Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 – Fachseminare EE 1 Quelle: BMU / H.-G. Oed 1 Fachseminare zu erneuerbaren Energien Thema 4: Basiswissen zum Thema

Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 – Fachseminare EE 1

Quelle: BMU / H.-G. Oed

1

Fachseminare zu erneuerbaren Energien

Thema 4:

Basiswissen zum Thema erneuerbare Energien –

ökologische, ökonomische, soziale und technische

Aspekte

Forschungsvorhaben im Rahmen der Richtlinie zur Förderung von Untersuchungen zur Fortentwick-lung der Gesamtstrategie zum weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien (EE)

Laufzeit: April 2009 bis März 2012

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit unter dem Förderkennzeichen 0325118 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

2011 / SolZu / Rolf Behringer

Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 – Fachseminare EE

Forschungsprojekte powerado und powerado plus - Module








Vorläuferprojekt poweradoAusgewählte Schulmaterialien

Quelle: UfU

www.ufu.de/powerado

Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 – Fachseminare EE2011 / SolZu / Rolf Behringer


Themen der Fachseminare EE

1. Integration des Themas EE in verschiedene

Unterrichtsfächer – Methoden und fächerübergreifende

Projekte

2. Experimente mit EE im Sachunterricht und

naturwissenschaftlichen Unterricht Klasse 3 bis 6

3. Die gesellschaftliche Bedeutung von EE – Warum EE in

der Schule unterrichten?

4. Basiswissen zum Thema EE – ökologische,

ökonomische, soziale und technische Aspekte

Quelle: UfU



Gliederung

1. Filmimpuls

2. Warum erneuerbare Energien?

3. Das Potential der EE

4. EE im Überblick

Solarenergie

Windenergie

Wasserkraft

Bioenergie

Geothermie


Quelle: powerado

5. Perspektiven und Grenzen

6. Gruppenaufgabe

7. Diskussion und Feedback

FilmimpulsGreenpeace Film: Grow up – Cool Down

8

Quelle: www.youtube.com/watch?v=bcao6kzh-WM

2011 / SolZu / Rolf Behringer Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 – Fachseminare EE

9

Warum erneuerbare Energien?

Quelle: Le Monde diplomatique 2007

Temperaturabweichung im Vergleich zu 1950

IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change

Kritischer Temperaturanstieg

Schätzung des IPCC für 2100; Spanne von plus 1,4° bis 5,8 °C

Prognostizierte Erwärmung bei Verdoppelung der CO2-Konzentration; Spanne von plus 1,4 ° bis 11,8°C

Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 –Fachseminare EE2011 / SolZu / Rolf Behringer

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Warum erneuerbare Energien?Peak Oil

Quelle: Rolf Behringer / Solare Zukunft



Warum erneuerbare Energien?Das Ende der fossilen Energievorräte: Energiewende

Gibt es ein Ende und wenn ja, wann?

• Fossile Energieträger sind endlich, weil sie über einen sehr langen

Zeitraum entstanden sind. Sie sind nicht nachwachsend.

• Reserven sind sicher nachgewiesen und mit bekannter Technologie

wirtschaftlich gewinnbar.

• Ressourcen sind Vorkommen, die noch nicht wirtschaftlich zu fördern

sind oder die noch nicht sicher ausgewiesen sind, aber aufgrund

geologischer Indikatoren erwartet werden.


Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 – Fachseminare EE 12Verbundprojekt powerado-plus 12

Warum erneuerbare Energien?Nichterneuerbare Energievorräte: Reserven

Wissen Sie es oder schätzen Sie:

Reichweite der fossilen Rohstoffreserven von:• Uran• Erdgas• Erdöl• Braun- und Steinkohle

in Jahren?



Warum erneuerbare Energien?Das Ende der nichterneuerbaren Energievorräte

Problem CO2

Klima !



Das Potential der EE

Das Potential• Wie viel Energie steht uns zur Verfügung?

Die erneuerbaren Energien• Solarenergie (Photovoltaik und Solarthermie)• Windenergie• Wasserenergie• Bioenergie• Geothermie


Quellen: © Rainer Sturm / www.pixelio.de; © Marco Bernebeck / www.pixelio.de; BMU, © Helga Hauke / www.pixelio.de / BMU

Das Potential der EEGlobaler Energieverbrauch

Weltenergieverbrauch:

Die kleinen Würfel repräsentieren das derzeit technisch nutzbare Potential.

Quelle: Joachim Nitsch, bearbeitet von Rolf Behringer / Solare Zukunft



Das Potential der EEWürfel basteln als Aufgabe im Mathematikunterricht

1. Herstellen von Würfeln unterschiedlicher Größe

2. Veranschaulichung der Relationen durch Würfel

3. Das Verhältnis kann auch in Form von Volumen abgefüllt werden

Schnittmuster / FlächenmodellDer Würfel hat 12 gleich lange KantenDas Volumen beträgt V = a³ = a x a x a

Seitenlängen für das Potential der erneuerbarenEnergien (gerundet):Solar: 44,0 cmWind: 9,5 cmGeothermie: 3,0 cmHydro: 2,0 cm Aktueller Verbrauch: 2,5 cm global!

Quelle: Köller, Jürgen (2006)



100 % erneuerbare Energien!

Möglich! Nötig? Machbar?

Verbundprojekt powerado-plus 17

Das Potential der EEEine Bilanz


Fotos: Rolf Behringer / Solare Zukunft, Grafik: Agentur für Erneuerbare Energien


EE im Überblick

Quelle: BMU-Publikation 2010

Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland 2010



Solarenergie

Fotovoltaik• Strom aus Sonnenlicht• Umwandlung durch Solarzellen

amorphe Zellen polykristalline Zellen monokristalline Zellen konzentrierende Zellen

Solarthermie• Wärme aus Sonnenlicht• Umwandlung durch Absorption

Flachkollektoren Röhrenkollektoren Konzentrierende Systeme

Quelle: Markus-Steur / DLRQuelle: Bernd Müller / BMU


SolarenergieNetzintegrierte Photovoltaikanlage


Solar-module

Kabel

Anschlusskasten

Wechselrichter

Energiekostenzähler

Quelle: DGS



SolarenergieFotovoltaik

Fotovoltaik:

Strom aus Sonnenlicht

Solarsiedlung Freiburg

Großanlage mit Dünnschichtmodulen

Quelle: Bernd Wenzel (IFNE) / BMU

Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien



SolarenergieEntwicklung der Fotovoltaik in Deutschland




SolarenergieSolarthermische Anlage




Entwicklung der Kollektorfläche und Wärmebereitstellung aus solarthermischen Anlagen in Deutschland 1990 - 2008

27

3

34

8

43

1

54

0

68

0

83

7

1.0

20

1.2

55

1.5

81

1.8

78

2.1

37

2.4

37

2.7

71

3.2

11

3.6

36

4.1

31215164127

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

[1.0

00

m2 ]

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

[GW

h]

Wärmebereitstellung [GWh]

installierte Fläche, kumuliert [m²]

Quelle: BMU Publikation "Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung", KI III 1; Stand: Juni 2009; Angaben vorläufig

SolarenergieEntwicklung der Solarthermie in Deutschland

Quelle: BMU-Publikation „Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung“



SolarenergieProjekt Desertec

Das Projekt Desertec: Strom aus der Sahara

Welt

EuropaMittlerer Osten

Nordafrika

Quelle: Desertec (www.desertec.org)



SolarenergieProjekt Desertec

Das Projekt Desertec – Noch zahlreiche offene Fragen und Kritik:

• Moderner Energie-Kolonialismus oder Technologietransfer für

Nordafrika?

• Ablenkung von den EE- und Energieeffizienzpotentialen in Europa?

• Gefahr negativer Umweltauswirkungen in Afrika: Wasserverbrauch

• Technische Hürden: Ausbau eines Stromnetzrings um das Mittelmeer

• Vergleichsweise hohe Investitionskosten aus heutiger Sicht



Windenergie

Installierte Leistung in Deutschland 2009: 25 GW

• Mehr als deutsche Atomkraftwerke

• Allerdings: schwankende Stromerzeugung

Herausforderung für die Zukunft:

• Ausbau von Offshore Anlagen

• Ausbau der Stromnetze +

• Bessere Speichertechnologien +

• Lastmanagement der Verbraucher =

Intelligentes Netz!Quelle: Konrad Hölzl / BMU



WindenergieTechnische Entwicklung

Quelle: Agentur für EE 2010

Konfiguration der Anlagen variiert nach Lage


29

WindenergieRepowering

Leistung einer 5 Megawatt-Anlage:

Quelle: © Bundesverband Windenergie

2011 / SolZu / Rolf Behringer Verbundprojekt powerado-plus


Wasserkraft

• Wasserkraft ist die älteste Form der Energiegewinnung.

Wasserräder an Flüssen trieben Mühlen und

Sägewerke an.

Das Wasser trieb Räder an, aus deren Drehbewegung

mechanische Energie entstand, um das Mahlwerk oder

die Klopfsäge zu betreiben.

• Wasserkraftwerke haben unter den erneuerbaren

Energien einen besonderen Stellenwert.

Sie liefern kontinuierlich Strom und leisten daher einen

wichtigen Beitrag für die Bereitstellung der Grundlast.

• Wasserenergie lässt sich speichern.Quellen: Voith Siemens Hydro Power (www.voithsiemens.com) / Wikipedia, Peltonturbine / Wikipedia



WasserkraftWasserkraftnutzung in Deutschland

Quelle: © F. Gopp / www.pixelio.de

Der Möhnestausee zwischen Soest und Arnsberg

Wasserturbine

Historisches Wasserrad

Quelle: © U. Dreiucker / www.pixelio.de

Quelle: © U. Dreiucker / www.pixelio.de



WasserkraftKraftwerkstypen, Turbinen und Wasserräder


Quelle: Seaflow Strömunsturbine, ISES; Marine Current Turbines: MCT; Hohenwartetalsperre: © Marco Bernebeck, www.pixelio.de; Wassermühle Scharzachtal: © Yarik, www.aboutpixel.de; Wasserkraftwerk Ypps-Persenburg: © Adolf Riess, www.pixelio.de; Wasserturbinenrad: © Paul Meister, www.pixelio.de


Bioenergie

Quelle: Agentur für erneuerbare Energien


BioenergieBiomasse

Quelle: Zuckerrüben: © L.M., www.pixelio.de; Kuh: © H. Lang, www.pixelio.de; Weizen: © cajul, www.pixelio.de; Ölpalme: Marc Andeson, www.pBase.com; Mais: © qay, www.pixelio.de; Holz: BMU; Misthaufen: © typecosmic, www.pixelio.de; Raps: BMU

2011 / SolZu / Rolf Behringer Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 – Fachseminare EE 34

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BioenergieKontinuierlich verfügbar


2011 / SolZu / Rolf Behringer Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 – Fachseminare EE


BioenergieBiomasse muss nachhaltig sein!




BioenergieHeizen mit Holzpellets

Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien, www.unendlich-viel-energie.de



Geothermie


Quellen: Quaschnigg, bearbeitet Michael Scharp / IZT; Bundesverband WärmePumpe e.V., www.waermepumpe-bwp.de, Temperaturprofil nach BINE basisEnergie 8, www.bine.info (bearbeitet: Michael Scharp, IZT und Uwe Hartmann, DGS)

Tiefengeothermie Oberflächennahe Geothermie


GeothermieHeizen mit oberflächennaher Geothermie

Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien, www.unendlich-viel-energie.de



Perspektiven und GrenzenDie „neuen“ Energien




Perspektiven und GrenzenDas Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Erneuerbare-Energien-Gesetz

• Jede erzeugte Kilowattstunde EE-Strom wird über 20 Jahre festvergütet.

• Die Höhe des Vergütungssatzes variiert je nach Art der erneuerbarenEnergie, Anlagengröße, Technik und teilweise nach Standort.

• Die Höhe der Vergütung sinkt jährlich für neu installierte Anlagen(Degression).

• Die Betreiber der Stromnetze müssen den produzierten Strom in ihr Netzaufnehmen und weiter verteilen (Vorrangregelung). Die Kosten werdenüber die Stromrechnung auf alle Verbraucher umgelegt.

PV Vergütung auf Gebäuden



Perspektiven und GrenzenEEG-Umlage

Quelle: Agentur fürErneuerbare Energien.



Perspektiven und GrenzenSinnvolle Energienutzung

Neue Gebäude mit hoher Energieeffizienz

• Plusenergiehaus

Quelle: Architekt Rolf Disch / Freiburg



Perspektiven und GrenzenKombikraftwerk – 100 % EE

Quelle: Agentur für Erneuerbare EnergienFilm: www.unendlich-viel-energie.de/fileadmin/content/ video_out/08.04.10.26-kombikraftwerk.flv

Kombikraftwerk

• Zu jeder Zeit und bei jedem

Wetter eine verlässliche

Stromversorgung allein mit

erneuerbaren Energien!

Filmtipp: Das Kombikraftwerk



Perspektiven und GrenzenNachhaltige Energieversorgung


Quelle: Bundesverband Windenergie


GruppenaufgabeNachhaltiges Wohnen

Wie würden Sie Ihr Haus energetisch ausstatten?

Quelle: ClipArt



GruppenaufgabeNachhaltiges Wohnen


Gruppenaufgabe

•Planen Sie die Energieversorgung für Ihr

eigenes Haus.

•Zeichnen Sie die Energietechnologien

bzw. Energiequellen ein, die sie in Ihrem

Haus der Zukunft haben möchten.

•Geeignet hierfür ist z.B. die

Mindmap-Methode.

•Zeitrahmen: 20 Minuten

Das Ergebnis wird im Anschluss von

einigen Gruppen vorgestellt.

Quelle: ClipArt


Diskussion und Feedback

48

Quelle: ClipArt

• Auswertung der Veranstaltung

• Anmeldung für den

„Newsletter Bildung“ vom BMU:

http://www.bmu.de/newsletter/content/36658.php

Besten Dank!



QuellenhinweiseLiteraturverzeichnis

Agentur für Erneuerbare Energien (2008): Solarwärme, online:

http://www.unendlich-viel-energie.de/de/solarenergie/solarwaerme.html [Zugriff 11.11.09].

Agentur für Erneuerbare Energien (2008): nachhaltige Bioenergie, online:

http://www.unendlich-viel-energie.de/de/bioenergie/detailansicht/article/9/nachhaltige-bioenergie-deutschland-ist-vorreiter-bei-der-zertifizierung.html

[Zugriff 11.11.09].

Agentur für erneuerbare Energien (2008): Wie funktioniert eine Holzpelletsheizung?, online:

http://www.unendlich-viel-energie.de/de/bioenergie/detailansicht/article/156/wie-funktioniert-eine-holzpelletheizung.html

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Agentur für Erneuerbare Energien (2008): Erdwärme – Geothermie, online: Agentur für erneuerbare Energien (2008):

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BMU (2009): „Erneuerbare Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2009, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und

Reaktorsicherheit (BMU), online: http://www.bmu.de/erneuerbare_energien/erneuerbare-energien-gesetz/doc/40508.php

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Desertec Foundation 2009: Konzept Zusammenfassung, online: http://www.desertec.org/de/konzept/zusammenfassung/

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Daimler (2008): Daimler. Geschäftsbericht: Innovationen für nachhaltige Mobilität. Geschäftsbericht 2008: online:

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Köller, Jürgen (2006): Mathematische Basteleien, online: http://www.mathematische-basteleien.de/index.htm [Zugriff 11.11.09].2011 / SolZu / Rolf Behringer

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QuellenhinweiseLiteraturverzeichnis

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Nitsch Joachim (2004): Ein Globales Nachhaltigkeitsszenario (Machbarkeitsstudie),

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Region Ebersberg 2009: Auf dem Weg zur 100 % Region (Flyer), online:

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Vorholz Fritz (DIE ZEIT, 15.10.2009) Nr. 43 - 15.: KLIMA - Reich und sauber. Was Deutschland tun muss, um Wohlstand und

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Wikipedia 09: Gezeitenkraftwerk, online: http://de.wikipedia.org/wiki/Gezeitenkraftwerk [Zugriff 17.11.09].

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QuellenhinweiseBildverzeichnis

Agentur für Erneuerbare Energien: www.unendlich-viel-energie.de/de/service/mediathek/grafiken.html.

Animation – Solarthermie: Agentur für Erneuerbare Energien,

www.unendlich-viel-energie.de/de/waerme/detailansicht/article/117/animation-solarthermie.html.

Baulinks.de: http://www.baulinks.de/webplugin/2007/i/0825-mineralwolle.jpg.

BMU: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, www.bmu.de/bilderdatenbank/content/41229.php.

BMU-Publikation „Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung“, Stand Juni 2009:

www.erneuerbare-energien.de/inhalt/42038/2720/.

Desertec: http://www.desertec.org/de/aktuelles/.

Deutsche Energieagentur (DENA): http://www.zukunft-haus.info/de/service/presse/pressemitteilungen-diese-seite-nicht-

einblenden/energieverbrauch-der-heizung-oftmals-unterschaetzt.html.

Dreyer, Florian: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gezeitenkraftwerk.png.

Greenpeace Film: Grow Up – Cool Down, www.greenpeace.de/fileadmin/gpd/applications/gpd_tv/.

Köller, Jürgen (2006): www.mathematische-basteleien.de/wuerfel.htm.

Mierlo, Frank van: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Available_Energy-4.png.

Le Monde Diplomatique (2007): www.naturefund.de/uploads/tx_templavoila/Klimawandel_1_750.jpg.

Peltonturbine: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Peltonturbine-1.jpg.

Powerado / powerado plus: www.powerado.de (Spiel), www.izt.de/powerado (Dokumente), www.ufu.de/powerado

(Bildungsmaterialien).


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Documents

Verbundprojekt powerado-plus: Modul 14 – Fachseminare EE 1 Quelle: BMU / H.-G. Oed 1 Fachseminare zu erneuerbaren Energien Thema 4: Basiswissen zum Thema