„Die Atomenergie und ihre Alternativen in Deutschland … · Millionen Menschen, die...

Projektarbeit: „Die Atomenergie und ihre Alternativen in Deutschland und Thüringen“ Karl Bernhardt und Nick Liedloff

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„Die Atomenergie und ihre Alternativen in Deutschland und Thüringen“

eingereicht von: Karl Bernhardt und Nick Liedloff Klasse 10d Betreuer: Herr Rode


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1 Einleitung ...................................................................................................................... 4 2 Themenbeschreibung..................................................................................................... 5 3 Atomenergie .................................................................................................................. 6

3.1 Geschichte ............................................................................................................. 6 3.2 Grundlagen ............................................................................................................ 6

3.2.1 Druckwasserreaktor ....................................................................................... 7 3.2.2 Siedewasserreaktor ........................................................................................ 8

3.3 Aktuelle Entwicklungen ...................................................................................... 10 3.4 Daten und Fakten................................................................................................. 11 3.5 Pro........................................................................................................................ 13 3.6 Contra .................................................................................................................. 13 3.7 Fazit ..................................................................................................................... 14

4 Alternativen der Energieerzeugung............................................................................ 15 4.1 Windkraft............................................................................................................. 17

4.1.1 Geschichte ................................................................................................... 17 4.1.2 Grundlagen .................................................................................................. 17 4.1.3 Daten und Fakten......................................................................................... 20 4.1.4 Aktuelle Entwicklung und Ereignisse ......................................................... 23 4.1.5 Pro................................................................................................................ 24 4.1.6 Contra .......................................................................................................... 24 4.1.7 Fazit ............................................................................................................. 25

4.2 Wasserkraft .......................................................................................................... 26 4.2.1 Geschichte ................................................................................................... 26 4.2.2 Grundlagen .................................................................................................. 26 4.2.3 Daten und Fakten......................................................................................... 29 4.2.4 Aktuelle Entwicklung.................................................................................. 31 4.2.5 Pro................................................................................................................ 32 4.2.6 Contra .......................................................................................................... 32 4.2.7 Fazit ............................................................................................................. 32

4.3 Biomasse.............................................................................................................. 34 4.3.1 Geschichte ................................................................................................... 34 4.3.2 Grundlagen .................................................................................................. 35 4.3.3 Aktuelle Entwicklung.................................................................................. 40 4.3.4 Daten und Fakten......................................................................................... 40 4.3.5 Pro................................................................................................................ 42 4.3.6 Contra .......................................................................................................... 42 4.3.7 Fazit ............................................................................................................. 42

4.4 Sonnenenergie (Photovoltaik und Solarthermie)................................................. 44 4.4.1 Photovoltaik................................................................................................. 44 4.4.2 Solarthermie (solarthermische Energiegewinnung) .................................... 49

4.5 Geothermie .......................................................................................................... 56 5 Energieerzeugung in Thüringen .................................................................................. 57

5.1 Alternative Energieträger in Thüringen............................................................... 59 5.1.1 Sonnenenergie (Photovoltaik und Solarthermie)......................................... 59 5.1.2 Windkraft..................................................................................................... 60 5.1.3 Wasserkraft .................................................................................................. 61 5.1.4 Geothermie .................................................................................................. 62 5.1.5 Biomasse...................................................................................................... 62

6 Beschreibung des Produktes........................................................................................ 64 7 Zusammenfassung ....................................................................................................... 65


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8 Eigenständigkeitserklärung ......................................................................................... 66 9 Quellenangaben ........................................................................................................... 67


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1 Einleitung In den letzten Monaten war der Klimawandel ein beherrschendes Thema in den Medien. Wetterextreme wie Stürme, aber auch der ungewöhnlich milde Winter machen viele Menschen nachdenklich. Natürlich setzen auch wir, die jüngere Generation, uns mit der Frage auseinander, wie die Zukunft unseres Planeten aussehen wird. Durch den Film „Die Wolke“, der an die Ereignisse von Tschernobyl 1986 anknüpft sowie durch den Störfall im AKW Forsmark im Juli 2006 wurden wir angeregt, die Möglichkeiten und Gefahren der Atomkraft genauer zu untersuchen. Dazu kommt, dass der beschlossene Atomausstieg Deutschlands inzwischen in Frage gestellt wird. Außerdem wollten wir die Möglichkeiten und Grenzen alternativer Energieformen gegenüberstellen. Nach unserer Meinung können diese einen erheblichen Anteil an der Energieversorgung bekommen und damit zur Verhinderung des Klimawandels bzw. zur Eindämmung seiner Folgen beitragen. Ferner stellt man sich als Schulabgänger die Frage, welchen Lehrberuf man ergreifen kann und welche Industriezweige Zukunft haben. Die Betriebe, die sich mit den alternativen Energieformen beschäftigen, stellten seit 1990 200.000 Mitarbeiter ein. Darüber hinaus vergrößert sich der Anteil der alternativen Energieformen weltweit und schafft damit weitere Arbeitsplätze in der Zukunft. Wir wollen in unserer Projektarbeit diese beiden Aspekte betrachten und beschreiben, welche Zusammenhänge zwischen zukunftsfähiger Energieversorgung und der Schaffung von Arbeitsplätzen besteht.


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2 Themenbeschreibung Ursprünglich war geplant, die Untersuchungen auf das Land Thüringen zu begrenzen. Da hier allerdings nicht alle Energieformen vorhanden sind (z. B. Fehlen von Atomkraftwerken), schien uns die Ausweitung auf eine Betrachtung der gesamten BRD unumgänglich. Jede untersuchte Energieform wird in einem Kapitel beschrieben, das Aussagen zu ihrer Geschichte, Grundlagen, evtl. aktuellen Ereignissen, Pro und Contra sowie ein Fazit enthält. Diagramme und Grafiken wurden eingefügt, um die Untersuchungsergebnisse zu veranschaulichen. Die alternativen Energieformen wurden von Karl Bernhardt, die Atomenergie vorrangig von Nick Liedloff bearbeitet.


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3 Atomenergie

3.1 Geschichte Das erste zivile Kernkraftwerk der Welt wurde 1954 im russischen Obninsk erfolgreich in Betrieb genommen, es hatte eine elektrische Leistung von 5 MW. Fast zeitgleich wurde im Jahr 1955 in Calder Hall (England) ein weiteres Kernkraftwerk errichtet, welches 1956 mit einer Leistung von 55 MW ans Netz ging und daher auch als erstes kommerzielles Kernkraftwerk der Welt bezeichnet wird. In den meisten frühen Kernkraftwerken kamen Siedewasserreaktoren zum Einsatz, da diese einfacher zu konstruieren und zu regeln sind. Inzwischen sind dagegen Druckwasserreaktoren üblicher, die höhere Leistungsdichten (Leistung pro Reaktorblick) haben. Das erste Kernkraftwerk Deutschlands war der Versuchsatomkraftwerk in Kahl mit einer Leistung von 16 MW, der in 1960 erbaut wurde1. Es folgten der Mehrzweckforschungsreaktor Karlsruhe (1965) und der KKR Rheinsberg (1966-1990), ein Druckwasserreaktor sowjetischer Bauart in Brandenburg (damals DDR). Alle noch in Deutschland im Betrieb befindlichen Kernkraftwerke wurden von der Siemens AG oder deren ehemaliger Tochter, der Kraftwerk Union (KWU), gebaut. Ausnahmen bilden die Kraftwerke mit Siedewasserreaktoren (Brunsbüttel, Isar I, Philippsburg I und Krümmel). Sie wurden von der AEG begonnen und von der KWU fertig gebaut, nachdem die Kernkraftsparte der AEG in der KWU aufging.

Im April 1986 ereignete sich der bislang schwerste Störfall in einem Kernkraftwerk im ukrainischen Prypjat im Reaktor Tschernobyl, bei dem der Block 4 explodierte und erhebliche Mengen radioaktiver Nuklide in die Atmosphäre gerieten. Die Explosion des Reaktors ist auf menschliches Versagen sowie bauartbedingte Mängel (vor allem auf das Fehlen technischer Einrichtungen, die die leichtfertige Fehlbedienung verhindert hätten) zurückzuführen. Der Störfall wurde zunächst tagelang vertuscht, bis man auch in Skandinavien stark erhöhte Radioaktivitätswerte messen konnte und die sowjetische Regierung durch den enormen öffentlichen Druck gezwungen war, die Havarie einzugestehen. Der neueste Auftrag (2004) für den Bau eines Atomkraftwerkes in Europa wurde vom finnischen

Energieversorgungsunternehmen Teollisuuden Voima Oy für den Standort Olkiluoto an Framatome ANP erteilt. Der Bau soll 3 Mrd. € kosten und im Jahr 20092 an das Netz gehen. Da es aber erheblichen Verzug bei der fachgerechten Ausführung der Reaktorhülle gibt, scheint dies fraglich. Mit dem Gesetz zum Atomausstieg von 2002 wurde in Deutschland vereinbart, den Atomausstieg bis 2020 zu realisieren. Die ersten Atomkraftwerke, die auf Basis dieses Gesetzes stillgelegt wurde, waren das KKW Stade 2003 und Obrigheim 2005.

3.2 Grundlagen


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Atomkraftwerke (auch Kernkraftwerke genannt) dienen der Gewinnung elektrischer Energie aus Kernenergie. Dabei erfolgt in einem Kernreaktor eine gesteuerte Kernspaltung, bei der thermische Energie freigesetzt wird. Diese thermische Energie wird über eine

Energieumwandlungs-kette (siehe Abbildung) in elektrische Energie umgewandelt. Atomkraftwerke nutzen ähnlich wie Kohlekraftwerke die Energie von Wasserdampf, um an

Stromgeneratoren gekoppelte Turbinen anzutreiben. Der Reaktor spielt dabei die Rolle des mit Kohle befeuerten Kessels. Die Wärme entsteht durch die Kernspaltung. Die Brennstäbe im

Reaktorkern enthalten Tabletten, so genannte Pellets, mit einem Anteil des spaltbaren Uran-235 von 2 - 5 Prozent. Es gibt verschiedene Reaktormodelle: Bei Leichtwasserreaktoren werden die Brennstäbe mit Wasser gekühlt. Das bremst die anfangs sehr schnellen Neutronen so weit ab, dass die Kernspaltung ablaufen kann (Moderation). Die Leistung des Reaktors lässt sich mittels so genannter Steuerstäbe regulieren. Beim Anfahren des Reaktors werden die Steuerstäbe langsam aus dem Reaktorkern zurückgezogen, zum Abschalten müssen sie vollständig hinein gefahren werden.

3.2.1 Druckwasserreaktor In Deutschland sind vor allem Druckwasserreaktoren wie Biblis und Brokdorf in Betrieb. Solche Reaktoren haben zwei Kühlkreisläufe (Primär- und Sekundärkreislauf). Im Primärkreislauf ist der Druck so hoch (etwa 150 bar), so dass das Wasser auch bei über 300 Grad noch nicht kocht. Dieses superheiße Wasser erhitzt über einen Wärmetauscher das Wasser des Sekundärkreislaufs. Durch ein solches Zwei-Kreissystem wird erreicht, dass die radioaktiven Stoffe aus dem Reaktorkühlwasser auf den ersten Kühlkreislauf beschränkt bleiben und nicht die Turbine und den Kondensator verstrahlen. Das Wasser im Sekundärkreislauf verdampft. Der heiße Dampf wird über eine Turbine geleitet, die mit einem Generator gekoppelt ist. Hier wird der Strom erzeugt. Anschließend wird der Dampf im Kondensator wieder verflüssigt und in den Sekundärkreislauf zurückgeleitet.

Abbildung 1 Schema einen Kernreaktor Quelle: www.kernenergie.net


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Abbildung 2 Schema eines Druckwasserreaktor3

3.2.2 Siedewasserreaktor In einem Siedewasserreaktor ist der Kühlkreislauf weniger komplex als in einem Druckwasserreaktor. Siedewasserreaktoren wie in Krümmel oder Gundremmingen haben nur einen Kühlkreislauf und arbeiten mit geringerem Druck. Das Kühlwasser verdampft beim Durchfluss durch den Reaktorkern. Der rund 280 Grad heiße Dampf ist radioaktiv, deshalb können Dampfleitungen und Turbine radioaktive Ablagerungen enthalten und erfordern bei Reparaturen erhöhte Anforderungen im Umgang mit den demontierten Teilen.

Abbildung 3 Schema eines Siedewasserreaktor4

Wie in jedem Kondensationskraftwerk wird in Atomreaktoren nur rund ein Drittel der durch Kernspaltung erzeugten Wärme zur Stromerzeugung genutzt. Der größere Teil der Energie wird als Abwärme in die Umwelt abgegeben. Die normale Leistung eines AKW beträgt im Durchschnitt 1500 MW. Die nachfolgende Grafik veranschaulicht die Lage und Größe der deutschen Atomkraftwerke.


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Abbildung 4 Atomkraftwerke in Deutschland 5

Zur Nutzung der Atomenergie muss auch gesagt werden, dass dies nicht ohne Unfälle mit erheblichen Schäden für Menschen und Umwelt erfolgt. Nachfolgend sind einige der Unfälle 6 in Atomkraftwerken aufgeführt.

• Windscale/Sellafield (England), 8.Oktober 1957: In einem für militärische Zwecke genutzten Reaktor des Atomkomplexes bricht Feuer aus. Radioaktive Spaltprodukte verseuchen großflächig die Umgebung und sind bis nach Irland nachzuweisen.

• Tscheljabinsk (Russland), Dezember 1957/Januar 1958: Auf dem Gelände des

Atomkomplexes Majak im Südural ereignet sich ein schwerer Unfall, möglicherweise die Explosion eines Tanks mit radioaktiven Abfällen. Details sind bis heute nicht bekannt.

• Harrisburg (USA), 27./ 28. März 1979: In Block 2 des Atomkraftwerkes Three

Mile Island kommt es infolge einer ganzen Pannenserie zum Verlust von Kühlwasser. Der Reaktor überhitzt sich, ein Teil des Brennstoffs schmilzt. Im


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Reaktordruckbehälter bildet sich eine Wasserstoffblase. Glücklicherweise explodiert sie nicht.

• Tschernobyl (Ukraine), 26. April 1986: Während eines Experiments gerät Block 4

des ukrainischen Atomkraftwerks in einen instabilen Zustand. Der Versuch einer Schnellabschaltung heizt die Kettenreaktion wegen eines Konstruktionsfehlers noch weiter an. Wenige Sekunden später explodiert der Reaktor und wird völlig zerstört. Eine radioaktive Wolke verteilt den Fallout über weite Teile Europas. In der Region Tschernobyl (Ukraine) und in Weißrussland wird 15 Jahre später (2001) die Anzahl der Toten in der Zivilbevölkerung mit 10.000 beziffert, die Angaben zu den gestorbenen Aufräumarbeiter/innen schwanken zwischen 25.000 und 100.000. Die Rate von Krebserkrankungen der Schilddrüsen hat sich bei Kindern mehr als verdoppelt, ebenso die Brustkrebsrate bei Frauen. In der Ukraine sind 84% der drei Millionen Menschen, die Radioaktivität aufgenommen haben, als krank registriert, darunter eine Millionen Kinder.

• Tokaimura (Japan), 30. September 1999: In der etwa 100 Kilometer nordöstlich

von Tokio gelegenen Brennelement-Fabrik befüllen Arbeiter einen Tank mit 16 Kilo Urangemisch anstatt der vorgeschriebenen 2,3 Kilo. Es kommt zu einer unkontrollierten Kettenreaktion mit hoher Strahlung.

• Forsmark (Schweden), 25. Juli 2006: Nach einem Kurzschluss fällt die

Notstromversorgung teilweise aus, eine elektronische Überwachung des Reaktors ist etwa 20 Minuten lang nicht gewährleistet. Experten sprechen vom schwersten Zwischenfall seit Tschernobyl und Harrisburg.

3.3 Aktuelle Entwicklungen Mit dem Atomgesetz 2002 beschloss man endgültig einen langfristigen Ausstieg Deutschlands aus der Atomenergienutzung, indem man eine Änderung des Atomgesetzes durchzog. Durch das geänderte Atomgesetz wurde die Vereinbarung zwischen der Bundesregierung und den Energieversorgungsunternehmen vom 14. Juni 2000 juristisch abgesichert. Die vier großen Energieversorgungskonzerne hatten in dieser Vereinbarung (Atomkonsens) die Entscheidung der Bundesregierung und des Gesetzgebers akzeptiert, die Risiken der Atomenergienutzung neu zu bewerten und vereinbarten folgende Rahmenbedingungen: Das neue Atomgesetz enthält folgende Vorschriften7:

• Verbot des Neubaus von kommerziellen Atomkraftwerken und die Befristung der Regellaufzeit der bestehenden Atomkraftwerke auf durchschnittlich 32 Jahre seit Inbetriebnahme

• Erzeugung von maximal 2,62 Millionen Gigawattstunden (GW/h) Strom in deutschen AKWs

• Erstmals Pflicht zu regelmäßigen Sicherheitsüberprüfungen der Atomkraftwerke • Die Regierung ist verpflichtet, bis zum Zeitpunkt der Beendigung der AKWs den

geordneten Betrieb sicherzustellen. • Verbot von Abgabe bestrahlter Brennelemente aus Atomkraftwerken an

Wiederaufarbeitungsanlagen (WAA). • Betreiber von AKWs sind verpflichtet, an den Standorten ihrer Anlagen

Zwischenlager für abgebrannte Brennelemente zu errichten und zu nutzen.


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• Für den Fall eines nuklearen Schadens sind die AKW-Betreiber verpflichtet, eine Haftpflichtversicherung in Höhe von 2,5 Milliarden € abzuschließen.

Bis Ende 2005 sind aufgrund dieser Regelungen zwei deutsche Atomkraftwerke stillgelegt worden. Bereits wenige Wochen nach der Unterzeichnung der Atomkonsens-Vereinbarung hatte das Unternehmen EON die vorzeitige Stilllegung des AKW Stade angekündigt, die schließlich am 11. November 2003 vollzogen wurde. Am 11. Mai 2005 wurde das AKW Obrigheim, das älteste deutsche Atomkraftwerk, außer Betrieb genommen. Die Strommengen für die Kraftwerke Biblis A, Biblis B, Neckarwestheim I und Brunsbüttel sind bereits soweit erschöpft, dass mit dem Auslaufen dieser Anlagen bis 2009 zu rechnen ist, sofern sie weiterhin unter Volllast betrieben werden oder keine Strommengen auf diese Anlagen übertragen werden. Vor allem seit dem Regierungswechsel 2005 ist eine politische Debatte über die Verlängerung der Laufzeiten für die Atomkraftwerke entbrannt, deren Auswirkungen noch nicht absehbar sind.

3.4 Daten und Fakten In diesen Abschnitt sind wichtige Daten zur Kernkraftnutzung aufgeführt und die wichtigste Erkenntnis zu dem jeweiligen Diagramm 8.

Atomkraftwerke in Deutschland (Nennleistung und Men ge der Energieerzeugung 2005)

7.799,4

6.274,8

6.348,7

7.311,1

7.629,6

9.331,2

6.098,1

10.671,2

9.648,0

10.826,7

10.514,1

11.490,2

11.418,6

11.987,3

11.715,6

11.487,4

11.577,1

340

1.167

771

785

1.240

878

1.345

890

1.275

1.260

1.284

1.288

1.360

1.392

1.370

1.400

1.329

1.269

910,1KWO Obrigheim / Neckar - 1968

Biblis A / Rhein - 1974

KKB Brunsbüttel / Elbe - 1976

GKN 1 Neckarwestheim / Neckar 1 - 1976

Biblis B / Rhein - 1976

KKI 1 Isar / Isar - 1977

KKU Esensham / Unterweser - 1978

KKP Philippsburg 1 / Rhein - 1979

KKG Grafenrheinfeld / Main -1981

KKK Krümmel / Elbe - 1983

KRB Gundremmingen B / Donau - 1984

KRB Gundremmingen C / Donau - 1984

KWG Grohnde / Weser - 1984

KKP Philippsburg 2/ Rhein -1984

KBR Brokdorf / Elbe - 1986

KKI 2 Isar / Isar - 1988

KKE Emsland / Dortmund-Ems-Kanal - 1988

GKN 2 Neckarwestheim / Neckar 2 - 1989

Bruttostromerzeugung (GWh) 2005

Leistung MW

Die Grafik veranschaulicht, dass die überwiegende Zahl der deutschen AKWs bereits über 20 Jahre in Betrieb sind. Ebenfalls wird deutlich, dass die Nettoleistung eines einzelnen Kraftwerks deutlich über denen von anderen Energieträgern wie Wasserkraft oder Windkraft liegt. Beispielsweise haben die 3 größten AKWs 2005 genau soviel Energie erzeugt wie die derzeit installierten Windenergieanlagen.


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Vergleich der Energieerzeugung aus Atomkraft und re generativen Energien in Deutschland 1996-2006

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

Erz

eugt

e E

nerg

ie in

GW

h

Kernenergie

Summe von Wind-, Biomasse, Wasserkraft und Photovoltaik

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 200619971996 Die in Deutschland erzeugte Energie mittels Atomkraft9 ist in den letzten 10 Jahren annähernd konstant geblieben. Im Vergleich hierzu ist die mittels regenerativen Energien erzeugte Energiemenge noch geringer, steigt aber seit 2002 deutlich an. Wenn die Entwicklung der regenerativen Energien so weiter geht wie bisher, dann können diese ab 2023 soviel erzeugen wie alle AKWs zusammen. Das würde dann auch den Erwartungen durch den Atomausstieg entsprechen10.

Anzahl in Betrieb Leistung in MW

Anzahl im Bau

Leistung in MW

Prozent an der Gesamtenergie

USA 104 104.200 - - 19 Frankreich 59 66.130 - - 78 Japan 56 49.858 2 2335 29 Russland 31 23.242 3 3000 16 Großbritannien 23 12.852 - - 20 Korea (Republik) 20 17.716 - - 45 Kanada 18 13.349 - - 15 Deutschland 17 21.366 - - 26 Indien 15 3.260 8 3880 - Ukraine 15 13.818 - - 48 China 10 7.878 3 3120 - Schweden 10 9.198 - - 47 Spanien 9 7.876 - - 20 Belgien 7 6.092 - - 56 Slowakische Republik 6 2.640 - - 56….. Summe weltweit 444 389.617 23 19.417

In der Tabelle 11 ist ein Auszug der 15 Länder mit den meisten AKWs und deren Planung bezüglich Neubauten von AKWs dargestellt. Wenn man die Anzahl der geplanten AKWs mit der Anzahl der derzeitig in Betrieb befindlichen AKWs vergleicht, so kann man nicht von einer Renaissance der Atomkraftnutzung sprechen.


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3.5 Pro

• Ein AKW ist im Gegensatz zu Windkraftwerken ein Grundlastkraftwerk, das etwa 7000-8000 Volllaststunden pro Jahr erreicht. Im Vergleich hierzu schaffen Windkraftanlagen (Offshore) 4000 Stunden.

• Die normale Leistung eines AKW liegt durchschnittlich bei 1500 MW, was im Vergleich zu den alternativen Energieformen (bis auf Wasserkraft) immer noch ein Spitzenwert ist. Dieser Vorteil erlaubt eine zentrale Vorsorgung mit Energie.

• Bei relativ kleinen Mengen Kernbrennstoff ist eine hohe Gewinnung von elektrischer Energie möglich.

• Deutschland ist bei dem Bau von AKWs eines der weltweit führenden Länder. • Durch die AKWs erzeugte Energie werden jährlich ca. 150 Mio. t CO2 eingespart,

wenn man diese mit Kohlekraftwerken ersetzen müsste. In der Klimaschutzdebatte wird immer nur jenes CO2 berücksichtigt, welches während des Kraftwerksbetriebs direkt im Kraftwerk entsteht. Emissionen, die anfallen, während die Brennstoffe gewonnen, bearbeitet, und zwischengelagert werden, finden in dieser Debatte in der Regel keine Berücksichtigung. Doch der Betrieb von Uranerzminen und Urananreicherungsanlagen, der Transport von Atommüll und auch der Bau und Abriss von Atomkraftwerken verursachen CO2-Emissionen12.

3.6 Contra • Durch menschliches Versagen oder technische Pannen können radioaktive Stoffe

freigesetzt werden und dadurch im Extremfall ganze Gebiete strahlenverseucht und unbewohnbar werden. Ein solcher Fall trat 1986 im ukrainischen Kernkraftwerk Tschernobyl auf, wo es durch menschliches Versagen zu einer Explosion in einem der Kernreaktoren kam und viele Tonnen radioaktives Material in die Atmosphäre gelangten. In der Folge wurde selbst im über 1 500 km entfernten Deutschland eine erhöhte Radioaktivität registriert.

• Mit den abgebrannten Brennelementen entsteht radioaktiver Abfall, der wegen der langen Halbwertszeiten und der Gefährlichkeit verschiedener Stoffe jahrtausende sicher gelagert werden muss. So entsteht z. B. in jedem Kernreaktor in den Brennelementen auch hochgiftiges Plutonium. In abgebrannten Brennelementen ist das etwa 1 % des Abfalls. In Deutschland gibt es bisher kein atomares Endlager. Die Abfälle lagern auf dem Gelände eines AKWs und stellen damit ein potentielles Risiko dar.

• AKWs sind für Schäden bis zu einer Höhe von 2,5 Mrd. € versichert. In einem dicht besiedelten Land wie Deutschland würde ein Unfall wie Tschernobyl Schäden zwischen 2.500-5.000 Mrd. € verursachen. Diese müssten dann durch die Allgemeinheit bezahlt werden. Jeder Haus- oder Autobesitzer muss eine Haftpflichtversicherung für Schäden, die von ihm ausgehen, abschließen, da ist es unverständlich, dass für den Betrieb eines AKW keine umfassende Versicherung notwendig ist. Wenn man die Kosten für eine derartige Haftpflichtversicherung umrechnen würde auf den Kilowattstundenpreis der Atomenergie, dann würde der Preis pro Kilowatt auf Werte zwischen 21,5-50ct steigen13.

• Deutschland ist sehr abhängig vom Energieträger Uran, da dieses keine heimische Ressource ist (sondern importiert werden muss). Der Abbau des Urans erfolgt unter erheblicher Umweltzerstörung (uranhaltige Lösungsflüssigkeit gefährdet Grundwasser), die Gesundheit der Bergbauarbeiter wird aufs Spiel gesetzt (an Lungenkrebs zu erkranken).


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• Aktuell wird weltweit doppelt soviel Uran verbrannt, wie gefördert wird. Dies führt zu extrem steigenden Preisen in den letzten 5 Jahren.

• Auch wenn ein AKW eine durchschnittliche Leistung von 1500 MW besitzt, ist der Wirkungsgrad (33 %) im Vergleich zu dem von einem Wasserkraftwerk (80-90%) oder einer Windenergieanlage (bis 85%) relativ gering.

• AKWs arbeiten auch aufgrund der hohen Investitionskosten rund um die Uhr. Das führt mancherorts zu ökonomisch und ökologisch unsinnigen Nutzungen wie dem Einsatz von Nachtspeicheranlagen in Deutschland oder der nächtlichen Beleuchtung von Autobahnen in Belgien.

3.7 Fazit Wir hätten uns bestimmt nicht für dieses Thema entschieden, wenn wir Atomenergie befürworten würden. Zwar gelten die heutigen AKWs als wesentlich sicherer als die vor 20 Jahren (oder mehr) wie in Tschernobyl 1986, doch ein Restrisiko bleibt immer. Dass zeigt das Beispiel in Schweden im Juli letzten Jahres. Dass auch immer wieder neuer radioaktiver Abfall verlagert werden muss, tut der Menschheit nicht grade gut. Gut dagegen finden wir, dass der Atomausstieg bis spätestens 2021 in Deutschland bereits beschlossene Sache ist. Für andere große Nationen wie USA, Frankreich oder Japan gilt das leider nicht.


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4 Alternativen der Energieerzeugung Von den Alternativen der Energieversorgung sprechen wir, wenn es sich um die Nutzung erneuerbarer Energieträger handelt. Darunter fallen alle die Energieträger, bei deren Nutzung keine Ressourcen (wie Öl etc.) unwiederbringlich verbraucht werden bzw. die sich selbst wieder erneuern, wie z.B. Biomasse durch Wachstum der Pflanzen. Im Unterschied zur Kernenergie und den Energieträgern wie Öl, Gas und Kohle entsteht bei der Nutzung der erneuerbaren Energieträger kein CO2 oder nur in der Menge, die beim Wachstum der Rohstoffe wie Holz oder anderer Nutzpflanzen gebunden werden. Die Nutzung der erneuerbaren Energieträger kann grundsätzlich in die Erzeugung von Wärmeenergie und elektrischer Energie unterteilt werden. Um einen Vergleich über die Nutzung der verschiedenen Energieträger zu ermöglichen, ist im nachfolgenden Diagramm die Verteilung in Deutschland dargestellt.

Struktur der Energiebereitstellung mit erneuerbaren Energien in Deutschland 2005

45,6

16,3

13,5 12,9

8,1 1,8

1

0,8

3,6

biogene Brennstoffe - Wärme Windkraft

Biokraftstoffe Wasserkraft

Biogene Brennstoffe - Strom Solarthermie

Geothermie Photovoltaik

Summe am Gesamtenergieverbrauch in Deutschland 6,6% oder 167 TWh

Struktur des Primärenergieverbrauchs in Deutschland 2005

35,9

22,8

12,9

12,5

11,2

4,70,01

Mineralöl Erdgas Steinkohle Kernkraft

Braunkohle Erneuerbare Sonstige

Abbildung 5 Struktur der Primärenergie in Deutschland und der erneuerbaren Energien 200514

Um sich die Menge an Energie vorzustellen, die mit erneuerbaren Energieträgern in Deutschland erzeugt wurde, ist der Vergleich hilfreich, dass mehr Energie erzeugt wurde, als in Argentinien, Norwegen, Schweden, Thailand, Indonesien, Niederlande oder der Türkei. Anderseits verdeutlicht dies auch, dass Deutschland enorm viel Energie verbraucht. Weltweit ist Deutschland der viertgrößte Energieverbraucher und pro Kopf haben wir den drittgrößten Verbrauch. Oder anders ausgedrückt- der Energieverbrauch Deutschlands ist ca. doppelt so groß wie der von ganz Afrika. Durch den Einsatz von erneuerbaren Energieträgern hat Deutschland seit 1990 seinen CO2-Ausstoff von 1029 Mio. t auf 860 Mio. t im Jahr 2006 gesenkt, und das bei gleichem Energieverbrauch. Damit ist Deutschland noch nicht der Spitzenreiter weltweit, aber es verdeutlicht, welchen Beitrag die erneuerbaren Energien bei der Reduzierung des Co2-Ausstoßes und damit gegen den Klimawandel leisten können15. In der nächsten Tabelle 16 ist das Potential der erneuerbaren Energien in Deutschland dargestellt. Ihre Funktionsweise, Nutzung und welche Vor- und Nachteile sie haben, beschreiben wir in den nachfolgenden Kapiteln.


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Nutzung 2005

Potential Leistung

Stromerzeugung TWh TWh/ Jahr MWWasserkraft 21,5 25 5.200Windenergie- an Land 27,3 68 35.000- Offshore - 135 35.000Biomasse 13,5 50 10.000Photovoltaik 1,3 105 115.000Geothermie 0,0002 150 25.000Summe 63,5 533Anteil bezogen auf Stromverbrauch 2005 10,4% 87%Wärmeerzeugung TWh TWh/ JahrBiomasse 76,3 150Geothermie 1,6 330Solarthermie 3 300Summe 80,9 780Anteil bezogen auf die Wärmeerzeugung 2004 5,3% 51%Kraftstoffe TWh TWH/ JahrBiomasse 22,6 155Anteil bezogen auf den Kraftstoffverbrauch 2005 3,8% 26% Abbildung 6 Langfristiges Potential der erneuerbaren Energien


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4.1 Windkraft

4.1.1 Geschichte Die heutigen Windkraftwerke wurden aus der Windmühlentechnik und dem Wissen über Aerodynamik entwickelt. Im 19. Jahrhundert gab es in Europa mehr als 200 000 Windmühlen, welche durchweg zum Mahlen von Getreide benutzt wurden. Da sich Wasserkraftwerke und Wärmekraftwerke aber als effektiver erwiesen, blieb der Anteil an der Elektroenergieerzeugung aber sehr gering. Bereits 1920 bewies Albert Betz, dass man physikalisch maximal 59,3 % Energie vom Wind nutzen kann. Anfang der 1980er Jahre vertraute man bei Windkraftwerken auf das dänische Konzept, wo man auf eine einfache Konstruktion mit einer heute allgemein üblichen horizontalen Rotationsachse sowie drei luvseitigen Rotorblättern setzte, um so robuste Windenergieanlagen zu erhalten. Erwähnenswert ist, dass diese Anlagen danach ständig an Größe zunahmen. In Dänemark wurden damals die Grundlagen für die moderne Windenergienutzung gelegt. Als 1991 das Stromeinspeisungsgesetz eingeführt wurde, hatte der Aufschwung der Windenergie auch in Deutschland begonnen. In den letzten Jahren des 20. Jahrhunderts sorgten die politischen Rahmenbedingungen für einen Boom der Windenergieanlagenhersteller und förderten die industrielle Fertigung. Die Entwicklung führte neben immer größeren Anlagen aber auch zu politischen Auseinandersetzungen zwischen Investoren, Gegnern und Befürwortern der Windenergienutzung. Mit dem darauf folgenden Gesetz, dem „ Erneuerbare-Energien-Gesetz17“, setzte sich diese Entwicklung fort. Nach der Statistik für das Jahr 2005 ist Deutschland Weltmarktführer bei der Windenergie, sowohl betreffs der installierten Leistung als auch der Produktion von Windanlagen und Anlagenteile. Heute schon erzeugt die Windenergie anteilmäßig mehr Energie als die Wasserkraft in Deutschland.

4.1.2 Grundlagen Das Grundprinzip eines Windkraftwerks ist, dass der Rotor (oder die Luftschraube) durch Windbewegungen in eine Drehung versetzt wird. Diese Drehungen werden an einen Generator weitergeleitet und dieser wandelt die mechanische Energie (Drehung) in elektrischen Strom um.

4.1.2.1 Aufbau Im nachfolgenden Abschnitt wird der Aufbau eines Windkraftwerks am Beispiel seiner wesentlichen Bestandteile erläutert.


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Abbildung 7 Schema einer Windenergieanlage18

Rotor (mit Blatt und Nabe): Der Rotor ist die wichtigste und zugleich kostspieligste Komponente einer Windkraftanlage. Die Rotorblätter entnehmen Windenergie aus der Luft, die dem

Generator zugeführt wird. Sie sind für einen Teil der Betriebsgeräusche verantwortlich, weshalb sie nicht nur laufend auf einen höheren Wirkungsgrad, sondern auch auf Geräuschminderung hin optimiert werden. Der Rotordurchmesser liegt bei den heute üblichen Anlagen etwa zwischen 40 bis 120 Meter. Die meisten Rotorblätter bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder Kohlenstofffasern. Sie sind außerdem mit einem

Blitzsystem ausgerüstet, das die Entladung an die Erdung des Maschinengebäudes abgibt. In der Rotornabe sind die Rotorblätter befestigt. Die Rotornabe ist mit der langsam laufenden Antriebswelle des Getriebes verbunden.

Getriebe: Das Getriebe befindet sich zwischen der Antriebswelle, auf der die Rotorblätter sitzen, und auf der Welle, die den Generator antreibt. Das Getriebe sorgt dafür, dass der Generator mit der Drehzahl angetrieben wird, in dessen Bereich er die gewünschte elektrische Spannung erzeugt. Da die Drehzahl der Rotorblätter je nach Windgeschwindigkeit bis zu 50 mal schneller ist, regelt das Getriebe die Kraftübertragung und Anpassung an die für den Generator erforderliche Drehzahl. Zum Einsatz kommen verschiedene Getriebeformen, wie z.B. das Stirnrad- oder Planetengetriebe. Diese unterscheiden sich in ihrer Bauweise (kompakt oder weniger kompakt) und dem Wirkungsgrad der Kraftübertragung.


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Generator: Der Generator wird bei einer WEA für die Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie eingesetzt. Hier wird durch ein sich drehendes magnetisches Feld eine Induktionsspannung erzeugt. Diese Spannung wird anschließend mit einem Transformator, der sich im Turm oder in der Nähe der Anlage befindet, auf 10000 V bis 30000 V hoch transformiert. Die Drehzahl des Generators sollte konstant gehalten werden und wird über das Getriebe in dem erforderlichen Drehzahlbereich gehalten. Die elektrische Leistung beträgt bei einer normalen Anlage gegenwärtig 600 bis 4500 KW. Generatoren werden auf Lebensdauer, Gewicht, Größe, Wartungsgrad und Kosten optimiert. Bremse: In einer WEA sind aktuell zwei unabhängig von einander wirkende Bremsen eingebaut. Die Bremsen sollten in der Lage sein, im Notfall die gesamte Bewegungsenergie des Rotors und des Generators aufzunehmen. Deshalb müssen sie sehr leistungsfähig sein. Die eine Bremse ist eine so genannte Betriebsbremse, welche direkt auf der Antriebwelle des Generators sitzt und über Scheibenbremsen bremst. Die zweite Bremsenart (Blattspitzenbremsung) sorgt dafür, dass die Blätterform des Rotors angepasst werden kann. Dabei wird das Blatt so gedreht, dass es den Wind nicht mehr so gut aufnimmt und dem entsprechend der Rotor nicht mehr so schnell dreht bzw. abgebremst wird. Schaltanlage & Regelsystem: Das Regelsystem hat die Aufgabe, den Rotor und die Rotorblätter so in den Wind zu drehen, dass möglichst viel Windenergie aufgenommen wird. Die Energieausbeute wird so optimal den Windverhältnissen angepasst. Bei zu hohen Windgeschwindigkeiten sorgt das Regelsystem dafür, dass der Rotor und die Rotorblätter nicht überbeansprucht werden. Beispiele für derartige Regelungen sind die Stallregelung und die Pitchregelung. Bei zu großen Windgeschwindigkeiten werden die Rotorblätter in Fahnenstellung gedreht und der Rotor läuft im Leerlauf. Lässt der Wind nach, stellt das Regelsystem die Windenergieanlage wieder in den Wind. Gondel: Sie ist bis zu mehreren hundert Tonnen schwer und beinhaltet Generator, Bremse, Getriebe sowie die Schaltanlage mit Regelsystem. Wegen der großen auftretenden Kräfte an Bremse und Getriebe muss sie als stabile Schweißkonstruktion realisiert werden. Außerdem sollte sie schallgedämpft sein (um die Schallabstrahlungen von Getriebe und Generator zu reduzieren). Das Wartungspersonal kann vom Turm aus in die Gondel einsteigen.

Turm: Der Turm trägt und stützt den Rotor sowie die Gondel. Er ist somit eines der hoch belasteten Bestandteile einer WEA, da er unter allen Betriebsbedingungen den

Schwingungen der Gondel und den auftretenden Windkräften sicher widerstehen muss. Ein hoher Turm ist normalerweise von Vorteil, denn je höher die Lage ist, umso mehr steigt die Windgeschwindigkeit. Türme unterscheiden sich zwischen Hohlturm und Gitterturm. Während Hohltürme für das Servicepersonal sicherer sind, weil man auf einer innen angebrachten Leiter nach oben klettern kann, werden Gittertürme hauptsächlich deshalb verwendet, weil sie billiger sind.


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Der gegenwärtig größte Turm hat eine Höhe von 180 m. Der Turm und die Rotoren prägen im Wesentlichen das Erscheinungsbild einer WEA (Windenergieanlage). Eine WEA wird dort aufgestellt, wo viel und gleichmäßig starker Wind herrscht. Bei Anlagen, die im Landesinneren aufgestellt werden, findet man diese Bedingungen in höheren Luftschichten (oberhalb von 50 Metern). Deshalb werden die Türme der WEA bei Anlagen im Landesinneren immer größer. Dagegen herrscht am Meer starker und kontinuierlich wehender Wind. Diese Standorte werden zusehen durch den Bau von Offshore-Anlagen (im Meer oder in den küstennahen Gebieten stehend) erschlossen. Daher der Wind schon in niedriger Höhe gleichmäßig stark bläst, müssen die Türme hier nicht so hoch sein. Netzanschluss: Über den Netzanschluss wird die WEA an das Stromnetz angeschlossen. Er überträgt den in der WEA erzeugten Strom ins Stromnetz. Es gibt verschiedene Ausführungen des

Netzanschlusses. Bei der direkten Netzkopplung wird die WEA direkt an das Stromnetz angeschlossen. Da der Strom nur mit konstanter Spannung und Frequenz in das Netz eingeleitet werden kann, stellt diese Form des Netzanschlusses hohe Anforderung an die Regelung des Generators. Die am weitesten verbreitete Anschlussform ist die indirekte Netzkopplung. Bei indirekter Netzkopplung erfolgt die Anbindung über einen zwischengeschalteten Gleichstromkreis. In diesen wird der durch die Anlage erzeugte Wechselstrom- mit

wechselnder Frequenz zunächst in Gleichstrom und anschließend wieder in Wechselstrom- mit der notwendigen Frequenz und Spannung umgewandelt. Dadurch ist ein drehzahlvariabler Betrieb der Windkraftanlage möglich. Fundament:

Das Fundament bildet die Verankerung der Windkraftanlage im Erdreich und muss ein Kippen und Einsinken der Anlagen verhindern. Bei den Fundamenten unterscheidet man zwischen Flachfundamenten und Tiefgründung. Flachfundamente werden überall dort eingesetzt, wo ein tragfähiger Baugrund vorhanden ist. Bei besonders weichem Baugrund werden so genannte Tiefgründungen bzw. Pfahlfundamente eingesetzt.

4.1.3 Daten und Fakten In diesen Abschnitt sind wichtige Daten zur Windenergienutzung aufgeführt und die wichtigste Erkenntnis zu dem jeweiligen Diagram.


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Anzahl der Windenergieanlagen und installierte Leis tung in Deutschland 1990-2006

405806

1.2111.797

2.617

3.6554.326

5.193

6.205

7.879

9.359

11.438

13.759

15.387

16.543

17.574

18.685

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

20.000

Anz

ahl

0

5000

10000

15000

20000

25000

inst

allie

rte

Leis

tung

[MW

]

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Der steile Anstieg19 lässt sich mit der Förderung der Windenergie begründen. Das Stromeinspeisegesetz (1991-2000) und das Erneuerbare-Energien-Gesetz20 (seit 2000) und die damit verbundene Förderung der Windenergie führten zu dem starken Anstieg der Windenergienutzung.

Entwicklung der Windenergienutzung in Deutschland 1 990-2006

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

20.000

Anz

ahl A

nlag

en

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

Erz

eugt

e E

nerg

ie [G

Wh]

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Aus dieser Grafik ist ersichtlich, dass 200621 im Vergleich zu 1990 mit weniger Windenergieanlagen mehr Strom erzeugt wurde. Die Anlagen wurden größer und erzeugten mehr Strom als 1990.


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Installierte Leistung der Windenergie in MW weltwei t (Stand 2005)

18.448

10.027

9.149

4.438

3.128

1.717

1.353

1.260

1.219

1.040

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000

Deutschland

Spanien

USA

Indien

Dänemark

Itailien

Großbritanien

China

Niederlande

Japan

MW

Deutschland ist bei der Nutzung der Windenergie weltweit führend. Das Potential von Ländern wie Spanien, Indien, China und USA wird noch nicht in vergleichbarem Maß ausgenutzt wie in Deutschland22.

Anzahl der Windenergieanlagen in den Bundesländern 2005

0

46

54

57

261

271

444

522

695

761

1135

1652

2033

2395

2740

4508

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Berlin

Bremen

Saarland

Hamburg

Baden Würtenberg

Bayern

Thüringen

Hessen

Sachsen

Rheinland Pfalz

Mecklenburg Vorpommern

Sachsen-Anhalt

Brandenburg

Nordrhein-Westfalen

Schleswig-Holstein

Niedersachsen

Anzahl

Aus diesen Zahlen geht klar hervor, dass die Windkraftnutzung23 in den nördlichen Bundesländern wesentlich verbreiteter ist. In Schleswig-Holstein beispielsweise stammen mittlerweile schon weit über 30 % des Stroms aus Windenergie. Einschließlich der Offshore- Windparks könnte das Küstenland 2010 sogar 50 % seines Stroms aus Windenergie decken.


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1980 1985 1990 1995 2000 2005Nennleistung [KW] 30 80 250 600 1500 5000Rotordurchmesser [m] 15 20 30 46 70 115Nabenhöhe [m] 30 40 50 78 100 120Jahresenergieertrag [kWh] 35.000 95.000 400.000 1.250.000 3.500.000 17.000.000 Abbildung 8 Entwicklung der Windkraftanlagen 24

In den letzten 25 Jahren wurden die Höhe und der Rotordurchmesser von Windkraftanlagen kontinuierlich vergrößert. Der Ertrag je Anlage wuchs in der gleichen Zeit um den Faktor 500. Heute kann eine einzige Windkraftanlage eine Kleinstadt mit 15.000 Einwohnern mit Strom versorgen. Dies führt bereits dazu, dass bestehende Windparks überarbeitet werden und die Anzahl der WEA reduziert, aber die Energieausbeute vergrößert wird. Das wird am nachfolgenden Bildbeispiel veranschaulicht.

Abbildung 9 Umbau eines Windparks25

In Deutschland leistet die Windenergie den größten Anteil zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Von dem weltweit wachsenden Interesse an der Nutzung der Windenergie profitiert die deutsche Wirtschaftsindustrie durch zunehmenden Export. Sie gehört zu den Technologie- und Weltmarktführern.

4.1.4 Aktuelle Entwicklung und Ereignisse Gegenwärtig werden eine Reihe von Offshore- Windparks (im Meer) geplant und erste Pilotanlagen installiert. Der Vorteil der Offshore- Anlagen besteht darin, dass diese in küstennahen Gebieten aufgebaut werden und dort einen gleichmäßig starken Wind nutzen können. Darüber hinaus kann eine Offshore- WEA 50% mehr Energie erzeugen als eine an Land installierte WEA, da auf dem Meer mehr und gleichmäßigerer Wind bläst. Mit den Offshore- WEA kann die Anzahl der Volllaststunden (jährliche Stundenanzahl, in denen die WEA ihre volle Leistung erbringt) auf ca. 4000 Stunden gesteigert werden.

Vorher Windpark Bassens (Niedersachsen)

Nachher


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Damit ist die Versorgungssicherheit identisch zu einen Gas-, Kohle- oder Atomkraftwerk. Die Herausforderung bei den Offshore- WEA sind die Anschlüsse der WEA an das Stromnetz mittels Kabel und die Einhaltung der Naturschutzauflagen in Vogelbrutgebieten wie dem Wattenmeer. Nach Untersuchungen des Bundesumwelt -Ministeriums26 können bis 2030 Offshore- WEA mit einer Leistung von 25.000 MW installiert werden. Das würde eine Verdopplung der installierten Leistung für Windenergie gegenüber heute bedeuten. Die Entwicklung dort hin sieht vor,

500 MW Offshore- Windleistung bis Ende 2007 und 2.000 bis 3.000 MW bis 2010 zu installieren.

4.1.5 Pro Im folgenden Abschnitt werden Vorteile der Windenergie27 zusammengefasst.

• Windenergie ist eine regenerative Energie, bei deren Nutzung kein klimaschädliches CO2 erzeugt wird. Darüber hinaus steht der Wind als quasi Rohstoff unbegrenzt zur Verfügung. Die Windenergie ist weltweit verfügbar und wird nicht wie Öl durch eine kleine Zahl an Ländern verkauft, die wiederum den Preis für Öl bestimmen können.

• 2005 konnten 23 Mio. t CO2 durch die Stromerzeugung mittels Windenergie in Deutschland eingespart werden.

• Bis 2020 kann der Anteil der Windenergie an der Stromerzeugung auf 20% in Deutschland gesteigert werden. Damit könnten 83 Mio. t CO2 eingespart werden

• Die Kosten für die Energieerzeugung mittels Windenergie konnten seit 1990 um 60% gesenkt werden. Damit ist die Windenergie heute schon günstiger als die Strompreise für Öl und Kohle. Hinzu kommt, dass der Preis für Öl und Gas seit 1991 von durchschnittlich 18 Dollar pro Barrel auf 50 Dollar im Jahr 2005 stieg. Im Jahr 2006 wurde sogar ein Spitzenwert von 78 Dollar erreicht.

• Bereits heute sind 64.000 Menschen mit der Herstellung von WEA beschäftigt. Die Windenergie- Branche plant, bis 2020 weitere 60.000 Arbeitsplätze zu schaffen. Die Windenergie sichert Arbeitsplätze für unterschiedliche Qualifikationen. Die Spanne reicht vom Handwerker über den Techniker und Ingenieur bis zum Juristen und Wirtschaftswissenschaftler. Schweißer, Elektromonteure und Kunststofftechniker werden genauso benötigt wie Betriebswirte, Kaufleute, IT- Spezialisten und Physiker.

• Die deutschen Hersteller von WEA verkaufen 64% ihrer Produkte (Gesamtwert 4,5 Mrd. €) außerhalb von Deutschland. Dieser Anteil sichert bei steigender Nachfrage nach WEA z.B. aus China- Arbeitsplätze in Deutschland und hilft dabei, den CO2-Ausstoß in China zu reduzieren.

• Bei dem Bau und der Nutzung von WEA sind keine Risiken von großen Umwelt-Schädigungen wie bei der Kernkraft zu erwarten.

4.1.6 Contra

• Eine Schwäche der Windenergie ist der zeitlich unregelmäßig wehende und in seiner Intensität schwankende Wind. Diese Schwäche soll durch eine


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Weiterentwicklung der Regeltechnik und Verbesserung der Rotorform entschärft werden, da WEA dann auch bei schwächerem Wind mehr Energie produzieren.

• Die WEA erzeugen mit den sich drehenden Rotoren starke Geräusche. Dies muss bei der Auswahl des Standortes für eine WEA beachtet werden. Hierfür gibt es Grenzwerte und Mindestabstände zu Wohnhäusern. Zum Vergleich: Eine WEA erzeugt ca. 45dBa an einem benachbarten Wohngebäude; im Vergleich hierzu erzeugt der Straßenverkehr an Durchfahrtsstrassen Lärm von 55-75dBa.

• Durch die sich drehende Rotoren können durchziehende Vögeln verletzt werden. Dies kann verhindert werden, wenn WEA nicht zu nah an Vogelschutzgebieten installiert werden.

• Windkraftgegner behaupten nicht selten, WEA wären unästhetisch und würden Landschaften entstellen.

4.1.7 Fazit Die Vorteile der Windkraft überwiegen deutlich gegenüber ihren Nachteilen. Die Markt- und Technologieführung Deutschlands auf dem Gebiet der Windkraftnutzung ist sehr erfreulich und stärkt unsere Wirtschaft. Es wäre wünschenswert, dass andere Länder das Potential dieser umweltfreundlichen Art der Energiegewinnung ebenfalls verstärkt nutzen. Der Vorwurf der Unästhetik ist meiner Meinung nach haltlos- ein Kernkraftwerk beispielsweise ist mit Sicherheit nicht schöner anzusehen. Auch die Lärmbelästigung ist genau genommen nicht so gravierend, wie oft behauptet wird. In Zukunft wäre sicherlich eine Kombination der Wasserstofftechnik und der Windenergie vorstellbar. Darunter ist zu verstehen, dass mit der erzeugten Windenergie Wasserstoff hergestellt wird (Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch Elektrolyse). Der so gewonnene Wasserstoff könnte dann in Rohleitungen transportiert und in Brennstoffzellen wieder in Strom umgewandelt werden. Damit könnte man Energie dort und dann erzeugen, wenn diese gebraucht wird. So könnte der Hauptnachteil der Windkraft (Unregelmäßigkeit) relativiert werden.


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4.2 Wasserkraft Die Nutzung der Wasserkraft zur Erzeugung elektrischer Energie zählt deshalb zu den regenerativen Energiequellen, da der Rohstoff Wasser und die Bewegung des Wassers durch den Kreislauf des Wassers immer wieder bereitgestellt wird. Darüber hinaus entsteht bei der Nutzung der Wasserkraft zur Stromerzeugung kein klimaschädliches CO2.

4.2.1 Geschichte Die Erfindung des Wasserrads stellte einen Meilenstein in der Entwicklung der Technik dar, da durch die Nutzung der Wasserkraft gegenüber der Muskelkraft zusätzlich mechanische Energie nutzbar gemacht werden konnte. Zu Anfang dienten Wasserräder der Bewässerung in der Landwirtschaft, als Schöpfrad zum Heben von Wasser. Solche Schöpfräder sind seit Jahrhunderten in verschiedenen Kulturen verbreitet, etwa in Ägypten, Syrien, Indien und China. Man geht davon aus, dass die ersten Wasserschöpfräder um 1200 v. Chr. in Mesopotamien betrieben wurden. In der römischen Zeit wurden Wasserräder auch für den Antrieb von Mahlmühlen genutzt. Ab dem 9. Jahrhundert gab es viele Mühlen in Zentralfrankreich, von wo aus sie sich in Mitteleuropa ausbreiteten. Später wandelte sich der Einsatzzweck hin zu Ölmühlen, Walkmühlen, Sägemühlen, Hammerwerken und Schleifmühlen. Bei der beginnenden Industrialisierung diente das Wasserrad zum Antreiben von Maschinen über die ersten Riemengetriebe. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts ermöglichten es die aufkommenden Wasserturbinen, viel größere Wassermengen und höhere Gefälle auszunutzen. Durch die Einführung der Elektrizität musste die Energie nicht mehr vor Ort mechanisch übertragen werden, sondern konnte in elektrischen Strom umgewandelt werden. Diese Bauformen bilden die Grundlage für die heutigen Turbinen in den Wasserkraftwerken.

4.2.2 Grundlagen Die grundsätzliche Funktionsweise einer Wasserkraftanlage lässt sich so beschreiben, dass die mechanische Energie des Wassers genutzt wird, um einen Generator anzutreiben, der diese mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Alle Wasserkraftwerke basieren auf diesem Prinzip und unterscheiden sich lediglich in der Bauform. Das nachfolgende Bild zeigt den Aufbau eines Laufwasserkraftwerks.


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4.2.2.1 Aufbau

2

1

3

4

5

6

7

Abbildung 10 Schema eines Laufwasserkraftwerks28

1. Staudamm Das Wasser wird durch den Staudamm aufgestaut und am weiteren Abfluss gehindert. Der Staudamm wird üblicherweise an einer schmalen Stelle des Flusslaufs errichtet. Durch das Aufstauen des Flusses entsteht vor der Staumauer ein Stausee. Der aktuell größte Stausee der Welt ist der Volta-Stausee in Ghana29 mit einer Fläche von 8.482 km² und die Kariba-Talsperre mit einem Stauvolumen von 180.000 Mio. m³. Es gibt verschiedene Bauformen der Staumauer, wie z.B. Gewichtsstaumauer, Bogenstaumauer und Pfeilerstaumauer. 2. Rechen Der Rechen sorgt dafür, dass keine großen Gegenstände durch die Rohrleitung zu der Turbine kommen und kann dazu genutzt werden, dass der Ablauf des Stausees nicht verstopft. 3. Rohrleitung Die Rohrleitung leitet das Wasser aus dem Stausee zur Turbinenschaufel. 4. Turbine In der Turbine wird das Turbinenrad durch das hindurchströmende Wasser gedreht und setzt über eine Welle den angeschlossenen Generator in Drehung. Es gibt verschiedene Konzepte von Turbinen, wie z.B. die Durchströmungs-, Kaplan-, Francis- und Peltonturbinen. Diese unterscheiden sich durch ihre Bauform, das Turbinenrad und den Wirkungsgrad, mit dem sich die mechanische Energie des Wassers in Drehbewegung umwandelt. 5. Generator Der Generator wird durch die Turbine angetrieben und wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um.


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6. Transformator Die vom Generator erzeugte Spannung wird durch einen Transformator von ca. 1000 V auf eine höhere Spannung transformiert und in das Energienetz eingespeist. 7. Unterwasser Das Wasser verlässt die Turbine nach Umströmen des Turbinenrads und sammelt sich unterhalb der Staumauer. Daran schließt sich der natürliche Wasserlauf des Flusses an, der aufgestaut wurde. Nachfolgend sind die wesentlichen Bauarten von Wasserkraftanlagen erläutert. Laufwasserkraftwerk: . Die Stauhöhe ist relativ gering und liegt meist unter 10 Meter. Das Wasser strömt über die Schaufeln einer Turbine, wobei meist Kaplanturbinen (Wirkungsgrad bis zu 95 %) eingesetzt werden. Diese sind nach dem österreichischen

Ingenieur Viktor Kaplan (1876-1934) benannt. Kaplanturbinen sind für geringe Fallhöhen und große Durchflussmengen konzipiert. Die Turbine ist über eine Welle mit einem Generator verbunden, in dem die Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. In Deutschland sind Laufwasserkraftwerke vor allen an den Flüssen Rhein, Weser, Mosel, Saar, Donau, Neckar und Main, aber auch

an vielen kleineren Flüssen zu finden. Es sind in der Regel Mehrzweckanlagen, die nicht nur der Elektroenergieerzeugung dienen, sondern auch dem Hochwasserschutz, der Grundwassersicherung, der Wasserversorgung und der Schiffbarmachung. Pumpspeicherkraftwerk: Sie sind eine spezielle Art von Wasserkraftwerken und arbeiten nicht kontinuierlich, sondern dienen der Deckung des Elektroenergiebedarfs in Spitzenbelastungszeiten. Ein Pumpspeicherkraftwerk besteht aus einem hoch gelegenen Oberbecken und einem tiefer liegenden Unterbecken. Somit sind die Fallhöhen des

Wassers wesentlich größer als bei Laufkraftwerken und können mehrere hundert Meter betragen. Als Turbinen nutzt man bei großen Fallhöhen Peltonturbinen (Wirkungsgrad: max. 90 Prozent) oder Francisturbinen (Wirkungsgrad: ca. 90 Prozent). Benannt sind sie nach ihren Konstrukteuren, dem US-amerikanischen Techniker Lester Allen Pelton (1829-1908) und dem englischen Ingenieur James Bicheno Francis (1815-1892). In Spitzenbelastungen strömt das Wasser aus dem Oberbecken über Rohrleitungen zu Turbinen, die mit Generatoren gekoppelt sind. In Zeiten niedrigeren Energiebedarfs, z. B. nachts, wird mit billigem Nachtstrom wieder Wasser in das Oberbecken gepumpt. Darüber hinaus verfügen manche Oberbecken auch über natürliche Zuflüsse.

Pumpspeicherkraftwerke sind also Anlagen mit Energiespeicher, die bei Bedarf angezapft werden. In Deutschland stehen Pumpspeicherkraftwerke mit einer Leistung von ca. 6600MW zur Verfügung. Die größten Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland sind:


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Anlage Bundesland Leistung in MW Baujahr1 Pumpspeicherwerk Goldisthal Thüringen 1060 20032 Pumpspeicherwerk Markersbach II Sachsen 1050 19793 Schluchseewerk: Hornbergstufe bei Wehr Baden-Württemberg 980 19754 Pumpspeicherwerk Waldeck II Hessen 440 19735 Schluchseewerk: Unterstufe Säckingen Baden-Württemberg 370 1967

Abbildung 11 Liste der größten Pumpspeicherwerke in Deutschland30

Gezeitenkraftwerk: Man kann Elektroenergie auch mit Hilfe von Ebbe und Flut erzeugen. Dabei wird der durch die Gezeiten entstehende Tidenhub genutzt. Deshalb werden solche Kraftwerke auch Gezeitenkraftwerke genannt. Eine Flussmündung oder eine Bucht wird

durch den Damm abgeregelt. Bei Flut gelangt das Wasser in die Bucht und treibt die Turbinen an. Bei Ebbe strömt es in der umgekehrten Richtung und die Turbinen werden ebenfalls wieder angetrieben. Das größte Gezeitenkraftwerk der Welt wurde 1967 bei St. Malo an der nordfranzösischen Atlantikküste in Betrieb genommen. Hier wurde eine 22 Quadratmeter große Bucht durch einen Damm abgeriegelt. 24 Turbinen liefern eine Leistung von 240 MW. Voraussetzung für den effektiven Betrieb eines Gezeitenkraftwerkes ist ein Tidenhub von mindestens 6 m. Diese Voraussetzung ist nur an relativ wenigen

Stellen erfüllt. Aktuell werden weitere Arten von Meeresenergiekraftwerken entwickelt, die auch die Strömung des Meeres ähnlich denen einer Windkraftanlage ausnutzen wollen. Die Gezeitenkraftwerke haben nur eine geringe Verbreitung.

4.2.3 Daten und Fakten In diesen Abschnitt sind wichtige Daten zur Wasserkraftnutzung aufgeführt und die wichtigste Erkenntnisse zu dem jeweiligen Diagramm.


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Stromerzeugung mit Wasserkraft von 1990-2005 in GWh pro Jahr

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

Erz

eugt

e Le

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ng in

GW

h

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Die mittels Wasser erzeugte elektrische Leistung ist über die letzten Jahre im Wesentlichen konstant geblieben. Die in 200531 erzeugte Leistung hatte einen Anteil von 3,5% an der deutschen Stromversorgung.

Wasserkraftnutzung und Potential nach Bundesländern

13614

6294

1500

815

700

414

362

350

320

169

101

45

5

11006

3970

849

287

388

62

14

233

75

133

7

0

5

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Bayern

Baden- Württemberg

Rheinland-Pfalz

Hessen

Nordrhein-Westfalen

Thüringen

Sachsen-Anhalt

Niedersachen

Sachsen

Saarland

Brandenburg

Mecklenburg-Vorpommern

Schleswig-Holstein

Leistung in GWh/Jahr

Genutzte Leistung GWh/ Jahr

Technisch mögliche Leistung GWh/Jahr

Deutlich zu erkennen ist, dass in den südlichen Bundesländern32 die Wasserkraftnutzung stärker ausgebaut ist. Das Potential ist bedingt durch die dort befindlichen Mittelgebirge und durch die ausgiebigeren Niederschläge wesentlich höher. Darüber hinaus wird das Potential in Deutschland noch nicht ausgenutzt.


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Die Anlagengrösse und deren Anteil an der Gesamtlei stung

93,2

5,20,9 0,5 0,2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

< 1 1 -10 10 - 20 20 - 50 > 50

Leistung in MW

Ant

eil i

n P

roze

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0

5

10

15

20

25

30

Ant

eil a

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roze

nt

Aktuell gibt es ca. 6000 Wasserkraftanlagen in Deutschland33. Dabei haben ca. 93% der Anlagen eine Leistung, die kleiner ist als 1 MW, und diese erzeugen ca. 7,5% der gesamten elektrischen Energie. Dagegen haben die Anlagen mit mehr als 50MW einen Anteil von ca. 20%, aber nur einen Anteil von 0,5% der Anlagenanzahl. Da die Anlagen mit mehr als 50MW überwiegend vor 1960 gebaut wurden, geht man davon aus, dass durch Modernisierung (Steigerung des Wirkungsgrades) der Anlagen eine Leistungssteigerung von 30% erzielt werden könnte. Ebenso sind noch zahlreiche Anlagen (kleiner als 1MW) stillgelegt, die man ebenfalls reaktivieren könnte. Ein Beispiel hierzu ist das Wasserkraftwerk bei Rudolstadt- Unterpreilipp, welches 1999 reaktiviert wurde.

Anlage Land Leistung in MW Fluss Baujahr1 Turuchansk 2 Russland 20000 Untere Tunguska geplant 20102 Drei Schluchten China 18200 Yangtze 20033 Itaipú Brasilien/ Paraguay 14000 Paraná 19834 Xiluodu 1 China 12600 Jinsha Jiang in Bau5 Guri (Raul Leoni) Venezuela 10300 Rio Caroni 19866 Tucurui Brasilien 8125 Rio Tocantins 19847 Sajano-Schuschensker Russland 6400 Jenissei 19898 Grand Coulee USA 6180 Columbia River 19429 Krasnojarsk Russland 6200 Jenissei 1980

10 Churchill Falls Canada 5428 Churchill River 1971

Die zehn größten Wasserkraftwerke34 befinden sich an den größten und wasserreichsten Flüssen der Welt. In Brasilien deckt die Wasserkraft 85% der Energieerzeugung ab. Durch das Kraftwerk am Yangtze kann China ab 2009 11% seines Energieverbrauches sicherstellen. Würde diese Energie mit Braunkohlekraftwerke erzeugt werden, würden 100 Mio. t CO2 die Umwelt belasten.

4.2.4 Aktuelle Entwicklung Die größten Potentiale zur Nutzung der Wasserkraft liegen in den südlichen Bundesländern, da hier der Voralpenraum für ein günstiges Gefälle sorgt. Die wesentlichen


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Potentiale der Wasserkraft liegen im Ersatz und in der Modernisierung vorhandener Anlagen. Das bei geeigneter staatlicher Förderung in den nächsten Jahren erschließbare Potential wird in Deutschland auf bis zu 800 MW geschätzt. Dabei müssen alle Umweltanliegen ausgewogen berücksichtigt werden.

4.2.5 Pro

• Global gesehen ist das Potential der Wasserkraft deutlich steigerbar. Gegenwärtig liegt die weltweite Nutzung erst bei 25% des wirtschaftlich nutzbaren Potentials. Diese Nutzung sollte jedoch in Einklang mit dem Naturschutz der Flusslandschaft erfolgen.

• Wasserkraftanlagen sind technisch ausgereift und besitzen Betriebszeiten von bis zu 80 Jahren, in denen sie mit einem Wirkungsgrad von bis zu 95% Energie erzeugen.

• Die in 2005 erzeugten 21,5 Mrd. KWh elektrische Energie vermeiden den Ausstoß von ca. 22 Mio. t klimaschädlichen CO235.

• Durch die hohe Verfügbarkeit der Wasserkraft über den Jahresverlauf kann die Wasserkraft ein fester Bestandteil der Grundlastabsicherung (Maß der ständig verfügbaren Energie) werden.

• Die Nutzung der Wasserkraft sichert heute ca. 10.000 Arbeitsplätze und wird mit einer Investitionssumme von ca. 1 Mrd. € bis 2012 weitere Arbeitsplätze schaffen36.

• Durchschnittlich liegen die Kosten zur Erzeugung einer KWh durch Wasserkraft bei 6-9 ct. Damit sind diese heute schon konkurrenzfähig gegenüber denen aus Kohle- und Gaskraftwerken.

• Talsperren bieten als Nebeneffekt oft schöne Naherholungsmöglichkeiten, wie man in Thüringen am Beispiel der Saale- , Bleiloch- und Hohenwarte- Talsperren.

4.2.6 Contra

• Der Bau von großen Staudämmen ist oft mit der Umsiedlung der Bewohner betroffener Gebiete verbunden. Nicht immer erfolgt (trotz finanziellen Ausgleichs) ein solcher Umzug freiwillig, schließlich verlieren Menschen ungern ihre Heimat. In unserer unmittelbaren Umgebung erlangte beim Bau der Talsperre Goldistal ein Herr Voigt aus Unterleibis eine gewisse Berühmtheit, weil er sich bis zuletzt weigerte, sein Haus zu verlassen.

• Bei der Planung der Wasserkraftanlagen sollte außerdem versucht werden, die ökologischen Veränderungen, Beeinträchtigung von Natur und Landschaft, Zerstörung des natürlichen Fließgewässers möglichst gering zu halten.

• Bei sehr großen Anlagen besteht das –wissenschaftlich nicht genau belegte- Risiko, dass die Rotation der Erde beeinträchtigt werden könnte.

4.2.7 Fazit Für uns ist Wasserkraft schon auf Grund des hohen Wirkungsgrads mit Sicherheit eine sinnvolle Alternative zur Atomkraft. Der nicht vorhandene CO2-Ausstoß, die dauerhafte Verfügbarkeit sowie die Vielfalt der Energienutzung (auch als Bewegungsenergie möglich) sind weitere Belege dafür, dass Wasserkraft in Zukunft weiter eine Rolle bei der Energieerzeugung spielen wird. Wenn man sich überlegt, dass die Wasserkraftanlage in Rudolstadt- Unterpreilipp Strom für 2800 37Haushalte liefert, dann kann man an einem


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praktischen Beispiel in der Nähe nachvollziehen, welchen Nutzen diese Form der Energieerzeugung bringt, und das ohne die Erzeugung von Abgasen oder klimaschädlichen Stoffen.


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4.3 Biomasse Die in der Biomasse biochemisch gespeicherte Sonnenenergie kann auch als nachwachsender Energieträger für die Gewinnung von Wasserstoff, elektrischer Energie oder als Kraftstoff genutzt werden. Die Verwendung von Biomasse zur Erzeugung von Wärme, elektrischer Energie oder als Kraftstoff ermöglicht eine ausgeglichene CO2-Bilanz, da nur die Menge CO2 ausgestoßen wird, die zuvor biochemisch gebunden wurde.

4.3.1 Geschichte In Entwicklungsländern ist Biomasse in Form von Holz, Pflanzenabfällen und Dung schon seit langer Zeit der wichtigste Energieträger. Es ist die natürlichste Sache der Welt, dass aus Pflanzen Biogas entsteht. Der italienische Physiker Allesandro Volta38 gehört zu den ersten, die das untersucht haben. Schon 1789 hat er ein brennbares Gas aufgefangen, das im Sediment des Lago da Como entstand. Viele bekannte Wissenschaftler, darunter Faraday, Davy und Dalton haben das Experiment von Volta nachvollzogen. Dieses leicht zu erhaltende Gas erfreute sich im 19. Jahrhundert einer großen Beliebtheit bei physikalischen und chemischen Experimentalvorlesungen. Schon Ende des 19. Jahrhunderts erkannte man das brennbare Gas, das bei der Zersetzung des Schlamms in Kläranlagen entsteht. Man bemühte sich sogar, diese Zersetzungsvorgänge zu fördern, weil damit die Menge des Schlamms vermindert und der Rest stabilisiert und hygienisiert wurde. Mit dem Gas konnte man allerdings nichts anfangen und ließ es in die Atmosphäre entweichen. Erst von etwa 1922 an wurde es aufgefangen und in das städtische Gasnetz eingespeist. Einige Klärwerke verdienten damit soviel, dass sie ihre Betriebskosten decken konnten. Da in Deutschland zwischen 1935 und 1955 Brennstoffe knapp waren, suchte man vor allem nach Ersatz für flüssige Treibstoffe, die für die Verbrennungsmotoren von Straßenfahrzeugen benötigt wurden. Eigentlich waren die Verbrennungsmotoren ursprünglich für Gase entwickelt worden. So kam man auf die Idee, die Gasproduktion von Klärwerken durch Zugabe von Pflanzen, vor allem pflanzliche Abfälle, zu erhöhen. Es wurden verschiedene Materialien im Labor untersucht und es wurden auch größere Mengen unter Praxisbedingungen verarbeitet. Die Bedingungen am Ende des 2. Weltkriegs ließen aber keine sehr systematischen Untersuchungen zu und viele Unterlagen sind verloren gegangen. Erst mit der Ölkrise wurde die Abhängigkeit von importiertem Öl in Frage gestellt und nach erneuerbaren Energieträgern gesucht. Pflanzen, die im eigenen Land immer wieder nachwachsen, schienen diesem Anspruch gerecht zu werden. Auf die Möglichkeit, pflanzliche Biomasse in Biogasanlagen zu nutzen, wurde in der Literatur immer wieder hingewiesen, über Pilotprojekte oder eine Umsetzung in die Praxis ist aber in Deutschland nichts bekannt. In anderen Ländern, z.B. in den USA und auch in Südostasien, geriet die üppig sprießende Vegetation ins Blickfeld. Von 1990 an entwickelten sich in Deutschland günstigere Bedingungen für die Nutzung von pflanzlicher Biomasse in Biogasanlagen. Durch das Stromeinspeisungsgesetz musste Strom aus erneuerbaren Energieträgern, darunter auch Biogas, von den Energieversorgungsunternehmen höher vergütet werden. Das verbesserte die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen und begünstigte die Entwicklung von kleinen


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Blockheizkraftwerken. Das Biogas wurde in einem Verbrennungsmotor, der oft aus einem Serien-Pkw stammte, genutzt, der direkt einen Generator antrieb. Zwischen 1990 und 2000 wurden über 500 landwirtschaftliche Biogasanlagen gebaut, so dass diese und die dazugehörigen BHKW technisch als ausgereift betrachtet werden können.

4.3.2 Grundlagen Grundsätzlich geht es bei der Nutzung der Biomasse als Energieträger darum, durch geeignete Verfahren die in der Biomasse gebundene Energie zu nutzen oder umzuwandeln. Bei der Nutzung der Biomasse unterscheidet man folgende wesentliche Anwendungsfälle:

• Verbrennung von fester Biomasse wie Holz und Stroh zur Energie- und Wärmegewinnung

• Herstellung von Bio-Kraftstoffen wie Biodiesel, Bioethanol und Pflanzenöl aus Biomasse

• Herstellung von Biogas aus Biomasse in Biogasanlagen Darüber hinaus gibt es weitere Anwendungsfälle, wir haben uns aber auf diese 3 konzentriert, da diese gegenwärtig die größte Anwendung finden. Nachfolgend ist die Wandlungskette der Biomasse als Energieträger dargestellt. Dies umfasst die Quellen von Biomasse, deren Sammlung, Transport und Aufbereiten sowie die Umwandlungsprozesse zu den jeweiligen Formen der Biomasse (wie Biogas etc.) und deren Verwendung zur Energiegewinnung.


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Abbildung 12 Wandlungskette der Biomasse39

4.3.2.1 Aufbau Bei der Erläuterung zum Aufbau einer Anlage zur Nutzung von Biomasse beschränken wir uns auf die Biogas-Anlage und Anlage zur Bio-Kraftstoffgewinnung. Da die Prozesse zur Energiegewinnung in einem Biomassenkraftwerk vergleichbar mit denen in einem Kohlekraftwerk sind, stellen wir diese nicht dar.

4.3.2.1.1 Biogasanlage Biogas40 besteht aus Methan (CH4) [50-75 Vol%], Kohlendioxid (CO2) [25-50 Vol%] sowie Sauerstoff, Stickstoff und Spurengasen (u.a. Schwefelwasserstoff). Der Brennwert von Biogas ist direkt abhängig von dem Methananteil und beträgt etwas 6kWh pro m³. Damit kann durch 1m³ Biogas 0,6 Liter Heizöl ersetzt werden. Die folgende Abbildung zeigt, wie eine landwirtschaftliche Biogasanlage aufgebaut ist. Sie besteht im Wesentlichen aus folgenden Anlagenteilen:


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• Vorgrube • Faulbehälter (Fermenter) • Gärrückstandslager • Blockheizkraftwerk (BHKW)

Abbildung 13: Schema eine Biogasanlage41

In der Vorgrube werden Gülle und Kosubstrate zwischengelagert und wenn nötig zerkleinert, verdünnt oder gemischt. Werden seuchenhygienisch bedenkliche Substrate wie z.B. Schlachthof- oder Speiseabfälle mitvergoren, muss eine Hygienisierung vorgeschaltet werden, bei der das Substrat mindestens eine Stunde lang auf über 70 °C erhitzt wird, um Keime abzutöten. Der beheizte Fermenter ist das Kernstück der Anlage. Er muss für eine erfolgreiche Vergärung nicht nur gas- und wasserdicht, sondern auch lichtundurchlässig sein. Eine Rührvorrichtung sorgt dafür, dass das Substrat gut gemischt und homogen bleibt und Bakterien und Substrat in engem Kontakt stehen. Der Vergärungsprozess42 läuft prinzipiell in vier voneinander abhängigen biologischen Teilschritten (Verflüssigungsphase, Versäuerungsphase, Essigsäurephase und Methanbildungsphase) unter anaeroben (Luftabschluss) Bedingungen ab, an denen jeweils verschiedene Gruppen von Mikroorganismen beteiligt sind. Diese Organismen sind an eine flüssige Phase gebundenen und verwerten die Produkte der vorangegangenen Abbauschritte und bilden zum Ende der Vergärung Biogas. Finden die mikrobiellen Abbauschritte gemeinsam in einem Fermenter statt, spricht man von einstufigen Anlagen. Da die Bakterien der einzelnen Stufen aber unterschiedliche Anforderungen an ihren Lebensraum stellen, muss hier ein Kompromiss gefunden werden. Da die Methanbakterien am empfindlichsten gegenüber Störungen sind und sich nur langsam vermehren, werden die Milieubedingungen (Bedingungen des Lebensraums der Bakterien) in solchen Systemen normalerweise an sie angepasst.


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Hingegen werden in zweistufigen Anlagen die Hydrolyse (hierbei gehen festen Substanzen durch die Abspaltung von Wasser in Lösung) und die Acidogenese (Versäuerungsschritt: das Produkt der Hydrolyse wird von säurebildenden Bakterien verstoffwechselt und zu organischen Säuren verarbeitet) von den nachfolgenden Abbaustufen räumlich getrennt. Dadurch können die Bedingungen besser an die Bakteriengruppen angepasst werden und es lassen sich, durch eine stabilere Methanbildungsphase, höhere Biogaserträge erreichen. Ist das Substrat vergoren, wird es in das Gärrestlager gepumpt und kann im Anschluss als Wirtschaftsdünger genutzt werden. Das produzierte Biogas wird zunächst gereinigt und entschwefelt und in einen Gasspeicher zwischengespeichert. Anschließend wird es überwiegend in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) verstromt. Mit der dabei entstehenden Wärme können der Fermenter, die Hygienisierung oder angrenzende Wohn- und Wirtschaftsgebäude sinnvoll beheizt werden. Für die Verwendung von Biogas gibt es gegenwärtig 3 Verfahren:

• Blockheizkraftwerk (BHKW) Hierbei wird Biogas überwiegend über Verbrennungsmotoren, die einen Generator antreiben, in Strom umgewandelt. Eine Biogasanlage kann dann besonders wirtschaftlich arbeiten, wenn auch die Motorenabwärme aus der Kühlung und dem Abgas ihren Abnehmer findet (Kraft-Wärme-Kopplung). Denn mit konventionellen Technologien lassen sich nur etwa 35 Prozent der im Biogas enthaltenen Energie in Strom umwandeln.

• Brennstoffzelle: Um höhere Stromausbeuten zu erhalten, erproben Forscher

beispielsweise den Einsatz von Biogas in der Brennstoffzelle, die die chemische Energie des aufbereiteten Biogases direkt in Strom umwandeln kann. Die Brennstoffzelle ist bislang zwar teuer, arbeitet aber leise und kann elektrische Wirkungsgrade bis zu 50 Prozent erreichen.

• Biogaseinspeisung in das Gasnetz: Neue Chancen bietet die Aufbereitung und

Einspeisung von Biogas ins Erdgasnetz. Neben einer vollständigen Entfernung von Spurengasen und Wasser muss vor allem das Kohlendioxid beseitigt werden. Denn damit kann das Biogas dort genutzt werden, wo Bedarf an der anfallenden Wärme besteht. Wenngleich die Reinigung und Aufbereitung des Biogases teuer sind, zeigen aktuelle Beispiele, dass sich die Einspeisung auch lohnen kann. Wie die 2006 eingeweihte erste Biogastankstelle Deutschlands zeigt, kann Biogas so aufbereitet dann auch als Kraftstoff von Erdgasfahrzeugen getankt werden.

4.3.2.1.2 Anlage zur Bio-Kraftstoffgewinnung Auf europäischer Ebene wurde beschlossen, dass der Anteil an Biokraftstoffe bis 2010 auf 5,7% des gesamten Kraftstoffverbrauches zu erhöhen ist. Diese Zielsetzung ist verbunden mit der Vorgabe, den CO2 Ausstoß der Kraftfahrzeuge bis 2012 auf 120g CO2/km zu begrenzen. 2005 betrug in Deutschland43 der Anteil der Biokraftstoffe 3,4% am gesamten Kraftstoffverbrauch. Dieser Betrag teilte sich auf 1.800.000 t Biodiesel, 196.000 t Pflanzenöl und 260.000 t Bioethanol.


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In der nachfolgenden Tabelle44 sind die derzeit gängigen Biokraftstoffen sowie deren Merkmale aufgeführt. Art des Biokraftstoffs Rohstoff

Jahresertrag pro Hektar Kraftstoff-Äquivalent CO 2 Minderung

reines Pflänzenöl

Rapsöl (und andere nichttrocknende Pflanzenöle) ca. 1.480 l/ha

1l Rapsöl ersetzt ca. 0,96l Diesel

> 80% gegenüber Diesel

Biodiesel

Rapsöl (und andere nichttrocknende Pflanzenöle)

ca. 1.550 l/ha

1l Biodiesel ersetzt ca. 0,91l Diesel

> 70% gegenüber Diesel

Bioethanol Getreide, Zucker, (Holz)

2.560 l/ha1l Ethanol ersetzt ca. 0,66l Ottokraftstoff

ca. 30 - 70% gegenüber Ottokraftstoff

SynthetischeKraftstoffe

Reststoffen wie Stroh und Restholz auch auf Energiepflanzen ca. 4400l/ha

1l synth. Kraftstoff ersetzt ca. 0,96l Diesel > 95% gegenüber Diesel

Das nachfolgende Schema zeigt eine Produktionsanlage zur Herstellung von Biodiesel.

Abbildung 14 Anlage zur Herstellung von Biodiesel45

Die Herstellung46 von Biodiesel erfolgt durch Umesterung von Pflanzenöl. Hierfür ist Methanol notwendig, das mit Pflanzenöl im Verhältnis 1:9 gemischt wird. Zusätzlich wird 0,5 bis 1 Prozent eines Katalysators wie Natrium- oder Kaliumhydroxid bei einer Temperatur von 50 bis 80°C zugeführt. Bei der dann ablaufenden chemischen Reaktion wird das Pflanzenölmolekül, das aus Glycerin und 3 Fettsäureketten besteht, aufgespalten. Die Fettsäuren verbinden sich mit Methanol zu Biodiesel. Zusätzlich entsteht Glyzerin, ein Alkohol, der in vielen Bereichen wie der Pharma- und Lebensmittelindustrie und der Ölchemie Anwendung findet und normalerweise synthetisch hergestellt wird. Es gibt noch weitere Herstellungsverfahren für Bioethanol und synthetische Kraftstoffe auf Basis der Biomasse, auf die wir hier nicht eingehen wollen.


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4.3.3 Aktuelle Entwicklung Die Bioenergien können durch einen gezielten Einsatz einen wesentlichen Beitrag zu unserer Energieversorgung leisten. Alleine 2004 wurden 13,1 Mrd. kWh Strom (2,2% am Gesamtstromerzeugung) und 76,5 Mrd. Wärmemenge (5,1% an der Gesamtwärmemenge) Wärmeenergie erzeugt. Für den Kraftverkehr wurden 1,7 Mrd. Liter Biokraftstoffe hergestellt, was einen Anteil von 3,2% am Gesamtverbrauch entspricht. In Summe wurden damit hat 38 Mio. t CO2 eingespart, wenn man diese mit konventionellen Energieträgern bereitgestellt hätte47. Das Ausbaupotential der Biomasse ist sicherlich am größten in Vergleich zu den anderen regenerativen Energieträgern in Deutschland.

4.3.4 Daten und Fakten In diesen Abschnitt sind wichtige Daten48 zur Biomassennutzung aufgeführt und die wichtigste Erkenntnisse zu dem jeweiligen Diagramm.

Entwicklung der Energierzeugung aus Biomasse in Deu tschland 1996-2006

803 879 1.050 1.170

2.279

3.206

4.4675.140

7.241

11.394

15.547

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

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GW

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0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

Inst

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W

Erzeugung in GWh 670

installierte Leistung in MW 316

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Der steile Anstieg lässt sich mit der Förderung der Energieerzeugung aus Biomasse begründen. Das Erneuerbare- Energien- Gesetz (seit 2000) und die damit verbundene Förderung der Energieerzeugung aus Biomasse führten zu dem starken Anstieg der Biomassenutzung.


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Vergleich der Nutzung der Biomasse zur Strom- und Wärmeerzeugung (1998-2006

879 1.050 1.170

2.279

3.206

4.467

5.140

11.394

7.241

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

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GW

h

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

Wär

mee

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gung

in G

Wh

Energieerzeugung in GWh

Wärmeerzeugung in GWh

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Das Diagramm veranschaulicht, dass die Nutzung der Biomasse zu einem überwiegenden Teil für die Wärmegewinnung genutzt wird. Dies liegt darin begründet, dass das gewonnene Biogas einen hohen Heizwert hat und in konventionellen Heizungen genutzt werden kann.

Entwicklung der Erzeugung und des Absatzes von Kraf tstoffen aus erneuerbaren Energien

18.600

10.850

310 517 827 1.033 1.343

2.5833.617

5.683

8.267

2.047

1.683

424

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

Um

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in

GW

h Bioethanol in GWh

Pflanzenöl in GWh

Biodiesel in GWh

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 200619971996

Die Nutzung der Biomasse für die Herstellung von Biokraftstoffen hat in Deutschland eine kontinuierliche Entwicklung vollzogen. Mit der Freigabe von PKWs (wie Volkswagen, Mercedes und Peugeot) ist die Nachfrage nach Biodiesel gestiegen. Es ist zu erwarten, dass mit der Herstellung synthetischen Biokraftstoffe ein weiterer Anstieg erfolgt, da bei diesen keine einseitige Nutzung eines Rohstoffs wie Raps erfolgt, sondern auch biologische Abfälle verarbeitet werden können.


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4.3.5 Pro • Beim Einsatz von Biomasse als Energieträger sind keine unkontrollierbaren

Risiken wie bei der Atomenergie zu erwarten. • Biomasse kann für die Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie, aber

auch als Kraftstoff (z. B. Herstellung von Bio-Diesel), verwendet werden. Damit besitzt sie ein breites Einsatzspektrum mit großem Potential für die Nutzung.

• Biomasse selbst und die Zwischenprodukte die aus ihr hergestellt werden können, wie Biogas, Biodiesel und Bioethanol sind lagerfähig und können die in die vorhandenen Versorgungswege wie Gasleitungen und Tankstellen integriert werden.

• Biomasse verbrennt weitgehend kohlendioxidneutral, das heißt, es wird nur so viel CO2 an die Luft abgegeben, wie zuvor von den Pflanzen aufgenommen wurde.

• Im Jahr 2004 wurde der Energiepflanzenbonus eingeführt. Dieser gilt, wenn in einer Biogasanlage ausschließlich rein landwirtschaftliche Produkte wie Gülle oder Mist von Nutztieren und Pflanzen, die nur zur Energiegewinnung angebaut wurden, verarbeitet werden. Dadurch wird es ermöglicht, Biogasanlagen zur Stromerzeugung gezielt auf der Basis von Energiepflanzen zu bauen und mit wirtschaftlichem Erfolg zu betreiben.

• Mit der Nutzung von Biomasse können regional begrenzte Kreisläufe wieder aufgebaut und genutzt werden. Dies bedeutet, dass der Bauer aus der Umgebung die Energiepflanzen anbaut, die in einer Biogasanlage verarbeitet werden. Somit entstehen Arbeitsplätze in der Landwirtschaft und beispielsweise den Anlagenbetreibern, die für die regionale Energieversorgung benötigt werden. Im Vergleich hierzu sind die 17 AKWs in Deutschland für ein riesiges Gebiet Energielieferant, aber kein „Arbeitsplatzlieferant“.

4.3.6 Contra • Bei Verbrennung von Bio-Masse entstehen jedoch Schadstoffe, die denen ähnlich

sind, die bei fossilen Energieträgern anfallen. (z. B. Stickoxide, Schwefelverbindungen, aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen und Rußpartikel). Insbesondere bei der Verbrennung von Holz entsteht noch mehr Ruß und Feinstaub als bei der Verbrennung von Braunkohle. Hier muss in Zukunft an der Filtertechnik der Verbrennungsanlagen gearbeitet werden.

• Beim Biomasseanbau zur energetisch Nutzung sollte auf eine Düngung verzichtet werden, da bei der Herstellung wie auch Düngung ebenfalls Stickoxide entweichen. Durch eine Zweiphasenbewirtschaftung (2 Ernten pro Jahr ohne Ausreifung der Feldfrüchte) könnten diese Probleme und auch Bodenerosionen vermieden werden.

4.3.7 Fazit Ohne Biomasse würde man in Zukunft wohl kaum auskommen können, da sie für zahlreiche Dinge benötigt wird. Darin liegt auch die große Stärke der Biomasse, denn man kann sie im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien gleich für drei Sachen (Erzeugung von Wärme und Strom sowie als Kraftstoff) verwenden. Zudem ist sie wie fast alle anderen alternativen Energieformen regenerativ. Bioanlagen bringen außerdem genauso wie AKWs, immer eine konstante Leistung, d.h. sie können als Grundlastkraftwerke eingesetzt werden und sind daher besonders wertvoll für die Energiesicherheit. Das bei der Verbrennung von Biodiesel noch Schadstoffe wie Stickoxide (die zur Entstehung des sauren Regens beitragen) entstehen, ist das Einzige, das das gute Bild etwas trübt. Der CO2-Ausstoß von Bio-Dieselfahrzeugen ist in Summe


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deutlich geringer als im Vergleich zu herkömmlichem Diesel, da er bei der Verbrennung in etwa soviel CO2 abgibt, wie beim Wachstum der Pflanze aufgenommen wird. Deshalb denken wir, dass es auf alle Fälle sinnvoll wäre, die Bioenergieindustrie zukünftig noch mehr zu fördern.


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4.4 Sonnenenergie (Photovoltaik und Solarthermie)

4.4.1 Photovoltaik

4.4.1.1 Geschichte Photovoltaik kann definiert werden mit der direkten Umwandlung von solarer Strahlungsenergie in elektrische Energie durch den photovoltaischen Effekt. Im Jahr 1839 wurde der photovoltaischen Effekt von dem französischen Physiker Becquerel entdeckt. 1876 wiesen William G. Adams und Richard E. Day diesen Effekt auch bei einem Selenkristall nach. 1905 gelang es Albert Einstein, den Fotoeffekt richtig zu erklären, wofür er 1921 den Nobelpreis für Physik bekam. Nachdem ab 1949 die Halbleitertechnik erfunden worden war, wurde 1954 die erste Silizium-Solarzelle entwickelt (mit Wirkungsgrad von über 4%). Erstes Anwendungsgebiet war die Weltraumtechnik (Satellitentechnik). In den 1960er und 1970er Jahren gab es, in erster Linie durch die Nachfrage aus der Raumfahrt, entscheidende Fortschritte in der Entwicklung von Fotovoltaikzellen. Wegen der Ölkrise Mitte der 70er Jahre und des gesteigerten Umweltbewusstseins in Gesellschaft und Politik wird die Photovoltaik immer stärker in anderen Gebieten der Stromversorgung eingesetzt. Führend sind hierbei die Länder Japan und Deutschland, welche mit gesetzlichen Maßnahmen wie dem 100.000-Dächer-Programm und dem Erneuerbare- Energien- Gesetz (EEG) erhebliche finanzielle Anreize bietet. Das 100.000-Dächer-Programm lief Mitte 2003 aus und wurde Anfang 2004 durch die Änderung beziehungsweise Novellierung des EEG kompensiert. Die Einspeisevergütung wurde entsprechend angehoben49.

4.4.1.2 Grundlagen Strom aus Sonnenlicht kann von Solarzellen erzeugt werden, deren Hauptbestandteil ein Halbleiter, in der Regel Silizium, ist. Ein Halbleiter ist ein Material, das weder den Isolatoren noch den Leitern zugeordnet werden kann und dessen elektrische Eigenschaften

durch die Beimengung von Fremdstoffen (Dotierung) gravierend beeinflusst werden kann. Die Solarzelle50 besteht aus zwei aneinander grenzenden und mit separaten

Metallkontakten versehenen

Halbleiterschichten, die jeweils so dotiert wurden, dass eine so genannte "n" -Schicht (n

= negativ) mit einem Elektronenüberschuss und eine darunter liegende "p"- Schicht (p = positiv) mit einem Elektronenmangel entsteht. Dem Konzentrationsgefälle folgend fließen deshalb Elektronen vom n in das p Gebiet, so dass sich im inneren dieser Halbleiterstruktur ein elektrisches Feld ausbildet, die so genannte Raumladungszone. Bei einer Solarzelle ist die obere n-Schicht so dünn, dass die Photonen des einfallenden Sonnenlichts sie durchdringen können und erst in der Raumladungszone ihre Energie an ein Elektron abgeben. Das so angeregte Elektron ist beweglich, folgt dem inneren


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elektrischen Feld und gelangt so aus der Raumladungszone heraus zu den Metallkontakten der n- Schicht. Beim Anschluss eines Verbrauchers wird der Stromkreis geschlossen: Die Elektronen fließen über den Verbraucher zum Rückseitenkontakt der Solarzelle und schließlich zur Raumladungszone zurück.

4.4.1.2.1 Aufbau eine Photovoltaikanlage

Abbildung 15: Schema einer Photovoltaik- Anlage mit Netzanschluss51

Aufbau einer Photovoltaik-Anlage Solarmodule: sind mehrere zusammen geschaltete Solarzellen, die bei ausreichender Sonneneinstrahlung elektrische Energie liefern Arten von Solarzellen, die sich in dem eingesetzten Material und der Bauform unterscheiden:

• Siliziumzelle • Konzentratorzellen: Durch die Verwendung von Spiegel- und Linsensystemen wird

eine höhere Lichtintensität auf die Solarzellen fokussiert. Diese Systeme werden der Sonne nachgeführt, um stets die direkte Strahlung auszunutzen.

• Grätzel-Zelle (Elektrochemische Farbstoff-Solarzelle): Elektrochemische Flüssigkeitszelle mit Titandioxid als Elektrolyten und einem Farbstoff zur Verbesserung der Lichtabsorption.

• Tandem- oder Stapelzellen: Um ein breiteres Lichtspektrum nutzen zu können, werden unterschiedliche Halbleitermaterialien, die für verschiedene Spektralbereiche geeignet sind, übereinander angeordnet.

• Organische Solarzellen: Die Solarzelle besteht aus organischen Materialien, die z.B. in Bioreaktoren hergestellt werden können. Damit ist der Herstellungsprozess der Solarzelle an sich einfacher realisierbar als der des Siliziums.

Die heute weit gängigen Solarmodule basieren auf Silizium. Dabei kommen verschiedene Arten von Silizium zum Einsatz. Diese unterscheiden sich in der Reinheit des Materials und dem Wirkungsgrad. Folgende Wirkungsgrade sind erreichbar:


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• Monokristallines Silizium 14-17% • Polykristallines Silizium 13-15% • Amorphes Silizium 5 bis 7

Der Solarertrag der Solarmodule richtet sich auch nach der Ausrichtung nach Süden und dem Aufstellwinkel. Als Idealwerte für Deutschland gelten Süd-Ausrichtung und 45-60° Aufstellwinkel. Weichen diese Werte ab, dann verringert sich der Solarertrag entsprechende bis zu 45% bei Ost-West-Ausrichtung. Wechselrichter: Wandelt den in den Solarmodule erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom (230 Volt) um, so dass dieser in das öffentliche Stromnetz abgegeben werden kann. Stromzähler: Misst den die erzeugte Strommenge, der in das öffentliche Netz abgegeben wird. Sicherung: Im Falle einer Funktionsstörung (Bsp.: es wird zuviel Energie erzeugt) springt die Sicherung an und trennt die Photovoltaikanlage vom öffentlichen Stromnetz. Stromnetz: Der in der Photovoltaikanlage erzeugte Strom wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Die erzeugte Strommenge wird an andere Energieverbraucher (Bsp.: andere Haushalte) weitergeleitet und dort verbraucht.

4.4.1.3 Daten und Fakten In diesen Abschnitt sind wichtige Daten52 zur Photovoltaiknutzung aufgeführt und die wichtigste Erkenntnis zu dem jeweiligen Diagramm.

Entwicklung der Photovoltaiknutzung in Deutschland 1990-2006

1 2 3 6 8 11 16 26 32 42 64

557333

188

116

2000

1282

0

500

1000

1500

2000

2500

Inst

allie

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Leis

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in M

W

0

500

1000

1500

2000

2500E

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in G

Wh

Erzeugung in GWhInstallierte Leistung MW

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006


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Der steile Anstieg lässt sich mit der Förderung der Photovoltaik begründen. Das Stromeinspeisegesetz (1991-2000) und das Erneuerbare-Energien-Gesetz (seit 2000) sowie die damit verbundene Förderung der Photovoltaik führten zu dem starken Anstieg der Energieerzeugung durch Photovoltaik.

Vergleich zwischen Solarproduktion und jährliche Zu wachs der installierten Leistung in MW

0

100

200

300

400

500

600

700

800

MW

0

100

200

300

400

500

600

MW

Jährlicher Zuwachs in MW

Solarzellenproduktion in MW

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Beim Vergleich zwischen dem jährlichen Zuwachs an installierter Leistung der Photovoltaik und der Solarzellen Produktion Deutschlands wird ersichtlich, dass der Bedarf nicht ausschließlich durch deutsche Hersteller gedeckt werden kann. Der Fehlbetrag wird durch Importe an Solarzellen aus dem Ausland gedeckt. Deutschland bleibt vor Japan der weltgrößte Markt für Photovoltaikanlagen 2006. Beispielsweise wurden in Bayern 2006 350 MW Photovoltaikanlagen installiert. Damit war Bayern der weltweit größte Solarmarkt 2006.


28.02.2007 Seite 48 von 68

Installierte Photovoltaikleistung in Europa in MW ( Stand 2004)

1.756

2.640

1.537.000

4.002

32.667

5.444

10.664

300

36.000

23.266

51.200

21.430

3.300

4.176

57.700

1.791.554

0 200.000 400.000 600.000 800.000 1.000.000 1.200.000 1.400.000 1.600.000 1.800.000 2.000.000

Belgien

Dänemark

Deutschland

Finnland

Frankreich

Griechenland

England

Irland

Italien

Luxemburg

Niederlande

Österreich

Portugal

Schweden

Spanien

EU-25

Installierte Leistung in MW (Stand 2004)

Im Vergleich mit den europäischen Ländern besitzt Deutschland die größte installierte Leistung an Photovoltaikanlagen. Wenn man berücksichtigt, dass die südlichen europäischen Länder höhere Lichteinstrahlungswerte haben, dann ist das Potential der Photovoltaik in Europa noch lange nicht ausgeschöpft.

Mögliche Energieausbeute mittels Photovoltaik nach Regionen

1130

1200

1600

1800

1800

1840

1930

2000

2100

2270

2320

2360

2410

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Süddeutschland (900-1130)

Schweitz Mittelland (1050-1200)

Alpen (1400-1600)

Italien Sizilien

Südspanien

China, Takla Makan

USA, Great Basin

Spanien, Kanaren

USA, Hawaii

Afrika, Sahara

Australien. Great Sandy

Naher Osten, Arabien

Südamerika, Atacama

Energieausbeute in kWh pro Jahr und installierter L eistung von 1000W eines Solarmodule

Das Diagramm53 veranschaulicht, wie viel Energie man durchschnittlich mit einer Solaranlage mit einer installierten Leistung von 1000 W (Spitze) in der jeweiligen Weltregion gewinnen könnte. Hieraus wird ersichtlich, dass eine Photovoltaik in Spanien fast den doppelten Ertrag erzielen könnte als in Deutschland. Dies wiederum bedeutet, dass bei gleichen Kosten für eine Anlage der Strom in Spanien für die Hälfte des Preises erzeugt werden könnte.


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4.4.1.4 Aktuelle Entwicklung Die Solarwirtschaft ist eine der am schnellsten wachsenden Unternehmenszweige in Deutschland. Interessant ist hierbei, dass gerade in den neuen Bundesländern viele der Solarunternehmen angesiedelt sind. Die nachfolgende Grafik zeigt einen Auszug der geschaffenen Arbeitsplätze in den neuen Bundesländern. Beispielsweise will die Firma Q-Cells bis 2010 5000 Arbeitsplätze schaffen.

Abbildung 16 Verteilung der Solarfirmen in den neuen Bundesländern54

4.4.2 Solarthermie (solarthermische Energiegewinnung)

4.4.2.1 Geschichte In der Solarthermie55 wird die thermische Energie der Sonnenstrahlung nutzbar gemacht. Diese wird traditionell zur Temperierung der Wohnräume eingesetzt. Das geschieht mit Hilfe einer bedarfsgerechten Architektur. Beispielsweise sind in kalten Klimazonen Fenster und Türen bevorzugt auf der windabgewandten Seite des Hauses und in Richtung zur Mittagssonne hin orientiert. Die traditionelle islamische Architektur arbeitet darüber hinaus mit der Thermik. Mit Hilfe von Windfängern, Kuppelbauten und Luftkanälen in den Außenmauern der Häuser kann die Temperatur im Gebäude gesenkt werden. Das gelingt, indem beispielsweise der Luftdruckunterschied zwischen Obergeschoss und Untergeschoss zur Zirkulation der Luft führt und so eine natürliche Klimaanlage entsteht. Die heute weithin bekannte Nutzung der Solarthermie stellen die Sonnenkollektoren dar, welche für die Erzeugung von Warmwasser in privaten Haushalten genutzt werden. Das weltweit erste Patent für eine Solaranlage wurde 1891 an den Metallfabrikanten Clarence


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M. Kemp aus Baltimore vergeben. Hierbei handelte es sich um einen einfachen Wärmekollektor für die Erzeugung von Warmwasser.

4.4.2.2 Grundlagen Das Herzstück einer jeden Solaranlage ist der Sonnenkollektor. Das Schema zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Flachkollektors mit den wichtigsten Bauteilen. Die durch eine Glasplatte einfallenden Sonnenstrahlen treffen auf einen Absorber. Beim Auftreffen der

Sonnenstrahlen wird nahezu der gesamte Spektralbereich des Lichtes absorbiert. Die dabei freiwerdende Wärme soll nicht verloren gehen, weshalb der Kollektor allseitig wärmegedämmt ist. Die Wärmeabgabe nach vorn wird durch eine oder zwei

Glasscheiben verringert. Der erhitzte Absorber überträgt die Wärme auf die in fest mit dem Absorber verbundenen Kupfer- oder Aluminiumrohren fließende Wärmeträgerflüssigkeit. Sie transportiert die Wärmeleistung zu einem Verbraucher oder einem Wärmespeicher.

4.4.2.2.1 Aufbau einer Solaranlage zur Warmwasseraufbereitung

Abbildung 17 Schema einer Solaranlage56

Sonnenkollektor: Der Sonnenkollektor ist der Teil der Solaranlage, der das Licht und die Wärme der Sonne aufnimmt. Es ist entscheidend, dass er einen großen Teil des Sonnenlichts in Wärme aufnimmt (Absorbtion), gleichzeitig nur wenig davon wieder als Wärmestrahlung abgibt (Emission). Stattdessen soll die absorbierte Wärme möglichst verlustfrei auf die so genannte Solarflüssigkeit im Solarkreislauf übertragen werden. Die am häufigsten verwendeten Kollektorenarten sind:


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• Flachkollektoren, die mit herkömmlichen Isolationsmaterialien gegen die Wärmeverluste geschützt werden. Sie sind wegbereitend für die effiziente Solarnutzung gewesen. Sie haben erfahrungsgemäß eine sehr lange Lebensdauer von über 20 Jahren.

• Vakuumröhrenkollektoren; diese arbeiten nach dem Thermoskannenprinzip: Um die das Transportmedium enthaltene innere Absorberröhre ist eine zweite, äußere Glasröhre gesetzt. Dem Zwischenraum würde zur besseren Isolation die Luft entzogen (Vakuum). Sie sind vor allem bei hohen Temperaturdifferenzen zwischen Außenluft und Absorber leistungsfähiger als andere Bautypen. Sie werden deshalb auch im industriellen Bereich eingesetzt.

Weil Flachkollektoren deutlich preisgünstiger und damit in der Regel wirtschaftlicher sind, wird in der Haustechnik überwiegend dieser Bautyp eingesetzt. Vakuumkollektoren haben dagegen einen deutlich höheren Ertrag pro Quadratmeter Absorberfläche; sie werden häufig empfohlen, wenn nur wenig zur Aufstellung von Kollektoren geeignete Fläche vorhanden ist. Solarspeicher: Um die eingefangene Wärme unabhängig von der aktuellen Sonneneinstrahlung nutzen zu können, muss sie gespeichert werden. Als Speichermedium dient dabei meist Wasser; man spricht dann auch vom Solartank. Obwohl Wasser ein hervorragendes Wärmeträgermedium darstellt, ist bei solchen Solartanks eine aufwändige Isolierung erforderlich, um Wärmeverluste zu verringern. Folgende Punkte unterscheiden einen Solartank von herkömmlichen Brauchwassertanks:

• Sehr starke Isolierung; üblich sind 10 cm und mehr aus einem stark isolierenden Material wie z. B. PU- oder PP-Schaum

• Eine hohe und schlanke Bauform des Wasserbehälters, die die Entwicklung unterschiedlicher Temperaturschichten erlaubt (oben heißes Wasser, unten kühles Wasser)

• Ein tief angebrachter, großflächiger Wärmeüberträger für die Übertragung der Wärme aus dem Solarkreis.

Solarkreis: Als Solarkreis bezeichnet man das Leitungssystem, in dem durch die umlaufende Solarflüssigkeit die Wärme vom Kollektor zum Wärmespeicher transportiert wird. Bei den im nördlichen Europa eingesetzten Anlagen handelt sich in der Regel um geschlossene Kreisläufe, da die Solarflüssigkeit den Kreislauf an keiner Stelle verlässt. Die im Mittelmeerraum verbreitet eingesetzten Anlagen dagegen haben häufig einen offenen Kreislauf. Dabei werden die Kollektoren direkt vom Brauchwasser durchflossen, das dann als Warmwasser aus dem Speicher abgezapft wird. Solarflüssigkeit: Die Solarflüssigkeit dient als Wärmeträgermedium, das die Wärme aus dem Kollektor zum Wärmetauscher im Solarspeicher transportiert. Weil aber in nördlichen Breiten im Winter die Gefahr besteht, dass der Solarkreis einfriert und durch die dabei auftretende Ausdehnung des Eises in den Rohren der Kollektor beschädigt wird, wird das Wasser mit speziellen Frostschutzmitteln, meist auf Glykol-Basis, angereichert. Solarstation und Solarregler:


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Solarstation und Solarregler dienen der Steuerung und Wartung des Solarkreises. Die Solarstation enthält jeweils eine Pumpe und diverse Sicherheitseinrichtungen, bei geschlossenen Systemen unter anderem ein so genanntes Membran-Ausdehngefäß (MAG. Dieses Gefäß nimmt den Druck auf, der bei einer Verdampfung der Solarflüssigkeit in den Kollektoren entsteht. Der Solarregler steuert im einfachsten Fall über eine Temperaturdifferenz-Regelung die Solarstation. Sobald die Temperatur im Kollektor um eine festgelegte Temperaturdifferenz über der Temperatur im Wärmetauscher des Solarspeichers (im unteren Bereich des Solarspeichers) liegt, wird die Pumpe gestartet und die Wärme in den Speicher transportiert; sobald die Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher den Grenzwert unterschreitet, wird die Anlage gestoppt.

4.4.2.3 Daten und Fakten

Entwicklung der erzeugten Leistung mit Solaranlagen zur Wärmengewinnung

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

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0

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²

Erzeugte Leistung in GWhInstallierte Kollektorfläche 1000 m²

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Anders als bei den regenerativen Energieträgern, wie Wasserkraft, Wind und Photovoltaik, die über Förderprogramme gefördert wurden, ist die Entwicklung der Solarthermie gleichmäßig erfolgt57. Da der Betreiber einer solarthermischen Anlage auch direkt Nutznießer des erzeugten Warmwassers ist, kann er direkt davon profitieren.


28.02.2007 Seite 53 von 68

Vergleich der Kollektorfläche zur Warmwassererzeugu ng mittels Solarthermie in Europa (Stand 2004)

80

345

7.109

14

914

3.047

201

11

530

13

536

2.599

125

258

547

56

243

4976

10

640

2133

141

8

371

9

375

1819

88

181

383

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000

Belgien

Dänemark

Deutschland

Finnland

Frankreich

Griechenland

England

Irland

Italien

Luxemburg

Niederlande

Österreich

Portugal

Schweden

SpanienErzeugte Energie in MWSolarthermie Kollektofläche in 1000m²

Die Nutzung der Solarthermie in Europa verteilt sich zu einem großen Teil auf Deutschland, Österreich und Griechenland. Sicherlich wäre gerade in den südeuropäischen Ländern, wie Spanien und Italien, ein Ausbau der Solarthermie möglich, zumal dort bessere Strahlungsbedingungen im Vergleich zu Deutschland vorzufinden sind.

4.4.2.4 Aktuelle Entwicklungen Vergleichbar mit der Photovoltaik hat die Industrie zur Herstellung von solarthermischen Anlagen zur Schaffung neuer Arbeitsplätze beigetragen. In der nachfolgenden Grafik58 sind die Entwicklung und der geplante Ausbau an Arbeitsplätzen ebenso dargestellt, wie der Vergleich der Arbeitsplätze in der Solarwirtschaft und der Energiewirtschaft der konventionellen Energieträger wie Gas-, Kernkraft und Kohle.

4.4.2.5 Pro Abweichend von der bisherigen Vorgehensweise haben wir das Pro und Contra für die Sonnenenergie zusammengeführt. Die nachfolgenden Argumente beziehen sich auf die Photovoltaik und / oder die Solarthermienutzung.

• Deutschland ist bei der Herstellung von Photovoltaikanlagen weltweit technologisch führend. Die in Deutschland produzierten Anlagen und Teile wie

Vergleich der Arbeitsplätze in der konventionelle und erneuerbaren Energiewirtschaft

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

erneuerbare konventionelle

Anz

ahl A

rbei

tspl

ätze

Steinkohle44.000

Kernkraft38.000

Braunkohle25.000

Solarwirt.30.000

weitere Erneuerbare

Arbeitsplätze in der Solarwirtschaft (Photovoltaik und Solarthermie)

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

2004 2010 2020

Anz

ahl A

rbei

tspl

ätze

Solarthermie

Photovoltaik


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Solarmodule und Wechselrichter werden zu 34% exportiert. Die Solarwirtschaft erzeugte Waren im Wert von 4,8 Mrd. € und beschäftigte 32.000 Mitarbeiter. Allein 2005 wurden 5.000 neue Arbeitsplätze geschaffen59.

• Die Energiegewinnung mittels Photovoltaik verhindert den Ausstoß von klimaschädlichen CO2 und spart darüber hinaus noch fossile Energieträger wie Gas und Kohle ein.

• Privatleute, die eine Solaranlage (Photovoltaik und oder solarthermische Anlage) betreiben, sparen häufig noch mehr Energie, weil sie mit Heizöl, Strom und Benzin viel bewusster umgehen.

• Außerdem ist jede Solaranlage ein wirksamer Werbeträger für erneuerbare Energien und regt die Nachbarn zum Nachahmen an. Jede neue Solaranlage trägt zur Entwicklung dieser neuen, lebensfreundlichen Branche bei. Der Stolz, „eigenen“ Strom zu produzieren, mag hierbei auch eine Rolle spielen.

• Mit der Nutzung von dezentral betriebenen Photovoltaikanlagen ist es zukünftig möglich, Preiskartelle großer Energieerzeuger zu umgehen, was zu einer freien Preisbildung und damit niedrigeren Energiepreisen führen würde.

• Der Einsatz der Photovoltaik kann dazu beitragen, die energiepolitische Abhängigkeit von möglichen Krisenherden und internationalen Konflikten, wie etwa in der Nahostregion, zu verringern.

• Die Technologie der Photovoltaikanlagen kann in Zukunft in andere Länder exportiert werden, da mitunter dort die Energieausbeute wesentlich höher ist als in Deutschland. Deutschland würde dann durch den Export und die damit verbundenen Arbeitsplätze profitieren.

• Eine solarthermische Anlage kann bei einem 3-4 Personenhaushalt bis zu 70% des Warmwasserbedarfs decken. Ein weiterer Vorteil ist hierbei, dass dadurch die Heizung (die ansonsten das Warmwasser erwärmt) durchschnittlich 5-6 Monate ausgeschaltet bleiben kann.

• Photovoltaik- und solarthermische Anlagen sind sehr ausgereifte und verlässliche Technologien. Es werden Nutzungszeiten von mehr als 20 Jahren erreicht, während derer kaum Ausfälle zu vermerken sind.

4.4.2.6 Contra

• Es ist keine konstante Energiegewinnung möglich, auf Energieversorgungs- und Verbrauchsschwankungen kann so nicht reagiert werden. Besonders in kalten Jahreszeiten wird Energie benötigt, dann ist die Sonnenaktivität allerdings geringer und somit auch keine große Energiegewinnung zu erreichen.

• Die Energieerzeugung ist nach einer kompletten ökologischen Bilanz betrachtet nicht emissionsfrei, da die Herstellung der Anlagen bedeutende Mengen an Energie, Frischwasser und Chemikalien verbraucht. Allein um die zu ihrer Herstellung benötigte Energiemenge zurück zu gewinnen, müssen etwa heutige Photovoltaik-Anlagen nach einer aktuellen Studie der Europäischen Union je nach Bauart rund 2 Jahre betrieben werden.

• Als derzeit größter Nachteil insbesondere der Photovoltaik werden die Kosten betrachtet. Strom aus Windkraft ist mit 6 bis 8 Cent pro Kilowattstunde bereits deutlich teurer als in herkömmlichen Kraftwerken produzierte Energie, Strom aus Fotovoltaik kostet 40 bis 50 Cent. In Deutschland trägt diese Kosten die Allgemeinheit der Stromverbraucher, denn das deutsche Erneuerbare- Energien- Gesetz legt fest, dass die Mehrkosten für Solarstrom auf alle Verbraucher verteilt


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werden. 1999 betrugen die Kosten 19 Mio. Euro, 2005 506 Mio. Euro und 2008 werden über eine Milliarde Euro an Zusatzkosten für die Stromverbraucher erwartet. Bedingt durch die höheren Produktionszahlen der Solarmodule geht man davon aus, dass die Photovoltaik ab 2015 in Deutschland kostengünstiger ist als konventionelle Energieträger. In Spanien wird man dies bereits 2008 erreichen60.

• Um in Deutschland eine möglichst hohe Energieausbeute mit einer Solaranlage (Photovoltaik und Solarthermie) zu erreichen, ist eine optimale Ausrichtung der Kollektoren bzw. Solarmodule notwendig. Diese ist eine Süd-Ausrichtung und eine 45-60°-Steilheit der Kollektor bzw. Solarmodule. Je nach Abweichung von dieser Einstellung fallen die Solarerträge geringer aus.

4.4.2.7 Fazit Die Förderung der Photovoltaik über das Erneuerbare- Energien- Gesetz wird sicherlich in der Anfangsphase über die Allgemeinheit finanziert. Wenn man jedoch berücksichtigt, dass durch diese Förderung neue Arbeitsplätze entstehen- die langfristig gesichert werden, da es sich um eine Zukunftstechnologie handelt, dann ist diese Förderung zu begrüßen. Wenn man sieht, wie oft mittlerweile Solar- und Photovoltaikanlagen an öffentlichen Gebäuden montiert sind und durch vergrößerte Kollektoren immer mehr Energie gewinnen können, ist einem klar, dass immer mehr Menschen auf diese Alternative setzen. Das liegt besonders an den Energieeinsparungen (sorgfältigerer Umgang mit Energie) und dem Umweltschutz (Anlagen dienen jahrzehntelang mit sauberer Sonnenenergie ohne Emissionen). Außerdem will die Solarindustrie bis zum Jahr 2020 über 200.000 neue Arbeitsplätze schaffen, was für einen Einstieg ins Berufsleben darstellen kann. Wir selbst (Familie von Karl) betreiben seit 2002 eine solarthermische Anlage zur Warmwasseraufbereitung. Diese Anlage läuft seit dem ohne Störungen und hat bisher ca. 6.500 kWh an Wärmeenergie erzeugt. Wir konnten durchschnittlich 5-6 Monate die Heizungsanlage ausschalten und das Warmwasser rein über die Solaranlage erzeugen. Aus unserer Sicht gehört eine solarthermische Anlage auf jedes neue Haus, was gebaut wird, und für Altbauten lässt sich eigentlich meist ein Aufstellungsort finden und die Anlage in die bestehende Heizungsinstallation einbinden.


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4.5 Geothermie Da die Geothermienutzung in Deutschland relativ gering ist, wir aber diese Form der Energiegewinnung berücksichtigen wollten, haben wir einige Aspekte aufgeführt. Die Geothermie, oder Erdwärme, ist die im oberen (zugänglichen) Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen und genutzt werden kann, und zählt zu den regenerativen Energien. Sie kann sowohl direkt genutzt werden, etwa zum Heizen und Kühlen im Wärmemarkt (Wärmepumpenheizung), als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom Die Geothermie ist weltweit eine bedeutende regenerative Energiequelle. In Deutschland beträgt ihr Anteil an der Wärmeerzeugung 0,1% (oder 1.856 GWh). Der Anteil an der Stromerzeugung ist noch vernachlässigbar. In anderen Ländern ist ihre Nutzung wesentlich ausgeprägter. Beispielsweise in Island - hier werden 19% der Stromerzeugung und 90% der Wärmeerzeugung mittels Geothermie sichergestellt. Bedingt durch die Lage an den Bruchstellen der Kontinentalplatten ist die Erdkruste hier relativ dünn und die Temperatur hoch, so dass dies gut genutzt werden kann. Untersuchungen gehen davon aus, dass 29% des Wärmebedarfs von Deutschland61 mittel Geothermie erzeugt werden können. Wenn man die Wärmepumpenheizung mit zur Geothermie zählt, dann wurden in Deutschland bisher 100.000 Anlagen installiert.


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5 Energieerzeugung in Thüringen Die Energieerzeugung (Strom und Wärme sind hier zusammengefasst) in Thüringen hat sich seit 1989 deutlich verändert. Bedingt durch den Austausch der alten Ofenheizungen wurden diese vielerorts durch Gas- bzw. Ölheizungen ersetzt. Entsprechend ist die Nutzung von Mineralöl und Gas deutlich gestiegen. Da die Verbrennung von Gas und Öl in modernen Heizungsanlagen weniger CO2 erzeugt als in alten Öfen, ist hier der CO2-Ausstoss gesunken. Gegen Ende der 90er Jahr ist der Anteil der erneuerbaren Energieträger deutlich angestiegen.

Energ

Steinkohle

Braunkohle

Mineralöl

Gas

Erneuerbare Energien

Stromaustauschsaldo

0

10

20

30

40

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Ant

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n %

1989 1991 1995 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Deren Anteil erhöhte sich von 1,1% in 1995 auf 11% in 200562. Die Kernkraft wird nicht direkt in Thüringen genutzt, da auch kein Kernkraftwerk hier steht. Über den so genannten Stromaustauschsaldo bezieht Thüringen Energie aus anderen Bundesländern. Das nachfolgende Schaubild veranschaulicht, wo in Thüringen Energie mit konventionellen Kraftwerken (Gas- und Kohle) erzeugt wird.


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Abbildung 18: Thüringer Hochspannungsnetz und Stromerzeugung 63

Thüringen erzeugt ca. 60% seines Stroms selbst und bezieht den Rest aus anderen Bundesländern. Der Anteil erneuerbarer Energien an dem selbst produzierten Strom betrug 2004 23,2%. Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien setzt sich dabei wie folgt zusammen.

Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien inThüringen Stand 2004

8,9%

49,4%

0,2%

41,4%

Wasser

Wind

Photovoltaik

Biomasse (fest, flüssigund gasförmig)

Abbildung 19 Stromerzeugung in Thüringen aus erneuerbaren Energien64


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5.1 Alternative Energieträger in Thüringen

5.1.1 Sonnenenergie (Photovoltaik und Solarthermie) Der Anteil der Photovoltaiknutzung zur Stromerzeugung ist recht begrenzt und beträgt nur einen Anteil von 0,2% an der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Die nachfolgende Karte zeigt die Verteilung der Photovoltaikanlagen in Thüringen (Stand Dezember 2005). 65

Abbildung 20 Verteilung der Photovoltaikanlagen in Thüringen

Viel interessanter ist die Photovoltaik deshalb, weil es eine Initiative gibt, die Thüringen als Solarstandort66 ausbauen möchte. In der Tabelle sind die wichtigsten Vertreter der Solarindustrie in Thüringen aufgeführt. Erwähnt sei noch, dass in Thalheim/ Sachsen-Anhalt mit Q-Cells ein weiteres Schwergewicht der Solarindustrie beheimatet ist. Hersteller von Solarmodulen und Bestandteilen Ort Mit arbeiter Schott Solar Jena Solarmodule und Glas Jena 160ANTEC Solar Energy International AG Solarmodule Arnstadt 100ErSol Solar Energy AG Solarmodule Erfurt 220PV Crystalox Solar Solarmodule Erfurt -Sunways Production GmbH Solarmodule Arnstadt 60 Der weit größere Teil der Sonnenenergienutzung (ca. 90%) erfolgt durch die Solarthermie. Hierbei verteilt sich diese auf den Bereich der Warmwassererzeugung und Heizungsunterstützung in Privathaushalten und öffentlichen Gebäuden. Die nachfolgende Karte67 zeigt die Verteilung der geförderten Solaranlagen in Thüringen. Der Kreis Saalfeld-Rudolstadt liegt bei der Wertung mit 583 Anlagen auf Platz 3 in Thüringen.


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Abbildung 21 Verteilung der Solaranlagen in Thüringen

5.1.2 Windkraft In Thüringen sind ca. 600 Windkraftanlagen mit einer Leistung von 631 MW68 installiert. Damit steuert die Windenergie ca. 5% an der Stromerzeugung in Thüringen bei. Die Entwicklung der Windkraft nahm einen schwankenden Verlauf, weil die Genehmigungspraxis in Thüringen schwierig war. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Gesamtentwicklung und den jährlichen Zuwachs an installierter Leistung.

Entwicklung der Windenergie in Thüringen (installierte Leistung in MW - Stand 2006)

0

100

200

300

400

500

600

700

Inst

allie

rte

Leis

tung

in M

W

Leistung Megawatt

Neubau Megawatt

1994 1997 2000 2003 2006

In Thüringen sind im Bereich Windenergie bis heute mehr als 700 neue Arbeitsplätze entstanden. Die großen Zulieferfirmen in Nordhausen, Thal oder Meuselwitz können hier genau so genannt werden, wie die Bau-, Elektro- und Wartungsfirmen. Sie alle profitieren von dieser zukunftsweisenden Energieform.


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Die größte Thüringer Windkraftanlage steht in Tüngeda bei Bad Langensalza und versorgt 23.000 Haushalte mit Strom69. In der folgenden Karte70 ist gut zu sehen, dass die Großzahl der Windenergieanlagen in Thüringen im nördlichen Flachland gebaut wurde.

5.1.3 Wasserkraft Die Nutzung der Wasserkraft hat in Thüringen eine lange Tradition. Dies begann mit dem Bau von Wassermühlen zum Mahlen von Mehl. Mit dem Bau der Bleilochtalsperre 1932 wurde die Wasserkraft in Thüringen für die Energieerzeugung im großen Maßstab genutzt.

Es folgte Laufwasser-Kraftwerk Burgkhammer 1930, Laufwasser-Kraftwerks Wisenta 1918-38, die Hohe Warte I Talsperre 1941, Laufwasser-Kraftwerk Eichicht 1942, Hohe Warte II 1965, Pumpspeicher-Kraftwerk Goldisthal 1997. Der Anteil der Wasserkraft an der Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien betrug 2004 ca. 9%. Der

Anteil ist relativ gering, da die Pumpspeicherkraftwerke wie Hohe Warte I und II nicht zur kontinuierlichen Energieerzeugung beitragen, sondern als Spitzenlastkraftwerke (das Wasser wird dann abgelassen, wenn schnell eine große Energiemenge erzeugt werden soll) genutzt. Da man für das Hochpumpen des Wassers ebenfalls Energie benötigt, ist der Energiegewinn recht gering. Ungeachtet dessen ist das Potential der Wasserkraft in Thüringen noch nicht ausgeschöpft. Man kann in den letzten Jahren immer wieder beobachten, dass ehemalige Mühlen wieder genutzt werden, um Strom zu erzeugen. Als Beispiele seien hier die Wasserkraftwerke Rudolstadt- Unterpreilipp und Jena-Burgau genannt.


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Die Verteilung der 164 Wasserkraftanlagen (Summe der Leistung 28 MW) in Thüringen 71 ist auf der folgenden Karte dargestellt. Die überwiegende Zahl hat eine Leistung kleiner als 200 kW.

Abbildung 22 Verteilung der Wasserkraftanlagen in Thüringen

5.1.4 Geothermie Die Geothermie wird im Wesentlichen durch so genante Wärmepumpen (Gewinnung der Wärme aus der durch die Erde erwärmte Luft durch die Umkehr des Kühlschrankprinzips) in Privathäusern genutzt.

5.1.5 Biomasse Die Biomasse ist die erneuerbare Energie, die das größte Potential in Thüringen hat. Dies liegt daran, dass es viel Landwirtschaft (mit Viehhaltung und Pflanzenproduktion) in Thüringen gibt. Entsprechend fallen dabei auch Abfälle an, die in Biogasanlagen verarbeitet werden können. Ebenso wird Holz als Biomasse in Biomassenkraftwerken genutzt. Der Anteil der Biomasse an der Stromherstellung in Thüringen beträgt ca. 4% (2004). Der Anteil der Biomasse an der Gesamtenergieerzeugung (Wärme und Strom) lag 2002 bei ca. 6,2% 72. Dieser dürfte deutlich gestiegen sein, weil damals 10 Biogasanlagen in Betrieb waren und heute ca. 80. Die nachfolgende Grafik zeigt die Entwicklung der Biogasanlagen in Thüringen. Hieraus wird ersichtlich, welche rasante Entwicklung die Biogasnutzung seit 2000 genommen hat.


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Entwicklung der Biogasanlagen und deren Leistung in Thüringen

0

10

20

30

40

50

60

70

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90

Anz

ahl

0,0

5,0

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MW

Anlagenzahl gesamt

Gesamte elekt. Leistung inMW

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Eine andere Möglichkeit, Biomasse zu nutzen, besteht in der thermischen Nutzung über die Verbrennung. Die Biomasseheizanlagen zeigen eine ähnliche Entwicklung wie die Biogasanlagen, nur in anderen Dimensionen. Die Gesamtzahl der Biomasseheizanlagen (dies können große Kraftwerke wie z.B. Bischofferode mit 20 MW, aber auch Pelletheizungen in Privathaushalten sein) hat sich von rund 4300 im Jahr 2000 auf fast 9000 im Jahr 2004 erhöht, hat sich also mehr als verdoppelt. Die damit erzeugte Wärmeleistung der Biomasseheizanlagen hat sich im gleichen Zeitraum von 722 MW im Jahr 2000 auf 974 MW im Jahr 200473 vergrößert. . In der nachfolgenden Karte74 sind die Biomassenanlagen (Biogasanlagen und Biomassenkraftwerke) in Thüringen dargestellt.

Abbildung 23 Verteilung der Biomassennutzung in Thüringen


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6 Beschreibung des Produktes Als Ergebnis unserer Projektarbeit möchten wir für die jeweilige Energieform eine laminierte Schautafel (im A3-Format) bereitstellen. Die Schautafel könnte z.B im Physikunterricht als Anschauungsmaterial genutzt werden. Damit könnte das Thema unserer Projektarbeit im zukünftigen Unterricht weiter behandelt werden. Die Schautafeln selbst werden aus folgenden Bereichen aufgebaut sein, um eine Vergleichbarkeit der Energieträger zu ermöglichen:

• Funktionsschaubild - Wie funktioniert die jeweilige Energieerzeugung mit dieser Energiequelle ?

• Entwicklung der Energieform in Deutschland und Vergleiche mit anderen Ländern • Anteil der Energiequelle im Vergleich zu anderen Energiequellen • Vergleichswerte (Vergleiche herzustellen, so dass man sich die Leistung der

Anlage vorstellen kann. Ein Bsp.: Wie viel CO2 wird eingespart, wie viel Einfamilienhäuser können versorgt werden, wie viel Erdgas wäre notwendig, um die gleiche Energiemenge zu erzeugen?).

Diese Schautafeln werden wir im Rahmen der Verteidigung mitbringen und vorstellen.


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7 Zusammenfassung Unsere Arbeit brachte die Haupterkenntnis, dass Atomkraft keine zukunftsweisende Energieform ist. In einem dicht besiedelten Land wie Deutschland hätte ein Super-GAU, bei dem Radioaktivität austritt, verheerende Folgen. Ein solches Szenario wird glaubhaft im Film „Die Wolke“ beschrieben. Weitere Gegenargumente sind die hohe Halbwertszeit des Urans, das Lagerungs- und Transportproblem des Atommülls und die Tatsache, dass die Atomindustrie kaum in der Lage ist, Arbeitsplätze zu schaffen. Nach unserer Meinung wird das Potential der regenerativen Energien in Deutschland und Thüringen noch längst nicht ausgenutzt. Vor allem durch die Nutzung von Windenergie, Photovoltaik und Biomasse könnte Deutschland an wirtschaftlicher Stärke gewinnen. Während weltweit unter den erneuerbaren Energien die Wasserkraft an der Spitze liegt, ist in Deutschland besonders die Windenergie von großer Bedeutung (souveräner Weltmarktführer), da für Wasserkraftkraftanlagen die nötigen Gebirge nicht vorhanden sind. Vor allem in Brasilien setzt man auf Wasserkraft (sie macht dort 85% der Stromerzeugung aus). Leider gibt es immer noch viele Vorurteile gegenüber Bio-Diesel als Kraftstoff, dabei liegt hierin eine großartige Möglichkeit für Deutschland, um von den Erdöl vertreibenden Staaten unabhängiger zu werden. Wir (Familie von Karl) fahren seit mehreren Jahren mit Bio-Diesel und haben damit gute Erfahrungen gemacht. Dieser Kraftstoff wäre noch lukrativer für viele KFZ-Halter, wenn die staatliche Stützung erhalten geblieben wäre. Was staatliche Förderung ausmachen kann, zeigen die Auswirkungen des Erneuerbare-Energien-Gesetz. Offensichtlich erfreuen sich Solarthermie und Photovoltaik in der Bevölkerung einer immer größeren Beliebtheit, die sich hoffentlich weiter fortsetzt. Wenn die Entwicklung der erneuerbaren Energien so weiter fortschreitet wie bisher, könnten diese bis 2050 zu 100% den Energiebedarf Deutschlands abdecken. Parallel zu dieser Entwicklung müsste die Energieeffizienz (bessere Nutzung der Energie beim Verbrauchen) deutlich erhöht werden. Beides könnte dann die Basis sein für eine CO2-neutrale Energieversorgung von Deutschland. Damit könnte dies ein Exportschlager für Deutschland in die Welt sein und den Klimawandel verhindern. Bei der Arbeit an dem von uns gewählten Thema gewannen wir viele neue Erkenntnisse. Der Umfang des zu bearbeitenden Materials war enorm für uns. Da wir aber an einem aussagekräftigen Gesamtüberblick interessiert waren, wollten wir trotzdem am Vergleich der geplanten alternativen Energieformen festhalten. Wenn wir jetzt von Umweltproblemen, Klimawandel und der damit verbundenen politischen Debatte hören oder lesen, können wir das viel besser einschätzen als früher. Natürlich sind wir auch besorgter, was die nachfolgenden Generationen betrifft.


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8 Eigenständigkeitserklärung Hiermit versichern wir, dass wir die vorliegende Projektarbeit mit dem Thema: „Die Atomenergie und ihre Alternativen in Deutschland und Thüringen“ selbständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Hilfsmittel benutzt haben. Die Stellen, die anderen Werken dem Wortlaut oder dem Sinn nach entnommen wurden, haben wir in den einzelnen Fällen durch die Angabe der Quelle, auch der benutzten Sekundärliteratur, kenntlich gemacht. _____________________________ _______________________________ Ort/Datum Unterschrift Ort/Datum Unterschrift Wie möchten uns bei unseren Betreuer Herrn Rode bedanken für seine Unterstützung während der Erstellung der Projektarbeit und für die Ratschläge bei der Themenwahl.


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9 Quellenangaben 1 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Kernenergie#Geschichte 2 Quelle: Zeitschrift Photon Heft 12-2006 3 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Druckwasserreaktor 4 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Schema_siedewasserreaktor_gro%C3%9F.png 5 Quelle: Internet (Stand 2006) www.kernenergie.net 6 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.greenpeace.de/themen/atomkraft/atomunfaelle/ 7 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Atomausstieg#Das_Atomgesetz_in_seiner_aktuellen_Fassung_von_2002 8 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Energie/energiestatistiken.html 9 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Energie/energiestatistiken.html 10 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.glocalist.com 11 Quelle: ATW, Internationale Zeitschrift für Kernenergie, Betreiberangaben, IAEO, nucnet 12 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.ews-schoenau.de/Download/files/Atomenergie_Zusammenfassung.pdf 13 Quelle: Internet (Stand 2006) Quelle: http://www.wind-energie.de/fileadmin/dokumente/Presse_Hintergrund/HG_Externe_Kosten.pdf 14 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bmu.de/erneuerbare_energien/aktuell/doc/1235.php 15 Quelle: Internet ( Stand 2007) http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Energie/energiestatistiken.html 16 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.bmu.de/erneuerbare_energien/aktuell/doc/1235.php 17 Das Erneuerbare-Energien- Gesetz regelt die Vergütung für die kWh-Strom der aus erneuerbaren Energien erzeugt wird. Quelle: Internet (Stand 2002) http://www.bmu.de/gesetze/verordnungen/doc/2676.php 18 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Schema_Windenergieanlage.png 19 Quelle: Internet (Stand 2007) www.windenergie.de 20 Quelle: Internet (Stand 2005) http://bundesrecht.juris.de/eeg_2004/index.html 21 Quelle: Internet (Stand 2007) www.windenergie.de 22 Quelle: Internet (Stand 2007) www.windenergie.de 23 Quelle: Internet (Stand 2007) www.windenergie.de 24 Quelle: Zeitschrift Photon 10/2005 25 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.wind-energie.de/de/themen/repowering/warum-repowering/ 26 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/windenergie_strategie_br_020100.pdf 27 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.unendlich-viel-energie.de/index.php?id=6 28 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Hydroelectric_dam_german.png 29 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_gr%C3%B6%C3%9Ften_Stauseen_der_Erde 30 Quelle: Internet (Stand 2006) diverse Quellen aus Wikipedia 31 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bmu.de/statistik/doc/38788.php 32 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.wasserkraft.org/ 33 Quelle: Internet (Stand 2006) GBBU „Potentiale der Wasserkraftnutzung“ www.wbgu.de/wbgu_jg2003_ex03.pdf 34 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_gr%C3%B6%C3%9Ften_Wasserkraftwerke_der_Erde 35 Quelle: Internet (Stand 2006) www.erneuerbare-energien.de 36 Quelle: Internet (Stand 2006) www.unendlich-viel-energie.de 37 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.saalekraftwerke.de/unterpreilipp/unterpreilipp.htm 38 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.graskraft.de/literatur/geschichte.html 39 Quelle: Internet (Stand 2005) www.bioenergie.de 40 Quelle: Internet (Stand 2007) http://de.wikipedia.org/wiki/Biogas 41 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.bio-energie.de 42 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bio-energie.de/ 43 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Energie/energiestatistiken.html 44 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.bio-energie.de/ 45 Quelle: Internet (Stand 2006) www.biodiesel.de


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46 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Biodiesel 47 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bmu.de/statistik/doc/38788.php 48 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bmu.de/statistik/doc/38788.php 49 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Fotovoltaik#Geschichte_der_Fotovoltaik 50 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.solarserver.de/wissen/photovoltaik.html 51 Quelle: Stand 2007 CD „Wissen der Physik“ 52 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.bmu.de/statistik/doc/38788.php 53 Quelle: Internet (Stand 2006) http://de.wikipedia.org/wiki/Fotovoltaik#Potenzial 54 Quelle: Internet (Stand 2007) www.solarwirtschaft.de 55 Quelle: Internet (Stand 2007) http://de.wikipedia.org/wiki/Solarthermie#Geschichte_der_Solarthermie 56 Quelle: Internet (Stand 2005) www.solar.rudolstadt-web.de 57 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bmu.de/statistik/doc/38788.php 58 Quelle: Internet (Stand 2007) www.solarbusiness.de 59 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.unendlich-viel-energie.de/ 60 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.unendlich-viel-energie.de/ 61 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.bmu.de/statistik/doc/38788.php 62 Quelle: Internet (Stand 2007) http://www.thueringen.de/de/tmwta/energie/zahlen/ 63 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.thueringen.de/de/tmwta/energie/strukturen 64 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.thueringen.de/de/tmwta/energie/zahlen/ 65 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.thueringen.de/de/tmwta/energie/energiepolitik/erneuerbar/ 66 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.thueringen.de/de/tmwta/thema_solar/ 67 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.thueringen.de/de/tmwta/energie/energiepolitik/erneuerbar/ 68 Quelle: Internet (Stand 2007) www.wind-energie.de 69 http://www.wind-energie.de/de/windenergie-in-der-region/bundeslaender/thueringen/aktuelles-aus-der-region/article/wind-nachbarn-windpark-und-bockwindmuhle-tungeda/22/ 70 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.thueringen.de/de/tmwta/energie/energiepolitik/erneuerbar/ 71 Quelle: Internet (Stand 2006) http://www.thueringen.de/de/tmwta/energie/energiepolitik/erneuerbar/ 72 Quelle: Internet (Stand 2007) Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft: www.tll.de/ainfo 73 Quelle: Internet (Stand 2007) Bund der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallrecht und Kulturanbau: www.bwk-bund.de/kongresse/bundeskongress2005/Niedling.pdf 74 Quelle: Internet (Stand 2007) Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Technologie und Arbeit [2007] http://www.thueringen.de/de/tmwta/energie/energiepolitik/erneuerbar/

Date post:	17-Sep-2018
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