Klima und Energie

Klima und Energie

Tel.: (49) 0681/ 302-2737; Fax /302-4676 e-mail: Luther.Gerhard@vdi.de

luther.gerhard@mx.uni-saarland.de (für größere Dateien) Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/

Dr. Gerhard Luther

Universität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie c/o Technische Physik – Bau E26

D-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 geh t‘s w

eiter

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 BRD

3.13.12.2 Kollektorbauarten

.21 Entwicklunfg der Flachkollektoren .22 Vakuum – Kollektoren

.23 Parabolrinnen

3.13.12.3 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 Sonnenkollektor en

3.13.13 Solare Systeme für Warmwasser und Heizung

Zur UrQuelle:

http://www.fv-sonnenenergie.de/publikationen/themen_2005_gesamt_01.pdf

Speicher: FVS_Themen2005_Wärme-undKälte_Energie-ausSonne-undErde.pdf

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• ganz hervorragend

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• kostenlose Broschüre

Herzlichen Dank

an

FVS und

Landesintiativ e 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

Hzg

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, Fischerei 6 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

I ch benutze im Folgenden einen wunderschöner Vortrag, von den führenden Fachleuten

der 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.pdf

Speicher: FVS_Themen2005_Wärme-undKälte_Energie-ausSonne-undErde.pdf

• aktuell

• ganz hervorragend

• downloadbar

• kostenlose Broschüre

Herzlichen Dank

an

FVS und

Landesintiativ e NRW Bitte 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 W

_th

vgl. [1])

MW

_th

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 m

²

~ 700 W

_p

(Umrechnungsfaktor für alle Kollektorbauarten: 1 m² = 700 W

_th

vgl. [1])

Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren

Schwarzenbergbad

in Saarbrücken

Notwendig:

150 … 300 Mm ² Kollektorfläche

Entsprechend etwa : 100 bis 200 GW _th

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 Mm

²

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