Ökostromerzeugung

Erzeugung von Strom aus regenerativen Quellen

Kleinwasserkraftwerke

Wasserkraftwerk

Die Nutzung der Energie des Wassers (Wasserkraft) ist eine der wichtigsten Quellen zur Gewinnung von grünem Strom. Dies geschieht meist anhand von fließenden Gewässern, wo Kleinwasserkraftwerke die potenzielle Energie des Wassers aufnehmen, in Strom umwandeln und ins Netz einspeisen. Letzten Endes basiert das Prinzip eines Kleinwasserkraftwerks auf dem von Mühlen, nur dass Mühlen die Wasserenergie in meist in mechanische Energie umwandelten, was sich aber vor 100 Jahren langsam aber sicher änderte. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts verbreitete sich die Francisturbine, 1849 in den USA erfunden, die mittels eines Generators die Wasserkraft erstmals in Elektrizität umwandeln konnte.

Ein ebenfalls weit verbreitetes Kraftwerk, das nach dem gleichen Mechanismus funktioniert, ist die Inselanlage. Es kommt häufig in Ländern der Dritten Welt zum Einsatz und speist die gewonnene Energie nicht in das Verbundnetz, sondern leitet den Strom direkt an den Verbraucher weiter.

Speicherkraftwerke

Speicherkraftwerke nutzen das hohe Gefälle und die Speicherkapazität von Talsperren und Bergseen zur Stromerzeugung. Beim Talsperren-Kraftwerk befinden sich die Turbinen am Fuß der Staumauer. Das Bergspeicherkraftwerk, meist im Tal gelegen, ist durch Druckleitungen mit einem darüber liegenden See verbunden. Speicherkraftwerke können sowohl zur Deckung der elektrischen Grundlast und auch im Spitzenlastbetrieb, also zu Tageszeiten, in denen der Stromverbrauch am höchsten ist, eingesetzt werden.

Pumpspeicherkraftwerke werden nicht durch natürliche Wasservorkommen, sondern durch aus dem Tal gepumptes Wasser aufgefüllt. Damit wird der in Schwachlastzeiten erzeugte elektrische Strom als potenzielle Energie des Wassers zwischengespeichert und kann in Spitzenlastzeiten wieder über eine Turbine abgerufen werden.

Viele deutsche Unternehmen der Branche sind stark im Ausland aktiv, und auf der anderen Seite drängen Anbieter aus Österreich, der Schweiz, Frankreich, Tschechien und Polen auf den deutschen Markt. Eine Abschätzung der Beschäftigungseffekte in Deutschland ist somit relativ schwierig. Schätzungen zufolge waren im Jahr 2007 in Deutschland ca. 9.400 Arbeitsplätze in der Wasserkraftbranche beschäftigt, die insgesamt 1,23 Milliarden Euro umgesetzt haben.

Windenergie

Ökostromerzeugung durch Windenergie

Der Mensch nutzt die Energie des Windes (Windenergie) bereits seit langer Zeit (man denke nur an Segelschiffe oder Windmühlen). Und die mechanische Funktionsweise der althergebrachten Windmühle wurde, um mittels moderner Windenergieanlagen Elektrizität zu gewinnen, lediglich optimiert und liegt demselben Prinzip zu Grunde. 1988 entstand auf 20 Hektar der erste kommerzielle Windenergiepark Deutschlands mit 30 kleinen Anlagen. 1991 begann der Aufschwung der Windenergie. Moderne Anlagen basieren auf folgendem Prinzip: Die Leistungsregelung großer Anlagen im Megawatt-Bereich erfolgt durch Drehen der Rotorblätter (Pitchen), bei drehzahlvariablem Betrieb. Diese Anlagentypen haben nicht nur eine höhere Leistungsausbeute, sondern zeichnen sich auch durch geringere Schallemissionen aus, da der lärmintensive Stalleffekt unterhalb der Nennleistung nicht mehr auftritt. Der Generator ist vom Stromnetz über einen Gleichstromzwischenkreis entkoppelt.

Strom aus Offshore-Windenergieanlagen kann und soll einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen Energie- und Klimapolitik der Bundesrepublik leisten. Die hohen durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten auf dem Meer haben enormes Potenzial. Mit der Weiterentwicklung der Windenergie-Technologie, die sich an Land mittlerweile als sehr zuverlässig und kostengünstig erwiesen hat, lassen sich diese Potenziale erschließen. Verschiedene Prognosen zeigen viel versprechende Möglichkeiten für die Offshore-Windenergie. Sie weisen wegen der nach wie vor großen technischen und wirtschaftlichen Unsicherheiten aber auch eine sehr große Streuung auf. Die berechneten Potenziale lassen sich in der Praxis durch die Vielzahl der vorhandenen Schifffahrts-, Fischerei- und Naturschutzinteressen allerdings nur zum Teil erschließen.

Der Gesamtumsatz der Windenergiebranche in Deutschland lag im Jahr 2007 bei 5,7 Milliarden Euro. Bei den erneuerbaren Energien wurden in den vergangenen Jahren insgesamt mehr als 249.000 Arbeitsplätze geschaffen. Allein im Bereich der Windenergie gibt es derzeit rund 84.300 Arbeitsplätze.

Solarenergie

Solarenergie

Die Sonne (Sonnenenergie) ist der wichtigste Faktor überhaupt, wenn von regenerativen Energien die Rede ist. Ohne die Sonne kein Wind und somit keine Stromerzeugung mittels Windenergieanlagen, und ohne die Sonne gäbe es keinen Wasserkreislauf auf der Erde. Die Menschen haben Mittel und Wege gefunden, die Kraft der Sonne verstärkt zur Gewinnung von Energie und Elektrizität zu nutzen. Das geschieht unter der Zuhilfenahme technischer Innovationen, von denen die wichtigsten folgende sind: Sonnenkollektoren (sie erzeugen Wärme und Hitze), Sonnenwärmekraftwerke (sie erzeugen mit Hilfe von Hitze und Wasserdampf elektrischen Strom) sowie Solarzellen (sie erzeugen elektrischen Gleichstrom, man spricht hier auch von der Photovoltaik).

Am 1. Januar 2009 ist das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz in Kraft getreten. Für Neubauten wird damit eine Nutzungspflicht für erneuerbare Energien in der Wärmeversorgung eingeführt. Genutzt werden kann auch Solarenergie, z.B. mittels eigener Solarkollektoren oder durch den Bezug von Fernwärme in Kombination mit einer zentralen großen Solarwärmeanlage.

Photovoltaik ist heute für viele Anwendungen noch zu teuer. Wer lediglich mit bestehenden Techniken die Produktion ausweitet, erzielt mittelfristig keine signifikante Kostenreduktion. Mehr Erfolg versprechen hier die Dünnschichttechniken, also Schichten von tausendstel Millimetern Dicke auf Quadratmeter großen Scheiben.

Bioenergie

Biomasse (Biomasse) ist der wichtigste und vielseitigste erneuerbare Energieträger in Deutschland. Biomasse wird in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Biokraftstoffen genutzt. Rund 69 Prozent der der gesamten Endenergie aus erneuerbaren Energiequellen wurde 2007 durch die verschiedenen energetisch genutzten Biomassen bereitgestellt. Dabei deckte die Bioenergie (bezogen auf den Endenergieverbrauch) in Deutschland 3,9 Prozent des gesamten Stromverbrauchs, 6,2 Prozent des gesamten Wärmebedarfs und 7,6 Prozent des gesamten Kraftstoffverbrauchs. Die Nutzung von Bioenergie soll weiter ausgebaut werden. Die technisch nutzbaren Potenziale dafür sind in Deutschland vorhanden. Im Bereich der Land- und Forstwirtschaft steht ein Teil der 17 Million Hektar landwirtschaftlich genutzter Fläche (ca. zwölf Millionen Hektar Ackerfläche und ca. fünf Millionen Hektar Grünlandfläche) und der elf Millionen Hektar Waldfläche für die Bereitstellung von Biomasse zur Verfügung.

Gewinnung von Bioenergie aus Biomasse-Anlage

Der mit Abstand wichtigste Bioenergieträger ist in Deutschland das Holz. Etwa ein Viertel der deutschen Holzproduktion (die minderwertigen Sortimente) wird energetisch genutzt, etwa drei Viertel werden stofflich genutzt. Dazu kommt Alt- und Gebrauchtholz, das ebenfalls energetisch genutzt wird. Modellrechnungen der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft haben Reserven für eine Ausweitung der Holznutzung ermittelt, ohne dass die Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung gefährdet würde. Neben der Forstwirtschaft ist die Landwirtschaft ein wichtiger Lieferant von Biomasse für die energetische Nutzung. 2007 wurden in Deutschland bereits 1,75 Million Hektar, also mehr als zehn Prozent der landwirtschaftlich genutzten Fläche, für den Anbau von Energiepflanzen genutzt. Im Vordergrund steht dabei der Rapsanbau zur Biodieselproduktion und die Bereitstellung von Substraten für die Biogaserzeugung. Für eine Ausdehnung der landwirtschaftlichen Bioenergieerzeugung sind noch begrenzte Potenziale vorhanden. Verschiedene Studien kommen zu dem Ergebnis, dass ab 2020 für die Produktion nachwachsender Rohstoffe 2,5 bis 5 Million Hektar landwirtschaftliche Nutzfläche genutzt werden könnten.

Neben der land- und forstwirtschaftlich bereitgestellten Biomasse stehen Reststoffe und Abfälle biogenen Ursprungs für die energetische Nutzung zur Verfügung. Hierzu zählen insbesondere Alt- und Gebrauchtholz, Bioabfälle (z.B. die Biotonne), Klärschlamm/Klärgas/Deponiegas, Gülle/Festmist und Getreidestroh. Zusammen mit weiteren weniger bedeutenden Reststoffen und Abfällen ergibt sich ein Energiepotenzial von ca. 550 Petajoule. Der Erschließung dieses in großen Teilen noch unerschlossenen Potenzials wird in Zukunft besondere Aufmerksamkeit zu widmen sein. Die energetische Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen trägt dazu bei, mögliche Nutzungskonflikte zwischen der energetischen und der stofflichen Nutzung von Biomasse zu vermeiden oder zu vermindern.

Die Bioenergienutzung hat sich in Deutschland zu einem wichtigen Wirtschaftszweig entwickelt. Im Jahre 2007 waren im Bereich der der Bioenergienutzung ca. 96.100 Menschen tätig. Beschäftigungsschwerpunkte bilden die land- und forstwirtschaftlichen Rohstoffproduktion und der neu aufgebaute Wirtschaftszweig der Verarbeitung von Biomasse zu Energieträgern wie Pellets, Hackschnitzel oder Biogas. Insgesamt wurde im Jahre 2007 in der gesamten Bioenergiebranche ein Umsatz von 10,23 Milliarden Euro erzielt.

Geothermie

Geothermie (Geothermie), auch Erdwärme genannt, ist eine nach menschlichen Maßstäben unerschöpfliche Energiequelle. Wenn man von der Erdoberfläche in die Tiefe vordringt, findet man auf den ersten 100 m Tiefe eine nahezu konstante Temperatur von etwa 10°C vor. Danach steigt die Temperatur mit jeden weiteren 100 Metern, je tiefer man kommt, im Mittel um 3°C an. Dies nennt man Erdwärme (Geothermie) und man kann sie mit verschiedenen technischen Verfahren zur Energiegewinnung nutzen.

Hierfür gibt es hauptsächlich drei verschiedene Verfahren: die oberflächennahe Geothermie (bis 400 Meter Tiefe) sowie geothermische Systeme, die warmes, im Untergrund vorhandenes Wasser nutzen (bis ca. 4.500 Meter Tiefe) und Systeme, die Wärme aus dem tiefen Gestein für die Stromerzeugung nutzen (in Fachkreisen auch "Enhanced Geothermal Systems", EGS, genannt), welche gegenwärtig bis in 5.000 Meter Tiefe vordringen.

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