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2015 | Book

Die Energiewende: Potenziale bei der Energiegewinnung

Eine allgemeinverständliche Einführung

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About this book

Wolfgang Osterhage stellt, aufbauend auf den Grundlagen der Thermodynamik, die heute angebotenen technischen Lösungen der Energieumwandlung in nutzbare elektrische Energie und Wärme vor. Dabei beschreibt der Autor komprimiert sowohl traditionelle Kraftwerke als auch die aktuell bevorzugten Formen der Energiegewinnung durch Wind, Sonneneinstrahlung und Erdwärme. Er bietet damit ein Kompendium zum Verständnis der aktuellen Energiediskussion. Zum Schluss erfolgt ein Ausblick auf vielversprechende, aber technologisch noch unausgereifte Verfahren.

Table of Contents

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Um zu illustrieren, wie schnelllebig die Welt energiepolitischer Konzepte ist, zitiere ich aus einem Lehrbuch von 1966 (Baehr; s. Literatur):
Es ist Aufgabe der Energietechnik, die zur Durchführung technischer Verfahren benötigte Exergie als mechanische Nutzarbeit oder als elektrische Energie bereitzustellen. Diese Exergie stammt aus den auf der Erde vorhandenen Exergiequellen; diese sind vor allem die fossilen und nuklearen Brennstoffe, deren chemische Bindungsenergie bzw. deren nukleare Energie in mechanische und elektrische Energie umzuwandeln ist. Weitere Exergiequellen sind die Wasserkräfte, deren potentielle Energie ausgenutzt wird, und die kinetische Energie des Windes sowie die der Erde zu gestrahlte Sonnenenergie.
Wolfgang Osterhage
2. Dampfkraftanlagen
Zusammenfassung
Der Umwandlungsprozess bei Wärmekraftanlagen geschieht folgendermaßen: Ein fossiler Brennstoff gibt bei der Verbrennung die in ihm enthaltene chemische Bindungsenergie ab. Diese kann über geeignete Trägermedien dazu benutzt werden, sich in mechanische Arbeit umzuwandeln. Als Energieträger betrachten wir in diesem Abschnitt den Dampf. Der wiederum gibt einen Teil seiner verwertbaren Energie an eine Turbine ab, die einen Generator antreibt, der elektrischen Strom erzeugt.
Wolfgang Osterhage
3. Solarkraftwerke
Zusammenfassung
Wie der Name schon besagt, wird in Solarkraftwerken über einen thermischen Zwischenschritt elektrischer Strom aus Sonneneinstrahlung gewonnen. Dabei macht man sich nicht die Lichteigenschaften, sondern die in der Sonnenstrahlung mitgeführte Wärmeenergie zu Nutze. Aber nichtsdestoweniger gewinnt man letztendlich Elektrizität aus Sonnenlicht. Im Gegensatz zur Photovoltaik, die in kleineren, dezentralen Einheiten eingesetzt wird, arbeitet ein Solarkraftwerk im Leistungsbereich von mehreren Hundert Megawatt. Da thermische Energie auch zwischengespeichert werden kann, funktioniert die Stromerzeugung durch solche Kraftwerke auch bei mangelhafter oder gar keiner Sonneneinstrahlung.
Wolfgang Osterhage
4. Photovoltaik
Zusammenfassung
Die Sonne strahlt Licht und Wärme in Richtung Erde ab. Beide Anteile verringern sich von den ursprünglichen jährlichen 1,5 × 1018 kWh durch die tatsächliche aktuelle Beschaffenheit der Atmosphäre (Wolken, Luftfeuchtigkeit, Staub etc.). Das Licht, welches die Nähe des Erdbodens bzw. auf Schiffen die Wasseroberfläche erreicht, kann mittels des Photoeffekts zur Gewinnung von elektrischem Strom genutzt werden. Dazu werden Solarzellen verwendet, die normalerweise in Solarmodule eingebunden sind. Die Gesamtheit aller verbundenen Solarmodule nennt man Photovoltaikanlage.
Wolfgang Osterhage
5. Windkraft
Zusammenfassung
Bevor wir zu den eigentlichen Anwendungen kommen, werde ich noch einen Schritt zurück machen und beim Wind selbst anfangen – seine Entstehung und die Randbedingungen für seine Nutzung. Gefolgt werden diese Bemerkungen durch eine Ergänzung der physikalischen Grundlagen.
Wolfgang Osterhage
6. Biomasse
Zusammenfassung
Obwohl technologisch erhebliche Unterschiede bestehen, unterscheiden sie sich, sowohl was die ursprüngliche Herkunft des Energieträgers angeht, als auch dessen Umwandlung in nutzbare Energie nicht grundsätzlich von dem, was über konventionelle Kraftwerke mit fossilen Energieträgern ausgeführt wurde: Organische Stoffe werden verbrannt und die beim Verbrennungsprozesse frei werdende chemische Bindungsenergie zum Betrieb von mechanisch-elektrischen Komponenten genutzt.
Wolfgang Osterhage
7. Biogas
Zusammenfassung
Der Energieträger beim Biogaseinsatz zur Energieumwandlung ist Methan. Es gibt daneben bei der Biogasentstehung noch weitere andere Gase, die aber nur bzgl. des Wirkungsgrades einer Gesamtanlage eine Rolle spielen. Biogas wird gewonnen als Nebenprodukt in landwirtschaftlichen Betrieben, aus Abfällen der Ernährungsindustrie und Entsorgungsanlagen (Klärwerke). Die Erzeugungsrate selbst hängt natürlich von der Art der organischen Primärstoffe ab.
Wolfgang Osterhage
8. Erdwärme
Zusammenfassung
In diesem Abschnitt geht es wiederum um einen Energieträger, der anscheinend unerschöpflich ist, die Erdwärme. Es wird differenziert zwischen den einfachen Systemen für den Hausgebrauch und größeren Kraftanlagen.
Im ersten Teil werden wir das Thema Wärmepumpe aufgreifen. Es geht um das Erdreich als Energielieferant, und welche Quellen dafür zur Verfügung stehen, sowie welche Systemlösungen es grundsätzlich geben kann.
Wolfgang Osterhage
9. Wasserkraft
Zusammenfassung
Es gibt zwei Methoden, Wasserkraft zur Erzeugung von elektrischem Strom zu nutzen:
  • Einbringen von Turbinen in Staustufen in fließenden Gewässern und
  • Pumpspeicherkraftwerke.
Wolfgang Osterhage
10. Weitere Ansätze
Zusammenfassung
An dieser Stelle soll noch auf zwei zukunftsweisende Vorhaben hingewiesen werden, die möglicherweise eines Tages zum Energiemix beitragen könnten:
  • die Kernfusion und die Brennstoffzelle.
Wolfgang Osterhage
11. Schluss
Zusammenfassung
Neben den rein technologischen und wirtschaftlichen Fragen gibt eine Reihe von weiteren Kriterien, die bei der Auswahl bestimmter Verfahren berücksichtigt werden müssen. Dazu gehören:
  • Versorgungssicherheit,
  • technische Sicherheit,
  • Verfügbarkeit,
  • vorhandene Transportnetze,
  • eventuelle Leitungsverluste bei der Übertragung über längere Entfernungen.
Wolfgang Osterhage
Backmatter
Metadata
Title
Die Energiewende: Potenziale bei der Energiegewinnung
Author
Wolfgang Osterhage
Copyright Year
2015
Electronic ISBN
978-3-658-10245-6
Print ISBN
978-3-658-10244-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-10245-6