Inhaltsverzeichnis

1.  Einleitung  02

2.  Begriffliche Definitionen  

2.1.  Regenerative Energieträger  02

2.2.  Photovoltaikanlagen  04

2.3.  Windkraftanlagen  06

2.4.  Meeresströmungskraftwerke  07

3.  Kostenanalysen  

3.1.  Investitions-, Betriebs- und Demontagekosten  

3.1.1.  Photovoltaikanlagen  08

3.1.2.  Windkraftanlagen  11

3.1.3.  Meeresströmungskraftwerk  14

3.2.  Kostenvergleich  18

4.  Amortisation  

4.1.  Analyse der Amortisationszeiträume  

4.1.1.  Photovoltaikanlagen  18

4.1.2.  Windkraftanlagen  19

4.1.3.  Meeresströmungskraftwerk  20

4.2.  Vergleich der Amortisationszeiträume  21

5.  Ökologische Bilanz  

5.1.  Untersuchung des Co -Ausstoßes bei Herstellung,  21

R  ückbau und Recycling  

5.1.1.  Photovoltaikanlagen  22

5.1.2.  Windkraftanlagen  23

5.1.3.  Meeresströmungskraftwerk  24

6.   

Fazit   24

1. Einleitung

In Anlehnung, beziehungsweise als Erweiterung zum vorhergegangenen Ergebnis aus dem Seminar „wissenschaftliches Arbeiten“, sollen während dieser Arbeit weiterhin 3 regenerative Energiesysteme im Bezug auf Kosten, Amortisation und Auswirkungen auf die Umwelt gegenübergestellt werden. Es wurden in dieser erweiterten Version jedoch tiefgründigere Methoden in der Betrachtung verwendet. Ebenso wurde grafisches Material zur

Veranschaulichung eingepflegt. Alle Angaben, die zur jeweiligen Berechnung notwendig sind, etwa Vergütungssätze oder Ähnliches, wurden aktualisiert.

Ziel dieser Facharbeit ist es, unter Einbezug neuer und erweiterter Faktoren herauszustellen, ob eines der drei betrachteten Energiesysteme in der Lage ist, gleichzeitig das kostengünstigste, rentabelste und umweltschonendste zu sein.

2. Begriffliche Definitionen

2.1. Regenerative Energieträger

Regenerative Energieträger, welche auch erneuerbare Energien genannt werden, gibt es im engeren Sinne nicht, da zum Beispiel die Strahlung der Sonne oder auch die Hitze im Inneren der Erde endlich sind. Aus pragmatischen Gründen und gemessen an den menschlichen Zeiträumen, werden diese jedoch als „regenerativ“ und „primär“ bezeichnet, da durch deren Nutzung keine beschränkten Ressourcen aufgebraucht werden und sie sich ständig erneuern. Die Prozesse der Energiebereitstellung durch eben diese primären Energieträger, wie die oben genannte Strahlung auf die Erdoberfläche und aus deren Inneren, Gezeiten der Ozeane, Meeresströmungen und Flussläufe, wie auch die Windströmungen laufen auch ohne menschliches Zutun oder deren Nutzung ab. ¹ Im Gegensatz hierzu stehen fossile und nukleare Energieträger, die sich in geologischen Prozessen über Millionen von Jahren gebildet haben und deren Nutzung zu einer stetigen Abnahme führt. ² „Die größte Bedeutung kommt der Solarstrahlung, d.h. dem Strahlungsangebot der Sonne zu, auf das sich die meisten Regenerativen Energieträger zurückführen lassen: die mechanische Energie von Wind und Wasser, die in Biomasse gespeicherte chemische Energie und natürlich die

¹ Vgl. Ströbele, Pfaffenberg und Heuterkes (2010), S. 191

² Vgl. Wesselak und Schabbach (2009), S. 53

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Energie der elektromagnetischen Strahlung selbst. Neben der Solarstrahlung stellt die innere Energie der Erde die zweite primäre regenerative Energiequelle dar. Sie wird in Form von Erdwärme genutzt. Mit einer deutlich geringeren technischen Bedeutung sind schließlich noch die Gravitationskräfte von Sonne und Mond zu berücksichtigen, die zur Meeresenergie in Form von Wellen und Gezeiten beitragen.“ ³ Die Abbildung 1 beschreibt anschaulich, auf welcher Basis und mit welchen Transformatoren, die Erzeugung welcher Art von nutzbarer Energie ermöglicht wird. Abbildung 2 veranschaulicht den aktuellen Strommix der BRD

³ Wesselak und Schabbach (2009), S. 53

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2.2. Photovoltaikanlagen

Durch die Nutzung des photoelektrischen Effekts, der sogenannten Photovoltaik, kann die elektromagnetische Strahlungsenergie der Sonne direkt in elektromagnetische Energie - respektive Gleichstrom - umgewandelt werden. ⁴ Hierfür geeignete Energieumwandler zur kommerziellen Nutzung sind Solarzellen, welche mit Silizium bestückt sind und einen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Licht in Strom von über 23 % aufweisen. ⁵ Der Weltrekord hierfür liegt derzeit bei 41,1 %. Diese Dimensionen erreicht man jedoch nur mit photovoltaischen Konzentratorsystemen, dessen Einsatz für Solarkraftwerke in Ländern mit viel direktem Sonnenlicht vorbehalten bleibt. ⁶ Diese Art der Stromgewinnung ist überall einsetzbar, jedoch definiert sich der Grad der Energiegewinnung außer über die eingesetzte Technik ebenso über die tages- und jahreszeitliche sowie über regionale Standortabhängigkeit. Zieht man einen Vergleich zu anderen regenerativen Energiesystemen, so sind die Investitionskosten sehr hoch, die fortlaufenden Erzeugungskosten sind hingegen vernachlässigbar gering. Obwohl die Nutzung der Sonnenenergie in der BRD ein hohes technisches Niveau aufweist, ist es trotz staatlicher Förderung und verglichen mit anderen Regionen der Erde aufgrund geringerer Strahlungsintensität der Sonne kaum wirtschaftlich. Abbildung 3 zeigt hier die Unterschiede zwischen dem europäischen- und dem Strahlungsniveau im afrikanischen Raum. So bestehen Überlegungen im Rahmen eines Projektes in Nordafrika und im Nahen Osten große solarthermische Kraftwerke zu bauen und den dort erzeugten Strom mithilfe von Gleichspannungsleitungen nach Europa zu exportieren. 7

⁴ Vgl. Unger (2009), S. 61

⁵ Vgl. fraunhofer.de (2009), Stand 21.09.2009

⁶ Vgl. fraunhofer.de (2009), Stand 23.10.2009

⁷ Vgl. Ströbele, Pfaffenberg und Heuterkes (2010), S. 198

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2.3. Windkraftanlagen

Windkraftanlagen bestehen zum wesentlichen Teil aus einem elektrischen Generator, welcher direkt oder über ein Getriebe an eine Windturbine gekoppelt ist und zur Optimierung über eine Windrichtungsnachführung, Bremsvorrichtung und eine Rotorblattverstellung abhängig von der Windgeschwindigkeit geregelt wird. Eine große Windenergieanlage schaltet somit bei 3 bis 5 m/s zu, erreicht ihre Nennleistung bei 12 bis 14 m/s und wird zur Vermeidung von Sturmschäden bei etwa 25 m/s abgeschaltet. Des Weiteren werden diese Anlagen mit einem Wechselrichter, Frequenzwandler und Transformatoren ausgestattet, um eine optimale Anpassung ans örtliche Stromnetz zu gewährleisten. Der tatsächliche Jahresenergieertrag an einem Standort steigt in etwa mit dem Quadrat des dort angegebenen Jahresmittelwertes der Windgeschwindigkeit, hingegen während des Betriebes eine maximale Energieausbeute von vier Fünftel des theoretischen Höchstwertes einer idealen Anlage realisierbar ist. 8

Wie schon bei der Photovoltaik ist bei der Erzeugung von Strom aus Wind nicht nur die eingesetzte Technik für die Ausbeute ausschlaggebend, sondern ebenso der physische Standort. Hier wird zwischen onshore (an Land) und offshore (auf See) unterschieden, daneben ist jedoch die geographische Lage ein maßgeblicher Faktor.

Die von den Windkraftwerken genutzten Winde sind nicht die globalen Strömungen als Kreiszirkulation vom Äquator zu den Polen, sondern sie entstehen aufgrund vom Temperaturunterschied zwischen den Ozeanen und Kontinenten bzw. zwischen den Berggebieten und Tälern. Derartige Winde ziehen im Sommer von Richtung Ozean auf den Kontinent und im Winter in umgekehrter Richtung. 9

„Windenergie […] ist derjenige erneuerbare Energieträger mit den höchsten Zuwächsen in den letzten Jahren. Sowohl im onshore- als auch im offshore-Bereich gibt es in Deutschland noch große technische Potentiale, wobei die tatsächliche Nutzung stark von der Förderung abhängig sein wird.“ 10

⁸ Vgl. Müller und Giber (2007), S. 39; Jarass, Obermair und Voigt (2009), S. 23

⁹ Vgl. Müller und Giber (2007), S. 37f

¹⁰ Ströbele, Pfaffenberg und Heuterkes (2010), S. 200

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2.4. Meeresströmungskraftwerke

„Strömungskraftwerke nutzen die im Meer natürlich auftretenden Bewegungen großer Wassermassen, um deren Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln.“ ¹¹ Das Prinzip und der technische Aufbau beim Nutzen derartiger Strömungen ähneln diesen der Windkrafträder, wobei ein wichtiger Unterschied bei den benutzten Arbeitsmedien von Luft und Wasser bestehen. Ein großer Vorteil ist, dass aufgrund der höheren Dichte von Wasser gegenüber von Luft bei gleichen Rotorabmessungen größere Leistungen erzielt werden. Dies zieht nach sich, dass bei gleicher angestrebter Leistung ein Unterwasserrotor zwar erheblich kleiner dimensioniert werden kann, jedoch aufgrund wesentlich höherer auftretender Kräfte eine stärkere Verankerung und größere mechanische Stabilität erforderlich ist. ¹² Um eine anschauliche Vorstellung vom hier wirtschaftlich analysierten Pilotprojekt „SeaGen“ zu bekommen, zeigt Abbildung 4 eine grafische Darstellung des Meeresströmungskraftwerkes.

¹¹ Lübbert (2005), Stand 23.11.2010

¹² Vgl. Synwoldt (2008), S. 57f

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