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1997 | Buch | 2. Auflage

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Erneuerbare Energien

Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte

herausgegeben von: Priv. Doz. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Dr.-Ing. Andreas Wiese

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Professional Book Archive

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Über dieses Buch

Die Nutzung regenerativer Energien zur Energieversorgung ist nicht neu; in der Geschichte der Menschheit waren erneuerbare Energien sehr lange Zeit die haupt sächlich genutzte Möglichkeit zur Energiebereitstellung. Dies änderte sich erst mit der industriellen Revolution, in der Steinkohle und damit fossile Energieträger zunehmend an Bedeutung gewannen. Später kam das Erdöl hinzu, das aufgrund seiner Vorteile bezüglich Transport und Verarbeitung zum heute primär einge setzten Energieträger wurde. Mit dem zunehmenden Einsatz fossiler Energieträger zur Energieversorgung ging - zumindest in den Industriestaaten - der Einsatz regenerativer Energien zurück; bezogen auf das Gesamtenergieaufkommen und ab gesehen von wenigen Ausnahmen sind sie heute fast bedeutungslos. Die Nutzung fossiler Energieträger ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden; sie werden von der Industriegesellschaft, die an der Schwelle zum 21. Jahrhundert bezüglich möglicher Umwelt- und Klimagefahren sowie anderer negati ver Folgen zunehmend sensibilisiert ist, immer weniger toleriert. Der sauere Regen und das Ozonloch zählen ebenso zu diesen Gefahren wie der Treibhauseffekt. Des halb gewinnt die Suche nach umwelt- und klimaverträglichen sowie allgemein akzeptierbaren Alternativen zur gegenwärtigen Energiebereitstellung zunehmend an Bedeutung. Hier werden in die vielfältigen Möglichkeiten zur Nutzung regenera tiver Energien von weiten Teilen der Bevölkerung, insbesondere in Deutschland, große Hoffnungen und Erwartungen gesetzt. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel des vorliegenden Buches, einen Über blick über die wichtigsten Techniken zur Nutzung regenerativer Energien zu geben.

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung und Aufbau

Zusammenfassung

Ziel der Ausführungen dieses Buches ist es, die Möglichkeiten zur Nutzung des regenerativen oder erneuerbaren Energieangebots in Deutschland darzustellen und zu diskutieren und damit die Basis für eine Bewertung zu schaffen. Dabei werden sowohl die physikalischen und technischen Grundlagen dargestellt als auch Kenngrößen erarbeitet, die eine Einordnung dieser Optionen in das Energiessystem Deutschland ermöglichen. Um dem Anspruch einer einfachen, verständlichen und transparenten Darstellung der verschiedenen Optionen zur Nutzung regenerativer Energien möglichst nahe zu kommen, sind die einzelnen Kapitel, in denen die unterschiedlichen Möglichkeiten erläutert werden, vergleichbar aufgebaut — soweit dies möglich und sinnvoll ist.

Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese

2. Grundlagen des regenerativen Energieangebots

Zusammenfassung

Die Energieströme auf der Erde speisen sich aus verschiedenen Quellen, die im folgenden zunächst dargestellt werden. An der gesamten auf der Erde umgesetzten Energie hat dabei die Sonnenenergie einen Anteil von über 99,9%. Die von der Sonne auf die Erde eingestrahlte Energie wird innerhalb der Atmosphäre geschwächt und teilweise in andere Energieformen (z. B. Wind, Wasserkraft) umgewandelt. Deshalb wird auf den Aufbau und die wesentlichen Eigenschaften der Erdatmosphäre ebenfalls näher eingegangen. Diesem schließt sich die Bilanzierung der globalen Energieströme an.

Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese

3. Solarthermische Wärmenutzung

Zusammenfassung

Ein Teil der solaren Strahlungsenergie kann mit Hilfe von Absorbern (z. B. Sonnenkollektoren, Wände, Fußböden) in Wärme umgewandelt werden. Zusammen mit den anderen notwendigen Komponenten bilden die Absorber die Solaranlage. Solaranlagen sind also Anlagen, die Solarstrahlung in Wärme wandeln und sie für Anwendungen wie beispielsweise Schwimmbadwassererwärmung, Warmwasserbereitung oder Raumwärmenachfragedeckung nutzbar machen. Dabei spricht man von passiver Solarenergienutzung, wenn das Gebäude oder Teile davon selbst die Funktion der Solarenergieaufnahme, Wandlung und Speicherung übernehmen. Dies ist z. B. bei Wintergärten oder bei bewußter Südausrichtung von Gebäuden der Fall. Alle anderen thermischen Solarenergiesysteme werden als aktiv bezeichnet. Im folgenden werden zunächst für beide Nutzungsmöglichkeiten die wesentlichen physikalischen Grundlagen der Energiewandlung dargestellt (vgl. /3–1, 3–2, 3–3/).

Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese

4. Photovoltaische Stromerzeugung

Zusammenfassung

Neben der solarthermischen Wärmegewinnung stellt die photovoltaische Stromerzeugung eine weitere Form der direkten Nutzung solarer Strahlungsenergie dar. Im Unterschied zur Solarthermie wird hier die solare Energie allerdings direkt in elektrische Energie gewandelt. Im folgenden werden die wesentlichen physikalischen Grundlagen dieser Energiewandlungstechnik dargestellt (vgl. /4–1, 4–9, 4–18, 4–36, 4–37, 4–38, 4–39/).

Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese

5. Stromerzeugung aus Windenergie

Zusammenfassung

Mit Hilfe von Windkraftkonvertern kann die in den strömenden Luftmassen enthaltene kinetische Energie nutzbar gemacht werden. Die dieser Energieumwandlung zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhänge werden im folgenden dargestellt und diskutiert.

Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese

6. Stromerzeugung aus Wasserkraft

Zusammenfassung

Eine Wasserkraftanlage dient dazu, die potentielle Energie des Wassers nutzbar zu machen. Die theoretische im Wasser enthaltene Leistung p _Wa,thzwischen zwei bestimmten Stellen im Fluß kann dabei nach Gleichung (6.1) berechnet werden (vgl. Kapitel 2.4.1).

Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese

7. Erdwärmenutzung

Zusammenfassung

In den oberflächennahen Erdschichten wird die Temperatur maßgeblich durch die solare Einstrahlung und Abstrahlung, Niederschläge, Grundwasser und Wärmeleitung im Gestein beeinflußt. Aufgrund der Temperatur oberflächennaher Erdschichten, die in Tiefen von einigen Zentimetern in etwa der jeweiligen Außentemperatur und in Tiefen von 10 bis 20 m etwa der Jahresmitteltemperatur entspricht, ist eine direkte Wärmenutzung nicht möglich. Erst unterhalb von 10 bis 20 m Tiefe beginnt der Temperaturanstieg gemäß dem geothermischen Gradienten, der im Mittel etwa 3 K pro 100 m Tiefenzunahme beträgt (vgl. Kapitel 2). Die durch geeignete Wärmetauscher den oberflächennahen Schichten entzogene Wärme muß deshalb mittels einer Wärmepumpe auf ein für die Wärmenutzung geeignetes Temperaturniveau angehoben werden.

Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese

8. Zusammenfassender Vergleich

Zusammenfassung

In den Kapiteln 3 bis 7 werden die verschiedenen Nutzungsmöglichkeiten erneuerbarer Energien im einzelnen behandelt; dabei wurde jeweils die Technik bzw. Systemtechnik dargestellt und ausgewählte technische, ökonomische und ökologische Kenngrößen ermittelt. Damit ist noch keine Aussage darüber getroffen, wie die einzelnen Techniken für die Nutzbarmachung erneuerbarer Energien untereinander und im Vergleich zu den jeweiligen Möglichkeiten zur Nutzung fossiler Energieträger zu sehen sind. Daher werden im folgenden die einzelnen Möglichkeiten zur Nutzung erneuerbarer und fossiler Energien gegenübergestellt. Dabei können aber immer nur Techniken sinnvoll miteinander verglichen werden, die die gleiche End- bzw. Nutzenergie bereitstellen (d. h. Stromerzeugungsoptionen und Wärmebereitstellungssysteme). Deshalb wird bei der folgenden Gegenüberstellung im wesentlichen unterschieden zwischen den Möglichkeiten zur Stromerzeugung und einer Wärmebereitstellung, ggf. auch im Rahmen der Kraft-Wärme-Kopplung.

Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese

Backmatter

Titel: Erneuerbare Energien
herausgegeben von: Priv. Doz. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt
Dr.-Ing. Andreas Wiese
Copyright-Jahr: 1997
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-07117-5
Print ISBN: 978-3-540-63219-1
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-07117-5

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