Erneuerbare Energien und Klimaschutz (eBook)

Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Quaschning arbeitet seit vielen Jahren in verschiedenen Bereichen der regenerativen Energien im In- und Ausland. Heute lehrt und forscht er im Fachgebiet „Regenerative Energiesysteme“ an der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin.

Vorwort zur 1. Auflage 7
Inhalt 9
1 Unser Hunger nach Energie 15
1.1 Energieversorgung – gestern und heute 16
1.1.1 Von der französischen Revolution bis ins 20. Jahrhundert 16
1.1.2 Die Epoche des schwarzen Goldes 19
1.1.3 Erdgas – der jüngste fossile Energieträger 22
1.1.4 Atomkraft – gespaltene Energie 24
1.1.5 Das Jahrhundert der fossilen Energieträger 28
1.1.6 Das erneuerbare Jahrhundert 29
1.2 Energiebedarf – wer was wo wie viel verbraucht 30
1.3 Die SoDa-Energie 34
1.4 Energievorräte – Reichtum auf Zeit 37
1.4.1 Nicht-konventionelle Vorräte – Verlängerung des Ölzeitalters 38
1.4.2 Ende in Sicht 40
1.4.3 Das Ende der Spaltung 41
1.5 Hohe Energiepreise – Schlüssel für den Klimaschutz 42
2 Klima vor dem Kollaps 45
2.1 Es ist warm geworden – Klimaveränderungen heute 45
2.1.1 Immer schneller schmilzt das Eis 45
2.1.2 Naturkatastrophen kommen häufiger 49
2.2 Schuldiger gesucht – Gründe für den Klimawandel 52
2.2.1 Der Treibhauseffekt 52
2.2.2 Hauptverdächtiger Kohlendioxid 53
2.2.3 Andere Übeltäter 58
2.3 Aussichten und Empfehlungen – was kommt morgen? 60
2.3.1 Wird es in Europa bitterkalt? 63
2.3.2 Empfehlungen für einen wirksamen Klimaschutz 65
2.4 Schwere Geburt – Politik und Klimawandel 68
2.4.1 Deutsche Klimapolitik 68
2.4.2 Klimapolitik international. 69
2.5 Selbsthilfe zum Klimaschutz 71
3 Vom Energieverschwenden zum Energie- und Kohlendioxidsparen 73
3.1 Wenig effizient – Energiever(sch)wendung heute 73
3.2 Privater Energiebedarf – zu Hause leicht gespart 77
3.2.1 Private Elektrizität – viel Geld verschleudert 77
3.2.2 Wärme – fast ohne heizen durch den Winter 80
3.2.3 Transport – mit weniger Energie weiterkommen 85
3.3 Industrie und Co – schuld sind doch nur die anderen 88
3.4 Die eigene Kohlendioxidbilanz 89
3.4.1 Direkt selbst verursachte Emissionen 89
3.4.2 Indirekt verursachte Emissionen 91
3.4.3 Gesamtemissionen 93
3.5 Ökologischer Ablasshandel 94
4 Die Energiewende – der Weg in eine bessere Zukunft? 98
4.1 Kohle- und Kernkraftwerke – Krücke statt Brücke 99
4.1.1 Energie- und Automobilkonzerne – aufs falsche Pferd gesetzt 99
4.1.2 Braunkohle – Klimakiller made in Germany 102
4.1.3 Unterschätzter Klimakiller Erdgas 104
4.1.4 Kohlendioxidsequestrierung – aus dem Auge aus dem Sinn 105
4.1.5 Atomkraft – Comeback strahlend gescheitert 108
4.2 Effizienz und KWK – ein gutes Doppel für den Anfang 109
4.2.1 Kraft-Wärme-Kopplung – nur ohne Erdgas eine gute Lösung 109
4.2.2 Energiesparen – mit weniger mehr erreichen 110
4.3 Regenerative Energiequellen – Angebot ohne Ende 112
4.4 Deutschland wird erneuerbar 114
4.4.1 Der Elektrizitätssektor wird erneuerbar 115
4.4.2 Auf alle Sektoren kommt es an 116
4.4.3 Energiewende im Wärmesektor 118
4.4.4 Energiewende im Verkehrssektor 121
4.4.5 Sichere Energieversorgung mit regenerativen Energien 124
4.4.6 Dezentral statt zentral – weniger Leitungen für das Land 128
4.5 Gar nicht so teuer – die Mär der unbezahlbaren Kosten 130
4.6 Energierevolution statt laue Energiewende 132
4.6.1 Deutsche Energiepolitik – im Schatten der Konzerne 132
4.6.2 Bürgerenergie und Klimajobwunder 133
5 Photovoltaik – Strom aus Sand 136
5.1 Aufbau und Funktionsweise 137
5.1.1 Elektronen, Löcher und Raumladungszonen 137
5.1.2 Wirkungsgrad, Kennlinien und der MPP 139
5.2 Herstellung von Solarzellen – vom Sand zur Zelle 142
5.2.1 Siliziumsolarzellen – Strom aus Sand 142
5.2.2 Von der Zelle zum Modul 144
5.2.3 Dünnschichtsolarzellen 145
5.3 Photovoltaikanlagen – Netze und Inseln 146
5.3.1 Sonneninseln 146
5.3.2 Sonne am Netz 149
5.3.3 Mehr solare Unabhängigkeit 153
5.4 Planung und Auslegung 156
5.4.1 Geplante Inseln 156
5.4.2 Geplant am Netz 158
5.4.3 Geplante Autonomie 162
5.5 Ökonomie 164
5.5.1 Was kostet sie denn? 165
5.5.2 Förderprogramme 166
5.5.3 Es geht auch ohne Mehrwertsteuer 168
5.6 Ökologie 169
5.7 Photovoltaikmärkte 170
5.8 Ausblick und Entwicklungspotenziale 172
6 Solarthermieanlagen – mollig warm mit Sonnenlicht 174
6.1 Aufbau und Funktionsweise 176
6.2 Solarkollektoren – Sonnensammler 178
6.2.1 Schwimmbadabsorber 178
6.2.2 Flachkollektoren 179
6.2.3 Luftkollektoren 180
6.2.4 Vakuum-Röhrenkollektor 181
6.3 Solarthermische Anlagen 183
6.3.1 Warmes Wasser von der Sonne 183
6.3.2 Heizen mit der Sonne 187
6.3.3 Solare Siedlungen 189
6.3.4 Kühlen mit der Sonne 190
6.3.5 Schwimmen mit der Sonne 191
6.3.6 Kochen mit der Sonne 192
6.4 Planung und Auslegung 193
6.4.1 Solarthermische Trinkwassererwärmung 194
6.4.2 Solarthermische Heizungsunterstützung 196
6.5 Ökonomie 199
6.5.1 Wann rechnet sie sich denn? 199
6.5.2 Förderprogramme 200
6.6 Ökologie 200
6.7 Solarthermiemärkte 201
6.8 Ausblick und Entwicklungspotenziale 203
7 Solarkraftwerke – noch mehr Kraft aus der Sonne 205
7.1 Konzentration auf die Sonne 206
7.2 Solare Kraftwerke 208
7.2.1 Parabolrinnenkraftwerke 208
7.2.2 Solarturmkraftwerke 212
7.2.3 Dish-Stirling-Kraftwerke 214
7.2.4 Aufwindkraftwerke 215
7.2.5 Konzentrierende Photovoltaikkraftwerke 216
7.2.6 Solare Chemie 217
7.3 Planung und Auslegung 218
7.3.1 Konzentrierende solarthermische Kraftwerke 219
7.3.2 Aufwindkraftwerke 220
7.3.3 Konzentrierende Photovoltaikkraftwerke 220
7.4 Ökonomie 221
7.5 Ökologie 222
7.6 Solarkraftwerksmärkte 223
7.7 Ausblick und Entwicklungspotenziale 224
8 Windkraftwerke – luftiger Strom 227
8.1 Vom Winde verweht – woher der Wind kommt 228
8.2 Nutzung des Windes 231
8.3 Anlagen und Parks 235
8.3.1 Windlader 235
8.3.2 Große netzgekoppelte Windkraftanlagen 237
8.3.3 Kleinwindkraftanlagen 240
8.3.4 Windparks 242
8.3.5 Offshore-Windparks 243
8.4 Planung und Auslegung 247
8.5 Ökonomie 249
8.6 Ökologie 252
8.7 Windkraftmärkte 253
8.8 Ausblick und Entwicklungspotenziale 255
9 Wasserkraftwerke – nasser Strom 257
9.1 Anzapfen des Wasserkreislaufs 258
9.2 Wasserturbinen 260
9.3 Wasserkraftwerke 263
9.3.1 Laufwasserkraftwerke 263
9.3.2 Speicherwasserkraftwerke 265
9.3.3 Pumpspeicherkraftwerke 266
9.3.4 Gezeitenkraftwerke 268
9.3.5 Wellenkraftwerke 268
9.3.6 Meeresströmungskraftwerke 269
9.4 Planung und Auslegung 270
9.5 Ökonomie 272
9.6 Ökologie 273
9.7 Wasserkraftmärkte 274
9.8 Ausblick und Entwicklungspotenziale 276
10 Geothermie – tiefgründige Energie 277
10.1 Anzapfen der Erdwärme 278
10.2 Geothermieheizwerke und Geothermiekraftwerke 282
10.2.1 Geothermische Heizwerke 282
10.2.2 Geothermische Kraftwerke 283
10.2.3 Geothermische HDR-Kraftwerke 285
10.3 Planung und Auslegung 286
10.4 Ökonomie 287
10.5 Ökologie 288
10.6 Geothermiemärkte 289
10.7 Ausblick und Entwicklungspotenziale 290
11 Wärmepumpen – aus kalt wird heiß 291
11.1 Wärmequellen für Niedertemperaturwärme 291
11.2 Funktionsprinzip von Wärmepumpen 294
11.2.1 Kompressionswärmepumpen 294
11.2.2 Absorptionswärmepumpen und Adsorptionswärmepumpen 296
11.3 Planung und Auslegung 297
11.4 Ökonomie 300
11.5 Ökologie 302
11.6 Wärmepumpenmärkte 304
11.7 Ausblick und Entwicklungspotenziale 305
12 Biomasse – Energie aus der Natur 306
12.1 Entstehung und Nutzung von Biomasse 307
12.2 Biomasseheizungen 310
12.2.1 Brennstoff Holz 310
12.2.2 Kamine und Kaminöfen 314
12.2.3 Scheitholzkessel 315
12.2.4 Holzpelletsheizungen 316
12.3 Biomasseheizwerke und Biomassekraftwerke 318
12.4 Biotreibstoffe 320
12.4.1 Bioöl 321
12.4.2 Biodiesel 321
12.4.3 Bioethanol 322
12.4.4 BtL-Kraftstoffe 324
12.4.5 Biogas 325
12.5 Planung und Auslegung 326
12.5.1 Scheitholzkessel 326
12.5.2 Holzpelletsheizung 327
12.6 Ökonomie 329
12.7 Ökologie 331
12.7.1 Feste Brennstoffe 331
12.7.2 Biotreibstoffe 333
12.8 Biomassemärkte 334
12.9 Ausblick und Entwicklungspotenziale 335
13 Erneuerbare Gase und Brennstoffzellen 337
13.1 Energieträger Wasserstoff 339
13.2 Methanisierung 343
13.3 Transport und Speicherung von EE-Gasen 344
13.3.1 Transport und Speicherung von Wasserstoff 344
13.3.2 Transport und Speicherung von erneuerbarem Methan 345
13.4 Brennstoffzellen – aus Gas wird Strom 347
13.5 Ökonomie 350
13.6 Ökologie 352
13.7 Märkte, Ausblick und Entwicklungspotenziale 353
14 Sonnige Aussichten – Beispiele für eine nachhaltige Energieversorgung 356
14.1 Klimaverträglich wohnen 356
14.1.1 Kohlendioxidneutrales Standardfertighaus 357
14.1.2 Plusenergie-Solarhaus 358
14.1.3 Plusenergiehaus-Siedlung 359
14.1.4 Heizen nur mit der Sonne 360
14.1.5 Null Heizkosten nach Sanierung 361
14.2 Klimaverträglich arbeiten und produzieren 362
14.2.1 Büros und Läden im Sonnenschiff 362
14.2.2 Nullemissionsfabrik 363
14.2.3 Kohlendioxidfreie Schwermaschinenfabrik 364
14.2.4 Plusenergie-Firmenzentrale 365
14.2.5 Nullenergie-Hotel 366
14.3 Klimaverträglich Auto fahren 367
14.3.1 Weltumrundung im Solarmobil 367
14.3.2 In dreiunddreißig Stunden quer durch Australien 368
14.3.3 Solar geladen 369
14.4 Klimaverträglich Schiff fahren und fliegen 371
14.4.1 Moderne Segelschifffahrt 371
14.4.2 Solarfähre am Bodensee 372
14.4.3 Höhenweltrekord mit Solarflugzeug 373
14.4.4 Mit dem Solarflugzeug um die Erde. 374
14.4.5 Fliegen für Solarküchen 375
14.5 Alles wird erneuerbar 376
14.5.1 Ein Dorf wird unabhängig 376
14.5.2 Hybridkraftwerk für die sichere regenerative Versorgung 378
14.6 Happy End 379
Anhang 387
A.1 Energieeinheiten und Vorsatzzeichen 387
A.2 Geografische Koordinaten von Energieanlagen 388
A.3 Weiterführende Informationen im Internet 391
Literatur 392
Register 396