eine
Anschlussregelung setzten SPD und Grüne durch, dass das Land
Nordrhein-Westfalen die Zuschüsse für den Bergbau ab 2006 um
durchschnittlich 40 Millionen Euro jährlich kürzen muss. Diese
Vereinbarung wurde im „Düsseldorfer Signal“ festgehalten. 2012 würden
dadurch die Zuschüsse nach Angaben von Umweltministerin Bärbel Höhn
(Grüne) etwa die Hälfte des zu dem Zeitpunkt geltenden Niveaus erreichen.
Die rückläufigen Subventionen zogen den Abbau von Beschäftigten und
den Rückgang der Steinkohleförderung nach sich. Waren es 1997 noch 18
Zechen mit rund 84 000 Bergleuten, so waren es Jahre später nur noch zehn
Zechen, davon acht in Nordrhein-Westfalen, mit rund 44.000 Bergleuten.
Übrig geblieben sind acht Zechen mit ca. 35.000 Beschäftigten. 2006 sank
die Steinkohleförderung auf rund 26 Millionen Tonnen im Vergleich zu 50
Millionen Tonnen in 1997. Im Januar wurde das Gesetz zur Finanzierung
der Beendigung des subventionierten Steinkohlebergbaus zum Jahr 2018
(Steinkohlefinanzierungsgesetz) beschlossen, dass am 28.12.2007 in Kraft
getreten ist.
Konzessionsabgabe
Für die Nutzung öffentlicher Verkehrswege dürfen Gemeinde und
Landkreise einen Betrag pro Kilowattstunde einfordern. Die Höhe richtet
sich nach der Einwohnerzahl und ist in der Konzessionsabgabenverordnung
vom 22. Juli 1999 geregelt:
bis 25.000 Einwohner 1,32 Cent pro Kilowattstunde
bis 100.000 Einwohner 1,59 Cent pro Kilowattstunde
bis 500.000 Einwohner 1,99 Cent pro Kilowattstunde
über 500.000 Einwohner 2,39 Cent pro Kilowattstunde
Kraft-Wärme-Kopplung
Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist einfach: Strom
und Wärme werden gleichzeitig gewonnen. Bei der Stromerzeugung in
Kraftwerken geht viel Energie verloren, nur 30 bis 40 Prozent der im
Brennstoff enthaltenen Energie kann in Strom umgesetzt werden. Der Rest
entweicht, in Form von Wärme, ungenutzt in die Umwelt. Bei der KraftWärme- Kopplung wird die ansonsten ungenutzte Wärme zum Heizen
(Fernwärme) in Wohnungen und Betrieben verwendet. Dadurch können 80
bis 90 Prozent der Primärenergie genutzt werden. Bessere Ausnutzung der
Brennstoffe und Verringern von Schadstoffemissionen - ein guter Beitrag
102
zum Klimaschutz. Die KWK-Förderung soll auch dazu beitragen, dass
Deutschland seine Klimaschutzziele erreicht. Bis zum Jahr 2010 soll der
Ausstoß von Kohlendioxid um 23 Millionen Tonnen jährlich verringert
werden. Doch nicht jede von den 5700 KWK-Anlagen in Deutschland ist
umweltfreundlich. Entscheidend sind Brennstoff und Wirkungsgrad. So gilt
eine Anlage auf Kohlebasis als umweltschädlich. Durch hohe Verluste
beim Verteilen der Fernwärme ist ihr Einsatz nur dezentral in
Verbrauchernähe sinnvoll. Die Liberalisierung des Strommarktes, dadurch
Preisverfall, gefährdete die öffentlichen KWK-Anlagen in wirtschaftlicher
Hinsicht. Als konventionelle Technologien zur KWK stehen Dampfturbine,
Gasturbine (meist in der Industrie) und Verbrennungsmotor zur Verfügung.
Die Brennstoffzelle kommt als neue Technologie hinzu.
Kraftwerke
Anlagen, die durch Energieumwandlung Elektrizität erzeugen.
Kyoto-Protokoll
Das Protokoll zum internationalen Klimaschutz, das in Kyoto
(Japan) beschlossen wurde, sieht vor, dass die Industriestaaten die
jährlichen Treibhausgas-Emissionen innerhalb der Jahre 2008 bis 2012 um
durchschnittlich 5,2 Prozent gegenüber 1990 reduzieren. Nachfolgend sagte
die deutsche Wirtschaft zu, Ihre Kohlendioxid- Emissionen gegenüber
1998 um 45 Millionen Tonnen zu verringern. Der Emissionshandel
bewirkt, dass Kohlendioxid dort reduziert wird, wo dies kostengünstig
möglich ist und so das Klimaschutzziel auf effiziente Weise erreicht
werden kann. Große Energieanlagen, sowie emissionsintensive
Industrieanlagen (Keramik, Papier, Glas, Kalk, Zement, Eisen/Stahl,
Raffinerie, Zellstoff) nehmen in Deutschland am Emissionshandel teil, in
etwa 1850 Anlagen. Der Betrieb der Anlagen ist nur mit dem Besitz von
Emissionszertifikaten möglich. Diese Zertifikate sind frei handelbar. Zu
Beginn des Emissionshandels wurden zum einen zu viele Zertifikate
ausgeteilt, zum anderen Schlupflöcher genutzt, so dass in der ersten Etappe,
von 2005-2007, kein Rückgang der Emissionen zu verzeichnen war. Für
die zweite Etappe, von 2008 – 2012, wurden die Bedingungen daher
verschärft. Die zur Teilnahme verpflichteten Anlagen in der EU decken ca.
45 Prozent der CO2- Emissionen ab.
Strom Lexikon Buchstabe L
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
L Begriffe wie Landwirtschaft bis Lieferung und Bezug erklärt
Landwirtschaft
Für landwirtschaftliche sowie private Nutzer werden in der Regel die
gleichen Tarife angeboten. In Gegenden mit viel Landwirtschaft gibt es
jedoch schon mal Extra- Tarife.
103
Lastprofil
Ein gemessenes Lastprofil – auch Lastgang genannt - verdeutlicht in
welchem Zeitraum ein Kunde wie viel Energie verbraucht hat. Hierfür wird
an einem Tag der mittlere Leistungswert einer jeden Viertelstunde mit
einem geeigneten Zähler gespeichert. Eine Tagesmessung erfolgt immer
von 00:00 Uhr bis 24:00 Uhr. In der darauf folgenden Nacht werden die
Daten vom Netzbetreiber per Datenfernübertragung ausgelesen und dem
Lieferanten übermittelt. Der Lieferant erhält jeden Tag die neu erfassten
Daten. Allerdings ist die Messung mit solchen Zählern recht aufwändig und
kostspielig. Um unnötige Kosten zu vermeiden wird daher bei Kunden mit
einem eher geringen Jahresverbrauch ein synthetisches (analytisches)
Lastprofil erstellt. Dieses Lastprofil für Kleinkunden stellt der
Netzbetreiber dem Lieferanten zur Verfügung.
Laufwasserkraftwerk
Die Kraft des angestauten Flusswassers wird in elektrischen Strom
umgewandelt.
Leichtwasserreaktor
„Leichtes“ Wasser ist nichts anderes als normales Wasser. Ein
Leichtwasserreaktor ist ein Kernreaktor, der mit „leichtem“ Wasser gekühlt
wird. Es werden zwei spezielle Typen unterschieden: Siedewasserreaktor
und Druckwasserreaktor. Der Siedewasserreaktor besitzt nur einen einzigen
Wasserkreislauf. Das Wasser verdampft zum Teil bereits im Reaktorkern
und wird der angeschlossenen Turbine zugeführt. Hier erreicht der Dampf
eine Temperatur von fast 290 Grad Celsius und einen Druck von rund 70
bar. Da der Dampf aufgrund der Radioaktivität den Kreislauf nicht
verlassen darf, wird er abgekühlt und kondensiert, bis sich erneut Wasser
bildet. Der Druckwasserreaktor ist eine Weiterentwicklung des
Siedewasserreaktors und wird weltweit am zahlreichsten eingesetzt. Er
arbeitet mit zwei unabhängigen Wasserkreisläufen und einem höheren
Druck. Das Wasser kann höher erhitzt werden, ohne dass es verdampft. Die
Wärme wird im Reaktorkern durch Uranbrennstäbe erzeugt und mit Wasser
unter einem Druck von fast 160 bar abgeführt. Die Wärme wird an den
zweiten Wasserkreislauf, der nicht radioaktiv ist, weitergegeben Der hier
erzeugte Dampf treibt eine Turbine an, die mit einem Generator gekoppelt
ist und so Strom erzeugt.
Leistungsfaktor
Leistungsfaktor zeigt das Verhältnis von Wirkleistung zur
Scheinleistung.
Leistungsmessung
Bezeichnung für die Messung einer Leistung während eines
bestimmten Zeitraums. Dieser Zeitraum beträgt im Regelfall 96 Stunden
104
oder 15 Minuten. Relevant für die Abrechnung eines Jahres ist der höchste
Verbrauch im genannten Zeitraum. Dieser Verbrauch wird in Lw
(Leistungswert) gemessen.
Leistungspreis
Der Leistungspreis beinhaltet alle Kosten, die anfallen für die
Bereitstellung von Strom. Darin enthalten sind die festen Kosten des
Stromversorgers. Diese decken Aufwendungen für die Aufrechterhaltung
des Elektrizitätswerkes, der Umspannwerke sowie des Verteilungsnetzes.
Leistungswert
Eine Einheit, die den Wert von verbrauchter Leistung darstellt. Für
die Jahresabrechnung ist hier der höchste Leistungswert während eines
Zeitraums von 96 Stunden oder 15 Minuten relevant.
Lieferspannung
Die Netzzugangsebene stellt die Lieferspannung dar. Unterschieden
wird zwischen Nieder-, Mittel-, Hoch-, und Höchstspannung.
Spannungsebene: Spannung: Kleinspannung unter 42 Volt Niederspannung
42 bis 1000 Volt Mittelspannung 1000- 50.000 Volt Hochspannung
50.000-200.000 Volt Höchstspannung über 200.000 Volt
Lieferung und Bezug
Lieferung bedeutet die Einspeisung von Strom in eine
Kundenanlage. Unter Bezug versteht man die Entnahme von Elektrizität
aus dem Stromnetz des Energieversorgungsunternehmens. Beides muss
vertraglich geregelt sein.
Strom Lexikon Buchstabe M
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
M Begriffe wie Megawatt bis Müllverbrennung erklärt
Megawatt
Watt ist eine Einheit für Leistung. Ein Megawatt entspricht einer
Million Watt.
Mindestumsatz
Ein Mindestumsatz wird von einigen Stromanbietern verlangt, der
von den Kunden immer bezahlt werden muss, auch wenn ihr Verbrauch
darunter liegt.
Mittelspannung
Die Mittelspannung beträgt zwischen 1000 und 50.000 Volt.
Mix
Bezeichnung der Bestandteile, aus denen sich der Strom eines
Anbieters zusammensetzt.
Moderator
Da die abgegebenen Neutronen bei Uran- oder Plutoniumzerfall zu
schnell sind um einen Zerfall bei anderen Atomkernen zu bewirken,
105
müssen sie mithilfe eines Moderators gebremst werden. Diese
Verlangsamung wird hauptsächlich durch Wasser, schweres Wasser oder
Graphit erreicht.
Momentanleistung
Der Augenblickswert der elektrischen Leistung ist die
Momentanleistung
Müllverbrennung
Fernheizungen können die durch die Verbrennung von Müll
entstehende Wärme nutzen.
Strom Lexikon Buchstabe N
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
N Begriffe wie Nachhaltigkeit bis Nukleare Energie erklärt
Nachhaltigkeit
Ein Nachhaltigkeits-Konzept sieht vor, dass ein natürliches System
nur so genutzt wird, dass dessen grundlegenden Eigenschaften auch
weiterhin erhalten bleiben. Regenerative Energiequellen dürfen in diesem
Sinne nur soweit genutzt werden, dass Bestände jederzeit natürlich
nachwachsen können. Im Jahr 1983 wurde das Konzept der Nachhaltigkeit
von der von den Vereinten Nationen eingesetzten Weltkommission für
Umwelt und Entwicklung für sich entdeckt. Unter der Leitung des
ehemaligen norwegischen Ministerpräsidenten Gro Harlem Brundtland
verfolgte die Kommission das Ziel, zukunftsweisende Pläne und Vorgaben
für die Entwicklungspolitik zu erarbeiten, die zugleich einen Beitrag zum
Umweltschutz leisten konnten. Der Entwurf der Kommission schaffte mit
einer klaren Politik-Strategie erstmals ein Zusammenwirken beider
Politikfelder. Sowohl Umweltprobleme der Industriestaaten als auch
Schuldenprobleme der Dritten Welt wurden integriert. Aus dem Vorbild
der Nachhaltigkeit wird im Konzept der Weltkommission für Umwelt und
Entwicklung ein Postulat der Entwicklung, angepasst an die Anforderungen
der heutigen Gesellschaft, allerdings ohne die Chancen zukünftiger
Generationen zu bedrohen. Die UNO-Kommission für Nachhaltige
Entwicklung (UN Commission on Sustainable Development, CSD)
verabschiedete im Mai 2007 Empfehlungen und Ziele an die Politik zu den
Hauptthemen Energie, industrielle Entwicklung, Luftverschmutzung und
Klimawandel. Damit wurden die Vorgaben des Weltgipfels für nachhaltige
Entwicklung (Johannesburg 2002) weiter ausgeführt. Die Ansprüche der
EU umfassen unter anderem die Verknüpfung nationaler und regionaler
Ziele hinsichtlich der Steigerung der Energieeffizienz, des Anteils
erneuerbarer Energien, des Zugangs zur Energieversorgung. Bis 2010
sollen laut der EU die nationalen Ziele in die Armutsbekämpfungs- und
Nachhaltigkeitsstrategien bzw. in ähnliche Planungsprozesse eingehen. Die
106
Subventionen der internationalen Finanzinstitutionen für konkrete Projekte
werden
damit
erleichtert
und
die
Erreichung
der
Millenniumsentwicklungsziele weiter vorangetrieben.
Nachtspeicherheizung
Nachtspeicherheizungen generieren Wärme aus günstigem
Nachtstrom, speichern diese in überwiegend in keramischen Werkstoffen
und verteilen die Wärme über den Tag hinweg. Speicherheizungen
erfordern meist eine Tagnachladung, die in den meisten Fällen am frühen
Nachmittag erfolgt.
Nachtstrom
Strom wird während Niedrig- bzw. Niedertarif-Zeiten nachts bzw.
teilweise am Wochenende besorgt. Mit Hilfe eines Zweittarifzählers
(HAT/NT-Zähler) oder eines abgetrennten Nachstromzählers für
Speicherheizungen wird Nachtstrom gemessen und mit gesonderten Tarifen
abgerechnet.
Netz
Zusammenschluss aller miteinander verbunden Komponenten zum
Austausch und Distribution von elektrischer Energie.
Netz der öffentlichen Versorgung
Sämtliche
Leitungen
und
Stationen
der
öffentlichen
Elektrizitätsversorgungsunternehmen zum Austausch und Distribution
elektrischer Energie
Netzbetreiber
Verbraucher bekommen Strom über Verteilernetze, die den
Netzbetreibern gehören. Vor der Liberalisierung des Strommarktes war der
Netzbetreiber gleichzeitig für die Stromversorgung verantwortlich.
Verteilernetze gehören in den meisten Fällen örtlichen Kommunen.
Netzeinspeisung
Energieversorgungsunternehmen, die über ein eigenes Netz
verfügen, sind gesetzlich gezwungen, den in ihrem Versorgungsgebiet
generierten Strom aus erneuerbaren Energien in ihr Netz einzugliedern und
den Erzeuger zu einem Mindestpreis zu vergüten.
Netznutzungsgebühr
Mit der Netznutzungsgebühr werden solche Kosten übernommen, die
bei der Durchleitung von Strom entstehen. Bei einem Wechsel des
Stromanbieters muss diese Gebühr vom neuen Stromlieferant an den alten
Stromanbieter bzw. Netzbetreiber bezahlt werden. Stromnetzbetreiber in
Deutschland müssen die aktuellen Netznutzungsentgelte im Internet klar
offenlegen. Die Vorgaben zur Feststellung von Netznutzungsentgelten sind
früher durch Absprachen der Verbände geregelt worden. Die Ausführung
wurde im Kommentarband des Verbands der Netzbetreiber erläutert.
107
Nieder- bzw. Schwachlasttarif (NT)
Damit Anlagen möglichst ausgewogen ausgelastet sind, stellen die
Stromversorger meistens einen günstigeren Tarif für die Schwachlastzeit
bereit. Dieser niedrigere Strompreis gilt normalerweise montags bis freitags
von 22 bis 6 Uhr, samstags von 13 bis 14 Uhr und an Sonn- und Feiertagen
von 0 bis 6 Uhr des Folgetages. In der restlichen Zeit gilt der Hochtarif, der
oftmals einfach Normaltarif heißt.
Niederspannung
Wechselspannungen bis 1.000 Volt (1 Kilovolt). Der
Spannungsbereich zwischen 230 und 400 Volt ist regulär, wobei im
Haushalt die Spannung nicht mehr als 250 Volt beträgt.
Normal Tarif
Ein Tarif ohne Messen der Leistung wird Normal Tarif genannt
Nukleare Energie
Nukleare Energie kommt aus Kernkraftwerken und ist somit
günstiger als regenerative Energie. Allerdings gleichzeitig auch
gefährlicher und umweltbelastender.
Strom Lexikon Buchstabe O
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
O Begriffe wie Offshore bis Ozonschicht erklärt
Offshore
Offshore-Anlagen sind Wind-Kraftanlagen, die man in
Küstengegenden auf dem Meer findet. Im Gegensatz dazu werden WindKraftanlagen, die an Land gebaut sind, als Onshore-Anlagen bezeichnet.
Offshore-Windenergienutzung
Es ist möglich, Windturbinen auf dem offenen Meer zu installieren
(Off-shore) – im Gegensatz zu Windturbinen auf dem Festland (On-Shore).
Damit wird einerseits die freie Fläche erhöht, andererseits die höhere
Windgeschwindigkeit auf dem offenen Meer genutzt. Ursache hierfür sind
die geringeren Reibungsverluste durch Wasser im Vergleich zu merklich
raueren Landgebieten. Außerdem sollen durch die Nutzung von Windparks
auf hoher See weniger Eingriffe in die Landschaft und Umwelt stattfinden.
Probleme der Offshore-Windenergienutzung entstehen hierbei :

Masten müssen auf dem Meeresgrund installiert werden, was
den Aufwand im Gegensatz zur Errichtung auf dem Festland bedeutend
erhöht.

Materialien müssen höheren mechanischen Belastungen
standhalten, die durch die höhere Windgeschwindigkeit entstehen.

Durch das salzhaltige Meerwasser muss sich das Material
einer höheren Korrosivität widersetzen.
108

Der Strom, der generiert wird, muss erst einmal mit Hilfe teuer
verlegter Seekabel zum Festland transportiert werden.

Schiffe können durch die Meeres-Installation behindert
werden.

Inwieweit marine Ökosysteme negativ beeinflusst werden, ist
weitgehend unklar.
Öko Tarif
Strom wird hierbei nur aus regenerativen Energiequellen gewonnen.
Ökologische Finanzreform
„Mehr Arbeitsplätze bei weniger Umweltbelastung“ heißt das
Prinzip der Ökologischen Steuerreform. Die Steuern auf fossile
Energieträger werden erhöht, um den umweltschädigenden Verbrauch
dieser zu minimieren. Somit werden Impulse zur Energieeinsparung, zu
Innovationen für energieeffiziente Technologien und zur Nutzung von
erneuerbaren Energien geschaffen, Treibhausgas-Emissionen reduziert
sowie letztlich die Abhängigkeit von Öl minimiert. Der Gewinn sorgt
wiederum für die Senkung der Sozialversicherungsbeiträge auf Lohnarbeit.
Zwischen 1999 und 2003 wurden die Steuern im Rahmen der
Ökologischen Steuerreform auf Kraftstoffe, Strom sowie leichtes Heizöl
und Gas stetig aber absehbar angehoben. Einnahmen werden zu einem
Großteil zur Verringerung der Lohnnebenkosten eingesetzt, indem
Arbeitnehmer und Unternehmer weniger Rentenversicherungsbeiträge
zahlen müssen. Für die Förderung der erneuerbaren Energien und der
energetischen Gebäudesanierung wird ebenfalls ein kleinerer Anteil
verwendet. Außerdem profilieren effiziente Kraftwerke sowie der
öffentliche Verkehr von Steuerbegünstigungen. Damit wird ein Beitrag
zum Klimaschutz geleistet und zudem Arbeit verbilligt und attraktiver
gemacht.
Würde
es
keine
Ökosteuer
geben,
wären
die
Rentenversicherungsbeiträge um 1,7 Prozentpunkte höher. Nach Angabe
des Deutschen Instituts für Wirtschaftsförderung wurden 250.000
Arbeitsplätze durch die Verringerung der Lohnnebenkosten geschaffen
bzw. abgesichert. Außerdem belegt eine Untersuchung des DIW, dass die
Ökologische Steuerreform für den Rückgang der CO2-Emissionen um 2,4
Prozent bis 2003 verantwortlich ist und die Abnahme bis 2010 auf 3
Prozent ansteigen wird. Von 1999 bis 2005 ist der Verbrauch von
Kraftstoffen um 17 Prozent zurückgegangen, nachdem er davor
jahrzehntelang gestiegen ist, was als Beweis für die Wirksamkeit
preislicher Anreize gelten kann. Nach den Erfolgen der Ökologischen
Steuerreform wurde diese zur Ökologischen Finanzreform erweitert. Seit
2003 wurden umweltschädigende Subventionen kontinuierlich verringert,
z. B. in den Bereichen Eigenheimzulage, Pendlerpauschale und
109
Kohlesubventionen. Damit werden sowohl öffentliche Haushalte als auch
das Klima entlastet. Eine LKW-Maut wurde 2005 eingeführt. Am 1.
August 2006 trat das Energiesteuergesetz in Kraft, mit dem die EURichtlinie zur Energiebesteuerung verwirklicht wird. Mit diesem Gesetz
wurden die Steuern auf den Einsatz von Erdgas und Mineralöl zur
Stromerzeugung beseitigt. Außerdem gibt es seitdem eine Steuer auf Kohle
zu Heizzwecken, eine Teilbesteuerung von Biodiesel und eine
Steuerbefreiung für energieintensive Prozesse.
Ökosteuer
Seit April 1999 wird die häufig diskutierte Ökosteuer in Deutschland
erhoben. Die rot-grüne Regierung wollte Energie teuer machen, um die
Verbraucher zur Sparsamkeit anzuspornen und die Umwelt geschont
werden würde. Mit den Einnahmen der Ökosteuer sollte eine Entlastung
der Rentenkasse finanziert werden, um letztlich Arbeitsplätze zu sichern.
Opposition und Wirtschaftsverbände kritisieren die Ökosteuer mit dem
Vorwurf, die Steuer sei Etikettenschwindel, unsozial und bremse den
Aufschwung. Im ersten Jahr verdienten die Finanzämter 4,3 Mrd. Euro,
nach der fünften und letzten Stufe im Jahr 2003 waren es mehr als 16 Mrd.
Vor allem Autofahrer sind von der Ökosteuer betroffen, weil Tankstellen
die Preise für Benzin und Diesel mehrere Male verteuert haben. Zuletzt
erhöhte sich die Abgabe am 1. Januar 2003 um 3,07 auf nunmehr 17,78
Cent je Liter. Die Stromsteuer wurde ebenfalls 2003 um 0,26 Prozent
angehoben. Ebenfalls teurer wurde das Heizen mit Erdgas sowie
Nachtspeicheröfen. Während die Regierung überwiegend zufrieden mit
dem Ergebnis ist, sind der Bund der Steuerzahler und andere
Forschungsinstitute weiterhin kritisch. Das Rheinisch-Westfälische Institut
für Wirtschaftsforschung (RWI) sieht z.B. keine Umorientierung zu mehr
Umweltbewusstsein und der Bund der Steuerzahler verneint eine
Steigerung der Beschäftigungsverhältnisse.
Ökostrom
Generierung von Strom nur aus regenerativen, d.h. erneuerbaren
Energiequellen, wie Wasser, Wind, Sonne oder Biomasse.
Ozonloch
Durch immer weiter sinkende Ozonwerte über den beiden Polarpolen
entwickelt sich das Ozonloch. Erste beweisbare Fakten stammen aus dem
Jahre 1985 über der Arktis. Durch das Ozonloch kann somit immer mehr
ultraviolette Strahlung in die Erdatmosphäre eindringen. Diese UVStrahlung, welche nicht mehr von der Ozonschicht absorbiert werden kann,
hat zur Folge, dass das gesamte Leben auf der Erde (Menschen, Tiere,
Pflanzen) langfristig mit erheblichen Schäden zu rechnen hat. Grund dieser
110
Ursache ist in erster Linie die enorme Luftverschmutzung durch Industrie,
Autoabgase, Fluorkohlenwasserstoffe etc.
Ozonschicht
Die sich in ca. 15 bis 35 km über der Erde befindliche Ozonschicht
ist ein Schutzschild gegen die UV-Strahlen der Sonne. Die Ozonschicht
absorbiert diese ultravioletten Strahlungen, die sonst unaufhörlich
einströmen würden, weshalb auf Dauer kein Leben auf der Erde mehr
möglich sein würde.
Strom Lexikon Buchstabe P
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
P Begriffe wie Photovoltaik bis Punkt-zu-Punkt-Modell erklärt
Photovoltaik
Durch eine direkte Umwandlung von Sonnenstrahlen in elektrische
Energie und somit in Strom spricht man von Photovoltaik. Diese
Umwandlung wird mit Hilfe von sogenannten Solarzellen vorgenommen.
Diese wandeln auf direktem Wege die Sonnenstrahlen in elektrischen
Strom um. Und zwar in Gleichstrom. Dieser Gleichstrom wird über einen
Wechselrichter in Wechselstrom geändert. Dieser Wechselstrom wird dann
über eine Solaranlage in das öffentliche Stromnetz eingeleitet. Der Begriff
Photovoltaik ergibt sich aus dem griechischen Wort „Photos“ = Licht sowie
aus dem Namen des italienischen Erfinders „Allesandro Volta“.
Photovoltaisches Kraftwerk
Ein Photovoltaisches Kraftwerk produziert durch Sonnenenergie
über Solarzellen elektrischen Strom. Der dabei erzeugte Gleichstrom wird,
bevor er in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann, durch eine
entsprechende Frequenz sowie Spannung in Wechselstrom umgewandelt.
Gute photovoltaische Kraftwerke zeichnen sich durch einen sehr hohen
Wirkungsgrad und einen minimalen Eigenstrombedarf aus. Sie sind sehr
umweltschonend, da sie weder schädliche Emissionen noch großen Lärm
hervorrufen. Allerdings ist eine dauerhafte Sonneneinstrahlung mit hoher
Intensität nicht möglich. Die profitable Wirtschaftlichkeit eines
photovoltaischen Kraftwerkes ist außerdem aufgrund der hohen
Investitionskosten derzeit ebenfalls nicht gegeben. Pro kWh sind
schätzungsweise 5.000,00 € einzukalkulieren. Das Erneuerbare
Energiengesetz (EEG) sowie diverse Hilfsprogramme versuchen dies
abzumildern, um die Sonnenenergie als wesentlichen Energiebestandteil
der Zukunft und somit die der photovoltaischen Kraftwerke zu fördern.
Plutonium
Plutonium ist ein chemisches Element (Kernladungszahl 94), das
dem Uran sehr ähnlich ist und in der Natur vorkommt. Es handelt sich
dabei um ein glänzendes, silberweißes Schwermetall mit der höchsten
111
Dichte. Wie bei den meisten Schwermetallen ist Plutonium und dessen
chemische Verbindungen extrem giftig und hoch radioaktiv. Das Einatmen
von geringen Mengen kann zu Lungenkrebs führen oder gar zu tödlichen
Strahlungsfolgen. Plutonium wird vornehmlich militärisch und zivil
genutzt. Die zivile Nutzung wird bei Kernkraftwerken zur
Energiegewinnung angewandt, um zum Uran eine weitere Alternative zu
haben. Uran wird in einem Kernreaktor mit Neutronen beschossen, wobei
sich ein Teil in Plutonium abspaltet. Leichtwasserreaktoren bedienen sich
dieser Technik, indem sie Mischoxidbrennstäbe verwenden, die außer Uran
auch wieder aufbereitetes Plutonium beinhalten. In der militärischen
Nutzung dient Plutonium zur Herstellung von Atombomben.
Primäre Energieträger
Primäre Energieträger sind in ihrer Ursprungsform in der Natur
auffindbar. Sie können nicht produziert werden. Deren Ressourcen werden
für die Energiegewinnung genutzt. Dazu zählen die fossilen Brennstoffe
genauso wie die erneuerbaren Energieträger.
Punkt-zu-Punkt-Modell
Der Energieanbieter zahlt beim Punkt-zu-Punkt-Modell für die
Durchleitung von Strom oder Gas vom Einspeisungspunkt bis zum
Entnahmepunkt einen festgesetzten Preis. Man spricht beim Punkt-zuPunkt-Modell auch von einer transaktionsgebundenen Durchleitung. Es
basiert auf drei Stufen. Der Energielieferant zahlt an den Netzbetreiber
einen Preis für den überregionalen Transport. Dann folgt eine weitere
Entgeltzahlung auf regionaler Ebene. Die dritte und letzte Entgeltleistung
steht für die Verteilung an den Endpunkten direkt an die Verbraucher an,
was auch als Kommunalbriefmarke bezeichnet wird. Alle Entgeltleistungen
sind entfernungsunabhängig. Das Punkt-zu-Punkt-Modell ist allerdings
nicht mehr zeitgemäß und wirtschaftlich. Es bedingt einen hohen
Verwaltungsaufwand und torpediert eine bedarfsorientierte und
preisgünstige Energielieferung an den Endverbraucher.
Strom Lexikon Buchstabe R
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
R Begriffe wie Regenerative Energie bis Reserveleistung erklärt
Regenerative Energie
Erneuerbare Energien (Solar-, Wind- und Wasserkraft, Biomasse)
stehen unerschöpflich zur Verfügung und sind eine umweltschonende
Energiealternative.
Reserveleistung
Eine Reserveleistung stellt ein Energieversorgungsunternehmen
einem Stromkunden, welcher selbst in Besitz einer eigenen Stromanlage
ist, in bestimmten Notfällen als Stromersatz zur Verfügung, wenn bspw.
112
Störungen oder Ausfälle an dieser Anlage vorliegen. Die Stromversorgung
bleibt somit dem Kunden garantiert.
Strom Lexikon Buchstabe S
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
S Begriffe wie Schaltanlage bis Stromsteuer erklärt
Schaltanlage
Verteilungsanlage für elektrische Energie (Stromverteilung) und
Überwachungsanlage von elektrischen Leitungen in Kraftwerken. Es wird
zwischen Hoch-, Mittel- und Niederspannungsschaltanlagen differenziert.
Schaltstation
Eine Station mit Schaltanlage, aber ohne Transformatoren zur
Netzeinspeisung.
Schweres Wasser
Alternativ zum Wasserstoff ist im Wassermolekül Deuterium
gebunden (chem. Formel (D2O). Schweres Wasser ist der Moderator in
verschiedenen
Reaktorversionen.
Sekundärenergie
Ein Energieträger, gewonnen aus der Umwandlung von
Primärenergie wie z.B. Strom, Heizöl, Kokereigas, Butan, Propan und
Benzin.
Solaranlagen
siehe unter: Sonnenkraftwerk; Photovoltaik; Solarenergie
Solarenergie
Technisch über Solarzellen aus der Sonneneinstrahlung gewonnene
Energie. Bis vor einiger Zeit nur gering genutzt als „stand-alone“-Anlagen
für abgelegene Wetter- und Nachrichtenstationen. Im Verlauf auch für
Verkehrsanlagen zur unabhängigen Stromerzeugung genutzt. Durch die
Verteuerung der Primärenergie und den wachsenden Klimaproblemen
gewinnt die Solarenergie ständig an Bedeutung. Über staatliche
Pilotprojekte werden Photovoltaikleinanlagen oder –Kraftwerke an das
öffentliche Netz angeschlossen und erprobt. Der Anteil an der allgemeinen
Stromerzeugung liegt aber weit unter einem Prozent. Durch die steigende
Verwendung von Solarzellen sind deren Produktionskosten in den letzten
Jahren zwar deutlich gesunken, aber trotzdem sind die Kosten der
Stromgewinnung über photovoltaische Möglichkeiten noch deutlich zu
hoch
im
Vergleich
zu
regenerativen
Energiequellen (siehe dazu auch: Sonnenkraftwerke).
Solarthermisches Kraftwerk
Stromerzeugung in Kraftwerken, die Sonneneinstrahlung über die
Erzeugung von Wärme und Wärme zur Erzeugung von elektrischer Energie
113
über Turbinen nutzen. Die Sonneneinstrahlung wird über
Spiegelanordnungen konzentriert. Im Brennfleck, oder der Brennlinie im
Spiegel befindet sich ein Strahlungssammler (Receiver), über den ein Gas
oder Flüssigkeit in einem Primärkreislauf erwärmt wird. Wenn die
Flüssigkeit als Wärmetransportmedium verwendet wird, erzeugt man mit
dieser Wärme Dampf. Über einen Sekundärkreislauf wird eine
Dampfturbine mit einem Generator angetrieben – ähnlich wie in anderen
thermischen Kraftwerken. Alternativ kann eine Gasturbine unter
Verwendung von Gas im Primärkreislauf angetrieben werden. Gasturbinen
werden mit Temperaturen von etwa 800 Grad Celsius betrieben, deshalb ist
ihr Wirkungsgrad deutlich höher als bei Dampfturbinen, die maximal nur
mit 570 Grad Celsius betrieben werden. Solarturmkraftwerke richten eine
große Anzahl frei beweglicher Spielflächen dreidimensional so aus, dass
sie entsprechend dem jeweiligen Sonnenstand das Licht auf den Receiver
werfen.
Sonderabschläge
Ein Stromversorger, die Firma TelDaFax Energy berechnet einen
Sonderabschlag. Dieser Betrag wird bei Vertragsbeginn einmalig fällig.
Der Kunde kann hier zwischen 50, 100, oder 200 EURO Abschlagszahlung
wählen. Dabei gilt : Bei einem hohen Sonderabschlag wird der Arbeitspreis
geringer. Eine Abschlagszahlung kann wahlweise am Ende des
Vertragsverhältnisses zinslos verrechnet oder zurückerstattet werden, oder
mit der / den ersten Abschlagzahlung(en) voll verrechnet werden.
Sonnenkraftwerk
Über die direkte Umwandlung von Sonnenenergie durch Solarzellen
wird regenerativer Strom erzeugt oder man gewinnt in einem Sonnenofen
Dampf zum Antrieb eines Generators (siehe auch: Solarenergie).
Spannung (Volt, V)
Bei unterschiedlichen elektrischen Entladungen zwischen zwei
Punkten die messbare elektrische Potenzial- oder Spannungsdifferenz.
Spannungsregelung
Erhaltung der Netzspannung im Bereich eines vorgegebenen
Sollwertbereiches.
Speicherwasserkraftwerk
Ein Speicherwasserkraftwerk besteht aus einem See, einer Talsperre
und anschließendem Fluss. Der See kann natürlichen oder künstlichen
Ursprungs sein und liegt möglichst hoch. Das Wasser treibt durch die
Fallgeschwindigkeit die Turbinen in der Talsperre an. Aus der
Turbinendrehung entsteht Elektrizität. Wird wenig Strom benötigt staut
man das Wasser.
Spitzenleistungsaufnahme
114
Diese Zahl zeigt die höchste Energienachfrage im beobachteten
Zeitintervall. Anhand der Spitzenleistungsaufnahme wird ein Leistungstarif
erstellt. In ihm werden die Kosten für die Bereitstellung der maximal
benötigten Leistung berechnet. Der Kunde bezahlt also die Garantie, dass
in Spitzenzeiten die benötigte Maximalenergie zur Verfügung steht.
Standby
Im Standby sind elektrische Geräte in einer Art Pausezustand. Sie
sind weder aktiv, noch komplett abgeschaltet, sondern können über
Fernbedienungen aktiviert werden. Eine bequeme Alternative zum
hingehen und einschalten, da dies aus der Entfernung geschehen kann. Je
nach Gerätealter kann ein Videorecorder schon mal 15-20 Watt im
Standby-Betrieb verbrauchen.
Station
In einer Station laufen Übertragungs- und Verteilungsleitungen
zusammen. Dort finden sich die notwendigen Schaltanlagen und
Transformatoren. Je nach Aufgabe einer Station kann sie aus einem kleinen
Gebäude oder einem großen Gelände bestehen.
Steinkohleneinheit
Die Steinkohleneinheit (SKE) gibt an wie viel Energie aus einer
Tonne Steinkohle gewonnen werden kann. 1 SKE hat umgerechnet 8.138,9
Kilowattstunden oder 29,3 Gigajoule. Sie beschreibt den Energieverbrauch.
Steinkohleproduktion weltweit
Deutschland fördert jährlich etwa 26,1 Mio Tonnen Steinkohle. Im
Vergleich: 2001 wurden 3,8 Mrd Tonnen Steinkohle weltweit gefördert.
Davon allein 33,8 % in China und 24,7 % in den USA, den größten
Steinkohle-Produzenten. Weitere relevante Länder sind Indien, Australien,
Südafrika, Russland und Polen. Gleichzeitig ist die Fördermenge stark
gestiegen, denkt man sich 2,2 Mrd Tonnen Jahresproduktion im Jahr 1973.
Dabei verbrauchte Deutschland 2002 mehr als doppelt so viel Steinkohle
wie es förderte. Laut Gesamtverband des Deutschen Steinkohlebergbaus
verfeuerte man zwei Drittel in Kraftwerken um Strom zu erzeugen. Ein
Viertel nutzte die Stahlindustrie und für die Wärmeproduktion gingen drei
Prozent der Steinkohle ab. Knapp ein Viertel des 2001 erzeugten Stroms
stammte aus Steinkohlegrundlagen. 30 Prozent kamen aus Kernkraft und
27 Prozent aus Braunkohleerzeugnissen. Dank der Globalisierung wird der
Wettbewerb, nach Meinung von Gerhard Ott (Präsident des Deutschen
Komitees des Weltenergierates) zwischen Kohl und Alternativen wie Öl
und Gas steigen. Zusätzlich zu der Konkurrenz zwischen den
Kohleregionen und der Herausforderung die der Umweltschutz wegen der
Kohlendioxid-Belastung an die Industrie stellt. Laut Ott ist es “ möglich,
Kohle auch unter Umweltaspekten annehmbar zu machen.” Zum Beispiel
115
mit “Clean Coal”-Technologien die für Kraftwerke entwickelt wurden.
Knackpunkt dabei sind die Kosten. Die Probleme, glaubt Ott, werden
gelöst werden, “ weil es einfach nicht vorstellbar ist, wie der Energiehunger
einer weiter wachsenden Weltbevölkerung ohne Kohle gestillt werden
könnte."
Strom
Durch eine geordnete Bewegung von Trägern einer elektrischen
Ladung entsteht Strom.
Strom-Pakete
Strom-Pakete sind ein Energiemodell für Kunden. Dabei wird per
Vorkasse eine festgelegte Strommenge gekauft. Dieses Modell ist für
Anbieter sehr vorteilhaft, da nicht verbrauchte Mengen nicht nachgeliefert
werden müssen, ein höherer Verbrauch aber teuer abgerechnet wird. Dabei
sind Abweichungen von zehn Prozent meist unkritisch. Trotzdem eignet
sich das Modell meist nur für Kunden die einen stabilem Stromverbrauch
haben, oder ihn gut einschätzen können.
Strombörse
An der Strombörse können Stromproduzenten und -händler ihre
Produkten handeln. Die Preise für die Wochen-, Tages- und
Stundenprodukte orientieren sich am tagesaktuellen Markt.
Stromerzeuger
Ein Stromerzeuger produziert elektrische Energie für das Stromnetz.
Dabei nutzt er primäre Energien wie Steinkohle, oder Wasserkraftwerke.
Ein Stromerzeuger musst nicht zwangsläufig auch selbst ein Verteilernetz
haben oder den Strom selbst verkaufen.
Stromhändler
Handeln mit elektrischem Strom. Stromhändler beschaffen zunächst
den Strom auf eigene Rechnung von Energieerzeugern am Markt und
verkaufen ihn über das Netz der örtlichen Netzbetreiber weiter an die
Abnehmer.
Strommakler
Ein Strommakler handelt für den Kunden einen günstigen
Stromliefervertrag aus und unterstützt ihn bis zum Abschluss des Vertrags.
Strommessgerät
Dient dem Aufspüren von Geräten im Haushalt, die viel Energie
verbrauchen. Die mobilen Messgeräte sind bei Verbraucherberatungsstellen
erhältlich.
Stromstärke
siehe unter Ampere
Stromsteuer
116
Entsprechend dem Stromsteuergesetz enthalten Arbeitspreise eine
Stromsteuer. Möglich ist es nach § 9 des Stromgesetzes, im
Berechtigungsfall (unter anderem gilt dies für das produzierende Gewerbe)
von der Zahlungspflicht befreit zu werden. Dementsprechend verringert
sich dann der Verbrauchspreis.
Strom Lexikon Buchstabe T
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
T Begriffe wie Tarifkunde bis Treibhauseffekt erklärt
Tarifkunden
Stromverbraucher in privaten Haushalten, landwirtschaftlichen und
gewerblichen Betrieben.
Tarifschaltung
meint das Umschalten des Stromzählers zwischen den Zählwerken.
Terawatt
Ein Terawatt entspricht einer Billion Watt, oder ist entsprechend eine
Milliarde Kilowatt oder eine Million Megawatt beziehungsweise tausend
Gigawatt.
Transformator
Ein Transformator ist ein elektrisches Gerät, mit dem die elektrische
Spannung von Wechselströmen erhöht oder herabgesetzt werden kann.
Treibhauseffekt
Der Treibhauseffekt meint die globale Erwärmung und die daraus
resultierende Destabilisierung des Klimas aufgrund der Nutzung fossiler
Brennstoffe und der dabei entstehenden Treibhausgase wie Kohlendioxid,
Methan, Lachgas, Schwefelhexalfluorid sowie Teil- und Vollfluorierte
Kohlenwasserstoffe.
Strom Lexikon Buchstabe U
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
U Begriffe wie Umspannwerk bis Unterbrechbarer Tarif erklärt
Umspannwerk
In Umspannwerken wird über Transformatoren die Spannung
umgewandelt. Die 380kV der Überlandleitungen auf 220kV bzw. 110kV
für lokale und schließlich auf 20kV für die regionale Stromverteilung.
UN-Naturschutzkonferenz
Vom 19. Mai bis zum 30. Mai 2008 fand in Deutschland die neunte UN
Naturschutzkonferenz der Konvention über die biologische Vielfalt statt.
Dabei berieten die Vertreter der Weltgemeinschaft über ihr Vorgehen
gegen die fortdauernde Umweltzerstörung. Dabei rennt ihnen die Zeit
davon, da sie nach eigener Zielsetzung von 2002 bis 2010 wenigstens die
Geschwindigkeit des Artensterbens bremsen will. Zumal dies auch das
letzte Treffen vor 2010 ist. Das Ziel des Artenschutzes beinhaltet
117
gleichzeitig eine Nachhaltige Entwicklung und wurde beim Weltgipfel
2002 in Johannesburg von den angereisten Staats- und Regierungschefs
beschlossen. Mit diesem Jahr besteht die Naturschutzkonferenz seit 15
Jahren. Manches Projekt und Ziel wurde in der Vergangenheit erreicht.
Trotzdem wurde vieles eben auch auf die Zukunft verschoben. Die
Bundesregierung will 2008 wichtige Wegweiser in Sachen biologische
Vielfalt errichten. 1992 wurde beim Erdgipfel in Rio de Janeiro das
politische Gremium der UN-Naturschutzkonferenz ins Leben gerufen. Ihr
Ziel war der Erhalt der biologischen Vielfalt des Planeten Erde. Damals
unterzeichneten 189 Staaten und die Europäische Union das Abkommen,
welches auf der Einsicht beruhte, dass der Mensch nur überleben kann,
wenn er die Natur und damit seine Umwelt erhält. Somit wurde der
Umweltschutz zum Menschheitsanliegen.
Unbundling
Unbundling bedeutet Trennung. Im Fall des Stroms eine
kommerzielle Trennung zwischen Stromerzeugung und Verkauf sowie dem
Netzbetrieb. Sie ist in Deutschland gesetzlich vorgeschrieben.
Unterbrechbarer Tarif
Bei dieser Tarifform gestattet der Kunde seinem Stromlieferanten,
ihm den Strom abzuschalten. Diese Erlaubnis wird auf eine gewisse
Stundenzahl pro Jahr festgelegt. Der Stromanbieter nimmt diese Erlaubnis
meist in Spitzenverbrauchszeiten in Anspruch, wenn viele Verbraucher
gleichzeitig laufen. Der unterbrechbare Tarif ist deshalb auch günstiger als
andere Tarife.
Strom Lexikon Buchstabe V
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
V Begriffe wie Verbändevereinbarung bis Vorauskasse erklärt
Verbändevereinbarung
Die Verbändevereinbarung regelt unter anderem die Verteilung der
Netznutzungsentgelte zwischen den Verbänden. Die Vereinbarung wird
zwischen dem Bundesverband der Deutschen Industrie, dem Verband der
Industriellen Energie- und Kernwirtschaft und der Vereinigung Deutscher
Elektrizitätswerke geschlossen.
Verbrauch
Unter dem Stichwort Verbrauch wird in Kilowattstunden (kWh)
angegeben, welche Energiemenge vom Kunden verbraucht wird. Die
gebräuchliche Zeiteinheit dabei ist eine monatliche oder jährliche
Verbrauchsangabe.
Verbrauchsabhängiger Leistungspreis
Der verbrauchsabhängige Leistungspreis wird mit dem Arbeitspreis
zusammengerechnet und ergibt den Verbrauchspreis. Dabei wird beim
118
verbrauchsabhängigen Leistungspreis die vom Kunden real genutzte
Energiemenge betrachtet. Allgemein wird bis zu einer Energiemenge von
10.000 kWh/Jahr der verbrauchsabhängige Leistungspreis pauschal
berechnet.
Verbrauchspreis
In den Verbrauchspreis fließen der Arbeitspreis der Energie und der
der
ermittelte
verbrauchsabhängige
Leistungspreis
als
Berechnungsgrundlagen ein.
Verbrauchsspitzen
Verbrauchsspitzen sind die Zeiträume, während denen besonders viel
Energie benötigt wird. In den Privathaushalten lassen sich über einen Tag
mehrere Verbrauchsspitzen lokalisieren: Vormittags zwischen sechs und
zehn, Mittags gegen zwölf und Abends zwischen 19 und 20 Uhr. Das sind
die Essenszeiten und der Feierabend, wenn man kocht oder Computer und
Fernseher im Betrieb hat.
Verrechnungspreis
Um die Dienstleistungen wie Erfassen der Zählerstände,
Abrechnungen, oder Inkasso zu bezahlen gibt es den Verrechnungspreis. Er
deckt auch die Kosten für Zähl- und Messeinrichtungen.
Versorgungssicherheit
Für jeden Haushalt garantierte Energieversorgung mit Strom –
jederzeit und vollständig.
Volt
Elektrische Spannung wird mit der SI-Maßeinheit Volt (V) definiert.
Elektrische Spannung (Volt) = Stromstärke (Ampere) : Leistung (Watt).
Vorauskasse
Verschiedene Energieanbieter bieten einem Stromkunden ein
bestimmtes Strompaket an, nämlich eine feste Strommenge für ein Jahr,
welches der Kunde per Vorkasse zu zahlen hat. Dadurch bleibt der
Stromkunde auch von zwischenzeitlichen Preiserhöhungen verschont.
Nachteile für den Stromkunden können sein: Verbraucht er weniger Strom,
als er für ein Jahr gekauft hat, so bekommt er vom Stromlieferanten den
Differenzbetrag nicht zurückerstattet. Stellt sich ein Mehrverbrauch ein, so
ergibt sich eine beträchtliche Nachzahlung, weil in diesem Fall der Preis
pro kWh deutlich über dem durchschnittlichen Strompreis liegt. Wer seinen
jährlichen Stromverbrauch exakt vorherzusagen weiß, für den lohnt sich,
Strom per Vorauskasse zu ordern.
Strom Lexikon Buchstabe W
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
W Begriffe wie Wärmepumpe bis Wirkungsgrad erklärt
119
Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe erzeugt Wärmeenergie, indem eine niedrige
Wärmetemperatur auf eine hohe Temperatur gepumpt und somit ein
Heizeffekt erzielt wird. Mit 1 kW Strom erzeugt man 3 bis 5 kW Wärme.
Wasser
Wasser in flüssigem, festem oder gasförmigen Zustand ist ein
erneuerbarer Energieträger.
Wasserkraft
Wasserkraft definiert die Umwandlung von Wasser in elektrische
Energie. Sie ist eine hochmoderne Technologie und eine wichtige,
erneuerbare Energiequelle für die Stromerzeugung. Der große Vorteil ist
zudem das unerschöpfliche Vorkommen. In einem Wasserkraftwerk fließt
Wasser durch Turbinen, welche einen Generator antreiben, der dadurch
Strom erzeugt. Bei der Nutzung der Wasserkraft unterscheidet man
zwischen Laufwasserkraftwerken (Fluss- und Meerwasser) und
Speicherwasserkraftwerken (Wasser von Staudämmen).
Watt
Watt, benannt nach dem schottischen Ingenieur und Erfinder James
Watt, ist die SIMaßeinheit für elektrische Leistung. 1 Watt ist gleich der
Leistung, bei der während der Zeit von 1 Sekunde die Energie von 1 Joule
umgesetzt wird. 1 Watt = 1 Joule/Sekunde.
Wechselstrom
Elektrischer Strom, dessen Polarität und Stromstärke sich mit einer
bestimmten Frequenz periodisch ändert.
Widerstand
Der elektrische Widerstand ist der Quotient aus Spannung und
Stromstärke in einem elektrischen Leiter. SI-Maßeinheit = Ohm.
Windenergie
Windenergie gehört zu den erneuerbaren Energieträgern. Sie ist
umweltschonend und besitzt eine unerschöpfliche Ressource. Die
Luftströmungen des Windes werden als kinetische Energie bezeichnet, die
in Windkraftwerken wiederum in elektrische Energie (Strom) umgewandelt
wird.
Windkraftwerk
In Windkraftparks erzeugte Windenergie durch besonders
angeordnete Rotoranlagen.
Wirkleistung
Elektrische Leistung die als Umsetzung zur Erzeugung einer anderen
Leistung wie z.B. mechanische, thermische, chemische, optische oder
akustische Leistung verfügbar ist.
120
Wirkungsgrad
Das Verhältnis von abgegebener und aufgenommener Leistung
während der Energieumwandlung. Der Wirkungsgrad ist das Maß der
Energieeffizienz für den notwendigen Ressourceneinsatz. Unterschieden
wird zwischen einem elektrischen Wirkungsgrad der nur bei der
Stromerzeugung berücksichtigt wird, dem thermischen Wirkungsgrad zur
Wärmeumwandlung und dem Gesamt-Wirkungsgrad.
Bei Gas unterscheidet man zwischen:
- Feuerungstechnischer Wirkungsgrad;
- Geräte-/Kesselwirkungsgrad;
- Nutzungsgrad.
Typische heute technisch erreichte Wirkungsgrade sind:
- Photovoltaik 10 %;
- Kohlekraftwerke 45 %;
- Brennstoffzelle 30–55 %;
- Gaskraftwerke 60 %;
- Blockheizkraftwerke 70–85 %;
- Dieselmotor 30 %;
- Benzinmotor 25 %;
- Eine Erhöhung der Wirkungsgrade ist ein entscheidendes Ziel der
Energieforschung.
Strom Lexikon Buchstabe Z
Im Strom und Energie Lexikon werden für Sie beim Buchstaben
Z Begriffe wie Zähler bis Zweitarif erklärt
Zähler
Die verschiedenen Arten von Stromzählern sind :
- Drehstromzähler: als Standardzähler für Haushalt, Landwirtschaft
und Gewerbe.
- Wechselstromzähler : als Zähler für die Treppenhausbeleuchtung.
- Leistungszähler : Genutzt wird der 96-Stunden-Leistungsmesser
und der 1/4- Stunden-Leistungsmesser, da sie neben dem Stromverbrauch
auch die Leistung messen.
Zählermiete
Jeder Energieversorger berechnet für die Installation, Ablesung,
Abrechnung und Wartung eines Stromzählers die vom Stromverbrauch
unabhängige Zählermiete, die oft auch als Verrechnungspreis genannt wird.
Zweitarif
Ein besonderer Tarif, der über einen zweiten Zähler oder eine
besondere Tarifschaltung die Abnahme von Strom zu Hauptlast- und
Niederlastkonditionen ermöglicht.
121
Әдебиеттер
1 Schmidt, Manfred : Regenerative Energien in der Praxis, Verlag
Bauwesen, Berlin 2002, ISBN 3-345-00757-6
2 http://www.welt.de/wirtschaft/energie/specials/sonnesolar/article8819066/Wie-wir-Sonnenenergie-nutzen-koennen.html
3 http://www.ökostrom.info/vor-und-nachteile-von-windkraftanlagen
4 http://www.stromspartipps.net/stromerzeugung/windkraftanlage
5 http://www.strom-infos.net/lexikon-z.html
6 http://www.regenerative-energie-quellen.de/windenergie/vorteilenachteile.php
122
Мазмұны
Алғы сөз ………………………………………………………….
1 Was bedeutet das? ………………………………………………..
2 Sonnenenergie………………………………….…………………
3 Strom aus Solarenergie……………………………………………
4 Windenergie……………………………………………………….
5 Windkraft gestern und heute ……………………………………...
6 Strom aus Windkraft ………………………………………………
7 Nutzung der Windenergie in der Vergangenheit …………………
8 Das nutzbare Windpotenzial ……………………………………...
9 Nutzung der Wasserkraft …………………………………………
10 Strom aus Wasserkraft. Was ist Wasserkraft? …………………..
11 Energie aus Biomasse …………………………………………...
12 Energie aus Erdwärme …………………………………………..
13 Strom aus Erdwärme …………………………………………….
14 Oberflächennahe Geothermie ……………………………………
15 Übungen …………………………………………………………
16 Strom Lexikon …………………………………………………..
Әдебиеттер………………………………………………..……..
123
3
4
12
16
25
26
30
32
35
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52
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