Klima und Energie
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Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/
Dr. Gerhard LutherUniversität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie
c/o Technische Physik – Bau E26D-66041 Saarbrücken
EU - Germany
V_EKW3_0dUebersicht_Soalrthermie.ppt
0. Klima <> Energie
1. Der Problemdruck - Warum müssen wir handeln
1.1 Ein Entwicklungsproblem 1.2 Ein Energieproblem (Endlichkeit der Ressourcen; Lieferengpässe : Preise) 1.3 Ein Klimaproblem 2. Wo stehen wir und was ist zu erwarten
2.1 CO2 und Energieeinsparung in BRD 1990 – 2005 2.2 Trend und Trend-brechende Aktivitäten: 2.2a Zum Reizthema: Vorzeitiges Abschalten der AKW‘s
3. Einige Trendbrecher zur CO2-Einsparung 3.1 Sonnenenergie (Offshore Wind, Biomasse, Solarthermie., Photvoltaik)
3.2 Energieeinsparung beim Verbrauch 3.3 Fossile Kraftwerke hoher Effizienz
Strategische Reserve: demnächst:
3.4 Fossile Kraftwerke mit CO2 Sequester 3.5 Solarthermische Kraftwerke im Süden vermutlich bald:
3.6 Kernkraftwerke der „Generation IV“ (inhärent sicher, nachhaltig, Proliferations-gesichert) vielleicht:
3.7 Fusionsreaktor ( Iter, Demo, Proto, >> „Standard FuKw“)
Klima und Energie
Hier geht‘s weiter
Direkte Sonnenenergie
Dezentrale Wärme und Strom
3.13
Sonnenwärme
3.13.1
3.13.11 Große Hoffnungen auf solare Wärme
3.13.12 Thermische Solarkollektoren: Entwicklung und Status (hier übernehme ich einen vorbildlichen Vortrag aus den FVS-Themen 2005)3.13.12.1 Marktentwicklung: Der Kollektormarkt in BRD3.13.12.2 Kollektorbauarten .21 Entwicklunfg der Flachkollektoren .22 Vakuum – Kollektoren .23 Parabolrinnen3.13.12.3 Aktuelle Projekte in der deutschen Solarforschung .31 Stillstandsbetrieb .32 Gebäudeintegration (incl. Metalldächer) .33 Neue Konzepte Bionische Strömungsstrukturen, Photovoltaisch-thermische Kollektoren
3.13.12.4 F&E-Bedarf bei Sonnenkollektoren
3.13.13 Solare Systeme für Warmwasser und Heizung
Zur UrQuelle: http://www.fv-sonnenenergie.de/publikationen/themen_2005_gesamt_01.pdfSpeicher: FVS_Themen2005_Wärme-undKälte_Energie-ausSonne-undErde.pdf
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Herzlichen Dank an FVS und Landesintiative NRW
Wichtige Quelle:
Hoffnungen auf solare Wärme
3.13.11
Zur Erinnerung:
Endenergieverbrauch nach Bedarfsarten( BRD 2003 AD )
BQuelle: FVS-Themen2005_Müller-Steinhagen: Wärme-undKäte aus RE- Stand und Forschungsbedarf; p.13
UrQuelle: Geiger e.a., BWK 57,(2005), Nr.1/2, p.48-56
WW&PW
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mech.
CO2 nach QuellKategorien in 2005:
Kohlendioxid CO2
Prozentzahlen beziehen sich auf CO2equ. bzw nur auf CO2
[ Mt CO2]
% zu Gesamt CO2equ. 1990
% zu Gesamt CO2equ. 2005
% zu gesamtem CO2_2005
Gesamt 836 68% 83% 100%
1. energiebedingt 795 65% 79% 95% - Straßenverkehr 152 12% 15% 18% - Übriger Verkehr 12 1% 1% 1% - Haushalte nur !113 9,2% 11,3% 13,5% - Kleinverbraucher 45 4% 5% 5%
- Verarbeitendes Gewerbe 103 8% 10% 12%
- Energiewirtschaft 362 29% 36% 43% - Land- und Forstwirtschaft, Fischerei6 1% 1% 1% - Andere energiebedingte Emissionen2 0% 0% 0%2. Industrieprozesse 78 6% 8% 9%3. Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft -36 -3% -4% -4%
zum Vergleich: 68% 83% 100%
Gesamt CO2equ. ohne Landnutzungs- änderung und Forstwirtschaft; Gesamt90:: 1002 81%
2005
CO2 Produktion (!) in Haushalten (= Heizung + Warmwasser) ergibt:
13,5% der gesamten CO2 –Emissionen.(beachte: Fernwärme + Elektroheizung gehört zu „Energiewirtschaft“)„
Urquelle der Daten: BMWi Energiedaten,Tabelle 9, letzte Änderung: 27.09.2007 Speicher: BMWi_Energidaten-Exzerpt-fürVorlesung.xls!“CO2“
Zur Erinnerung:
Quelle: IWU-Darmstadt 2008 Speicher: IWU2008_1Diefenbach_Gebäudebestand-Basisdaten_10ppt.pdf Link: http://www.iwu.de/fileadmin/user_upload/dateien/energie/ake44/IWU-Tagung_17-04-2008_-_Diefenbach_-_Basisdaten.pdf
Das IWU sieht das wohl auch so:
„Klappern gehört zum Handwerk“
VorBemerkung:
Jede Branche macht sich halt so wichtig wie sie nur kann. Bemerkungen: 1. Die energiewirtschaftliche Bedeutung von Heizung und Warmwasser erkennt man am deutlichsten (aber noch nicht umfassend) am Primärenergieeinsatz.
2. Die Klimarelevanz spiegelt sich am deutlichsten in den CO2-Emissionen wider.
3. Die „WärmeBranche“ und ihre Hilfstruppen benutzen dennoch am liebsten die „Endenergie“, bei der zwar die Exergie unbeachtet bleibt , und bzgl. der Klimabedeutung der hohe Gasanteil ungesehen bleibt, aber ... siehe VorBemerkung.
Es bleibt also dabei: Klimarelevant sind die CO2-Emissionen.
Anmerkung:
Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau… . fig.6.12p. 186 BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf
Strukturveränderungen im Wärmemarkt bis 2050
FortschrittsTreiber: Effizienz+Gebäudesanierung, KWK, Biomasse + Kollektoren + Erdwärme
Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau… . fig.6.12p. 186 BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf
Also:
1. Gas, Öl und Kohle gehen in diesem Szenario massiv zurück
Strom weiterhin wg. Prozesswärme
2. Halbierung des Wärmebedarfes wg. Effizienz + Sanierung (+ Demographie) von 5,8 EJ/a in 2000 auf nur noch 2,8 EJ/a in 2050 .
3. Regenerative Energien: Biomasse
Solarkollektoren Erdwärme
4. Große Hoffnung auf KWK ! (mal sehen)
Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau… . fig.6.13p. 187 BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf
Beiträge erneuerbarer Energien im Wärmemarkt
ca. 0,3 EJ/a aus Solarkollektoren
Beachte die
Nahwärme -Anteile
Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau… . fig.6.13 p. 187 BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf
RE im Wärmemarkt in verschiedenen Szenarien
Berücksichtigung des Naturschutzes:
Weniger Biomasse
ca. 0,3 EJ/a aus Solarkollektoren
Endenergie in [PJ/a]
• Innerhalb von bestehenden Siedlungsstrukturen sind thermische Solarkollektoren völlig unproblematisch.
• Es stehen rund 970 Mio. m² zur Verfügung, dies entspricht einem jährlichen solaren Ertrag von ca. 290 TWh/a. = 1,044 EJ/a(Unter Berücksichtigung der Konkurrenz mit der PV um geeignete Flächen)
• Dieses Potenzial langfristig nicht ausgenutzt, so dass hier ebenfalls Anlagen auf Freiflächen aus Kapazitätsgründen nicht notwendig sind.
Ökologische Bewertung der Solarthermie
Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland; p. 163 Speicher: BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf
alles sehr positiv
China
Europa
Weltmarkt für solarthermische Kollektoren
BQuelle: FVS-Themen2005_Müller-Steinhagen: Wärme-undKäte aus RE- Stand und Forschungsbedarf; p.13
Thermische Solarkollektoren: Entwicklung und Status
3.13.12
Ich benutze im Folgenden einen wunderschöner Vortrag,
von den führenden Fachleutender führenden Institute.
Der Originalvortrag ist in den FVS-Themen 2005 abgedruckt,
Der Vortrag und die Original- Vortragsfolien stehen im Internet.
Bitte nur das Original zitieren!!!
FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Zur Original-Quelle: http://www.fv-sonnenenergie.de/publikationen/themen_2005_gesamt_01.pdfSpeicher: FVS_Themen2005_Wärme-undKälte_Energie-ausSonne-undErde.pdf
• aktuell• ganz hervorragend• downloadbar• kostenlose Broschüre
Herzlichen Dank an FVS und Landesintiative NRWBitte nur das Original zitieren:
Quelle: Die FVS-Themen 2005 (p.24-29)
Zur Original- Quelle:http://www.energieland.nrw.de/fvs-jahrestagung2005/D1410-Solarkollektoren.pdf
FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
meine Quelle:Der Originalvortrag
Bitte nur das Original zitieren:
Entwicklung des Kollektormarkts in Deutschland (Umrechnungsfaktor für alle Kollektorbauarten: 1 m² = 700 Wth vgl. [1])
MWth
3.13.12.1 Marktentwicklung
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
BQuelle:Intersolar2006 – Freiburg, Messekatalog ; UrQuelle: Solarpromotion GmbH, Freiburg
Aktualisierung: Solarthermische Markdaten BRD 2005
Siehe auch Abschnitt 3.13.12.1
Umrechnung: 1 m2 ~ 700 Wp
(Umrechnungsfaktor für alle Kollektorbauarten: 1 m² = 700 Wth vgl. [1])Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Schwarzenbergbad in Saarbrücken
Notwendig:
150 … 300 Mm2 Kollektorfläche
Entsprechend etwa : 100 bis 200 GWth
Vergleiche mit Nitsch-Szenario:
• Es stehen rund 970 Mio. m² zur Verfügung, entsprechend ca. 1,044 EJ/a
• Im Szenario eingeplant wurden ca. 0,3 EJ/a, entsprechend ca. 300 Mm2 Solarkollektoren
UrQuelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
3.13.12.2 Kollektorbauarten
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
3.13.12.21 Entwicklunfg der Flachkollektoren
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
3.13.12.22 Vakuum - Kollektoren
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
3.13.12.23 Parabolrinnen
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
3.13.12.3 Aktuelle Projekte in der deutschen Solarforschung
Stillstandstemperaturen:
Bei Flachkollektoren aus 1980: nur etwa 140° max. dann waren die thermischen Verlust hoch genug um die Einstrahlung abzuführen
Bei heutigen Flachkollektoren . (2005) : bis teilweise über 230 °C gute Kollektoren haben eben wenig Verluste Sind die Kollektoren auf Heizbetrieb im Winter ausgelegt, so sind sie im Sommer natürlich überdimensioniert dann kommt es mangels Wärmeabnahme zum Stillstandsbetrieb(!)
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
3.13.12.3 1 Stillstandsbetrieb
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
3.13.12.32 Gebäudeintegration
nachher:
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Gebäudeintegration durch Metalldächer
Dunkle Metalldächer aus Formteilen können mit Omega-förmigen Vertiefungen (sogenannten Sicken) ausgeführt werden, in die Schläuche aus Spezial-EPDM eingelegt werden .
Die Konstruktion ist frostsicher, da der Schlauch die Volumenausdehnung beim Gefrieren problemlos aufnimmt.
Realisierung großflächiger, gebäudeintegrierter, kostengünstiger Sonnenkollektoren.
Elastomer-Metall- Absorber (EMA)
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
Zinkdach als unverglaster Absorber mit
Kapillarrohrmatten ,
die auf der Rückseite des Zn-Bleches verklemmt sind
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
3.13.12.33 Neue Konzepte
Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren
3.13.12.4 F&E-Bedarf
Solare Systeme für Warmwasser und Heizung
3.13.13
Warmwasser + Heizungsunterstützung
Weitere Anlagen folgen später:Mit Einsatz von Simulationsprogramm
Polysun 4
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