Sonne, Wasser, Biogas, Wind und Erdwärme - Die Kraft erneuerbarer Energien nutzen
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Sonne, Wasser, Biogas,
Wind und Erdwärme
Die Kraft erneuerbarer Energien nutzen
Tipps, wie Sie Ressourcen
und die Umwelt schonen
Erneuerbare Energien – Garanten für
eine zukunftsfähige Energieversorgung
Der Schutz des globalen Klimas,
die Schonung wertvoller Ressourcen
und eine weltweit nachhaltige
Entwicklung sind wichtige Heraus-
forderungen, denen wir uns heute
und zukünftig stellen müssen.
Ein zentraler Punkt hierbei stellt
die sichere Versorgung mit
Energie dar.
Energien mit Zukunft Primär-Energie-Verbrauch
Erneuerbare oder regenerative Energie bezeichnet Energien
aus natürlichen Quellen, die nach unserem Ermessen
in Deutschland, Stand 2010
unerschöpflich sind. Dazu zählen Wind, Wasser, Biomasse,
Erdwärme und allen voran die Sonne (Photovoltaik,
Erneuerbare Energie 9,1 %
Kollektor- und passive Systeme). Erneuerbare Energien
Kernenergie 11,1 %
können in Strom und Wärme umgewandelt werden und Sonstige 1,3 %
spielen daher für die nachhaltige Energieversorgung
eine bedeutende Rolle. Dies zeigen auch die rasanten Mineralöl
34,1 %
Entwicklungen der erneuerbaren Energien in den letz-
ten Jahren. Maßgeblich dazu beigetragen hat auch die
Modifizierung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes durch
die Bundesregierung. Hierbei ist mittelfristiges Ziel der
Bundesregierung, bis 2020 den Anteil der erneuerbaren
Energien an der Stromgewinnung auf mindestens 20 % zu
steigern. Langfristig, d. h. bis Mitte dieses Jahrhunderts, Erdgas 20,9 %
werden die Volkswirtschaften im Vorteil sein, die mindes- Kohle 23,4 %
tens die Hälfte ihrer Energieversorgung durch erneuerbare
Energien decken.
Quelle: AG Energiebilanzen
2
Energien mit Potenzial Mögliche Entwicklung des
Erneuerbare Energien haben gegenüber fossilen Energie-
trägern viele Vorteile:
weltweiten Primärenergie-
verbrauchs bis 2060
• Erneuerbare Energien leisten einen erheblichen Beitrag
zum Klimaschutz – im Jahr 2009 haben sie den Ausstoß Milliarden Megawattstunden (Mrd. MWh)
von rund 109 Mio. Tonnen Kohlendioxid (CO2) in 500
Deutschland verhindert.
• Erneuerbare Energien erweitern die Rohstoffvielfalt,
400
machen unabhängig von fossilen Rohstoffen und tragen
so zur Versorgungssicherheit und zur Vermeidung von
500
Rohstoffkonflikten bei. 300
• Erneuerbare Energien sichern uns mittelfristig gegen
Kostensteigerungen ab, die bei den knappen
400 fossilen noch offen
Geo-/ozeanische Energ
200
und nuklearen500 Ressourcen unvermeidbar eintreten Solarenergie
Neue Biomasse
werden. Windenergie
300
• Erneuerbare Energien sind vielfach heimische Energie- 100
Wasserkraft
400 Trad. Biomasse
träger, die zur regionalen Wertschöpfung beitragen Kernkraft
noch offen Erdgas
und Arbeitsplätze sichern. 200
Geo-/ozeanische Energie Erdöl
Solarenergie Kohle
300 Neue Biomasse
1900 1920 1940 1960 1980Windenergie
2000 2020 2040 2060
Wasserkraft
100 noch offen Trad. Biomasse
Geo-/ozeanische Energie Kernkraft
200
Solarenergie Erdgas
Neue Biomasse Erdöl
Windenergie Kohle
1900 1920 1940 1960 1980 Wasserkraft
2000 2020 2040 2060
100 Trad. Biomasse
Kernkraft
Quelle:Erdgas
Deutschland Shell AG
Erdöl
Kohle
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
3
Gemäß unserem Motto:
Versorgung mit Verantwortung
Die Stadtwerke Karlsruhe sind
ihren Kunden ein kompetenter Partner,
wenn es darum geht, erneuerbare
Energien zu nutzen und damit die
Umwelt zu schonen. Mit verschie-
denen Förderprogrammen unterstüt-
zen wir den Ausbau regenerativer
Energieerzeugungsanlagen in
unserem Versorgungsgebiet.
Erneuerbare Energien bei
den Stadtwerken Karlsruhe
Der Einsatz von erneuerbaren Energien hat bei den
Stadtwerken Karlsruhe Tradition. Aus Verantwortung für
Mensch, Natur und Umwelt – besonders in unserem
Versorgungsgebiet Karlsruhe – wollen wir einen zukunfts-
weisenden Weg im Umgang mit unseren natürlichen
Ressourcen und unserer Umwelt einschlagen: Emissionen
verringern und damit Umweltbelastung minimieren. Mit
der verstärkten Nutzung von erneuerbaren Energien ver-
mindern wir nicht nur Emissionen, die unsere Atmosphäre
und Umwelt belasten. Gleichzeitig schonen wir auch die
Ressourcen fossiler Energien wie Kohle, Öl oder Erdgas.
Mit umfangreichen Förderprogrammen tragen wir dazu
bei, die regenerative Energieerzeugung in Karlsruhe vor-
anzutreiben und unseren Kunden somit die Möglichkeit zu
geben, mit dieser umweltfreundlichen Energiegewinnung
zu heizen, Strom zu gewinnen oder Brauchwasser zu er-
wärmen. Allein in den vergangenen fünf Jahren haben
die Stadtwerke Karlsruhe über zwei Millionen Euro an
Fördergeldern für ihre Kunden bereitgestellt.
Karlsruher Sonnensegel
an der B 10 in Hagsfeld
4
Neben den Förderprogrammen sehen sich die Stadtwerke
Karlsruhe aber auch in der Verantwortung für nachhaltige Unsere Produkte
Produkte und Initiativen. Mit den Ökoangeboten NatuR, NatuR – Strom aus regenerativen Energien S. 6
NatuR plus und Bio-Erdgas sowie der Photovoltaik-Initiative
NatuR plus – regenerative Anlagen in Karlsruhe S. 6
bieten wir weitere Möglichkeiten, den Umweltschutz in
Karlsruhe aktiv zu unterstützen. Bio-Erdgas S. 6
Wir sind, wie Sie, hier in Karlsruhe zu Hause. Das verpflichtet
uns in besonderem Maße zur Garantie der Versorgungs-
sicherheit unserer Kunden und zum Umweltschutz. Was wir Unsere Förderprogramme
heute tun, wird entscheidend dazu beitragen, wie unsere Wenn Sie mehr über unsere Angebote und Förder-
Kinder morgen leben können. Damit auch zukünftige Ge- programme erfahren wollen, stehen Ihnen unsere
nerationen eine Chance haben, müssen wir hier und heute Kundenberater gerne zur Verfügung. Weitere
Emissionen verringern, Umweltbelastungen minimieren und Informationen finden Sie auch im Internet unter
Ressourcen schonen. www.stadtwerke-karlsruhe.de
Gemäß unserem Motto: Versorgung mit Verantwortung
Unsere Initiative
Die Stadtwerke Karlsruhe sind in die Solarparks – Strom aus der Sonne S. 12
Gruppe der Klimaschutzunternehmen
– die Klimaschutz- und Energie-
effizienzgruppe der Deutschen Wirt-
schaft (KEG) – aufgenommen worden.
Die Stadtwerke Karlsruhe sind das
Umweltunternehmen des Jahres
2010 im Bereich Dienstleistungen.
5
Ihr persönlicher Beitrag zum
Umweltschutz zählt
Ihr Beitrag zum aktiven
Umweltschutz
Umweltschutz beginnt zu Hause – mit dem Stromtarif NatuR
von den Stadtwerken Karlsruhe. Dieser wird zu 100 % aus
erneuerbaren Energien gewonnen. Und kostet weniger als
Sie denken. Sie wollen mehr? Mit dem Angebot NatuR
plus sorgen Sie außerdem für den Ausbau regenerativer
Energieerzeugungsanlagen in Karlsruhe. So können Sie ganz
einfach für die Umwelt aktiv werden. Wie übrigens auch
die Stadtwerke Karlsruhe selbst, die als eines der ersten
Versorgungsunternehmen in Deutschland nach dem euro-
päischen Öko-Audit-System (EMAS) zertifziert und bereits
zum 4. Mal für besondere Leistungen im Umweltschutz
ausgezeichnet wurden.
Öko-Tarif NatuR Naturgas – nachwachsende Energie
Zu 100 % aus regenerativen Energien stammt der Strom Bio-Erdgas hat die gleiche hohe Qualität wie herkömm-
des NatuR-Tarifes der Stadtwerke Karlsruhe. Der durch liches Erdgas. Es entsteht aus der Vergärung von organi-
Wasserkraft erzeugte Strom kommt überwiegend aus schem Material wie Kleegras, Zwischenfrüchten oder Bio-
Norwegen. Seine Herkunft lassen wir regelmäßig von den abfällen. Unter Luftabschluss entsteht im Fermenter daraus
unabhängigen Gutachtern des TÜV SÜD prüfen und schrift- Biogas. In einer Aufbereitungsanlage wird das Biogas von
lich bestätigen. Wer sich für den NatuR-Tarif entscheidet, Kohlendioxid, Wasser und Schwefelwasserstoff gereinigt
verbessert seine persönliche CO2-Bilanz deutlich, ohne dafür und anschließend auf den nötigen Betriebsdruck für das
viel Geld auszugeben. Der Strom aus der Natur ist ab einem Erdgasnetz verdichtet. Seine natürliche Herkunft lassen wir
Jahresverbrauch von rund 1.500 Kilowattstunden durch- von unabhängigen Gutachtern zertifizieren.
weg günstiger als die gesetzlichen Grundversorgungstarife
der Stadtwerke. Zudem trägt er zur Schonung fossiler Ob Sie den Klimaschutz fördern oder die gesetzliche Vorgabe
Ressourcen wie Kohle, Öl oder Erdgas bei. Sauberer Strom für den Einsatz erneuerbarer Energien im Raumwärmebereich
für eine saubere Umwelt – Sie haben es in der Hand. einhalten möchten: Das Angebot NatuRgas mit einem
festen Anteil von 10 % Bio-Erdgas erfüllt beides. Einfach
und ohne technische Investitionen. Sie zahlen nur 0,5
Umweltangebot NatuR plus Cent brutto je Kilowattstunde mehr auf Ihren bestehenden
Mit dem Regenerativstrom-Angebot NatuR plus von den Erdgas-Tarif. Und haben gleichzeitig den Nachweis, dass
Stadtwerken Karlsruhe bieten wir die Möglichkeit, den Sie 10 % Ihres jährlichen Wärmebedarfs über erneuerbare
Ausbau der regenerativen Stromerzeugung in Karlsruhe zu Energien abdecken, wie es das EWärmeG seit Anfang 2010
fördern. Sie melden sich für NatuR plus an und zahlen – egal bei Heizungserneuerung für bestehende Gebäude fordert.
welchen Stromtarif Sie aktuell haben – pro Kilowattstunde
einen Aufschlag von 4 Cent brutto. Entweder für Ihren ge-
samten Strombedarf oder eine begrenzte Strommenge, die
Sie selbst bestimmen. Das Einnahme-Plus fließt komplett
in den Bau regenerativer Energieerzeugungsanlagen mit
Wasser- und Windkraft, Sonnenenergie und Biogas – direkt
hier in unserer Region. Unabhängige Wirtschaftsprüfer
überwachen die zweckgebundene Verwendung des NatuR
plus-Zuschlages. So können Sie sicher sein: Sie betreiben mit
jeder Kilowattstunde NatuR plus aktiven Umweltschutz.
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Karlsruhe tut was fürs Klima Besonders klimafreundlich
Aus Verantwortung für Mensch und Umwelt fördern wir Die Nutzung von Biomasse zur Erzeugung von Strom und
seit vielen Jahren die Energieerzeugung mit Wasser- Wärme ist eine unter Klimaaspekten besonders attraktive
und Windkraft, Sonnenenergie und Biogas. 14 Millionen Form der Energiewandlung. Denn für die Bildung von
Kilowattstunden oder rund 25 % des Stromes werden in Biomasse wird der Atmosphäre zunächst das Treibhausgas
Karlsruhe heute regenerativ erzeugt, bundesweit sind es CO2 entzogen; der Kohlenstoff wird in der Biomasse gebun-
rund 17 %. den. Später wird er wieder in die Atmosphäre abgegeben,
z. B. bei der Verbrennung oder der Verrottung der Biomasse.
Der Anteil des Solarstroms wurde in den vergangenen zwei
Jahren vervierfacht. Inzwischen liefern ca. 1.000 große und Zu den biogenen Brennstoffen (Biomasse) zählen Holz
kleine Photovoltaik-Anlagen in Karlsruhe Sonnenstrom. Für und Holzreste, aber auch Getreide, Mais oder andere
eine nachhaltige, CO2-arme Energieerzeugung sind zudem Stoffe pflanzlichen und tierischen Ursprungs eignen sich als
vier Windkraftanlagen, zwei kleine Laufwasserkraftwerke Energielieferant. Gülle, Bioabfall, Klärschlamm und kommu-
sowie drei mit Deponiegas betriebene Blockheizkraftwerke nale Abwässer oder Speisereste können in ein energiereiches
in Betrieb. Biogas verwandelt werden. Auch aus Mülldeponien tritt
Biogas aus, das genutzt werden kann – wie hier in Karlsruhe,
bei der Mülldeponie West. Die in der Deponie anfal-
lenden Deponiegase werden in einem Blockheizkraftwerk
genutzt. Die zwei Gasmotoren erzeugen jährlich über 6 Mio.
Kilowattstunden Strom und rund 4 Mio. Kilowattstunden
Wärme. Der Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist
und kann den Bedarf von mehr als 2.200 Haushalten dec-
ken. Die Wärme wird im Betriebshof der Verkehrsbetriebe
genutzt. Durch diese Nutzung wird die Umwelt um rund
6.000 Tonnen Kohlendioxid (CO2) und mehr als 30 Tonnen
Schwefeldioxid (SO2) pro Jahr entlastet.
Das Karlsruher Sonnendach
Deponie Karlsruhe West
Gasförderstation
Hochtemperatur-
Deponie verbrennung
Sammelstation
Wärmelieferung 78/90°C, max. 640 kWth
Trafo
Blockheizkraftwerk
Straßenbahndepot
Stromlieferung Verkehrsbetriebe
max. 750 kWel. Karlsruhe GmbH
7
Die Sonne: unser größter
und ergiebigster Energiespender
Was die Weltbevölkerung zusammen
in einem Jahr verbraucht, liefert die
Sonne etwa alle 20 Minuten gratis.
Noch dazu ist diese Energiequelle
nahezu unerschöpflich. Einen Teil der
Sonnenenergie können wir uns heute
zunutze machen – mit Sonnenkollek-
toren und Solarzellen.
Die Sonne ist der Ursprung allen
Lebens auf der Erde
Sie ist auch unser wichtigster Energiespender, ein unglaub-
Hamburg
liches Energiebündel. Die Energie, die von der Sonnen-
oberfläche abgestrahlt und von der Erdkugel aufgefangen
Berlin wird, entspricht etwa dem 10.000-fachen des heutigen Welt-
energiebedarfs. Der nutzbar gemachte Teil der von der Sonne
ausgehenden Energie ist heute aber noch sehr gering.
Mit einer maximalen Leistung von etwa 1.000 Watt pro
Köln Quadratmeter strahlt die Sonne auf die Erdoberfläche ein.
Die Gesamtstrahlungsleistung oder die sogenannte Global-
strahlung ist die Summe von direkter und diffuser Strahlung.
Diese Differenzierung ist wichtig, da die derzeitigen Solar-
systeme auf unterschiedliche Strahlungsanteile ansprechen.
Karlsruhe
München
Der Sonne zugewandt
Den größten Ertrag bringen Solaranlagen, wenn sie in Rich-
tung Süden in einer Neigung zwischen 30° und 45° instal-
Mittlere Globalstrahlung pro Jahr in kWh/m2
liert werden. Stehen sie flacher bzw. steiler oder sind sie
1.200 und höher
nach Südwest oder Südost ausgerichtet, reduziert sich die
1.125–1.200
Energieausbeute nur geringfügig. Selbst bei einer Ausrich-
1.050–1.125
tung der Anlagen nach Westen oder Osten werden immer
975–1.050
noch etwa 80 % des maximal möglichen Energieertrages
Quelle: Deutscher Wetterdienst erreicht. Es findet sich fast immer eine geeignete Fläche
für Kollektoren.
8
Auch ohne geeignetes Dach Thermische Solaranlagen arbeiten
Solarenergie nutzen auch bei bedecktem Himmel
Es kommt relativ selten vor, dass eine Montage der So können zum Beispiel thermische Solaranlagen zur Warm-
Sonnenkollektoren auf dem Hausdach nicht möglich ist. wasserbereitung direkte und diffuse Sonnenstrahlung
Dies kann bei vollständiger Verschattung des Hauses durch nutzen. Sie wandeln auch bei bedecktem Himmel
Bäume oder aus Gründen des Denkmalschutzes der Fall Strahlungsenergie in Wärme um.
sein. Dann kommen andere Flächen in Betracht: Giebel- und
Hauswände oder Dächer von Nebengebäuden wie Garage,
Pergola oder Wintergarten.
Jahreszeitliche Schwankung der Wie das Wetter die
gemittelten Gesamtstrahlung in Karlsruhe Gesamtstrahlung beeinflusst
klarer blauer Sonne bricht Sonne als trüber
kWh/m² Himmel durch weiße Scheibe Wintertag
200
180
160
140
120
100 1.000 W/m2 600 W/m2 300 W/m2 100 W/m2
80
Gesamtstrahlung
60
40
20
0
Jan. Febr. März Apr. Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez.
9
Mit Kombi-Solaranlagen Wasser
er wärmen und die Heizung entlasten
Eine effektive Lösung:
Flachkollektoren
kombinierte Solaranlagen
Solaranlagen, die nur das Brauchwasser erwärmen,
sind bereits vielfach im Einsatz. Kombinierte Solar-
anlagen zur Brauchwassererwärmung und Heizungs-
unterstützung sind die neuere, noch weitergehendere
und effektivere Lösung. Im Frühjahr und im Herbst
können diese Anlagen einen merklichen Beitrag zur
Raumheizung leisten und somit die Heizung entlasten.
Für Ein- und Zweifamilienhäuser haben sich in der
Praxis Kombianlagen mit einer Kollektorfläche zwischen Vakuumröhrenkollektoren
8 und 15 Quadratmetern und einem kombinierten
Speicher für die Brauchwassererwärmung und Heiz-
wasserbevorratung mit 500 bis 1.000 Liter bewährt.
Kollektoren fangen die Sonnenstrahlen ein und wandeln
sie in Wärme um. Es gibt zwei Arten von Kollektoren:
Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren.
Kollektor
Heizkessel
Pumpe
Heizkörper
Kaltwasser-
zulauf
Pufferspeicher
Wärmetauscher
Kombinierte Solaranlagen zur Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung
10Besonders sinnvoll: mit Sonnen-
kollektoren Wasser er wärmen
Ob Neubau oder Altbau –
die Sonne kommt!
Solarwärmeanlagen werden in Deutschland seit vielen
Jahren genutzt. Es handelt sich um eine ausgereifte Technik
auf hohem Leistungsniveau. Immer mehr Altbauten wer-
den mit Solarwärmeanlagen nachgerüstet, oft im Zuge
der Badrenovierung oder Heizungserneuerung. Auch bei
Neubauten fasst die Solarwärme zunehmend Fuß und wird
gesetzlich vorgeschrieben (EWärmeG).
Kollektor
Frostschutzmittel-
Kreislauf
Warmwasseranschluss
Trinkwasser
Zusatzheizung
Regelung
der Anlage Wärmedämmung
Wärmetauscher
Pumpe
Nutzen Sie unseren Beratungs-
Kaltwasserzulauf service
Wenn Sie mehr über unsere Angebote und Förder-
Solaranlage zur Warmwasserbereitung
programme erfahren wollen, stehen Ihnen unsere Kun-
denberater gerne zur Verfügung. Weitere Informationen
finden Sie auch im Internet unter www.stadtwerke-
karlsruhe.de
Warmwasser mit Solarenergie
In unseren Breiten kann die Sonnenenergie durch ther- Frostschutzmitteln, die durch die Sonnenstrahlen erwärmt
mische Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und zur wird. Diese Wärme wird dann über einen Wärmetauscher
Unterstützung der Heizungsanlage sinnvoll genutzt werden. an das Wasser abgegeben. An sonnenarmen Tagen wird das
Mit guten Kollektoren und einer richtig dimensionierten Brauchwasser durch den Heizkessel erwärmt.
Anlage können bis zu 25 % des gesamten jährlichen Wär-
meverbrauchs umwelt- und ressourcenschonend mit Son- Für die Warmwasserbereitung ist eine Kollektorfläche von
nenenergie gedeckt werden. ca. 1,3 Quadratmetern pro Person ausreichend. Experten
rechnen mit 80 Liter Speichervolumen pro Person, mindestens
Zur Warmwasserbereitung wird die Sonnenwärme mit aber mit einem 300-Liter-Speicher. Ein 4-Personen-
Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren eingefangen. Haushalt muss mit etwa 5.000 Euro Investitionskosten
Zwischen den Sonnenkollektoren und einem separaten Solar- zuzüglich Montagekosten rechnen. Für 10 Personen liegen
Warmwasserspeicher im Haus zirkuliert eine Flüssigkeit mit die Kosten ohne Montage bei rund 10.000 Euro.
11Wie aus Sonnenstrahlen Strom wird:
Informationen zum Photovoltaik-System
Aus Sonnenstrahlen wird Strom
Photovoltaik heißt der Fachbegriff für die direkte Umwand-
lung von Sonnenstrahlung in Strom mithilfe von soge-
nannten Solarzellen. Sie werden heute fast ausschließlich
aus Silizium hergestellt, einem Material, das aus Quarzsand
gewonnen wird, der nahezu unbegrenzt zur Verfügung steht.
Was die Sonne leistet
Solarzellen werden aus unterschiedlichen Silizium-Quali-
täten hergestellt:
• monokristallinem Silizium, das Wirkungsgrade
zwischen 15 und 24 % erzielt, Karlsruher Solarpark
• polykristallinem Silizium, welches Wirkungsgrade
zwischen 13 und 18 % aufweist und
• amorphem Silizium (Dünnschicht), das Wirkungsgrade
zwischen 5 und 13 % bringt.
Die drei Solarparks
Scheint die Sonne bei Dunst, Bewölkung oder bei niedrigem Die Stadtwerke Karlsruhe nehmen für den Ausbau der
Sonnenstand nur „mit halber Kraft“, halbiert sich auch Solarenergie in Karlsruhe und der Region interessierte Bürger
die Leistung der Solarzelle. Der beste Wirkungsgrad einer mit ins Boot. Denn nicht jeder hat ein eigenes Haus, auf
Photovoltaik-Anlage wird bei senkrechter Sonnenein- dessen Dach er eine Photovoltaikanlage installieren kann.
strahlung erreicht. Eine fest installierte Anlage sollte An den drei Solarparks haben sich neben den Stadtwerken
möglichst mit einem Neigungswinkel von 30 ° nach Süden und der Stadt Karlsruhe über 500 Bürger mit insgesamt
ausgerichtet sein. 5 Mio. Euro beteiligt. Das Geld wird in Photovoltaikanlagen
investiert und erwirtschaftet über 20 Jahre eine lukrative
Rendite für die beteiligten Kommanditisten.
Die Photovoltaikanlagen werden überwiegend auf Dächern
öffentlicher Gebäude errichtet. Für den Solarpark I und II
konnten 18 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 1.320 kW
gebaut werden. Pro Jahr werden so rund 1,25 Mio.
kWh Strom in das Netz eingespeist. Beim Solarpark III
kommen Anlagen mit weiteren 1.200 bis 1.400 kW
hinzu, die dann nochmals etwa dieselbe Menge Strom
erzeugen. Mit dem Sonnenstrom aus den Solarparks können
etwa 900 Haushalte versorgt werden. Dies entspricht einer
Einsparung von 1.500 Tonnen Kohlendioxid (CO2) pro Jahr.
Durch die Solar-Initiative der Stadtwerke Karlsruhe hat sich
die installierte Leistung von Photovoltaikanlagen von 2005
bis 2010 bereits verfünffacht. Der Bau der Anlagen für den
Solarpark III wird diesen Trend weiter fortführen.
Europaschule Karlsruhe
12Das Erneuerbare-Energien-Gesetz
Am 1. April 2000 trat das Erneuerbare-Energien-Gesetz
(EEG) in Kraft. Die Vergütungssätze für Strom aus Photovol-
taik-Anlagen sind in diesem Gesetz festgeschrieben. Alle
erfassten Anlagen erhalten für 20 Jahre eine feste Vergütung.
Durch die erhöhte Einspeisevergütung sollen die Anlagen
gefördert werden.
Photovoltaik-Anlagen
Die Nennleistung von Photovoltaik-Anlagen wird in Watt- Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlagen mit Eigennutzung
peak (Wp) angegeben. Eine Anlage mit einer Nennleistung Bei dieser Variante wird ein Teil des erzeugten Stromes selbst
von einem Kilowatt peak ist etwa 10 Quadratmeter groß genutzt und nur der Überschuss wird in das öffentliche
und kostet fertig montiert ca. 5–6.000 Euro. Damit können Stromnetz eingespeist. Jede erzeugte, auch die selbstver-
im Jahr ca. 900 Kilowattstunden Strom erzeugt werden. brauchte Kilowattstunde wird mit einem gesetzlich festge-
Ein 3-Personen-Haushalt verbraucht im Durchschnitt rund legten Betrag vergütet. Der Selbstverbraucher spart jedoch
2.500 Kilowattstunden im Jahr. noch den Betrag für den sonst benötigten Strombezug. Je
höher die Eigennutzung ist, desto geringer fallen die Kosten
etzgekoppelte Anlage mit Einspeisung
N
für den Strombezug aus.
Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlagen sind über einen
Wechselrichter an das öffentliche Stromversorgungsnetz an-
Um den Anteil des Eigenverbrauchs feststellen zu können,
geschlossen. Der Wechselrichter wandelt den in Solarzellen
wird ein zusätzlicher Zähler (Erzeugungszähler) benötigt,
erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und speist ihn
der die gesamte erzeugte Strommenge ermittelt. Der bis-
komplett ins öffentliche Netz ein.
herige Bezugszähler wird durch einen Zweirichtungszähler
(Bezug und Einspeisung) mit zwei Zählwerken ersetzt.
Netzgekoppelte Photovoltaik- Netzgekoppelte Photovoltaik-
Anlage mit Einspeisung Anlage mit Eigennutzung
Solargenerator Solargenerator
Wechselrichter Wechselrichter
230 V ~ 230 V ~
Haushalts- Haushalts-
gerät gerät
Erzeugungszähler
Einspeisezähler
Stromkreisverteiler Stromkreisverteiler
(Sicherungskasten) (Sicherungskasten)
Bezugszähler öffentliches Stromnetz Bezugs- und Einspeisezähler öffentliches Stromnetz
13Geothermie: Wärme aus dem
Inneren unseres Planeten
Wie funktioniert Heizen
mit Erdwärme?
Aus dem Untergrund wird Wärme auf relativ niedrigem
Temperaturniveau gewonnen. Hierbei kommen hauptsäch-
lich zum Einsatz:
• Erdwärmesonden
In Karlsruhe können Erdwärmesonden zwischen 25 und 200
Meter tief eingelassen werden. Es handelt sich dabei um ge-
schlossene U-Rohre, in denen ein Wärmeträgermedium, z. B. ein
Glykol-Wasser-Gemisch, über eine Wärmepumpe zirkuliert.
• Grundwasserbrunnen
Bohrtiefen zwischen 10 und 20 Metern sind für Grund-
wasserbrunnen ausreichend. Notwendig sind mindestens
zwei Brunnen. Das im Förderbrunnen gewonnene und in der
Wärmepumpe abgekühlte Grundwasser wird im mehrere
Meter entfernten Schluckbrunnen wieder zurückgeführt
(offener Kreislauf).
Unter Zuführung von Antriebsenergie wird mit einer Wär-
Ein unabhängiger Energielieferant mepumpe (z. B. einer elektrisch betriebenen Kompressions-
Wärmepumpe) die im Umlauf gewonnene Wärme für die
Aus dem Inneren der Erde fließt ein ständiger Wärmestrom
Raumwärmeerzeugung nutzbar gemacht. Die wirtschaft-
an die Oberfläche. Jeden Tag liefert das Gestein unter un-
lich erreichbaren Temperaturniveaus von maximal 55 °C
seren Füßen etwa die vierfache Menge der Energie an das
Vorlauftemperatur (Optimum: 35 °C) machen in der Regel den
Weltall ab, wie sie die Menschen für ihren Bedarf benö-
Einsatz von Fußbodenheizungen für die Wärmeübertragung
tigen. Die in der Erde gespeicherte Wärme ist also nach
notwendig.
menschlichen Maßstäben unerschöpflich. Sie steht unab-
hängig von Tages- und Jahreszeit oder den herrschenden
Klimabedingungen zur Verfügung.
Geothermie kann generell als Energiequelle zur Erzeugung Wärmepumpe mit
von Wärme und Strom genutzt werden. Hierbei wird zwi- Erdwärmesonden und Grundwasserbrunnen
schen Nutzung der
• oberflächennahen Geothermie zur indirekten Nutzung,
etwa zum Heizen und Kühlen, meist durch Wärme-
pumpenheizung, und
• der tiefen Geothermie zur direkten Wärmenutzung
(Heizen) oder auch indirekt zur Stromerzeugung
unterschieden.
Die heute entwickelten Technologien ermöglichen es, diese
Ressourcen fast überall zu nutzen. Die Region Karlsruhe ge-
hört zu den Standorten in Deutschland, an denen beson-
ders gute Bedingungen für geothermische Anwendungen
herrschen.
14Gaswärmepumpen im Trend
Es gibt verschiedene Varianten von Wärmepumpen, darun- Motorabwärme die Leistungszahl der Wärmepumpe ver-
ter z. B.: bessert. Rund 45 % der Heizenergie wird aus der Um-
gebungswärme bezogen. Durch diese Nutzungsmöglich-
• Sole-Wasser-Wärmepumpen (beziehen die Energie über keiten kann der Primärenergieeinsatz auf unter 70 % ge-
Erdkollektoren oder Erdsonden) senkt werden.
• Luft-Wasser-Wärmepumpen (nutzen die Außenluft als
Energiequelle)
• Wasser-Wasser-Wärmepumpen (schöpfen die Heizwärme
aus dem Grundwasser)
Gaswärmepumpen kombinieren Umweltwärme aus dem
Erdreich, Wasser, Sonne oder der Umgebungsluft mit
bewährter Erdgastechnologie. Aufgrund ihrer niedrigen
Emissionswerte und der deutlichen Energieeinsparung zur
Erzeugung von Heizungswärme und Warmwasser erfüllen
sie nicht nur die Anforderungen der aktuellen Klimapolitik,
sondern werden auch den steigenden Bedürfnissen von
Hauseigentümern an eine nachhaltige, energiesparende
Wärmeversorgung gerecht.
Erdgas-
Gasmotorische Wärmepumpen sind bereits seit mehr als Wärmepumpe
20 Jahren im Gewerbe und in der Industrie im Einsatz.
Bei der Gasmotorwärmepumpe wird durch Nutzung der Quelle: Vaillant
Funktionsprinzip Funktionsprinzip
Gaskompressionswärmepumpe Gasabsorptionswärmepumpe
Heizung Heizung
Heizung Heizung Vorlauf 50 ° CVorlauf 50 ° C
Vorlauf 50 ° CVorlauf 50 ° C Rücklauf 40 ° CRücklauf 40 ° C
Rücklauf 40 ° CRücklauf 40 ° C
thermischer Verdichter
thermischer Verdichter
NH 3 NH 3
Kältemittel Kältemittel
flüssig flüssig
Kältemittel Kältemittel 60 ° C 60 ° C
flüssig flüssig Kondensator Kondensator
Kondensator Kondensator
Druck- Druck- Druck- Druck-
Motor- Motor- reduzier- reduzier- reduzier- reduzier-
Druck- Druck- Kompressor Kompressor
Abwärme Abwärme ventil ventil ventil Erdgas
ventil Erdgas
reduzier- reduzier- H 2O H 2Pumpe
O Pumpe
ventil ventil Gas- Gas-
motor motor Verdampfer Verdampfer
Verdampfer Verdampfer
Kältemittel Kältemittel
gasförmig gasförmig 0 °C 0 °C 5 °C 5 °C
0 °C 0 °C 5 °C 5 °C
mechanischer Verdichter
mechanischer Verdichter Absorber Absorber
5 °C 5 °C
10 ° C 10 ° C
5 °C 5 °C
10 ° C 10 ° C
Wärmequelle: Wärmequelle:
Erdreich Erdreich Wasser Wasser Luft Luft Wärmequelle: Wärmequelle:
Erdreich Erdreich Wasser Wasser Luft Luft
oder Abwärmeoder
(Industrie,
AbwärmeKanal,
(Industrie,
etc.) Kanal, etc.) oder Abwärmeoder
(Industrie,
AbwärmeKanal,
(Industrie,
etc.) Kanal, etc.)
Quelle: www.asue.de
15Stromerzeugung mit Windkraft
kommt immer mehr auf Touren
Wind: eine uralte
Energiequelle
Schon seit Jahrtausenden wird die Kraft des Windes
vom Menschen genutzt, z. B. zum Segeln, zum Mahlen
von Korn oder zum Pumpen von Wasser. In den letzten
Jahren hat die Stromerzeugung durch Windkraftan-
lagen zunehmend an Bedeutung gewonnen.
Für die Nutzung der Windenergie ist eine durch-
schnittliche Windgeschwindigkeit von mehr als vier
Metern pro Sekunde notwendig. Auch in unserer Region Unsere Windkrafträder in Karlsruhe
kann dieser Basiswert erreicht werden.
Windstärken
Wind- Geschwindigkeit m/s Auswirkungen
stärke
0 Windstille (bis 0,2) –
1 0,3 bis 1,5 nur am Rauch erkennbar
2 1,6 bis 3,3 Blätter bewegen sich
3 3,4 bis 5,4 dünne Zweige bewegen sich
4 5,5 bis 7,9 dünne Äste bewegen sich
5 8,0 bis 10,7 kleine Bäume bewegen sich
6 10,8 bis 13,8 Pfeifen an Drähten
7 13,9 bis 17,1 Hemmung beim Gehen
8 17,2 bis 20,7 Zweige brechen, stürmisch
Karlsruhe
9 20,8 bis 24,4 kleine Schäden an Dächern
10 24,5 bis 28,4 entwurzelte Bäume,
mittlere Schäden
11 28,5 bis 32,6 schwere Sturmschäden
12 32,7 bis 36,9 an Land äußerst selten
Mittlere Windgeschwindigkeit in Deutschland 13 37,0 bis 41,0
– in Meter pro Sekunde (m/s) in 10 m Höhe 14 41,1 bis 46,0
nur auf dem Meer und
15 46,1 bis 50,9 an Küsten:
unter 4 m/s zerstört Städte
16 51,0 bis 56,0
4-5 m/s
über 5 m/s 17 über 56,0
Quelle: Informationszentrum für Energiefragen Baden-Württemberg
16Mehr Leistung und mehr Anlagen:
Anteil von Strom aus Windkraft steigt weiter
Windkraft hat Tradition
Stark im Aufwind:
Windkraftanlagen in Deutschland
Die Zahl der Windkraftanlagen hat sich in den letzten
Jahren rasant entwickelt. Bis Ende 2010 gab es 21.607
Windkraftanlagen mit einer installierten Leistung von über
27.214 Megawatt. Damit können in Deutschland über 6 %
des Stromverbrauchs gedeckt und über 32 Millionen Tonnen
CO2 vermieden werden.
Windkraftanlagen sind in den neunziger Jahren größer und
wirkungsvoller geworden. Elektrische Leistungen zwischen
500 und 5.000 Kilowatt sind inzwischen Standard.
Naturgemäß ist die regionale Verteilung der Windkraft- Zukünftiger Ausbau der
anlagen in Deutschland entsprechend dem natürlichen
Windangebot sehr unterschiedlich. Die Mehrzahl der Anlagen
Windenergienutzung auf See
steht in den norddeutschen Küstenländern. Dort ermöglichen Das Potenzial der Windenergienutzung auf See ist ungleich
hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten einen hohen höher als an Land. Jedoch sind im Küstenbereich der deut-
Ausnutzungsgrad der Anlagen. Inzwischen sind aber auch in schen Nordsee große Naturschutzgebiete vorgelagert. Dies
den Mittelgebirgen der Binnenländer zahlreiche Windparks bedeutet, dass die Nutzung auf dem Meer in Deutschland
mit teilweise beachtlichen Leistungen entstanden. vor allem in küstenfernen Bereichen erfolgen wird. Hier sind
die Belange der Schiffssicherheit, des Naturschutzes und der
Meeresökologie zu berücksichtigen. Erarbeitete Szenarien
rechnen mit 15 % Anteil Offshore-Windenergie an der ge-
samten Stromgewinnung bis zum Jahr 2025.
Windenergienutzung in Deutschland
Installierte Leistung
Anzahl der WEA (Windenergieanlagen) in Megawatt
28.
28.000 28.000
26.
26.000 26.000
24.
24.000 24.000
22.
22.000 22.000
20.
20.000 20.000
18.
18.000 18.000
16.
16.000 16.000
14.
14.000 14.000
12.000 12.000 12.
10.000 10.000 10.
8.000 8.000 8.0
6.000 6.000 6.0
4.000 4.000 4.0
2.000 2.000 2.0
0 0 0
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
Quelle: Bundesverband WindEnergie e.V., Stand 2010 Anzahl der WEA Installierte Leistung
17Drei Viertel des Regenerativstroms
stammen aus Wasserkraft
Die älteste Energiequelle der
Menschheit
Wasserkraft ist mit die wichtigste erneuerbare Energiequelle Die Wasserkraft gehört zu den ältesten Energiequellen der
in Deutschland. 2006 konnten mit Wasserkraft 5 % Menschheit. Schon unsere Vorväter nutzten die Kraft des
des Stromverbrauchs aus dem Netz der öffentlichen Wassers zum Betreiben von Mühlen, Sägen und Pumpen. In
Versorgung gedeckt werden. Aus Wasserkraftwerken der Deutschland wurde die Wasserkraft im letzten Jahrhundert
Stromversorger und von privaten Einspeisern stammten zu- massiv ausgebaut, sodass ein großer Teil des Potenzials
sammen 21,6 Milliarden Kilowattstunden. Das entspricht bereits genutzt wird. Deshalb steht bei der Nutzung der
etwa einem Anteil von 3,5 % an der gesamten Strom- Wasserkraft hierzulande die Modernisierung von bestehen-
erzeugung. In Baden-Württemberg beträgt der Anteil über den Anlagen und die Wiederinbetriebnahme alter und still-
10 % mit 5,5 Milliarden Kilowattstunden. gelegter Kleinwasserkraftwerke im Vordergrund, weniger
der Bau von Neuanlagen.
Neben dem Nutzen für die Umwelt durch die Reduzierung
des Schadstoffausstoßes sprechen viele weitere Argumente
für den Erhalt und den weiteren Ausbau der Wasserkraft:
• Die Energieumwandlung geschieht mit einem sehr
hohen Wirkungsgrad. Das heißt: Ein hoher Prozentsatz
der eingesetzten Energie wird in Strom umgewandelt.
• Bei der Nutzung dieser Energiequelle werden keine
Schadstoffe freigesetzt.
• Heimische Energie, die unabhängig von Importen ist.
• Wirtschaftlich konkurrenzfähige Energieform.
• Es gibt kein Waldsterben als Folge der Luftver-
schmutzung durch die fossile Verbrennung.
• Die Nutzung von Wasserkraft vermindert den Treib-
hauseffekt und reduziert die Gefahr der drohenden
Klimakatastrophe.
Fischtreppe bei der Appenmühle Karlsruhe
18Stromgewinnung mithilfe
verschiedener Kraftwerkstypen
Die Kraft des Wassers wird in Laufwasser-, Speicher-,
Pumpspeicher- und Gezeitenkraftwerken genutzt und in
elektrische Energie umgewandelt.
Laufwasserkraftwerke
Laufwasserkraftwerke nutzen die Strömung eines Flusses
oder Kanals zur Stromerzeugung. Charakteristisch ist eine
niedrige Fallhöhe bei relativ großer, oft jahreszeitlich
mehr oder weniger stark schwankender Wassermenge.
Die Anlagen werden aus wirtschaftlichen Gründen oft in
Verbindung mit Schleusen gebaut.
Speicherkraftwerke
Speicherkraftwerke nutzen das hohe Gefälle und die Speicher-
kapazität von Talsperren und Bergseen zur Stromerzeugung.
Rheinkraftwerk Iffezheim
Pumpspeicherkraftwerke
Pumpspeicherkraftwerke werden nicht durch natürliche
Wasservorkommen, sondern durch aus dem Tal gepumptes
Wasser aufgefüllt. Damit wird in Schwachlastzeiten erzeug-
ter elektrischer Strom als Lageenergie des Wassers zwischen-
gespeichert und kann in Spitzenlastzeiten wieder über eine
Turbine abgerufen werden.
Kleinwasserkraftwerke
Die Anlagen werden sowohl im Inselbetrieb als auch netz-
gekoppelt eingesetzt. Technisch handelt es sich hier eben-
falls um Speicher- oder Laufwasserkraftwerke, die aufgrund
kleinerer Fallhöhen und Wassermengen aber nur kleinere
Leistungen liefern.
Turbine im Wasserkraftwerk Appenmühle Karlsruhe
19Wir beraten Sie gerne!
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