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Elektrische Energie. Wo 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

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Presentation Transcript
Elektrische energie

Elektrische Energie

Wo kommt der Strom her?


Inhalt
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 und energie
„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 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



Ein bild f r den leistungsbedarf in deutschland 26 niagara f lle zu je 2 4 gw 62 4 gw
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
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 quellen

Mittlere Leistung BRD 68 GW

Elektrische Energie und ihre Quellen



Co 2 emission nach art der energieerzeugung
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 energietr ger ist sinnvoll
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


L kohle und gas
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
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
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/


Vergleich der zu transportierenden massen daten f r 2007

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%)


Massen beim abbau der uran haltigen erze

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%)


Zusammenfassung
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


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