This is a bachelor thesis about renewable energies. It shall give an overview about all important techniques and their implementation into the actual energy market. Wind turbines, hydropower, photovoltaics, biomass energy, geothermal energy and tidal power will particularly be explained. Furthermore, two new modern sources of renewable energy - the DESERTEC project and the solar updraft tower - are introduced. Advantages as well as disadvantages are revealed for all the mentioned methods of energy generation.
First of all, the current climate and energy situation is shown. That also includes some of the problems the current world population is facing. Following that a definition of what renewable energies exactly are is given. This is combined with a differentiation what non-renewable energies are respectively what the traditional forms of energy generation are. Some basics of energy units and their calculation follow. Also the development together with its’ legitimate support over the last years is illustrated.
Because of the fact, that a lot of renewable energies can be also used to generate warmth, the main focus of the different methods is on generating electricity. Here is a short overview which types of power plants are discussed: the part of wind turbines contains onshore as well as offshore plants. In the chapter hydropower the three main forms river power plants, storage power stations and pumped- storage plants are explained. The chapter of photovoltaics contains the most used solar modules, which are made of silicium. Biomass is more important for the warmth generation, thus only biogas is explained in detail. Deep and near-surface geothermal energy are part of the underground energy source generation. Tidal power implies also sea-flow power plants. Influences on the environment are considered and critically analyzed for all methods.
In the end there is a comparison of all those technologies. Then I would like to point out which forms of energy generation will be most valuable in the future. Also the question how to make renewable energies more attractive shall be answered, because the consumers need to accept these new energies and in the end, they will be the ones to pay for them.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Ziel der Arbeit & Vorgehensweise
2 Grundlagen: Was sind erneuerbare Energien?
2.1 Begrifflichkeiten & Klassifizierung
2.2 Abgrenzung zu fossilen Energieträgern
2.3 Einheiten und Berechnung
2.4 Geschichtlicher Hintergrund
2.4.1 Entwicklungsperspektive
2.4.2 Gesetzliche Perspektive
3 Möglichkeiten der Energiegewinnung
3.1 Windkraft
3.1.1 Allgemein
3.1.2 Die ersten Windräder
3.1.3 Einteilung und Effektivität
3.1.4 Standorte
3.1.5 Bestandteile und Funktionsweise
3.1.6 Widerstand und Repowering
3.1.7 Onshore
3.1.8 Offshore
3.2 Wasserkraft
3.2.1 Anteil und Bedeutung
3.2.2 Typen und Einsatzweise
3.2.3 Turbinen
3.2.4 Auswirkungen
3.3 Photovoltaik
3.3.1 Technik
3.3.2 Unterscheidung der Systemtypen
3.3.3 Vorteile und Entwicklung
3.4 Biomasse
3.4.1 Was versteht man unter Biomasse?
3.4.2 Nutzung
3.4.3 Grenzen
3.5 Geothermie
3.5.1 Einführung
3.5.2 Tiefe Geothermie
3.5.3 Oberflächennahe Geothermie
3.6 Gezeitenkraft
3.6.1 Anfänge und Ursache der Gezeiten
3.6.2 Funktionsweise
3.6.3 Abwandlung: Seaflow-Kraftwerke
4 Neue Möglichkeiten der Energiegewinnung
4.1 Das Aufwindkraftwerk
4.1.1 Funktionsprinzip
4.1.2 Elemente
4.1.3 Vergleich
4.1.4 Projekte
4.2 Das Projekt DESERTEC
4.2.1 Die Stiftung und ihr Konzept
4.2.2 Technik
4.2.3 Vor- und Nachteile
4.2.4 Entwicklung und aktuelle Ereignisse
5 Schlussbetrachtung
5.1 Zusammenfassung
5.2 Strompreise
5.3 Ziele der Energieverteilung
5.4 Beispiele für eine nachhaltige Energieversorgung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die derzeitige Situation und den technologischen Stand erneuerbarer Energien, um Möglichkeiten für eine nachhaltige Umstrukturierung der Energieversorgung aufzuzeigen und die Chancen sowie Risiken der verschiedenen Technologien zu analysieren.
- Technologische Analyse von Windkraft, Wasserkraft, Photovoltaik, Biomasse, Geothermie und Gezeitenkraft.
- Untersuchung innovativer Ansätze wie Aufwindkraftwerke und das DESERTEC-Projekt.
- Gegenüberstellung von ökonomischen und ökologischen Aspekten der Energiegewinnung.
- Kritische Betrachtung der Konkurrenzfähigkeit gegenüber fossilen Energieträgern und der Rolle des Strompreises für den Endverbraucher.
Auszug aus dem Buch
3.1.5 Bestandteile und Funktionsweise
Der Aufbau einer Windenergieanlage ist verhältnismäßig simpel. Über ein Fundament im Boden wird ein hoher Turm aus Beton, Stahl oder einer Stahlgitterkonstruktion errichtet. An der Spitze des Turms befindet sich die sogenannte Gondel. Sie ist horizontal drehbar gelagert. In ihr befindet sich neben einem Getriebe auch der Generator, welcher über eine Welle mit dem Rotor verbunden ist. Üblicherweise werden dreiblättrige Rotoren verwendet, die meist aus Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Die Einspeisung des Stroms in das Netz erfolgt direkt oder über eine Leistungselektronik [7].
Bei kleineren Anlagen sorgt eine Windfahne dafür, dass der Rotor in die richtige Windrichtung gestellt wird. Bei großen Anlagen erfolgt das Ausrichten über Elektromotoren.
Eine WEA benötigt zum Anlaufen Windgeschwindigkeiten von etwa 3-4 m/s. Bei ca. 12-16 m/s wird die maximale Leistung abgegeben. Ab 25 m/s, das entspricht Windstärke 10, ist die Belastung so hoch, dass zum Schutz der Rotor gebremst oder sogar angehalten und die Blätter aus dem Wind gedreht werden müssen. Die Leistungsregelung einer Anlage erfolgt dabei über folgende zwei Prinzipien: 1) stall (engl. Strömungsabriss): Beim sogenannten Stall-Effekt erfolgt konstruktionsbedingt ab Erreichen der maximalen Leistung und Drehzahl ein Strömungsabriss an den Rotorblättern. Die Rotorblätter sind dabei fest mit der Nabe verbunden. Als Generator wird ein üblicher Drehstrommotor benutzt, welcher die Drehzahl nahezu konstant hält. Würde das Einsetzen des Stall-Effekts bei einem Flugzeug katastrophale Folgen haben, so schützt er hier die Anlage vor zu hoher Belastung [7] [26]. 2) pitch (engl. Neigung): An größeren Anlagen wird eine Pitch-Regelung verwendet. Die Rotorblätter können dabei um ihre eigene Achse gedreht werden. Das heißt der Anstellwinkel zum Wind kann mit einem Elektromotor verändert werden. So kann immer der für den momentanen Wind günstigste Anstellwinkel realisiert werden [7].
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik der globalen Erderwärmung ein und stellt das Ziel der Arbeit vor, erneuerbare Energien als umweltfreundliche Alternative zu fossilen Energieträgern zu untersuchen.
2 Grundlagen: Was sind erneuerbare Energien?: Dieses Kapitel definiert die zentralen Begriffe und Klassifizierungen, grenzt erneuerbare von fossilen Energieträgern ab und erläutert die historische und gesetzliche Entwicklung.
3 Möglichkeiten der Energiegewinnung: Hier werden die wichtigsten etablierten Technologien – Wind-, Wasser-, Sonnen-, Biomasse-, Geothermie- und Gezeitenenergie – technisch und kritisch im Detail betrachtet.
4 Neue Möglichkeiten der Energiegewinnung: Dieses Kapitel widmet sich innovativen Ansätzen wie dem Aufwindkraftwerk und dem großskaligen DESERTEC-Konzept, welche als Zukunftsoptionen für die Energiewende diskutiert werden.
5 Schlussbetrachtung: Die Schlussbetrachtung fasst die Ergebnisse zusammen, diskutiert die Bedeutung eines Energiemixes sowie die Problematik der Strompreise und gibt einen Ausblick auf nachhaltige Energieversorgungsbeispiele.
Schlüsselwörter
Erneuerbare Energien, Windkraft, Wasserkraft, Photovoltaik, Biomasse, Geothermie, Gezeitenkraft, Aufwindkraftwerk, DESERTEC, Energiewende, Nachhaltigkeit, Klimaschutz, Strompreise, Primärenergie, Wirkungsgrad.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit dem Thema erneuerbare Energien unter einer ökonomischen und ökologischen Perspektive sowie deren Chancen und Risiken für die Zukunft.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Felder umfassen die physikalischen und historischen Grundlagen, verschiedene Technologien zur Energiegewinnung sowie neue, innovative Energiekonzepte und deren Zukunftsfähigkeit.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist es, den Stand der Technologien aufzuzeigen, Möglichkeiten zur Umstrukturierung der Energiewirtschaft zu präsentieren und die Konkurrenzfähigkeit gegenüber herkömmlichen Energieträgern zu analysieren.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Der Autor führt eine umfassende Literaturanalyse und technologische Bewertung durch, um die aktuelle Situation der erneuerbaren Energien zu veranschaulichen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Funktionsweise, Potenziale und ökologischen Auswirkungen von Wind-, Wasser-, Solar-, Biomasse- und Geothermie-Anlagen sowie neue Konzepte wie Aufwindkraftwerke und DESERTEC.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen gehören erneuerbare Energien, Energieeffizienz, Nachhaltigkeit, Klimaschutz, Strommarkt, Kraftwerkstechnologien und Energiewende.
Welches Fazit zieht der Autor in Bezug auf die Zukunft der Energieversorgung?
Der Autor plädiert für einen Energiemix, bei dem erneuerbare Energien schrittweise die konventionellen Energieträger ablösen, betont jedoch die Notwendigkeit von Investitionen und politischer Steuerung.
Wie bewertet der Autor das Projekt DESERTEC?
Er sieht es als technisch und theoretisch ausgereift, weist aber auf enorme Investitionskosten und die Notwendigkeit fairer Regelungen hin, damit auch die beteiligten afrikanischen Staaten von der Stromproduktion profitieren.
- Quote paper
- Pascal Schmid (Author), 2009, Erneuerbare Energien, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/179486
