Perspektiven der globalen Energieversorgung
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Perspektiven der globalen Energieversorgung Der Treibhauseffekt 1 Treibhausgase phä Infr a der rot-Stra Erde hlun g Tro pos Str ato re sph äre reflektierte Infrarot-Strahlung Strahl ung de r Sonn e Grafik: Zeitbild Verlag To Do Hintergrundinformationen auf der Kopiervorlage 3 Wie entsteht der Treibhauseffekt? Wie kommt es zum zusätzlichen Treibhauseffekt, und welche Folgen ergeben sich daraus? 2 Perspektiven der globalen Energieversorgung Weltkarte Energieverbrauch West- und Südeuropa 5,0 t SKE Mittel- und Osteuropa 3,2 t SKE China 0,9 t SKE Nordamerika 11,1 t SKE Naher Osten 3,2 t SKE Afrika 0,5 t SKE Mittel- und Südamerika 1,4 t SKE Welt 2,1 t SKE je Einwohner im Jahr 2001 Hintergrundinformationen auf der Kopiervorlage 7 ehem. UdSSR 4,5 t SKE Südostasien 0,6 t SKE Südasien 0,4 t SKE Australien/Ozeanien 6,0 t SKE To Do Quelle: RWE Vergleichen und bewerten Sie den jährlichen Primärenergieeinsatz pro Kopf in Industrie- und Entwicklungsländern. Welche Veränderungen sind in der Zukunft zu erwarten? 3 Perspektiven der globalen Energieversorgung SHELL-Energie-Szenarien bis zum Jahr 2050 1200 1000 800 600 400 200 2000 2010 2020 2030 2040 2050 0 Exajoules 2000 2010 Nachhaltige Energieversorgung im Jahr 2050 2020 2030 2040 2050 Wellen-/Gezeitenkraft Solarthermie Photovoltaik Geothermie Wind Biomasse (elektrisch) Biomasse (Kraftstoffe) Kernenergie Wasserkraft Gas Öl CH4/H2 aus Kohle Kohle Trad. Biomasse Quelle: Shell Deutschland Oil To Do Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 8a und 8b Vergleichen Sie die vorgestellten Szenarien von Shell mit den Studien „World Energy Outlook“ der International Energy Agency (IEA) und „International Energy Outlook“ der Energy Information Administration (EIA) des US-Departments of Energy. Welche Gemeinsamkeiten bzw. Unterschiede gibt es? Formulieren Sie Ihre eigene Hypothese auf der Basis der untersuchten Studien. www.worldenergyoutlook.org, www.eia.doe.gov, www.shell.com, www.rwe.de/ Konzern/Pressecenter/Mediencenter/Publikationen/Weltenergiereport RWE AG 2002 (Zusammenfassung der drei Studien auf Deutsch) Perspektiven der globalen Energieversorgung Erneuerbare Energien im Überblick Wasserkraft 4 Verdunstung, Niederschlag, Schmelzen Wasserkraftwerke Strom Atmosphärenbewegung (Wind) Windenergiekonverter Strom Wellenbewegung Wasserkraftwerke Strom Meeresströmung Meeresströmungskraftwerk Strom Erwärmung von Erdoberfläche und Atmosphäre Meereswärmekraftwerk Strom Wärmepumpen Wärme Windkraft Sonne Solarstrahlung Kollektor, Solarthermisches Kraftwerk Solarzelle, Photovoltaisches Kraftwerk Solarstrahlung Photolyse Heizkraftwerk Biomasse Biomasse-Produktion Konversionsanlage Wärme Strom Brennstoffe Strom Wärme Brennstoffe Erde Geothermie Geothermie Geothermisches Heizkraftwerk Strom Wärme Gravitation Gezeiten Gezeitenkraftwerk Strom Mond Quelle: Preussen Elektra To Do Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 11 und 34 Recherchieren Sie, welche Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien in Ihrer Nähe zu finden sind. 5 Perspektiven der globalen Energieversorgung Mittlere jährliche Sonneneinstrahlung 180° W 90° W 0° 90° E 180° E 85° N 85° N 60° N 60° N 30° N Globalstrahlung Mittlere Jahressummen 1981 - 1990 in kWh/m2 30° N 0° 0° 30° S 30° S 60° S 60° S 85° S 85° S 180° W 90° W 0° 90° W 180° E > 2400 – 2400 – 2200 – 2000 – 1800 – 1600 – 1400 – 1200 – 1000 < 800 keine Angaben 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 Quelle: Deutscher Wetter Dienst Hamburg To Do Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 15 und 25 Veranschaulichen Sie die jährlich auf einen Quadratmeter in Deutschland einfallende Sonnenenergie durch eine äquivalente Menge Öl (ein Liter Öl enthält eine Energie von ca. 10 kWh). 6 Perspektiven der globalen Energieversorgung Funktionsprinzip einer Solarzelle Photon Aufbau einer Silizium-Solarzelle Verbraucher Vorderseitenkontaktgitter Antireflexschicht n-Halbleiterschicht pn-Übergang p-Halbleiterschicht Rückseitenkontakt Quelle: Shell Deutschland Oil To Do Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 20 bis 24 Planen Sie mit Ihrem Physiklehrer ein Projekt zur Solarzelle – z. B. mit dem Shell-Solar-Wasserstoff-Koffer. 7 Perspektiven der globalen Energieversorgung Konkrete Anwendungsmöglichkeiten solarer Stromversorgungssysteme 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 Tankstelle mit Solardach in Hamburg Solar-Control-System für eine Krankenstation in Südafrika Photovoltaisch (PV) versorgte Navigationshilfe an der holländischen Küste PV-betriebene Wasserpumpe in Kenia 7 5 6 7 PV-Anlage zum Schutz eines Bohrturms vor Korrosion 19 Wohnungen beziehen ihren Strom aus PV-Dachanlagen Zwischen 50 und 200 Watt Peak liefert die auf einem Boot angebrachte PV-Anlage Quelle: Shell Deutschland Oil To Do Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 25 und 27 Welche typischen Anwendungsarten für solare Stromversorgung werden in den Einzelbildern gezeigt (netzfern, netzfrei, netzgekoppelt)? Perspektiven der globalen Energieversorgung Investment: 450 Euro mtl. Zahlung von 9 Euro Solar Control System Versorgungsleistung: 4 Lampen 4 Stunden 1 Radio 10 Stunden 1 Fernseher 4 Stunden 8 Steuergerät mit Batterie als Speicher 4 Tage ohne Sonne funktionsfähig FreigabeCode Wartung und Austausch von defekten Lampen und Batterien Quelle: Shell Deutschland Oil To Do Vergleichen Sie den täglichen elektrischen Energiebedarf pro Kopf in Deutschland mit dem in einem Entwicklungsland. Ermitteln Sie hierfür Ihren persönlichen Bedarf in kWh aus der Jahresabrechnung für Ihre Familie und stellen Sie elektronische Geräte in Ihrem Haushalt zusammen. Für den Vergleich mit einem Entwicklungsland können Sie diese Folie sowie Kopiervorlage 26 heranziehen. Hintergrundinformationen auf der Kopiervorlage 26 Das Solar Control System soll vier Lampen mit je 10 W, ein Radio mit 5 W und einen Fernseher mit 40 W während der angegebenen Zeiten versorgen. Welche Energie in kWh wird dafür benötigt? Welche Energie muss die Batterie speichern, wenn die Anlage vier Tage ohne Sonne laufen soll? 9 Perspektiven der globalen Energieversorgung Funktionsweise eines Biomasse-Heizkraftwerkes Wärmeerzeugung aus Holz Wärme- und Stromerzeugung aus Pflanzenöl Gereinigte Abgase 3-Zug-Schornstein Pflanzenölkessel Rauchgastrübemessung Pflanzenölmotor Schaltzentrale Pflanzenöltanklager Einspeisung Fernwärmenetz Einspeisung Stromnetz Rauchgaskatalysator Holzhackschnitzel, Resthölzer aus Waldbewirtschaftung, Sägenebenprodukte Hydraulikaggregat für Fördereinrichtung Mehrtagessilo mit Schubbodensystem E-Filter Holzkessel Förderbandsystem Radlader Stromnetz Asche Fernwärmenetz Flüssigbrennstoffhalle Energiezentrale Filterasche (Feinasche) Kesselasche (Grobasche) Festbrennstoffhalle Entsorgung Verwertung Holzhackschnitzelhalle Quelle: Stadt Ostritz – St. Marienthal To Do Hintergrundinformationen auf den Kopiervorlagen 28 bis 29 Welche ökologischen Vorteile bietet die Gesamtkonzeption dieses BiomasseHeizkraftwerkes?
