Wüstenstrom und Offshore-Windparks sind aktuelle Projekte der Energiebranche. Aus den Visionen findiger Ingenieure sind sie entstanden und gehören nun zu den Großprojekten der Zukunft. Welche Pilotprojekte sich Ingenieure noch einfallen lassen, um die Energieversorgung zu gewährleisten, zeigt das neue THINK ING. kompakt zum Thema Energievisionen.
»» I N T R OReale Science-Fiction Ideen entwickeln, wie die Zukunft aussehen könnte – Science-Fiction-Autoren sind naturgemäß besonders gut darin. Dabei sind sie manchmal erstaunlich treffsicher bei der Beschreibung einer Welt, die zu ihrer Zeit noch gar nicht existiert. Jules Verne ist einer der bekann-testen von ihnen. Er sah 1863 nicht nur eine Mondlandung voraus, für Paris im 20. Jahr-hundert schwebten ihm schon vollautomatisierte Stadtbahnen, gasbetriebene Pkw und Straßen mit elektrischer Beleuchtung vor. Ebenso Wolkenkratzer, Schreib-automaten und Faxgeräte.
Dass all diese Ideen Wirklich-keit geworden sind, ist in erster Linie Naturwissenschaftlern, Erfindern und Ingenieuren zu verdanken, die es letztlich viel schwerer haben als Literaten. Jene können einfach ihrer Fanta-sie freien Lauf lassen und sogar die Welt zum Untergang ver-dammen. Ingenieure hingegen sind bemüht, sie lebenswerter zu gestalten. Unter diesem Aspekt ist in den vergangenen Jahrzehn-ten die Suche nach alternativen Energien immer wichtiger ge-worden. Bei den Pilotprojekten, die in dieser Ausgabe vorgestellt werden, geht es genau darum. Und sie zeigen deutlich: Die Zukunft hat längst begonnen. //
„Wer Visionen hat, sollte zum Arzt gehen“, hat Alt-bundeskanzler Helmut Schmidt einmal gesagt. Für das politische Tagesgeschäft mag dieser Satz zutreffen, für Ingenieure auf der Suche nach neuen Formen der Energiegewinnung aber sicher nicht. Die folgenden Ansätze stellen heute noch die Speerspit-ze der Forschung dar, könnten aber eines Tages wie selbstver-
ständlich dazu beitragen, unsere Energieversorgung langfristig und klimafreundlich zu sichern.
Die Natur macht’s vor: Bei der Osmose treten Flüssigkeitsmole-küle durch eine semipermeable, also halbdurchlässige Membran, um die Unterschiede in der Konzentration gelöster Teilchen in den Flüssigkeiten auf beiden Seiten auszugleichen. Pflanzen
»» P R O J E K T EMassenhaft saubere Energie Riesen-Energieprojekte bringen auch riesige Chancen für die Energieversorgung der Mensch-heit. Der erste deutsche Offshore-Windpark und ein gigantisches Solarkraftwerk in der Sahara zei-gen, wie der Strom in Zukunft flie-ßen könnte. »» weiter S. 3 + 4
»» E N T W I C K LU N G E NSchwarmstrom und Hybrid Erneuern, verbessern und einsparen. Alles im Hinblick auf die Energiewelt, in der wir leben, steht auf dem Prüfstand. Neue Konzepte, alternative Technolo-gien und innovative Strukturen müssen her – und sind zum Teil schon da. »» weiter S. 5 + 6
nutzen diesen Effekt, wenn sie durch ihre Zellmembranen Wasser aufnehmen und es bis in die Spitzen leiten. Der durch unterschiedliche Flüssigkeits-mengen diesseits und jenseits der Scheidewand entstehende osmotische Druck verleiht ihnen Stabilität oder bringt sie im schlimmsten Fall sogar zum Platzen, wie das bei stark zucker- haltigen Kirschen,
Energie tanken mit Sonne, Meer und AlgenEs gibt manche Kraftwerkstechnologien, die sich noch im Entwicklungsstadium befinden, denen aber eine große Zukunft bevorsteht – zum Beispiel das Osmosekraftwerk, die Kernfusion oder ein Algenreaktor
Jeden Monat neue Infos aus der Welt der Ingenieure Thema: Energievisionen
Jeden Monat neue Infos aus der Welt der Ingenieure
Links zum Studium
Das Thema erneuerbare Energien ist so wichtig ge-worden, dass es inzwischen entsprechende Studiengänge gibt, deren Bezeichnung von „Umweltingenieurwesen“ bis zu „Zukunftsenergien“ reicht. Erwarten können die ange-henden Ingenieurinnen und Ingenieure meist eine bunte Studienmischung aus den Gebieten Maschinenbau, konventionelle Energietechnik und erneuerbare Energien.
Hier eine Auswahl:
Umweltingenieurwissenschaf-ten an der TU Darmstadt: www.ui.tu-darmstadt.de/studiumumweltingenieurwissenschaften/startseite_ui/studiumumweltingenieurwissenschaften_1.de.jsp
Umweltingenieurwissen-schaften an der Bauhaus-Universität Weimar:www.uni-weimar.de/cms/bauing/studium/studiengaenge/umweltingenieur-wissenschaften.html
Umweltingenieurwesen an der TU Braunschweig:www.tu-braunschweig.de/studieninteressierte/studienangebot/umweltingenieurwesen
Energiemanagement an der Karlshochschule Internatio-nal University in Karlsruhe:www.karlshochschule.de/de/mein-studium/energiemanagement/
Erneuerbare Energien und Energiemanagement an der Hochschule Aschaffenburg:www.fh-aschaffenburg.de/index.php?id=5134
Zukunftsenergien an der Fachhochschule Ostwestfalen-Lippe:www.hs-owl.de/fb6/studium/zukunftsenergien0.html
Energiesystemtechnik an der TU Clausthal:www.iee.tu-clausthal.de/studium/energiesystemtechnik/
die im Regen viel Wasser durch ihre Haut aufnehmen, schon mal passieren kann.
Findige Forscher und Ingenieu-re haben darüber nachgedacht, ob man dieses Prinzip zur Ener-giegewinnung einsetzen kann. Das Ergebnis: Am 24. November 2009 hat der staatliche Ener-giekonzern Statkraft im norwe-gischen Tofte am Oslofjord das weltweit erste Osmosekraft-werk in Betrieb genommen. Es handelt sich dabei um ein Kleinstkraftwerk, das für eine Leistung von etwa 2.000 bis 4.000 Kilowattstunden ausge-legt ist. Das reicht gerade mal für ein bis drei Staubsauger. Der Konzern geht aber davon aus, dass das Potenzial bei kommer-zieller Nutzung im Bereich von 1.600 bis 1.700 Terawattstun-den jährlich läge, was der Hälfte der gesamten Stromproduktion in der EU entsprechen würde.
Die Entwicklung einer ge-eigneten Spezialmembran ist
übrigens der schwierigste Teil der Technik. Die benötigten Flüs-sigkeiten liefert die Natur gratis, denn das Osmosekraftwerk macht sich die unterschiedli-che Salzkonzentration in Süß- und Salzwasser zunutze. Die Membran ist wasserdurchlässig, hält Salze aber zurück. Das Süßwasser fließt hindurch, um den Salzgehalt auf beiden Seiten auszugleichen. Im Salzwasser entsteht dadurch ein Über-druck, der eine Turbine antreibt, die ihrerseits Strom erzeugt. Geeignete Kraftwerksstandorte finden sich dementsprechend überall dort, wo Flüsse ins
von Wasserstoffatomen Helium. Dabei kommt es zu einem Ver-lust von Masse, die in Energie umgewandelt wird und die als Sonnenlicht zur Erde gelangt.
Ein wenig weicht die Ent-wicklung der Forscher vom Vorbild ab, nämlich durch die Fusion der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium. Deu-terium wird aus Wasser ge-wonnen und Tritium ausLithium, das sich gleichmäßig verteilt in der Erdkruste findet. Der Nachteil: Tritium entsteht durch Neutronenbeschuss und ist radioaktiv. Mit einer Halb-wertszeit von 12,3 Jahren wird seine Strahlung aber wesentlich schneller abgebaut als die her-kömmlicher radioaktiver Abfälle. Zum Vergleich: Plutonium besitzt eine Halbwertszeit von 24.000 Jahren. Darüber hinaus sind die benötigten Mengen vergleichs-weise gering. Die Inbetrieb-nahme von ITER ist für das Jahr 2018 geplant; die tatsächliche Beherrschung der Technologie
liegt allerdings wohl noch einige Jahrzehn-te in der Zukunft.
Ein weiterer neuer Kraftwerkstyp ist der Al-genreaktor. Ein durchaus ernstzunehmender An-satz. Sogenannte Mikro-algen „ernähren“ sich von Kohlenstoffdioxid, Wasser und Sonnenlicht. Durch Fotosynthese verwandeln sie das energiearme und klimaschädliche CO2 in energiereiche Biomasse, die wiederum zur Pro-
duktion von Strom, Wärme, Bio-diesel oder Bioerdgas eingesetzt werden kann. Dabei sind sie, weil die Umwandlung in allen Zellen stattfindet, etwa zehnmal effektiver als Landpflanzen, die nur in den grünen Blättern, nicht aber in Wurzeln oder Stämmen Fotosynthese betreiben. 2008 hat der Energiekonzern E.ON in Hamburg-Reitbrook eine Pilotanlage in Betrieb genom-men. Sogar konventionelle Kraftwerke können von dem neuen Ansatz profitieren – das benötigte CO2 liefert ein nahe gelegenes Blockheizkraftwerk, das mit Erdgas betrieben wird. //
THINK ING.-kompakt · Ausgabe 3/2010 · www.think–ing.de · Seite 2
»» Fortsetzung von S. 1: Energie tanken mit Sonne, Meer und Algen
Eine spannende Herausforderung gerade auch für junge Ingenieure: das erste Osmosekraftwerk der Welt im norwegischen Tofte
Meer münden. Schon 2015 will Statkraft die Technologie weit genug entwickelt haben, um das erste kommerzielle Kraftwerk bauen zu können, das dann bei einer Leistung von 25 Mega-wattstunden 10.000 Haushalte mit Strom versorgen soll.
Einen gänzlich anderen Weg beschreiten die Forscher im Kernforschungszentrum Cadara-che im südfranzösischen Ort Saint-Paul-Lès-Durance. Dort hat Ende 2009 der Bau des weltweit größten Kernfusionsreaktors ITER begonnen. Der Name stand ursprünglich für „International Thermonuclear Experimental
Reactor“. Von den Verantwort-lichen wird aber inzwischen nur noch von „dem Weg“ (lat.: iter) gesprochen. Während in „normalen“ Kernkraftwerken Energie durch die Spaltung von Atomen gewonnen wird, geschieht in einem Fusionsreak-tor genau das Gegenteil. Denn auch die Verschmelzung von Atomen setzt Energie frei. Das Vorbild liefert einmal mehr die Natur: Der Prozess, der in der Forschungsanlage zur „Serien- reife“ gebracht werden soll, entspricht in etwa dem, der im Inneren der Sonne stattfindet. Dort entsteht durch die Fusion
Das Ökosystem Erde leidet unter dem maßlosen Ener-giehunger der Menschheit. Unsere große Chance liegt in den erneuerbaren und regene-rativen Energien. Deren Entwick-lung erschließt zudem neue Märkte und Berufsperspekti-ven. Deutsche Unternehmen gehören in diesem Bereich zur Weltspitze. Laut Angaben des Bundesministeriums für Umwelt und Naturschutz ist der Anteil der erneuerbaren Energiever-sorgung in Deutschland in den
vergangenen zehn Jahren von 3,1 auf 10 Prozent gestiegen. Rotoren von Windkraftanlagen oder Solarkollektoren auf Haus-dächern gehören hierzulande
längst zum gewohnten Bild.Und da dem Wind nie die Puste ausgeht und die Sonne auch erst in geschätzten sechs Milliar-den Jahren erlischt, werden den Visionen aus Wind und Sonne weltweit allergrößte Zukunfts-chancen eingeräumt – auch und gerade bei der Energieerzeu-gung im großen Stil. Zwei ak-tuelle Riesenprojekte beweisen das: der erste deutsche Off-shore-Windpark „alpha ventus“ mit seinen zwölf turmhohen Windrädern, die Strom auf hoher
See produzieren, sowie die futuris-tischen Planungen zur Wüstenstrom-anlage „Desertec“, das als 90.000 Quadratkilometer großes Parabol-rinnenkraftwerk die Sonne der Sahara im großen Stil einfangen und solaren Strom in die ganze Weltliefern soll.
Rückenwind für „alpha ventus“ Am 16. November 2009 um 7:13 Uhr war es soweit. Das für den Bau von „alpha ventus“
zuständige Konsortium aus EWE, E.ON, Vattenfall und der Deutschen Offshore-Testfeld und Infrastruktur GmbH hatte die zwölfte und damit letzte Windkraftanlage erfolgreich weit draußen in die sturmumtoste deutsche Nordsee gepflanzt. Sieben der zwölf Riesen, die mit bis zu 155 Meter Höhe nur zwei Meter kleiner sind als der Kölner Dom, laufen zurzeit im Probebetrieb. Immerhin konnte „alpha ventus“ bislang bereits rund 13 Millionen Kilowatt-stunden umweltfreundlichen Offshore-Windstrom in das deutsche Netz einspeisen. Beachtlich, wenn man bedenkt, dass 1 Kilowattstunde Strom ausreicht für einmal Wäsche waschen bei 60 °C. 13 Millionen Sauberwaschgänge hat der Offshore-Strom also im übertra-genen Sinne schon ermöglicht.
Dabei steht die Stromerzeugung im großen Stil gar nicht so sehr im Fokus der Projekt-ingenieure von „alpha ventus“. Die Ungetüme weit draußen im Meereswind sind
eher ingenieurtechnisches Neu-land und ein Sprung ins kalte
Wüstenstrom und Offshore-Windparks könnten die saubere Universal-Energie der Zukunft sein
THINK ING.-kompakt · Ausgabe 3/2010 · www.think–ing.de · Seite 3
Fast so hoch wie der Kölner Dom: Die Offshore-Anlage „Multibrid M5000“
Die Montage des Rotorsterns erfolgte von einer schwimmenden Kran-Plattform
Hier in der Nordsee liegt der Offshore-Windpark „alpha ventus“
„alpha ventus“: Zwölf turmhohe Offshore-Windkraftanlagen und ein Umspann-werk stehen seit kurzem 60 Kilometer vor der deutschen Küste in der Nordsee
Salzwasser. „Mit dem Bau von „alpha ventus“ haben wir gezeigt, dass Offshore-Windenergie in Deutschland auch unter vergleichsweise schwierigen Bedingungen technisch machbar ist“, freut sich Gesamtprojektlei-ter Wilfried Hube, und fügt noch hinzu: „Die Errichtung von zwölf Windkraftanlagen der 5-Me-gawatt-Klasse in 45 Kilometer Entfernung von der Küste und bei Wassertiefen um 30 Meter ist ein echtes Stück Pionierarbeit.“Der Testfeldcharakter der An-lage wird auch dadurch deut-lich, dass zwei verschiedene Anlagentypen mit unterschiedli-chen Fundamenten im Meeres-boden verankert wurden. Die „REpower 5M“-Windräder sind auf vierbeinigen Gitterkon-struktionen befestigt, die auf bis zu 45 Meter langen Stahl-köpfen stecken, die zuvor mit einem Hydraulikhammer in den Meeresboden gerammt wurden. Für die sechs Anlagen des Typs „Multibrid M 5000“ dagegen kamen erstmals sogenannte Tripod-Fundamente zum Einsatz – also 700 Tonnen schwere stählerne Dreibeine, die von einer Hubplattform förmlich am Grund festgenagelt wurden.
Massive Bauweise steht im Vordergrund, um Sturm, Wel-len, Gezeiten und Korrosion zu trotzen. Außerdem ist jede Anlage durch ein Arbeitsdeck aus der Luft zugänglich. Die mehr als einhundert zuständi-gen Techniker mussten extra entsprechende Helikopter-Ab-seiltrainings absolvieren, um die in vier Dreierreihen und in einem Abstand von 800 Metern stehenden Ungetüme auch bei starkem Seegang zu erreichen.Am Rande des Offshore-Parks hat man – ähnlich einer Ölplatt-form – ein spezielles Umspann-werk errichtet. 12,5 Zentimeter dicke Seekabel, die 60 Zentime-ter tief im Meeresgrund liegen, transportieren den Windstrom an Land und speisen ihn ins deutsche Stromnetz ein.
Natürlich bläst der Wind da draußen stärker. Das ist für die Stromausbeute der An-lagen günstiger, für Bau und Betrieb aber umso schwieriger.
250 Millionen Euro wird „alpha ventus“ insgesamt kosten, die Nutzungsdauer liegt bei etwa 20 Jahren.Und schon bald könnte es noch voller werden auf hoher See. Laut Bundesamt für Seeschiff-fahrt und Hydrografie sind bereits 25 weitere Offshore-Windparks mit 1.800 Anlagen genehmigt und 90 Parks mit 5.000 Anlagen in Planung.
Die Strahlkraft von Desertec Experten schätzen den Energie-verbrauch der gesamten Mensch- heit aktuell auf rund 18 Terawatt – das sind 18.000 Gigawatt oder 18 Milliarden Kilowatt. Gleichzei-tig bestrahlt die Sonne unseren Planeten mit 180.000 Terawatt, also mit mehr als 10.000 Mal so viel Energie, wie wir der Erde mühsam an fossilen Energieträ-gern abringen. Was liegt da also näher, als den Kampf gegen den Klimawandel mit der Verwirk-lichung einer großen Utopie zu verbinden? Die Errichtung riesiger Sonnenkraftwerke in den großen Wüstenregionen Afrikas scheint die Öko-Strom-Alternative schlechthin zu sein.Dort, in den Sonnengürteln der Erde, kann mit den glei-chen Anlagen doppelt so viel Solarenergie gewonnen werden wie im nördlicher liegenden Südeuropa. So könnte effizi-enter, günstiger und umwelt-freundlicher Strom dauerhaft Richtung Europa fließen.
Studien des Deutschen Zen-trums für Luft- und Raumfahrt bestätigen die Machbarkeit dieses gigantischen Himmels-kraftwerks. Ein Quadratkilometer
Wüste würde zur Versorgung von etwa 100.000 Haushalten mit 250 Millionen Kilowattstun-den Strom pro Jahr ausreichen und bis zum Jahr 2050 ließensich mit dem gesamten Desertec- Projekt 15 Prozent des europä- ischen Strombedarfs decken.Die Technik dafür liegt in vielen zusammengeschalteten solar-thermischen Kraftwerken. Jene bündeln die Sonnenstrahlung
mithilfe von riesigen Parabol-spiegeln, erhitzen Spezialöl, erzeugen so Wärmeenergie und treiben damit Dampfturbinen an. Funktionierende große Anlagen stehen bereits im spanischen Andalusien und in der kalifor-nischen Mojave-Wüste.
Alle Technologien für die Rea-lisierung des Desertec-Konzepts sind vorhanden und zum Teil seit
Jahrzehnten im Einsatz. Besonde-re Wichtigkeit kommt den HGÜ-Leitungen, also der Hochspan-nungs-Gleichstromübertragung zu, denn die im Überfluss vorhan-dene Sonnenenergie muss auch dahin fließen, wo sie gebraucht wird. Schließlich geht es um
THINK ING.-kompakt · Ausgabe 3/2010 · www.think–ing.de · Seite 4
Entfernungen von Tausenden von Kilometern. Im Gegensatz zu den hohen Übertragungsverlus-ten im Wechselstromnetz schaf-fen HGÜs den interkontinentalen Stromtransport mit Verlusten von nur 10 bis 15 Prozent. Eine echt effektive Stromautobahn.Damit aus der Vision von Sonnenenergie im ganz großen Maßstab vielleicht schon bald Realität werden kann, wurde mit Unterstützung von Prinz Hassan bin Talal von Jordanien sowie des deutschen Club of Rome die Stiftung der Desertec Foundation mit Sitz in Berlin ins Leben gerufen. Am 30. Okto-ber 2009 wurde es dann noch konkreter. Die zwölf Unterneh-men ABB, Abengoa Solar, Cevital, Deutsche Bank, E.ON, HSH Nordbank, MAN Solar Millen-nium, Munich Re, M+W Zander, RWE, SCHOTT Solar und Siemens sowie die DESERTEC Founda-tion gründeten die DESERTEC Industrie-Initiative „Dii GmbH“.
So ungeheuer wie das Energiepotenzial der Wüsten, ist auch der Finanzbedarf des Desertec-Projekts. Man kalkuliert mit einem Volumen von 400 Milliarden Euro. 350 Milliarden Euro würde der Bau der riesigen solarthermischen Kraftwerke verschlingen, der Rest müsste in die neuen Gleichstrom-Hochspannungsnetze fließen. Trotzdem scheint kein Preis zu hoch, wenn man bedenkt, dass
eine Fläche von 300 mal 300 Kilometern mit Parabolspiegeln in der Sahara ausreichen würde, um den gesamten Energiebedarf der Menschheit auf regenera-tive und ökologisch korrekte Art und Weise zu decken. Echt sauber, diese Energie-Zukunft. //
Skizze einer möglichen Infrastruktur für eine nachhaltige Stromversorgung in Europa, dem Nahen Osten und Nord-Afrika auf Basis von „Wüstenstrom“
Moderne Parabolrinnenanlagen passen sich mit Hilfe von Wärmespeichern sogar an die Schwankungen der Sonneneinstrahlung an
Um unsere Energiemaß-stäbe und die Höhe des Verbrauchs zu verstehen, können ein paar Beispiele der Leistungseinheit Watt helfen:Milliwatt – 20 bis 50 mW entsprechen ungefähr der Leistungsaufnahme einer typischen Leuchtdiode.Watt – bei 300 W liegt die durchschnittliche Trittleistung eines Radrennfahrers während einer Bergetappe.Kilowatt – 10 bis 20 kW schafft die Heizung eines normalen Einfamilienhauses.Megawatt – 8 MW ist in etwa die Antriebsleistung des Hoch-geschwindigkeitszugs ICE 3.Gigawatt – 18,2 GW erzeugt das Wasserkraftwerk des Drei-Schluchten-Damms in der Volksrepublik China.Terawatt – bei 0,6 bis 14 TW liegt die Leistung eines Blitzes.Petawatt – unfassbare 180 PW erreichen die Erde als Strahlungs-leistung der Sonne.
Hybridfahrzeuge, die durch eine Kombination von Elektro- und Verbrennungsmotor den Benzinverbrauch und damit
die CO2-Emissionen reduzieren, sind bereits auf dem Markt. Als Klassenprimus gilt der Toyota Prius, den es bereits seit 1997 gibt und der seit 2009 bereits in der dritten Generation ver-kauft wird. Aber es gibt auch
Schienenfahrzeuge wie von der französischen SNCF für den Regionalverkehr eingesetzte Triebwagen, die mit einem Hybridantrieb ausgestattet sind.
Auch die Entwicklung der Brennstoffzelle, in der chemi-sche Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt wird,
kommt weltweit voran. Das bayerische Unternehmen Smart Fuel Cell ist der erste Anbieter, der den größten Teil seiner Umsätze aus kommerziellen Produktverkäufen erzielt. Seine Brennstoffzellen verwandeln
eine Kombination aus Methanol, Wasser und Sauerstoff über eine Kathoden-Anoden-Konstruk-tion in Strom. Die EFOY-Serie bietet Produkte sowohl für den Freizeitbereich (zum Beispiel für die Stromversorgung in Reisemobilen und auf Segelboo-ten) als auch für professionelle Anwender (zum Beispiel für die
»» E N T W I C K L U N G E N
Watt bringt die Zukunft – Hybrid, Schwarmstrom oder smarte Fuel Cells ?Für Ingenieurinnen und Ingenieure geht die Suche nach alternativen Energiekonzepten, Einsparpotenzialen und Wirkungsgradverbesserungen unermüdlich weiter
THINK ING.-kompakt · Ausgabe 3/2010 · www.think–ing.de · Seite 5
Sieben Milliarden unserer Art-genossen bevölkern zurzeit die Erdoberfläche. Aktuelle Progno-sen gehen davon aus, dass bis 2025 nochmals 1,5 Milliarden hinzukommen. Gemeinsam ist uns allen nicht nur der ständige Appetit auf Nahrungsmittel, son-dern auch der unstillbare Hunger auf Energie. Ziemlich gedanken-los haben wir bisher wertvolle Ressourcen verfeuert und damit Umwelt und Atmosphäre verän- dert. Auf die fossilen Energieträ-ger Erdöl, Erdgas und Kohle stützt sich unser derzeitiger Verbrauch zu circa 85 Prozent.
Schon bei Abbau und För- derung der fossilen Energieträ-ger ist großer Energieeinsatz notwendig. Für Stein- und Braunkohle müssen Massen an Gestein bewegt werden, Erdöl wird aus tiefen Schichten an die Oberfläche geholt und erst durch Umwandlungsprozesse – beispielsweise in Raffinerien – lassen sich Endprodukte wie Benzin, Diesel oder Kerosin erzeugen. Die Transportwege reichen dabei um den halben Globus, denn die Lagerstätten verteilen sich sehr ungleichmä-ßig über die Erde. Das ist vor allem aus westeuropäischer Sicht ungünstig, denn nur 2 Prozent der Erdöl- und 3 Prozent der Erdgasvorräte befinden sich hier. Knapp 70 Prozent des weltweit vorhande-nen Erdöls und Erdgases lagern im Nahen Osten und auf dem Gebiet der ehemaligen UdSSR.
Diese Monopolstellung einzel-ner Länder in Kombination mit einem weiteren Anstieg des weltweiten Energieverbrauchs wird in naher Zukunft zu einer Verknappung und einer entspre-chenden Verteuerung von Erdöl, Erdgas und Kohle führen.
Das augenfälligste Argument für einen nötigen Wandel der Energieerzeugung ist aber unschlagbar simpel: Fossile Brennstoffe wie Kohle, Gas, Öl und Uran sind einfach nicht unbegrenzt vorhanden. //
»» S T A T U S Q U O
Transformatoren sind Schlüsselprodukte für eine zuverlässige Energieversorgung. Durch die Transformation auf eine höhere Spannungsebene wird der wirtschaftliche Transport von Strom mittels HGÜs über lange Strecken erst möglich
Die Hybridtechnik macht’s möglich: anschließen, Strom tanken, weiterfahren
Wäschetrockner, die Solaranlage auf dem Dach mit der Brennstoff- zelle im Keller, der Offshore-Windpark vor der Nordseeküste mit dem lokalen Energiever-sorger. Wichtig ist, die Energie-menge, die verbraucht wird, mit der Menge, die erzeugt wird, exakt in Einklang zu bringen.
Verkehrs- und Überwachungs technik oder netzferne Funk-und Messsysteme).
Die Energienetze der Zukunft werden dem Internet immer ähnlicher. Eine Plattform, auf der jeder mit jedem kommuniziert: die Waschmaschine mit dem
»» F A C H B E G R I F F E
Energiedeutsch & Stromlatein
» Kilowattstunde (kWh): Maßeinheit der Arbeit bezie-hungsweise Energieeinheit . Sie entspricht der Energie, die eine Maschine mit einer Leistung von 1.000 Watt in einer Stunde verbraucht oder erzeugt. Eine Gigawattstun-de (GWh) sind eine Million kWh, eine Terawattstunde (TWh) eine Milliarde kWh.» Thermonukleare Reaktion: Beschreibt die Kernver-schmelzung von Wasserstoff zu Helium, bei der Energie freigesetzt wird. Dazu sind allerdings extrem hohe Temperaturen und Drücke erforderlich. Gewöhnlich findet dieser Prozess im Inneren von Sternen statt . Auf der Erde wird er bisher nur bei der unkontrollierba-ren Explosion einer Wasser-stoffbombe reproduzier t . Die kontrollier te Nutzung ist das Ziel des ITER-Projekts.» Nuklide:Eine durch Massen- und Ord-nungszahl festgelegte Atom-sorte.» Isotope: Verschiedene Nuklide ein und desselben Elements, die gleich viele Protonen und damit die gleiche Ordnungs- zahl, aber verschieden viele Neutronen und damit eine unterschiedliche Massen-zahl aufweisen.» Mikroalgen: Algen, die frei im Wasser schweben, entweder als ein-zelne Zellen oder als kurze Ketten von Zellen. Sie wer-den in der Wissenschaft auch als Phytoplankton (phyto = Pflanze, planktos = Wande-rer) bezeichnet. Bisher sind circa 30.000 Arten bekannt.»Hochspannungsgleich-stromübertragung (HGÜ): Effiziente Art der Energie-übertragung über große Distanzen. Wechsel- wird zu Gleichstrom umgewandelt und durch dicke Untersee-kabel mit nur 10 bis 15 Prozent Übertragungsver-lust über ganze Kontinente hinweg transportier t .
THINK ING.-kompakt · Ausgabe 3/2010 · www.think–ing.de · Seite 6
Visionen wurden Wirklichkeit Eine Reihe von Entwicklungen im Bereich neuer Energieformen hat den Prototypenstatus längst hinter sich gelassen. Zu nennen wären:
Fotovoltaik: Solaranlagen zur Umwandlung von Sonnenlicht in Strom finden sich seit Jahren auf vielen Hausdächern, wobei der Anteil an der gesamten Stromerzeugung in Deutsch-land im Jahr 2008 allerdings nur bei 0,65 Prozent lag.
Geothermie: Auch die Nutzung von Erdwärme wird immer selbstverständlicher. In vielen Kellern ersetzen Wärme-pumpen veraltete Ölbrennanla-gen. Vorreiter Island bezieht cir-ca 20 Prozent Elektrizität und 90 Prozent Wärmeenergie aus fünf geothermischen Kraftwerken.
Windkraft: Windenergiean-lagen prägen das Landschafts-bild inzwischen in vielen Ge-
bieten Europas. In Deutschland betrug ihr Beitrag zur Gesamt-stromerzeugung im Jahr 2008 immerhin schon 7 Prozent.
Hydroenergie: Wasserkraft-werke lieferten im Jahr 2008 15,7 Prozent des weltweit erzeugten Stroms – und lagen damit sogar 2,1 Prozentpunkte über dem entsprechenden Kernkraftwert. Sie gelten als zurzeit wichtigste erneuerbare Energiequelle. Allerdings variiert der Anteil von Land zu Land recht stark: In Deutschland sind es gerade einmal 5 Prozent, in der Schweiz und Österreich hingegen 60 beziehungsweise 66 Prozent.
Außerdem lässt sich viel Geld sparen, wenn die Geräte dann in Betrieb gehen, wenn der Strom am günstigsten ist. Nachts oder bei starkem Wind etwa. Überlegungen zu solchen Energie- Management-Systemen gehen bis hin zu einer Art App Store, für den kreative Programmierer Anwendungen schreiben, mit denen sich die elektrischen Geräte im Haushalt vom Smart-phone oder Computer aus kontrollieren lassen.
ZuhauseKraftwerk und Schwarmstrom sind die Kernbegriffe des Konzepts beim Hamburger Energieunterneh-men LichtBlick. Die Volkswagen AG hat dazu im Werk Salzgitter Erdgas-betriebene Pkw-Serien-motoren so umgerüstet, dass man sie als Blockheizkraftwerk in den Keller stellen kann. Diese kleinen Kraftwerke, die den Kunden nur einen Installations-zuschuss von 5.000 Euro kos-ten, versorgen nicht nur lokal Gebäude mit Wärme, sondern werden von LichtBlick zu einem modernen Großkraftwerk vernetzt. Wie in einem Fisch-schwarm werden viele kleine Einheiten so zu einer großen, leistungsfähigen Gemeinschaft. Der dabei erzeugte Schwarm-strom kann bei Bedarf innerhalb einer Minute ins Stromnetz eingespeist werden. //
Im Blitzkanal wird die Luft schlagartig auf bis zu 30.000 °C erhitzt. Die Stromstärke einer Hauptentladung kann bei Positivblitzen bis zu 300.000 Ampere erreichen. Die pure Energie!
»» Fortsetzung von S. 5: Watt bringt die Zukunft - Hybrid, Schwarmstrom oder smarte Fuel Cells?
