V_EKW3_0d* - Universität des Saarlandes
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V_EKW3_0dUebersicht_Soalrthermie.ppt Klima und Energie Dr. Gerhard Luther Universität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie c/o Technische Physik – Bau E26 D-66041 Saarbrücken EU - Germany Tel.: (49) 0681/ 302-2737; Fax /302-4676 e-mail: [email protected] [email protected] (für größere Dateien) Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/ Klima und Energie 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, Solarthermie., Photvoltaik) 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“) 3.13 Direkte Sonnenenergie Dezentrale Wärme und Strom 3.13.1 Sonnenwärme 3.13.11 Große Hoffnungen auf solare Wärme 3.13.12 Thermische Solarkollektoren: Entwicklung und Status (hier übernehme ich einen vorbildlichen Vortrag aus den FVS-Themen 2005) 3.13.12.1 Marktentwicklung: Der Kollektormarkt in BRD 3.13.12.2 Kollektorbauarten .21 Entwicklunfg der Flachkollektoren .22 Vakuum – Kollektoren .23 Parabolrinnen 3.13.12.3 Aktuelle Projekte in der deutschen Solarforschung .31 Stillstandsbetrieb .32 Gebäudeintegration (incl. Metalldächer) .33 Neue Konzepte Bionische Strömungsstrukturen, Photovoltaisch-thermische Kollektoren 3.13.12.4 F&E-Bedarf bei Sonnenkollektoren 3.13.13 Solare Systeme für Warmwasser und Heizung Wichtige Quelle: • aktuell • ganz hervorragend • downloadbar • kostenlose Broschüre Herzlichen Dank an FVS und Landesintiative NRW Zur UrQuelle: http://www.fv-sonnenenergie.de/publikationen/themen_2005_gesamt_01.pdf Speicher: FVS_Themen2005_Wärme-undKälte_Energie-ausSonne-undErde.pdf 3.13.11 Hoffnungen auf solare Wärme Zur Erinnerung: Endenergieverbrauch nach Bedarfsarten ( BRD 2003 AD ) WW&PW mech. Hzg UrQuelle: Geiger e.a., BWK 57,(2005), Nr.1/2, p.48-56 BQuelle: FVS-Themen2005_Müller-Steinhagen: Wärme-undKäte aus RE- Stand und Forschungsbedarf; p.13 Zur Erinnerung: CO2 nach QuellKategorien in 2005: 2005 Kohlendioxid CO2 Prozentzahlen beziehen sich auf CO2equ. bzw nur auf CO2 [ Mt CO2] 836 Gesamt 1. energiebedingt 795 - Straßenverkehr - Übriger Verkehr 152 12 - Haushalte 113 nur ! - Kleinverbraucher - Verarbeitendes Gewerbe 45 103 - Energiewirtschaft 362 % zu Gesamt % zu Gesamt % zu gesamtem CO2equ. CO2equ. CO2_2005 1990 2005 68% 83% 100% 65% 79% 95% 12% 1% 15% 1% 18% 1% 9,2% 11,3% 13,5% 4% 8% 5% 10% 5% 12% 29% 36% 43% 1% 0% 1% 0% 1% 0% - Land- und Forstwirtschaft, Fischerei 6 - Andere energiebedingte Emissionen2 2. Industrieprozesse 3. Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft 78 6% 8% 9% -36 -3% -4% -4% 100% zum Vergleich: 68% Gesamt CO2equ. ohne Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft; Gesamt90:: 1002 83% 81% CO2 Produktion (!) in Haushalten (= Heizung + Warmwasser) ergibt: 13,5% der gesamten CO2 –Emissionen. (beachte: Fernwärme + Elektroheizung gehört zu „Energiewirtschaft“)„ Urquelle der Daten: BMWi Energiedaten,Tabelle 9, letzte Änderung: 27.09.2007 Speicher: BMWi_Energidaten-Exzerpt-fürVorlesung.xls!“CO2“ Das IWU sieht das wohl auch so: Quelle: IWU-Darmstadt 2008 Speicher: IWU2008_1Diefenbach_Gebäudebestand-Basisdaten_10ppt.pdf Link: http://www.iwu.de/fileadmin/user_upload/dateien/energie/ake44/IWU-Tagung_17-04-2008_-_Diefenbach_-_Basisdaten.pdf Anmerkung: „Klappern gehört zum Handwerk“ VorBemerkung: Jede Branche macht sich halt so wichtig wie sie nur kann. Bemerkungen: 1. Die energiewirtschaftliche Bedeutung von Heizung und Warmwasser erkennt man am deutlichsten (aber noch nicht umfassend) am Primärenergieeinsatz. 2. Die Klimarelevanz spiegelt sich am deutlichsten in den CO2-Emissionen wider. 3. Die „WärmeBranche“ und ihre Hilfstruppen benutzen dennoch am liebsten die „Endenergie“, bei der zwar die Exergie unbeachtet bleibt , und bzgl. der Klimabedeutung der hohe Gasanteil ungesehen bleibt, aber ... siehe VorBemerkung. Es bleibt also dabei: Klimarelevant sind die CO2-Emissionen. Strukturveränderungen im Wärmemarkt bis 2050 FortschrittsTreiber: Effizienz+Gebäudesanierung, KWK, Biomasse + Kollektoren + Erdwärme Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau… . fig.6.12p. 186 BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf Also: 1. Gas, Öl und Kohle gehen in diesem Szenario massiv zurück Strom weiterhin wg. Prozesswärme 2. Halbierung des Wärmebedarfes wg. Effizienz + Sanierung (+ Demographie) von 5,8 EJ/a in 2000 auf nur noch 2,8 EJ/a in 2050 . 3. Regenerative Energien: Biomasse Solarkollektoren Erdwärme 4. Große Hoffnung auf KWK ! (mal sehen) Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau… . fig.6.12p. 186 BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf Beiträge erneuerbarer Energien im Wärmemarkt ca. 0,3 EJ/a aus Solarkollektoren Beachte die Nahwärme -Anteile Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau… . fig.6.13p. 187 BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf RE im Wärmemarkt in verschiedenen Szenarien Endenergie in [PJ/a] Berücksichtigung des Naturschutzes: Weniger Biomasse ca. 0,3 EJ/a aus Solarkollektoren Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau… . fig.6.13 p. 187 BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf Ökologische Bewertung der Solarthermie • Innerhalb von bestehenden Siedlungsstrukturen sind thermische Solarkollektoren völlig unproblematisch. • Es stehen rund 970 Mio. m² zur Verfügung, dies entspricht einem jährlichen solaren Ertrag von ca. 290 TWh/a. = 1,044 EJ/a (Unter Berücksichtigung der Konkurrenz mit der PV um geeignete Flächen) • Dieses Potenzial langfristig nicht ausgenutzt, so dass hier ebenfalls Anlagen auf Freiflächen aus Kapazitätsgründen nicht notwendig sind. alles sehr positiv Quelle: BMU 2004; Nitsch e.a.: Ökologisch optimierter Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland; p. 163 Speicher: BMU_Öko-Nitsch_Ausbau_REN_inDE_2004lang.pdf Weltmarkt für solarthermische Kollektoren Europa China BQuelle: FVS-Themen2005_Müller-Steinhagen: Wärme-undKäte aus RE- Stand und Forschungsbedarf; p.13 3.13.12 Thermische Solarkollektoren: Entwicklung und Status Ich benutze im Folgenden einen wunderschöner Vortrag, von den führenden Fachleuten der führenden Institute. Der Originalvortrag ist in den FVS-Themen 2005 abgedruckt , Der Vortrag und die Original- Vortragsfolien stehen im Internet. Bitte nur das Original zitieren!!! FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Quelle: Die FVS-Themen 2005 (p.24-29) • aktuell • ganz hervorragend • downloadbar • kostenlose Broschüre Herzlichen Dank an FVS und Landesintiative NRW Bitte nur das Original zitieren: Zur Original-Quelle: http://www.fv-sonnenenergie.de/publikationen/themen_2005_gesamt_01.pdf Speicher: FVS_Themen2005_Wärme-undKälte_Energie-ausSonne-undErde.pdf meine Quelle: Der Originalvortrag Bitte nur das Original zitieren: Zur Original- Quelle: http://www.energieland.nrw.de/fvs-jahrestagung2005/D1410-Solarkollektoren.pdf FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren 3.13.12.1 Marktentwicklung MWth Entwicklung des Kollektormarkts in Deutschland (Umrechnungsfaktor für alle Kollektorbauarten: 1 m² = 700 Wth vgl. [1]) Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Aktualisierung: Solarthermische Markdaten BRD 2005 Umrechnung: 1 m2 ~ 700 Wp Siehe auch Abschnitt 3.13.12.1 BQuelle:Intersolar2006 – Freiburg, Messekatalog ; UrQuelle: Solarpromotion GmbH, Freiburg Schwarzenbergbad in Saarbrücken (Umrechnungsfaktor für alle Kollektorbauarten: 1 m² = 700 Wth vgl. [1]) Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Notwendig: 150 … 300 Mm2 Kollektorfläche Entsprechend etwa : 100 bis 200 GWth Vergleiche mit Nitsch-Szenario: • Es stehen rund 970 Mio. m² zur Verfügung, entsprechend ca. 1,044 EJ/a • Im Szenario eingeplant wurden ca. 0,3 EJ/a, entsprechend ca. 300 Mm2 Solarkollektoren UrQuelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren 3.13.12.2 Kollektorbauarten Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren 3.13.12.21 Entwicklunfg der Flachkollektoren Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren 3.13.12.22 Vakuum - Kollektoren Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren 3.13.12.23 Parabolrinnen Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren 3.13.12.3 Aktuelle Projekte in der deutschen Solarforschung Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Stillstandstemperaturen: Bei Flachkollektoren aus 1980: nur etwa 140° max. dann waren die thermischen Verlust hoch genug um die Einstrahlung abzuführen Bei heutigen Flachkollektoren . (2005) : bis teilweise über gute Kollektoren haben eben wenig Verluste Sind die Kollektoren auf Heizbetrieb im Winter ausgelegt, so sind sie im Sommer natürlich überdimensioniert dann kommt es mangels Wärmeabnahme zum Stillstandsbetrieb(!) 230 °C 3.13.12.3 1 Stillstandsbetrieb Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren 3.13.12.32 Gebäudeintegration nachher: Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Gebäudeintegration durch Metalldächer Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Elastomer-Metall- Absorber (EMA) Dunkle Metalldächer aus Formteilen können mit Omega-förmigen Vertiefungen (sogenannten Sicken) ausgeführt werden, in die Schläuche aus Spezial-EPDM eingelegt werden . Die Konstruktion ist frostsicher, da der Schlauch die Volumenausdehnung beim Gefrieren problemlos aufnimmt. Realisierung großflächiger, gebäudeintegrierter, kostengünstiger Sonnenkollektoren. Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Zinkdach als unverglaster Absorber mit Kapillarrohrmatten , die auf der Rückseite des Zn-Bleches verklemmt sind 3.13.12.33 Neue Konzepte Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren Quelle: FVS-Themen2005_Eisenmann-Rommel-Späte-Drück_Solarkollektoren 3.13.12.4 F&E-Bedarf 3.13.13 Solare Systeme für Warmwasser und Heizung Warmwasser + Heizungsunterstützung Weitere Anlagen folgen später: Mit Einsatz von Simulationsprogramm Polysun 4
