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_0fUebersicht_Energiesparen_CO2SequesterKernenergie-Fusion-Sonstige.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, direkte Umwandlung) 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

eite r

1. Grundsätzlich vorhandene Einsparpotentiale

• Licht

• Kommunikation (PC)

• Standby-Verluste

• Elektrische Antriebe

• Personenkraftwagen

• Raumwärme

2. Tatsächliche Minderungsraten im Gebäudebereich

Energieeinsparung beim Verbrauch

3.2

Beispiel Raumwärme: Passivhausstandard

Quelle: W. Feist,

3.21_1

3.21_2

Fossile Kraftwerke hoher Effizienz

3.3

Quelle: DPG Klimastudie 2005, Abb.3, p.23; Urquelle: Engelhard, RWE Power AG, 2005

Nettowirkungsgrade

neu in Betrieb gehender Braunkohlekraftwerke

Quelle: DPG Klimastudie 2005, Abb5, p.25; /Nitsch et.al. 2004/

Erdgas ^befeuerte GuD- Kraftwerke

Entwicklungspotential

Gasturbine

Dampf

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“)

Fossile Kraftwerke mit CO2 Sequester

3.4

Das Prinzip:

CO2 vom Kraftwerk

direkt in die Endablagerung

ohne Umweg über die Atmosphäre

Bildquelle: Lars Strömberg, Vattenfal, „ A future CO2 free Power Plant for Coal“, AKE2004H_01Strömberg

Quelle: Lars Strömberg, Vattenfal, „ A future CO2 free Power Plant for Coal“,Folie 3* , AKE2004H_01Strömberg

42,7% 34,0%

Solarthermische Kraftwerke

3.5

1. Konzentrierende Solarkollektoren, da höhere Temperaturen erforderlich

• Spiegel oder Linsen als Auffangflächen ( das ist billiger als PV –Module)

• Nur das direkte Sonnenlicht wird genutzt

• Nachführung der Auffangfläche

Das geht aber sehr viel besser in Sonnenländern als in unseren Breiten.

2. Einbindung in Kraftwerksprozess ermöglicht:

• kurzzeitige Zwischenspeicherung von Wärme

• Hybridbetrieb mit fossilem Brennstoff (H2? , Biomasse? ) möglich (Solaranlage ist sozusagen ein alternativer Kessel )

Solare Erwärmung des Arbeitsstoffes eines Dampfkraftwerkes:

Prinzipien der Solarkonzentration

Solarturm Parabolrinnen Paraboloid

BQuelle: DPG2005_Klima, Abb.10.1, p.80

Die fünf 30 MW SEGS Kraftwerke

bei Kramer Junction, California, USA

SEGS = Solar Electric Generating Systems

Quelle: M. Geyer e.a.: „Parabolrinnensysteme“ ; FVS - Themen2002 Solare Kraftwerke, Abb.1, p.14

Technische Daten der SEGS – Kraftwerke

350 MW , seit 15-20 Jahren einwandfreier Betrieb

Quelle: M. Geyer e.a.: „Parabolrinnensysteme“ ; FVS - Themen2002 Solare Kraftwerke, Tabelle 1, p.15

BQuelle: DPG2005_Klima, Abb.10.2, p.84 Urquelle : BMU http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/5650/20049/

Erwartete Stromgestehungskosten solarthermischer Kraftwerke

unter verschiedenen Randbedingungen

Quelle: SolarMillenium Pressefoto; SolarMillenium_EuroTroughDemoLoop_inCalifornia_vonOben_mitAuto.jpg

Am 11. Februar 2006

erfolgte in Boulder City, Nevada, USA,

der erste Spatenstich für das 64 MW Solarkraftwerk „Nevada Solar One“ .

Herzstück sind die 19.300 SCHOTT Solar-Receiver aus Mainz, EU-Germany.

„Nevada Solar One“ soll im Juni 2007 ans Netz ^gehen

Quelle: Fa. Schott, Mainz

Kernkraftwerke mit neuen Visionen

3.6

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Quelle:

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Fusion

3.7

Kernfusion

10 Mrd. bar

10 Mio K

ITER

der entscheidende Schritt zum Fusionsreaktor

G. Janeschitz

Leiter Programm Fusion Forschungszentrum Karlsruhe

Zur Originalquelle:

http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2006-AKE_Muenchen/Links_DPG2006.htm

Main Features of the ITER Design

Divertor 54 cassettes

Central Solenoid Nb

Sn, 6 modules Outer Intercoil Structure

Toroidal Field Coil Nb

Sn, 18, wedged

Poloidal Field Coil Nb-Ti, 6

Machine Gravity Supports (recently remodelled)

Blanket Module 421 modules

Vacuum Vessel 9 sectors

Cryostat

24 m high x 28 m dia.

Port Plug (IC Heating)

6 heating 3 test blankets 2 limiters/RH rem.

diagnostics

Torus Cryopump

8, rearranged

ITER-Standortentscheidung 28. Juni 2005 in Moskau

ITER Site

Cadarache France

Direct Construction Cost ~ 4 billion €

Licensing/Construction 9 years

Operation 20years

~ 250 million Euro/year International Organization 600 staff

Visiting researchers

Staffing Cost ~ 1 billion €

for first 10 years

How do we size a

Reactor class Fusion

machine (1)

10 Ti (keV) 100

n D (0 ) T i( 0)  E

1021

1020

1022 ITER

JT-60U TFTR JET

JT-60U DIII-D

LHD, W7-X break-even ignition

reversed shear H-mode

Tipple Product - Diagramme, Status 1996

 Ti > 10 keV -> (to optimise D-T reaction rate)

=> n

x 

~ 6.0 10

m

s

=> n

~ 1.0 10

m

-> (close to Density Limit: n

~ I/a

)

=> 

~ 6.0 s -> (defines more or less machine size)

H-mode Confinement Scaling Relation:

78 . 0 58 . 0 97 . 1 19 . 0 41 . 0

19 , 69 . 0 15 . 0 93 . 0 ELMy

th

E, 0 . 0562  

   I B P ^ n _e M R

Triple Product Diagramm

ITER- neu

alt

Strategy for achieving

commercial fusion power, The Fast Track

Fusion power technology – DEMO-relevant

P la sm a p h ys ic s F ac il it ie s T ec h n o lo g y Decision point

commercial fusion power

Fast Track

ITER-relevant technology Experimental

electrical power production Tokamak physics (ASDEX-UP, JET)

Concept improvements, Stellarator

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 DEMO

PROTO

commercial fusion power DEMO and PROTO combined ITER

14 MeV neutron source

Zusammenfassung

1 . ^Stürmische Entwicklungsländer , ^knappe Reserven , ^manifester Climate Change

2 . Deutschland hat sein CO2 –Einsparziel -25% in 2005 deutlich verfehlt.

Trotz aller Bemühungen, viel Geld und viel Schulden.

3 . Es müssen trendbrechende zusätzliche CO2 Einsparungen erfolgen:

Moderne fossile Kraftwerke und „Erdgas statt Kohle“ (- CO

)

Biomasse, insbesondere Biokraftstoffe (-) Offshore Wind (-) Wesentlich mehr Energie einsparen (-)

5. Strategischer Einstieg : Solarkraftwerke im Süden (- CO2) CO2 –Sequester (-)

4 . Die geplante vorzeitige AKW-Stillegung kostet mindestens (+) 100 Mt CO2/a und konterkariert alle CO2-Einsparbemühungen.

Wir dürfen weder Zeit noch Mittel vergeuden

5.