Elektrische EnergieWo kommt der Strom her?

Inhalt

• Definition einer Einheit zur Energieerzeugung in großem Maßstab

• Ein Beispiel für Energierzeugung aus Wasserkraft: Niagara hydropower facility– Balance zwischen elektrischem und

touristischem Wirkungsgrad

• Energie Erzeugung in Deutschland

• Anmerkungen zu den Energieträgern

Earthlights

„Earthlights“ und Energie• Die Karte zeigt Aufnahmen verschiedener Regionen zu ihrer

Nachtzeit, zu einem Bild zusammengesetzt• Das Aussehen der Erde hat sich im Laufe der letzten 150

Jahre offensichtlich verändert– Damals wäre, außer einigen Buschfeuern, nichts zu sehen

gewesen• Die weltweite Beleuchtung erfordert elektrische Energie• Elektrische Energie -in dieser Größenordnung- entsteht mit

Menschen ersonnener Technik bei Umwandlung von– kinetischer-, potentieller Energie (Wind- und Wasserkraft)– Bindungs-Energie zwischen Atomen (Fossile Energieträger)– Bindungs-Energie zwischen Kernbausteinen (Kernreaktionen, Fusion

oder Spaltung)– Strahlungsenergie elektromagnetischer Wellen (Sonnenlicht)

• Die Wahl des Energieträgers hängt von der Bewertung der Umstände ab, z. B. der Verfügbarkeit und der Gefahren beim Umgang

• In jedem Fall wird in die Natur eingegriffen – im Gleichgewicht mit der Natur ist es in der Nacht finster, so wie es die letzten 13 Milliarden Jahre war

Im Folgenden verwendete Einheit für Leistung in großem Maßstab: 2,4 GW aus Wasserkraft an den Niagara-Fällen

Niagara hydropower facility

• Niagara is the biggest electricity producer in New York State, generating 2.4 million kilowatts—enough power to light 24 million 100-watt bulbs at once!

• This low-cost electricity saves the state's residents and businesses hundreds of millions of dollars a year.

• Quelle: http://www.nypa.gov/facilities/niagara.htm

• This flow was once cut completely

Ein Bild für den Leistungsbedarf in Deutschland 26 „Niagara-Fälle“ zu je 2,4 GW = 62,4 GW

26 „Niagara-Fälle“ würden benötigt, um aus

Wasserkraft die in Deutschland benötigte

elektrische Leistung von ca. 63 GW zu erbringen

Bei 82 Millionen Einwohnern:

Leistungsbedarf pro Mensch ca. 800 W

Quellen der Energieversorgung

• RES: Quellen erneuerbarer Energie, Lignite: Braunkohle

Info-Quelle: http://www.eds-destatis.de/de/publications/detail.php?th=8&k=1&dok=3232

Elektrische Energie und ihre QuellenMittlere

Leistung BRD 68 GW

Installierte Leistung zur Erzeugung elektrischer Energie

Mittlere Leistung BRD

68 GW

CO2 Emission nach Art der Energieerzeugung

Quelle: http://www.psi.ch/ , Vollständiger Text: http://www.psi.ch/medien/Medienmitteilungen/Beitrag_zur_CH_Energiedebatte/Beitrag_zur_CH_Energiedebatte.pdf

Welcher Energieträger ist sinnvoll?

• In Deutschland gibt es keine den Niagarafällen entsprechenden Wasserquellen– Das Stauseen zugeführte Wasser wird den an der

Erdoberfläche verlaufenden Bächen entzogen und in unterirdischen Kavernen zu den Seen geleitet, es verändern sich Flora und Fauna der Alpentäler

• Windkraft und Solarenergie: Ziel der Regierung ist der Ausbau auf 20% Anteil, aber– Diese Energiegewinnung hängt vom Wetter ab– Unbekannte Langzeit-Wirkung des Energie-Entzugs

aus bodennahen Luftströmungen auf das lokale Klima und das Wachstum von Pflanzen. Wind ist nicht nur Energieträger, er bewirkt auch massiven Materialaustausch, verteilt die Samen von Pflanzen usw.

– Solarkollektoren verändern das in den Kosmos zurückgestrahlte Spektrum, die meteorologische Albedo

Öl, Kohle und Gas

• Öl, Kohle und Gas sind leicht zu handhaben, aber ihre Verbrennung erzeugt CO2 , das Klima kann beeinflusst werden– Hohe Materialumsätze (etwa 400t Kohle =

Inhalt von 6 Güterwagen Kohle pro Stunde werden für ein 1,2 GW Kraftwerk benötigt)

– Weite Transportwege mit hohem Transportaufkommen

– Unfallrisiken bei Transport und Gewinnung

Kernenergie

• Energiedichte des Brennstoffs 105 höher gegenüber chemischer Verbrennung (Masse wird über E=mc2 [J] in Energie verwandelt)

• Keine gasförmigen Verbrennungsprodukte (CO2)

• Wenige, dafür „riskante“ Transporte („Castor“)• Endlagerung?

Bild des Kohlefusses (65 t/Wagen) in „Echtzeit“ zur Erzeugung von 60 GW elektrisch

Kernzerfall• Reagiert 1 kg 235 U vollständig durch Kernzerfall, dann• sind die Reaktionsprodukte 1 g leichter

– Die Masse 1 g wurde nach E=mc2 [J] (m=0,001 kg, c = 3 108 m/s) in Energie umgewandelt

Quelle: http://www.uvm.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/16224/

Ketten-Reaktion………

Vergleich der zu transportierenden Massen (Daten für 2007)

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

1.00E+10

1.00E+11

0 1 2 3 4 5 6 7

Massen zur U235Technologie

Zum KW transportierte Kohle

Bedarf an 235 U

Zur Energie äquivalente

Masse

235 U im Brennelement

bis zum Austausch

Zum KW zu transportierende

Kohle

KW mit „idealem Wirkungsgrad“ 100% (real ~45%)

Zum KW zu transportierende

Brennelemente bei Anreicherung auf 5%

235 U

Massen beim Abbau der Uran-haltigen Erze

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

1.00E+10

1.00E+11

0 1 2 3 4 5 6 7

Massen zur U235Technologie

Zum KW transportierte Kohle

Bedarf an 235 U

Zur Energie äquivalente

Masse

235 U im Brennelement

bis zum Austausch

Zum KW zu transportierende

Brennelemente bei Anreicherung auf 5%

235 U

Zum KW zu transportierende

Kohle

Bedarf an Uran mit 0,5% Anteil

235 U

Bedarf an Gestein mit 0,1 %

Anteil an Uran

KW mit „idealem Wirkungsgrad“ 100% (real ~45%)

Zusammenfassung

• Die in Deutschland erforderliche Leistung von 63 GW entspricht der Leistung von 26 Niagara-Fall Kraftwerken

• Leistung in dieser Größenordnung ist – unabhängig vom Energieträger – nicht auf sanfte Weise zu erhalten

• Risiken und Wirkung der Anlagen auf die Lebensqualität sind bei keiner Art des Energieträgers vernachlässigbar

• Am sinnvollsten ist Energieerzeugung aus regional angepassten Quellen