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100 % regenerative Energie- ein Konzept für eine ländliche Kommune Prof. Dr.Konrad Scheffer

100 % regenerative Energie- ein Konzept für eine ländliche Kommune Prof. Dr.Konrad Scheffer Sitzung des Rates der Stadt Waldbröl am 7.5.08. Ausgaben für Energie in eine 10.000-Einwohner-Kommune. X. Strom. EON RWE Wattenfall Ruhrgas Gazprom AggerEnergie ESSO Shell BP. Dorf.

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100 % regenerative Energie- ein Konzept für eine ländliche Kommune Prof. Dr.Konrad Scheffer

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  1. 100 % regenerative Energie- ein Konzept für eine ländliche Kommune Prof. Dr.Konrad Scheffer Sitzung des Rates der Stadt Waldbröl am 7.5.08

  2. Ausgaben für Energie in eine 10.000-Einwohner-Kommune X Strom EON RWE Wattenfall Ruhrgas Gazprom AggerEnergie ESSO Shell BP Dorf € 4,5 Mio € 7,5 Mio X o o € 8 Mio o o X o o o o Summe: ca. 20 Mio. €

  3. Ausgaben für Energie in einer 20.000-Einwohner-Stadt X Strom RWE Aggerenergie ESSO, Shell, BP, u.a. Stadt € 15 Mio € 7 Mio X o o € 15 Mio o o X o o o o Summe: ca. 37 Mio. €

  4. Bioenergiedorf Jühnde

  5. Holzhack- schnitzel Technisches Konzept Jühnde öffentliches Netz Strom Dorf Strom Block-Heiz- Kraftwerk Biogas- anlage Silage Heizanlage Nahwärme- leitung

  6. Von Bioenergiedorf zur autonomen Solarenergiekommune Energiequellen: - Biomasse - Wind - Solarthermie - Photovoltaik - (Geothermie)

  7. Verfügbarkeit von Biomasse ist Voraussetzung für Energieautonomie, • allerdings müssen folgende Bedingungen erfüllt sein: • - höchste Flächen- und Konversionseffizienz • - Nutzbarkeit aller Pflanzenarten und • Pflanzenabfälle • (durch ein neues Nutzungskonzept) • - Speicherfähigkeit (Brennstoff und Biogas)

  8. Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei herkömmlichen Anbau- und Konversionsverfahren (Liter Öläquivalent pro ha) 10.000 Biogas aus Mais Kraftstoff Strom Wärme 7.500 Raps Getreide 5.000 Energiebilanz Klimabilanz 2.500 RME Ethanol

  9. Anbau und Nutzung einer unbegrenzten Vielfalt von Energiepflanzen

  10. Das neue Nutzungskonzept für Biomasse

  11. Silage Stroh und Grünschnitt mechanische Entwässerung Pressgut Presssaft Trocknung Brennstoff Dünger Fermentation Biogas CH4 Pellets BHKW Strom Wärme Vielfalt der Pflanzenarten

  12. Brennstoff als Häckselgut, für Nahwärme- versorgung oder Pellets für Einzelheizungen

  13. Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren (Liter Öläquivalent pro ha) Biogas aus Mais 10.000 Strom Wärme 7.500 5.000 2.500

  14. Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren (Liter Öläquivalent pro ha) neues Verfahren Biogas aus Mais 10.000 Strom Wärme 7.500 5.000 2.500

  15. Vorteile des neuen Nutzungskonzeptes für Biomasse • Optimierung der Energieausbeute aus Biomasse • vereinfachte Biogastechnik • vollständige Wärmenutzung • Nutzung einer beliebigen Pflanzenvielfalt • Brennstoff mit sehr niedrigen Mineralstoffgehalten • (z.B. Chlorid, Stickstoff, Phosphor, Kalium) • Ortsunabhängigkeit

  16. Von Bioenergiedorf zur autonomen Solarenergiekommune Energiequellen: - Biomasse - Wind - Solarthermie - Photovoltaik - (Geothermie)

  17. Biogas- speicherung 2 BHK Grundlast/Spitzenlast Biogas Photovoltaik Solarkollektoren für Warmwasser im Sommer Presssaft Biomasse (Silage) Wärme zum Trocknen Pressgut P P P Brennstoffspeicherung Neues Technisches Konzept

  18. Die autonome Solarenergiekommune Einwohnerzahl: 10.000 Energiebedarf pro Jahr: Strom: 25.000 MWh Wärme: 100.000 MWh = 10 Mio. Liter Heizöl Treibstoff: 60.000 MWh = 6 Mio. Liter Benzin oder Diesel oder 20.000 MWh Strom

  19. Verfügbarkeit an Biomasse Landwirtschaftliche Nutzfläche: davon für Energieversorgung: 4000 ha Ackerland davon 1000 ha x 18 t/ha = 18.000 t TM 2000 ha Grünland davon 500 ha x 8 t/ha = 4.000 t TM 500 ha Naturschutzflächen, Wegränder und Grünschnitt 500 hax 4 t/ha = 2.000 t TM Waldfläche 2500 ha davon Schwachholzx 2 t/ha = 5.000 t TM

  20. Wärmebereitstellung Jahresbedarf: 100.000 MWh entspr. 10 Mio. Liter Heizöl ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- Bereitstellung: 14.400 t Pellets 67.680 MWh 5.000 t Holzhackschnitzel 23.500 MWh Solarthermie 30.000 MWh ------------------- Summe: 121.180 MWh d.h. ca. 20 % Überschuss

  21. Stromversorgung • Jahresbedarf 25.000 MWh • ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- • Bereitstellung: • Biogasanlage Stromproduktion: 20.660 MWh • Windkraft, ca. 8 MW 27.000 • Photovoltaikanlagen, ca. 2500 kW 3.000 --------------------------------- Summe: 50.660 MWh Überschuss: 25.660 MWh

  22. 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Uhr 6 Uhr 12 Uhr 18 Uhr 24 Uhr Tagesgang des Stromverbrauchs kW pro h

  23. kW pro h 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Uhr 6 Uhr 12 Uhr 18 Uhr 24 Uhr Überschuss an Windstrom: 7000 kWh/Tag Überschuss an PV-Strom: 1500 kWh Überschuss an Biogas: 23.250 m3 / Tag entspr. : 46.500 kWh Strom der Durchschnittstag täglich produzierbare Menge an Biogasstrom Biogas- Strom Biogas - Strom PV - Strom mittlere Menge an Wind - Strom

  24. Stromversorgung bei Windstille und/oder dichter Bewölkung ??

  25. 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Uhr 6 Uhr 12 Uhr 18 Uhr 24 Uhr Windstille und dichte Bewölkung kW pro h Strom aus gespeichertem Biogas (2. BHKW, Spitzenlast) Strom aus Biogasproduktion (1. BHKW, Grundlast)

  26. Im Falle völliger Windstille und ausbleibender Sonneneinstrahlung erfolgt die Stromproduktion ausschließlich über Biogas, d.h.: Gesamtbedarf an Strom 68.500 kWh Strom aus täglichem Normalbetrieb der Biogasanlage 56.600 kWh zusätzlicher Bedarf: 11.900 kWh Bedeutung der Speicherung von Biogas An einem „Normaltag“ beträgt der Überschuss an Biogas 23.250 m3. Diese Gasmenge wird gespeichert. Sie entspricht einer Strommenge von 46.500 kWh Fazit: Die aus einem „Normaltag“ resultierende Speicherung einer Biogasmenge von 23.250 m3 (= 46.500 kWh Strom) garantiert eine Versorgungssicherheit von 3,9 Tagen bei Ausbleiben von Wind und Sonne. Bei noch länger andauernder Windstille und starker Bewölkung wird das 2. BHKW (Zündstrahlmotor) mit Pflanzenöl betrieben (täglicher Bedarf. 3.000 Liter).

  27. Zusatzinvestitionen • für autonome regionale Stromversorgung: • BHKW, 2.500 kWel. mit Zündstrahlmotor • Gasspeicher für ca. 25.000 m3 Biogas

  28. 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Uhr 6 Uhr 12 Uhr 18 Uhr 24 Uhr Stromversorgung ohne Wind, aber mit viel Sonne Speicherung und Nutzung von überschüssigem Biogas kW pro h Biogas - Strom aus 1. BHKW Biogas-Strom aus 2. BHKW PV - Strom

  29. kW pro h 600 500 400 300 200 100 0 Uhr 6 Uhr 12 Uhr 18 Uhr 24 Uhr Stromproduktion bei guten Windverhältnissen, aber dichter Bewölkung Wind - Strom

  30. Kraftstoffproduktion 5.000 Kfz x 15.000 km/Jahr x 8 Liter/100 km = 6 Mio. Liter Nettoertrag (Liter/ha) 10.000 7.500 Raps Getreide Die Produktion von 6 Mio Liter Kraftstoff erfordert eine Ackerfläche von mindestens 6.000 ha. Die Bauern der Solarenergie- Kommune könnten nur noch 3.000 ha zur Verfügung stellen und müssten außerdem auf die Erzeugung von Lebensmitteln verzichten. Das hat keine Zukunft !! 5.000 2.500 RME Ethanol

  31. Die neue Mobilität vom Hybridantrieb zum Elektroantrieb Hybridantrieb: Kraftbedarf bei Umstellung auf Hybridantrieb mit 25% Benzin und 75% Strom: 1,5 Mio. Liter Benzin + 15.000 MWh Strom Elektroantrieb: Bedarf: 20.000 MWh Strom Aus dem Stromüberschuss von 25.660 MWh kann der Energiebedarf der PKW bei Elektroantrieb voll gedeckt werden. Der Biodieselbedarf für Traktoren und LKW wird kompensiert durch den Verkauf von ca. 5.000 MWh Strom

  32. Fazit: Durch Biomasse als speicherfähige Solarenergie und nach Umstellung auf Elektrofahrzeuge kann eine Region mit Erneuerbaren Energiequellen energetisch absolut autark werden - ohne Kostensteigerung für den Gesamtenergieverbrauch ! Eine 10.000- Einwohner-Kommune betreibt durch Energieautarkie eine Wertschöpfung von ca. 20 Mio. €, d.h. nach Abzug der Betriebs- und Materialkosten könnten Investitionen von mindestens 100 Mio. € finanziert werden. • An Investitionen sind erforderlich: • Übernahme des Stromnetzes • Windkraftanlagen (ca. 8 MW) • PV – Anlage • Bioenergieanlage • Umstellung auf Elektrofahrzeuge mit zusätzlichen Batterien

  33. Ausblick: Nach dem hier vorgestellten Konzept könnte ca. 50% des deutschen Energiebedarfs gedeckt werden. • Eine weitere Steigerung dieses Anteils ist durch folgende • Optimierungsschritte möglich: • Reduzierung des Energieverbrauchs • Reduzierung des Biomasseanteils durch Abflachung der Stromverbrauchsspitzen (Land- und forstwirtschaftliche Nutzfläche ist die begrenzende Ressource !!) • Regionalverbund • Nutzung weiterer Ressourcen: Erdwärme (Geothermie) Stroh, Müll, Klärschlamm Biotonne, Lebensmittelreste Altholz u.a.

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