Erneuerbare Energien
Aufgrund der wirtschaftlichen Entwicklung werden erneuerbare Energien (auch regenerative Energien genannt) immer wichtiger für den Standort Deutschland. Die damit verbundenen innovativen Entwicklungen treiben nicht nur die Wirtschaft an, sondern ermöglichen eine effizientere Energienutzung. Des Weiteren tragen erneuerbare Energien dem Umwelt- und Klimaschutz bei und senken den CO₂-AusstoÃ?.
Die damit verbundenen Energiequellen erneuern sich entweder kurzfristig von selbst oder tragen nicht zur vollständigen Erschöpfung derer bei. Neben der Wasserkraft wird vor allem Sonnenenergie (solare Strahlung), Geothermie (Erdwärme) und Windenergie genutzt.
Die heutige Energieversorgung (Strom, Wärme, Kraftstoffe) basiert grö�tenteils auf den nur für bestimmte Zeit verfügbaren fossilen Energieträgern (Erdöl, Erdgas, Kohle). Eine weitere Energiequelle stellt die Kernenergie dar, welche in der Regel nicht als erneuerbare Energiequelle bezeichnet wird, aber auch keine Zuordnung zu den fossilen Energien findet.
Der momentane Ausbau und die gestiegene Nutzung von erneuerbaren Energien, lässt sich auf die begrenzten Ressourcen, die gestiegenen Umwelt- und Klimaschutzbelange sowie die Abhängigkeit von Energieexporteuren zurückführen.
Die Förderung und Weiterentwicklung von erneuerbaren Energien unterstützt demnach die nachhaltige Entwicklung einer modernen Energiebereitstellung auf nationaler und internationaler Ebene.
Beispielhafte Erneuerbare Energiequellen:
Windenergie
Luftströmungen basierend auf durch unterschiedliche Erwärmungen hervorgerufenen Luftdruckunterschiede, bezeichnet man langläufig als Wind.
Für Windkraftanlagen welche diese Luftströmungen zur Stromgewinnung nutzen, sind Standorte mit Windgeschwindigkeiten in 10 m Höhe im Jahresmittel von > 4m/s erforderlich.
Geeignete Standortbedingungen sind im Offshore-Bereich (auf dem offenen Meer), in Küstenlandschaften sowie im Hoch- und Mittelgebirge vorhanden.
Wasserkraft
Die potenzielle Energie des Wasserelementes nutzen sogenannte Wasserkraftanlagen in Form von Stromgewinnung durch Wasserturbinen. Der hohe wirtschaftliche Ausnutzungsgrad dieser Energiequelle in Europa und Deutschland (nahezu 97%) ist in den vergangenen Jahren nahezu unverändert und lässt kaum Zuwächse erwarten. Das weitestgehend ausgeschöpfte Potenzial lässt innerhalb dieser Energiequelle lediglich den Erhalt oder die Optimierung der Bestandsanlagen zu.
Eine besondere Form der Energiegewinnung durch Wasserkraft stellen Gezeitenkraftwerke zur Stromerzeugung dar. Hierbei trennt ein Damm die Bucht vom offenen Meer, wobei durch �ffnungen die Gezeitenströmungen einflie�en und spezielle Turbinen antreiben.
Solarenergie
Die Strahlungsenergie der Sonne wird durch solarthermische Anlagen in Wärme zur Gebäudebeheizung und/oder Warmwasserbereitung umgewandelt.
Prinzipiell wandelt der Solarkollektor kaltes Wasser vom Leitungsrücklauf in Warmwasser um. Die Nutzung kann in folgenden Anwendungsbereichen genutzt werden:
- Warmwasserbereitung im Speicher
- Zwischenspeicherung im Pufferspeicher
- Heizungsunterstützung
Neben der Solarthermie stellt die Photovoltaiktechnik eine weitere direkte Nutzung der Sonnenenergie dar. Im ersten Schritt erzeugen die Zellen Gleichstrom, welcher durch sogenannte Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird und in der Regel ins elektrische Netz eingespeist wird.
Die Leistung der Solarmodulen wird als Spitzenleistung in Wattpeak (WP) angegeben, wobei diese Angaben unter Laborbedingungen nachgewiesen werden (Spitzenwert unter Laborbedingungen: 25 °C Modultemperatur, 1000 W/m² Bestrahlungsstärke, Luftmasse von 1,5).
Als energetische Bewertungsgrö�e beschreibt der Gesamtnutzungsgrad (Gesamtjahresnutzungsgrad) die Effizienz der Anlage einschlie�lich aller vorhandenen Verluste.
Photovoltaikanlagen werden hauptsächlich als Dachanlagen realisiert und liefern unter optimalem Anstellwinkel den besten Ertrag im Vergleich zur Fassadenanbringung.
Dabei werden die Elemente entweder in die Dachhaut integriert oder auf der vorhandenen Dachfläche gro�flächig angebracht.
Geothermie
Innerhalb der geothermischen Energiequellen unterscheidet man zwischen der
- oberflächennahen Geothermie
- und der Tiefengeothermie.
Die oberflächennahe Geothermie nutzt die in den obersten Erdschichten (bis 400 Meter oder dem Grundwasser) gespeicherte Energie. Temperaturen von 8 bis 12 Grad Celsius werden auf verschiedene Arten genutzt und dienen zur Bereitstellung von Raumheizung und Warmwassergewinnung sowie von Klimakälte. Zur Nutzung der vorhandenen Energiequelle werden Wärmepumpen, Erdwärmekollektoren, -sonden, Energiepfähle oder erdberührte Bauteile aus Beton eingesetzt.
Als Tiefengeothermie wird die Nutzung der Erdwärme in Tiefen zwischen 400m und 5km bezeichnet. Diese ist parallel zur Wärmegewinnung auch für die Stromerzeugung nutzbar. In Bezug zur oberflächennahen Geothermie sind dort die Temperaturen um ein vielfaches grö�er, wobei ab zirka 90 Grad Celsius eine angehend wirtschaftliche Stromerzeugung möglich. In Deutschland ist diese Technologie noch in der Entwicklung und nicht weit verbreitet. Demnach eröffnen sich spezielle Forschungs- und Planungsvorhaben für innovative Ingenieurleistungen.
Bioenergie
Als Bioenergie bezeichnet man biogene Brennstoffe zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung. Diese können als Festbrennstoffe (Holz, Holzpellets oder Holzhackschnitzel), flüssige Brennstoffe (Biodiesel oder Pflanzenöl) oder Biogas (Klärgas oder Deponiegas) vorliegen.
Nachwachsende Rohstoffe (NaWaRo´s) stellen die Hauptenergiequelle im Bereich der Bioenergie dar, wobei der dem Festbrennstoff Holz die grö�te Bedeutung geschenkt wird. Nebenbei sind landwirtschaftliche Produkte (Agrarrohstoffen) und organischen Rohstoffe ein wichtiger Bestandteil des durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) geförderten Bioenergieverfahren.
Nicht zuletzt wegen der Preissteigerung und sinkenden Verfügbarkeit an fossilen Energieträgern, erfährt die Bioenergie einen starken nationalen und internationalen Entwicklungsausbau.
Beispiele für die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen und Bioenergie sind:
- Kraft-Wärme-Kopplung
- Biomasseheizkraftwerke
- Holzhackschnitzelheizungen
- Pelletheizungen
- Biomassevergaser
- Biogasanlagen