Energie und wir Zwei Welten treffen aufeinander - Klimaherbst
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Energie und wir
Zwei Welten treffen
aufeinander
Prof. Dr. Harald Lesch
LMU & HfPh
German Watch 10.
Dez. 2018
3/118
4/118
Gefährliche Kipppunkte durch die Globale Erwärmung
Quelle: GermanWatch nach Schellnhuber, Potsdam Institut für Klimafolgenforschung, 2006
Klimawandel: Krisen, Kriege, Wanderungen
Temperaturprognose 1985 - 2100
Quelle: DKRZ/MPI-M; Prof. Dr. M. Latif, Februar 2015.
Münchener Rück Stiftung 10.12.2018 9
Klimawandel und Hitzerisiko:
Die Grenzen menschlicher Wärmeregulierung
Geographische Verteilung tödlicher Klimazustände unter verschiedenen
Emissionsszenarien
Mora et al., 2017, Nature Climate ChangeKann das globale Klima stabilisiert werden, bevor der
unkontrollierbare Wandel Bedingungen schafft, die für die
menschliche Zivilisation zu heiß und für die meisten Arten
tödlich sind?Figueres, Schellnhuber et al. 2017, Nature
Die Integralfalle
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16/118
Quelle: www.meteoradar.ch
Klimawandel und Energiewende
Erwärmung der Erdoberfläche
Erwärmung der Meere:
Meeresspiegelanstieg,
Strömungsveränderungen
Abschmelzen der Polkappen
Gletscherschmelze
extreme Wetterlagen:
Wirbelstürme, Regenfälle,
Überschwemmungen
Expansion der WüstenKlimawandel und Energiewende Quelle: Umwelt-Prognose-Institut (UIP) 2000
Schema des „Transports“ elektrischer Energie
Speicherbecken; Fluss Kraftwerksverbund: Nachtstrom der
Wärmekraftwerke => Pumpspeicher-
kraftwerke
Wasser; (Wind)
Turbine Generator Transformator: Hochspannung,
niedrige Stromstärke
Dampf
Kernkraft; Kohle; (Gas; Müll)
Hoch- und Höchstspannungsnetz
P=U·I
Der Transport elektrischer Energie kann entweder mit
hoher Spannung (Isolierung!) und niedriger Stromstärke
oder mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke
(dicke Leitung!) erfolgen.
Die Umwandlung erfolgt in Transformatoren. Diese Transformator: Niederspannung,
arbeiten nur mit Wechselstrom bzw. –spannung. Daher hohe Stromstärke
haben wir ein Wechselspannungsnetz.
„Verbraucher“ „Verbraucher“Elektrokraftwerke Hauptsächliche Quelle elektrischer Energie: Wärme: Umwandlung der Bewegungsenergie von Wasserdampf mit Hilfe der Induktion
Elektrokraftwerke Nutzung mechanischer Energie: Wasser: Laufwasser Speicher Pumpspeicher Gezeiten Wind
Elektrokraftwerke
Solarelektrische Direktumwandlung
-
-
-
-Elektrokraftwerke
Brennstoffzelle: Direktumwandlung chemischer in elektrische Energie
Sauerstoff Wasserstoff
O2 -> 2 O* 2 H2 -> 4 H ++4e-
O-- 2H+
Wasser H2O
IWertschöpfungskette
Primär-
energie
Transport
Umwand-
lung
Transport
Verteilung
Verbrauch
Entsorgung
25/118Arten der Energiewandlung
Primärenergiearten:
Wasser
Chemisch (und physikalisch) gebundene Energie (Kohle, Öl, Gas, NaWaRo, Geothermie)
Wind
Solare Strahlung
Umwandlung nutzt (i. A.) folgende Schritte:
• Brennstoffzelle
Direkte • Photozelle
Umwandlung
Primär- Nutz-
energie energie
Indirekte • Linearbewegung
Umwandlung • chemische Energie Rotation
Wärme
• Strahlung
26/118Arten der Energiewandlung
Primärenergiearten:
Wasser
Chemisch (und physikalisch) gebundene Energie (Kohle, Öl, Gas, NaWaRo, Geothermie)
Wind
Solare Strahlung
Umwandlung nutzt (i. A.) folgende Schritte:
• Brennstoffzelle
Direkte • Photozelle
Umwandlung
Primär- Nutz-
energie energie
Indirekte • Linearbewegung
Umwandlung • chemische Energie Rotation
Wärme
• Strahlung
27/118Arten der Energiewandlung
Primärenergiearten:
Wasser
Chemisch (und physikalisch) gebundene Energie (Kohle, Öl, Gas, NaWaRo, Geothermie)
Wind
Solare Strahlung
Umwandlung nutzt (i. A.) folgende Schritte:
Direkte • Brennstoffzelle
Umwandlung • Photozelle
Primär- Nutz-
energie energie
Indirekte • Linearbewegung
Umwandlung • chemische Energie Rotation
Wärme
• Strahlung
28/118Arten der Energiewandlung
Primärenergiearten:
Wasser
Chemisch (und physikalisch) gebundene Energie (Kohle, Öl, Gas, NaWaRo, Geothermie)
Wind
Solare Strahlung
Umwandlung nutzt (i. A.) folgende Schritte:
• Brennstoffzelle
Direkte • Photozelle
Umwandlung
Primär- Nutz-
energie energie
Indirekte • Linearbewegung
Umwandlung • chemische Energie Rotation
Wärme
• Strahlung
29/118Rationeller Energienutzung
Minimierung des energetischen Aufwandes für ein Energiesystem in dessen
Lebenszeit
Möglichkeiten
1. Erhöhung der Effizienz bei Umwandlung
2. Erhöhung der Effizienz bei Anwendung von Energieströmen
Minimierung der Verluste
Mehrfachnutzung und
Energierückgewinnung
Energie einsparen,
Regenerative Erzeugung
30/118Energieformen
Primärenergie: Endenergie (Nutzenergie)
Sonne Wärme / Kälte
Wind Strom (Kraft, Licht)
Wasser Informationen
Organische Substanzen
Gezeiten, Strömungen, Wellen
Geothermie
Braunkohle
Steinkohle
Erdgas inkl. unkonv. Vorkommen
Öl inkl. unkonventioneller Vorkommen
Uran
31/118Überblick zu Eneuerbaren Energien (EE) Quelle: Michael Scharp, IZT
O. Schwarz
33/118Herausforderung Klimawandel
Dekarbonisierung „2-Grad Ziel“
Aufnahmefähigkeit der Atmosphäre 210 Gt C
Fossile
Industriegesellschaft
Fossile Fossile
Reserven 30% Ressourcen
50%
80%
800 Gt C 13.000 Gt C
34
Quellen: Meinshausen et al. 2009, WBGU 2009, BGR 2011, Nature 2015, eigene Berechnungen.Wandel in der Energieversorgung
Power to All – Power, Heat, Gas, Liquid
Strom
2,1 % Bodenfläche
Speicherung
Strom
Erneuerbare
Strom
Wasserstoff
Elektrolyse Speicherung
Wärme
4,5 % Land-
wirtschaftsfläche H2
CO2
Kohlen-
Verkehr
Konversion Transport wasser-
stoffe
Kohlendioxid
Rohgas
CO2-Abscheidung
Grundstoffe
35Wandel in der Industrie
Dekarbonisierung der Grundstoffindustrie
Metalle Chemie
Strom
Speicherung Stahl Chlor
Erneuerbare
Strom
Aluminium Natronlauge
Elektrolyse Speicherung Wasserstoff Metalle Baustoffe
H2
Kohlen-
CO2 wasserstoffe Eisen Zement
Kohlendioxid
Rohgas
Konversion
Zink Kalk
CO2-Abscheidung
Metalle Chemie
Biomasse
NaWaRo
Gusseisen Ethen
Biokohle, Biokoks
Pyrolyse
CO 2-Abscheidung
Silizium Propen
36Nachhaltige Industriegesellschaft
Notwendiger Strukturwandel
Fossile Industriegesellschaft
Ungebrochene Wachstumsdynamik
► Bevölkerung ► Metalle
► Wirtschaft ► Fossile Rohstoffe
► CO2-Konzentration
Planetare Notwendige
Grenzen Entkopplung
Zukunft gestalten!
► Infrastrukturen
► Dienstleistungen
Energiewende ► Lebensstile Ressourcenwende
100 % regenerativ 100 % Recycling
(Innerhalb thermodynam. Grenzen)
Nachhaltige Industriegesellschaft
3738/118
Leistung im Erdsystem
39/118
Kleidon 2012, PhiuZErde und erneuerbare Energien
40/118Grenzen der Windenergie
41/11842/118
43/118
44/118
Solarthermie
Das Projekt Desertec: Strom aus der Sahara
Ein zentraler Einwand ist:
„Bevor dieses Projekt zum Tragen
gebracht werden kann wird der weitere
Ausbau der Stromerzeugung aus
Erneuerbaren Energien in Deutschland Welt
zu niedrigeren Kosten und Preisen
möglich sein als der Solarstromimport
aus Nordafrika.“ (Eurosolar) Mittlerer Osten
Europa Nordafrika
Quelle: www.desertec.org (bearbeitet Rolf Behringer, Solare Zukunft e.V.DESERTEC – Konzept für EU-MENA
Studies by DLR for
EUMENA region
MED-CSP & TRANS-CSP
for German government
CLUB OF ROME
WhiteBook
www.DESERTEC.org
Skizze eine möglichen Infrastruktur für eine nachhaltige Energieversorgung für
EUrope, the Middle East and North Africa (EU-MENA)Die Windparks werden an der Nordsee mit den
großen Wasserspeichern Norwegens gekoppelt,
ihre Energie steht faktisch rund um die Uhr
bereit. Sie decken dann auch die Grundlast ab.
Eine ähnliche Verbindung mit 700 MW besteht
seit 2008 zwischen den Niederlanden und
Norwegen.
Bislang halten die vier großen deutschen
Erzeuger in Deutschland, RWE, Eon, Vattenfall
und EnBW, an neuen Kohlekraftwerken zur
Grundlastversorgung fest. Das Kabel verändert
diese Situation: „Wenn die deutschen
Energieversorger nicht bald aufwachen, erleiden
sie in einigen Jahren ein ähnliches Schicksal
wie heute General Motors“.
Alfred Richmann vom Verband der Industriellen
Energie- und Kraftwirtschaft: „Das ist ein
Beitrag, um die verkrusteten
Erzeugungsstrukturen in Deutschland
aufzubrechen.“
47/118
Quellen: Neue Energie 6/2009, Rheinischer Merkur, 28.5.09 und powernews vom 7.5.2009Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)
Das intelligente Netz
muss ein HGÜ-Netz
sein:
HGÜ verursacht über
große Entfernungen viel
kleinere Verluste, ist viel
billiger, braucht viel
weniger Material und
viel kleinere Schneißen
als die Übertragung der
gleichen Energie mit
Wechselstrom-
Hochspannung.
Photo source: http://www.nrel.gov/data/pix/searchpix.cgi
G. Czisch, Barcelona, 080606 48/118Handlungsmöglichkeiten
Rolle des Einzelnen:
Deutschland heute: 10 t CO2 pro
Person und Jahr
Langfristig klimagerechtes
Jahresbudget eines Erdenbürgers:
2 t CO2 pro Jahr
- grünen Strom beziehen
- beim Neukauf von Elektrogeräten
besonders effiziente Modelle
kaufen
- Flugreisen weitestgehend
vermeiden oder kompensieren
- durch nachhaltige Geldanlagen
Mikrokreditsysteme und
Klimaschutztechnologien
unterstützenZum Optimismus gibt es keine Alternative!
Wind – Sonne – Wasser
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