Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
2. Erneuerbare Energien
2.1 Allgemeines
2.2 Windkraftanlagen
2.3 Solarenergie
3. Negative Auswirkungen auf die Umwelt:
3.1 Solarenergie
3.2 Negative Auswirkung Windkraft:
4. Aktuelle Entwicklung
5. Fazit:
6. Quellenverzeichnis
1. Einführung
Die folgende Hausarbeit handelt von der Nachhaltigkeit und Funktionsweisen zur Gewinnung der Erneuerbaren Energien. Hierbei erläutere Ich im Allgemeinteil den Aufbau und die Geschichte der verschiedenen Möglichkeiten erneuerbare Energie zu gewinnen. Vertieft habe ich die Energieerwirtschaftung durch Solar- und Windkraftanlagen, da diese die Art von Stromerzeugung ist von der man am meisten mitbekommt. Egal ob auf Bürogebäuden, Tankstellen oder auch Privathäusern sind Solaranlagen kaum mehr wegzudenken. Die Windkraftanlagen hingegen kann man sehen, wenn man z.B. auf der Autobahn fährt und auf die Landschaft außerhalb der Straßen schaut. Doch neben den ganzen Vorteilen des Ökostromes gefährdet diese Art von Stromherstellung die Bevölkerung, die Tierwelt und die Umwelt. In den folgenden Seiten werde ich auf diese Probleme genauer eingehen. Daraus hat sich die Forschungsfrage ergeben: Was sind die negativen Auswirkungen von Wind- und Solarenergie auf die Umwelt? Hierzu erläutere ich den Aufbau und die Funktionsweise diverser Einrichtungen zur Gewinnung von vermeintlich sauberer Energie. Im Bezug auf die Leitfrage werde ich die negativen Auswirkungen auf den Menschen, die Flora und Fauna in mehreren Beispielen darstellen. Außerdem werde ich Stellung zur aktuellen Entwicklung der spezifischen Anlagemöglichkeiten zur Gewinnung von erneuerbaren Energien beziehen, wobei mein Schwerpunkt auf der Bundesrepublik Deutschland liegt. Abschließend werde ich einen Gesamteindruck in einem Fazit zusammenfassen.
2. Erneuerbare Energien
2.1 Allgemeines
Erneuerbare Energien beschreiben im allgemeinen Energieträger , die für die Menschen unerschöpflich oder schnell generierbar sind im Gegensatz zu beispielsweise fossilen Brennstoffen, die sich erst im Verlauf von mehreren Millionen Jahren regenerieren. Erneuerbare Energien besitzen eine höhere Energieeffizienz als herkömmliche Energieträger wie Kohle. Außerdem sind sie essenziell wichtig bei der Energiewende. Die Energiewende bezeichnet den Vorgang von der Nutzung nicht nachhaltiger fossiler Energieträger zu der Nutzung von erneuerbaren Energien. Gründe für diesen Vorgang sind Kosten für Externe zu minimieren und selbst als Energieproduzent zu fungieren und die Umweltbelastung durch fossile Energieträger zu minimieren. Der wichtigste Grund für die Energiewende allerdings ist die Endlichkeit fossiler Energieträger und die Gefahr die von der Kernenergie ausgeht. Das eine solche Gefahr von der Kernenergie ausgeht, kann man an Vorfällen wie in Fukushima oder Tschernobyl sehen. Die Bundesregierung Deutschlands hat ihren ersten Fortschrittsbericht zur Energiewende veröffentlicht in dem steht, dass 2013 rund 16,1 Milliarden Euro in die Herstellung von Anlagen zur Gewinnung von erneuerbaren Energien investiert wurden, womit rund 370.000 Arbeitsplätze verbunden sind. Durch die Nutzung von erneuerbaren Energien wurden im Jahr 2013 die Kosten für extern gewonnene Energien um 9 Milliarden Euro gesenkt. Der Ausbau von erneuerbaren Energien ist im stetigen Fortschritt, was durch Zahlen der Bundesregierung nachzuweisen ist, die im Vergleich zu 2012 ein Wachstum von 1,7 Prozent zum Jahre 2013 und somit ein Volumen von 25,3 Prozent des Gesamtenergieverbrauches der Bundesrepublik Deutschland umfasst[1]. Erstmals sind erneuerbare Energien wichtigster Stromerzeuger in Deutschland und hat ein Volumen von 12 Prozent der Gesamtstromerzeugung. Die Bundesregierung hat im allgemeinen vier große Ziele im Bezug auf ihre Energiewende: Ausstieg aus der Atomenergie bis zum Jahre 2022, stetiger Ausbau von erneuerbaren Energien, Steigerung der Energieeffizienz und der Klimaschutz durch Reduktion der Treibhausgasemissionen. Vorreiter in Sachen Energiewende ist allerdings Dänemark, die ihren kompletten Energiehaushalt bis zum Jahre 2050 komplett mit erneuerbaren Energien bewältigen wollen[2]. Maßnahmen hierzu sind beispielsweise ein Verbot zum Aufbau und Ausbau von Kohlekraftanlagen und das Verbot von Gas- und Ölheizungen in Privathäusern. Ab 2016 werden Gas- und Ölheizungen auch in bestehen Privathäusern verboten insofern sie in Gemeinden mit einem Fernwärmenetz stehen[3].Derzeit stammen etwa 50 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien, die vor allem aus der Windkraft (30%) gewonnen wird[4]. Diese Windanlagen sind bereits ein wichtiger Wirtschaftszweig Dänemarks da sie 3 Prozent des Bruttoinlandsproduktes Dänemarks ausmachen[5]. Zu den erneuerbaren Energien zählt man die Erdwärme, Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft, Bioenergie und Meeresenergie. Erdwärme wird durch Wärmepumpen gefördert, da die Erde in ihrem Mittelpunkt zwischen 4800°C und 7700°C und etwa 90 Prozent der Erde über 100°C liegt. Diese Erdwärme wird bei etwa 1 Kilometer tiefe und 40°C über die bereits genannten Wärmepumpen gewonnen und für Heizung und Warmwasser genutzt. Neben dem Heizen kann man die Erdwärme auch zur Stromgewinnung nutzen. Die Methode zur Stromgewinnung via Erdwärme nennt sich hydrothermale Stromerzeugung. Für diese hydrothermale Stromerzeugung werden große unterirdische Wassertanks mit Wasser, welches mindestens 100°C besitzen muss, da das Wasser als Dampf Richtung Oberfläche schießen muss. Der Dampf treibt dann Turbinen an, die zur Stromerzeugung genutzt werden. Der Dampf wird dann über Kühlrohre zurück zu den Wassertanks geführt, wodurch ein natürlicher Kreislauf entsteht[6]. Die Solarenergie kann man via Sonnenkollektoren zu Wärme umwandeln, die dann meist die Heizung in Privathäusern unterstützt. Strom kann man mit der Solarenergie auch generieren. Dieses ist über Photovoltaikanlagen möglich, die die Energie der Sonnenstrahlen in Strom umwandeln. Die Windenergie gewinnt man über Windräder, wobei die kinetische Energie des Windes also der bewegten Luftmassen, das Windrad antreibt und somit die kinetische Energie in Strom umgewandelt wird[7]. Die Bioenergie kann man aus Biomasse gewinnen. Als Biomasse wird zur Stromerzeugung oder Energiegewinnung vor allem Holz genutzt, doch es werden auch Agrarrohstoffe und organische Restprodukte verwendet. Die Wasserkraft auch Hydroenergie genannt, wobei potenzielle und kinetische Energie des Wasser dazu genutzt werden eine Wasserkraftmaschine anzutreiben. Genau genommen treibt das Wasser wie bei der Erdwärme eine Turbine an die dann den Strom erzeugt. Unter dem Begriff Meeresenergie umfasst man eine Vielzahl verschiedener mechanischer, thermischer und physikalisch-chemischer Energien. Die Meeresenergie kann zum jetzigen Zeitpunkt nicht voll genutzt werden, da sich die Gewinnung der Meeresenergie noch im Aufbau befindet. Alles in allem befinden sich die erneuerbaren Energien zur Zeit auf Expansionskurs, da die Energieknappheit mit fortschreitender Zeit immer mehr zum Problem wird.
2.2 Windkraftanlagen
Die Geschichte der Windkraftanlage begann bereits im Mittelalter, wo die Windmühle neben der Wassermühle die wichtigste Antriebsmaschine des vorindustriellen Europas war. Mit Erfindung und Nutzung der Dampfmaschine verlor die Windmühle an Bedeutung bis in die 1970 bis 1980, wo aufgrund der Energiekrise das Bundesministerium für Forschung und Technologie mit der Forschung Richtung Windkraft wieder begann. Gemeinsam mit den Energiefirmen RWE, HWE und Schleswag startete man das Growian-projekt aus dem 1983 eine 3-MW-Windanlage hervorging.[8]Diese 87,2 Millionen D-Mark teure Windanlage wurde dann im Kaiser-Wilhelm-Koog aufgestellt, wo sie 1988 aufgrund von 99 prozentigem Stillstand und technischen Problemen wieder abgebaut wurde. In den USA wurde Ende der 70er Jahre des 20, Jahrhunderts eine Gesetzesoffensive gestartet die den Aufbau von Windanlage mit 25 Prozent subventionierte und die Einspeisung in das öffentliche Netz regelte[9]. Dadurch konnte man bereits wenig später 15.000 Windkraftanlagen allein im Bundesstaat Kalifornien zählen. Deutschland hingegen kämpfte mit dem Problem, dass es keine Baugenehmigungen für Windkraftanlagen gab, da Windkraftanlagen im Baugesetz noch nicht vorgesehen waren. Außerdem konnte man den durch Windkraftanlagen gewonnenen Strom noch nicht ohne weiteres in das öffentliche Netz speisen. Im Jahre 1991 regelte ein Gesetz diese Differenzen. Das Gesetz besagte, dass der erzeugte Strom mit mindestens 90 Prozent des durchschnittlichen Strompreises vergütet werden muss. Doch dann gab es noch das Problem mit den Baugenehmigungen die immer noch in der Hand der Kommunen waren. Nachdem die Projekte des Bundesministeriums für Technologie und Forschung scheiterten, schlug man mit dem 250-MW Projekt einen neuen Weg ein. Das 250-MW Projekt subventionierte Windkraftanlagen mit 60 Prozent der Investitionskosten oder über eine Zulage zur Einspeisevergütung.
Windkraftanlagen werden im allgemeinen dazu genutzt die kinetische Energie des Windes in Strom umzuwandeln. Dass diese Methode immer mehr an Bedeutung gewinnt, sieht man daran, dass 2001 lediglich 1,8 Prozent des erzeugten Stromes von Windturbinen erzeugt wurden. 2008 waren es dann bereits 7 Prozent[10], wobei der prozentuale Anteil des durch Windräder erzeugten Stromes eine stark steigende Tendenz vorweist. Hauptbestandteile einer Windkraftanlage beziehungsweise eines Windrades sind: Der Turm oder Mast, die Gondel, die Rotorblätter, das Getriebe, der Generator, die Messinstrumente und die Windrichtungsnachführung. Die Gondel ist auf dem Turm montiert und beinhaltet den Generator und das Getriebe, wobei es auch Windkraftanlagen ohne Getriebe gibt. Doch das Getriebe hat einen entscheidenden Vorteil denn durch das Getriebe kann die Drehzahl des Generators auch bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten konstant gehalten werden. Die Rotorblätter, die durch die kinetische Energie der bewegten Luftmassen angetrieben werden, leiten diese Energie zum Generator weiter, der die kinetische Energie dann in Strom umwandelt. Die Windrichtungsnachführung oder auch die sogenannten Horizontalachsenrotoren werden dazu genutzt, dass sie die Rotorblätter immer optimal in die Richtung des Windes drehen10. Die Daten wie die Windrichtungsnachführung die Rotorblätter drehen muss, stammen aus der Messeinheit. Die Windrichtung wird hierbei mittels der Windfahne erhoben und die Windstärke mittels des Anemometers. Ab einer Windgeschwindigkeit von 90km/h schalten sich die meisten Windkraftanlagen ab, da sie sonst beschädigt werden könnten10. Eine durchschnittliche Windkraftanlage hat eine Höhe von etwa 100 Metern und besitzt einen Rotordurchmesser von 80 Metern und produziert im durchschnitt bis zu 5 Megawatt. Ein Atomkraftwerk besitzt eine Nennleistung von circa 1000 MW, wodurch Windanlagen neuerdings meist in Windparks zusammengefasst sind. Ältere Windkraftanlagen sind nur etwa 50 Meter hoch, wodurch auch deren Produktivität im Vergleich zu neuen Windkraftanlagen nur einen Bruchteil des erzielten Ertrages einer neuen Windkraftanlage ausmacht. Neue Windkraftanlagen produzieren ungefähr sechs-mal so viel Strom wie die Alten. Alles in allem wird die Bedeutung der Windanlagen angesichts der geplanten Energiewende stetig steigen10.
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[1]Vgl. Fortschrittsbericht der Bundesregierung Deutschland (2014) http://www.bundesregierung.de/Content/DE/Artikel/2014/12/2014-12-03-fortschrittsbericht-zur-energiewende.html
[2]Madeleine Reincke: Baedeker Reiseführer Dänemark (2007)
[3]Vgl. http://www.energiezukunft.eu/ueber-den-tellerrand/daenemark-verbietet-heizen-mit-oel-und-gas-gn10949/
[4]Vgl. http://www.manager-magazin.de/politik/artikel/energiewende-mit-windkraft-und-fernwaerme-in-daenemark-a-925586.html
[5]Vgl. http://www.manager-magazin.de/politik/artikel/energiewende-mit-windkraft-und-fernwaerme-in-daenemark-a-925586-3.html
[6]Vgl. http://www.erdwaerme-geothermie.net/
[7]Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese: Erneuerbare Energien: Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte (2013) (S.239f.)
[8]Vgl. Bernd Stoy (1980) Wunschenergie Sonne
[9]Vgl. Donella H. Meadow (2001) Die neuen Grenzen des Wachstums
[10]Vgl. http://www.energienpoint.de/erneuerbare-energien/windenergie/wie-funktioniert-eine-windkraftanlage/