Elektrische Energie

1. Elektrische Energie Wo kommt der Strom her?

2. 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

3. Earthlights

4. „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

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

6. 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

7. This flow was once cut completely

8. 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

9. 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

10. Mittlere Leistung BRD 68 GW Elektrische Energie und ihre Quellen

11. Installierte Leistung zur Erzeugung elektrischer Energie Mittlere Leistung BRD 68 GW

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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 Ketten-Reaktion……… Quelle: http://www.uvm.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/16224/

17. Zum KW zu transportierende Kohle Vergleich der zu transportierenden Massen (Daten für 2007) Bedarf an 235 U Zum KW zu transportierende Brennelemente bei Anreicherung auf 5% 235 U 235 U im Brennelement bis zum Austausch Zur Energie äquivalente Masse KW mit „idealem Wirkungsgrad“ 100% (real ~45%)

18. Zum KW zu transportierende Kohle Massen beim Abbau der Uran-haltigen Erze Bedarf an Gestein mit 0,1 % Anteil an Uran Bedarf an 235 U Bedarf an Uran mit 0,5% Anteil 235 U Zum KW zu transportierende Brennelemente bei Anreicherung auf 5% 235 U 235 U im Brennelement bis zum Austausch Zur Energie äquivalente Masse KW mit „idealem Wirkungsgrad“ 100% (real ~45%)

19. 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 derAnlagenauf die Lebensqualität sind bei keiner Art des Energieträgers vernachlässigbar • Am sinnvollsten ist Energieerzeugung aus regional angepassten Quellen