Erneuerbare Energieträger in Deutschland: Potentiale Und Kosten

ISBN-13: 9783540566311 / Niemiecki / Miękka / 1993 / 370 str.

Martin Kaltschmitt; Andreas Wiese

Opis

Es ist hochste Zeit, dass die Diskussion um die kunftige Energieversorgung wieder an Sachlichkeit gewinnt. Das Thema ist so wichtig fur unsere Zukunft und so existentiell fur die gesamte Biosphare, dass alsbald die Weichen fur einen weitreichenden Ersatz fossiler Energietrager gestellt werden sollten. Immer wieder fahren sich die Argumente fur und wider regenerativer Energietrager - neben der Kernenergie die einzige zur Zeit realisierbare Alternative zu fossilen Brennstoffen - an Wirtschaftlichkeitsberechnungen fest, die je nach Standpunkt ganz verschieden ausfallen. Hier setzt das Buch an, indem es harte Daten liefert uber die Potentiale aber auch die Kosten der verschiedenen Energietrager: Solarenergie, Windenergie, Biogas, nachwachsende Rohstoffe, land- und forstwirtschaftliche Reststoffe, Mullverwertung sowie Erdwarme und Wasserkraft. Stets wird dabei Bezug auf das Energiesystem Deutschlands genommen. Offensichtlich hat nicht uberall jede Form der Erzeugung von erneuerbaren Energietragern das gleiche Potential, ausserdem ist es okologisch sinnvoll, sie dezentral dort zu nutzen, wo sie erzeugt werden. Das Buch zeigt daher fur ganz Deutschland auf, wo konventionelle durch regenerative Energietrager wirtschaftlich ersetzt werden konnen. Fur eine ernsthafte Auseinandersetzung mit der Energieproblematik sind solche differenzierten und objektiven Informationen unerlasslich. Nur durch sie kann man der in der Beliebigkeit der Argumente erstarrten politischen Diskussion neue Impulse verleihen."

Spis treści

1 Einleitung und Zielsetzung.- 1.1 Prinzipielle Vorgehensweise.- 1.2 Definition der wesentlichen Grundbegriffe.- 1.3 Darstellung des Untersuchungsgebietes.- 1.4 Energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen.- 1.4.1 Struktur des Energieverbrauchs.- 1.4.2 Gegenwärtiges Energieträgerpreisniveaus.- 2 Solarthermische und photovoltaische Nutzung der Sonnenenergie.- 2.1 Solares Strahlungsangebot.- 2.1.1 Theoretische Grundlagen.- 2.1.2 Räumliche und zeitliche Variationsbreite.- 2.2 Technische Flächenpotentiale.- 2.2.1 Potentialbestimmung auf Gebäuden.- Verfügbare Dachflächen.- Restriktionen einer solartechnischen Nutzung.- Solartechnisch nutzbare Dachflächenpotentiale.- 2.2.2 Bestimmung der solartechnischen Freiflächenpotentiale.- Potentiell verfügbare Flächen.- Restriktionen einer solartechnischen Nutzung.- Solartechnisch nutzbare Freiflächenpotentiale.- 2.3 Solare Energieerzeugung.- 2.3.1 Thermische Niedertemperaturwärmegewinnung.- Theoretische Grundlagen.- Restriktionen einer solarthermischen Nutzung.- Technische Endenergiepotentiale.- Derzeitige Nutzung.- 2.3.2 Photovoltaische Stromerzeugung.- Theoretische Grundlagen.- Technische Erzeugungspotentiale.- Technische Endenergiepotentiale.- Derzeitige Nutzung.- 2.4 Kosten einer solaren Energieerzeugung.- 2.4.1 Solarthermische Wärmegewinnung.- Systemkosten.- Spezifische Energiebereitstellungskosten.- 2.4.2 Photovoltaische Stromerzeugung.- Systemkosten.- Spezifische Stromgestehungskosten.- 3 Nutzung der Windenergie.- 3.1 Windtechnisches Energieangebot.- 3.1.1 Charakteristische Eigenschaften des Windangebots.- 3.1.2 Windgeschwindigkeitsverteilung innerhalb Deutschlands.- 3.2 Windtechnisch nutzbare Flächenpotentiale.- 3.2.1 Vorgehensweise zur Flächenbestimmung.- 3.2.2 Flächenpotentiale gleicher mittlerer Windgeschwindigkeit.- 3.2.3 Potentialmindernde Kriterien und restriktive Parameter.- 3.2.4 Technisch nutzbare Flächenpotentiale.- 3.3 Stromerzeugung aus Windenergie.- 3.3.1 Theoretische und technische Grundlagen.- 3.3.2 Nutzungstechniken und korrespondierender Flächenbedarf.- 3.3.3 Technische Stromerzeugungspotentiale.- 3.3.4 Technische Endenergiepotentiale.- Ansatz I.- Ansatz II.- Ansatz III.- Ansatz IV.- Vergleich der Ansätze.- 3.3.5 Derzeitige Nutzung.- 3.4 Kosten der Windstromerzeugung.- 3.4.1 Systemkosten.- 3.4.2 Spezifische Stromgestehungskosten.- 4 Stromerzeugung aus Wasserkraft.- 4.1 Allgemeine Grundlagen.- 4.1.1 Energieangebot des Wassers.- 4.1.2 Technische Grundlagen.- Laufwasserkraftwerke.- Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke.- Nieder-, Mittel- und Hochdruckanlagen.- Turbinentypen.- 4.2 Potentiale einer Stromerzeugung.- 4.2.1 Grundlegende Definitionen.- Leistung und Arbeitsvermögen.- Potentialbegriffe.- 4.2.2 Technische Erzeugungspotentiale.- Technisches Erzeugungspotential in den alten Bundesländern.- Technisches Erzeugungspotential in den neuen Bundesländern.- Technische Endenergiepotentiale.- 4.2.3 Derzeitige Nutzung.- Regionale Nutzungsunterschiede.- Zukünftiger Ausbau der Wasserkraft.- 4.3 Kosten einer Stromerzeugung aus Wasserkraft.- 4.3.1 Systemkosten.- Investitionen.- Betriebs- und Unterhaltskosten.- 4.3.2 Spezifische Stromgestehungskosten.- 5 Energieträgerproduktion auf pflanzlicher Basis.- 5.1 Allgemeine Grundlagen.- 5.1.1 Begriffsdefinitionen und prinzipielle Möglichkeiten.- Biomasse als Festbrennstoff.- Flüssige Energieträger aus pflanzlichen Rohstoffen.- 5.1.2 Flächenpotentiale für einen Energiepflanzenanbau.- 5.2 Gewinnbares Energieträgeraufkommen.- 5.2.1 Feste Energieträger.- Getreideanbau zur Ganzpflanzennutzung.- Anbau von Schilf- und Grasgewächsen.- Anbau schnellwachsender Baumarten.- Vergleich des Biomasseaufkommens.- 5.2.2 Flüssige Energieträger.- Ölfruchtanbau zur Pflanzenölgewinnung.- Getreide- und Zuckerrübenanbau zur Alkoholerzeugung.- Vergleich des Energieträger- und Biomasseaufkommens.- 5.3 Technische Energiepotentiale.- 5.3.1 Feste Energieträger.- Getreideanbau zur Ganzpflanzennutzung.- Anbau von Schilf- und Grasgewächsen.- Anbau schnellwachsender Baumarten.- Vergleich der Energiepotentiale.- Derzeitige Nutzung.- 5.3.2 Flüssige Energieträger.- Ölfruchtanbau zur Pflanzenölgewinnung.- Getreide- und Zuckerrübenanbau zur Alkoholgewinnung.- Vergleich der Energiepotentiale.- Derzeitige Nutzung.- 5.4 Kosten einer energetischen Nutzung von Energiepflanzen.- 5.4.1 Energieträgerkosten fester Energieträger.- Getreideanbau zur Ganzpflanzennutzung.- Anbau von Schilf- und Grasgewächsen.- Anbau schnellwachsender Baumarten.- Vergleich der Energieträgerkosten.- 5.4.2 Nutzenergiebereitstellungskosten fester Energieträger.- Getreideanbau zur Ganzpflanzennutzung.- Anbau von Schilf- und Grasgewächsen.- Anbau schnellwachsender Baumarten.- Vergleich der Nutzenergiebereitstellungskosten.- Ölfruchtanbau zur Pflanzenölge-winnnung.- 5.4.3 Kosten flüssiger Energieträger.- Getreide- und Zuckerrübenanbau zur Alkoholgewinnung.- Vergleich der Energieträgerkosten.- 6 Energetische Nutzung forstwirtschaftlicher Reststoffe.- 6.1 Allgemeine Grundlagen.- 6.1.1 Anfall von organischen Reststoffen.- 6.1.2 Energetische Eigenschaften.- 6.1.3 Räumliche und zeitliche Variationsbreite.- 6.2 Technisch nutzbares Reststoffaufkommen.- 6.2.1 Prinzipielle Vorgehensweise.- Periodisch anfallende Reststoffe.- Durchforstungsrückstände.- Erntetechnisch bedingte Reststoffe.- 6.2.2 Abschätzung des gesamten Potentials.- 6.2.3 Restriktionen einer technischen Nutzung.- 6.2.4 Energetisch nutzbares Restholzaufkommen.- 6.3 Bestimmung der Energiepotentiale.- 6.3.1 Methodische Vorgehensweise.- 6.3.2 Technische Energiepotentiale.- 6.3.3 Derzeitige Nutzung.- 6.4 Kosten einer energetischen Nutzung.- 6.4.1 Energieträgerkosten.- Ansatz I.- Ansatz II.- Ansatz III.- 6.4.2 Nutzenergiebereitstellungskosten.- 7 Ernterückstände der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion.- 7.1 Allgemeine Grundlagen.- 7.1.1 Eingrenzung des energetisch nutzbaren Reststoffaufkommens.- 7.1.2 Energetische Eigenschaften.- 7.1.3 Räumliche und zeitliche Variationsbreite.- 7.2 Technisch nutzbares Strohaufkommen.- 7.2.1 Prinzipielle Vorgehensweise.- 7.2.2 Darstellung des gesamten Strohaufkommens.- 7.2.3 Restriktionen einer energetischen Nutzung.- 7.2.4 Energetisch nutzbares Strohaufkommen.- 7.3 Bestimmung der Energiepotentiale.- 7.3.1 Methodische Vorgehensweise.- 7.3.2 Technische Energiepotentiale.- 7.3.3 Derzeitige Nutzung.- 7.4 Kosten einer energetischen Nutzung.- 7.4.1 Energieträgerkosten.- Ansatz I.- Ansatz II.- Ansatz III.- 7.4.2 Nutzeneigiebereitstellungskosten.- 8 Energetische Nutzung von Reststoffen der Tierhaltung.- 8.1 Allgemeine Grundlagen.- 8.1.1 Zusammensetzung und Eigenschaften von Biogas.- 8.1.2 Biochemische Umsetzung der Biomasse.- 8.1.3 Einflußfaktoren auf das Gasaufkommen.- 8.1.4 Ausgangsstoffe für die Biogaserzeugung.- 8.1.5 Nutztierbestand in Deutschland.- 8.2 Substrataufkommen und korrespondierender Energieinhalt.- 8.2.1 Vorgehensweise zur Bestimmung des Substrataufkommens.- 8.2.2 Aufkommen an organischer Masse.- 8.2.3 Vorgehensweise zur Bestimmung des theoretischen Gaspotentials.- 8.2.4 Theoretisches Biogasaufkommen.- 8.3 Technische Energiepotentiale.- 8.3.1 Verfahrenstechnische Umsetzung des Substrats.- 8.3.2 Restriktionen einer technischen Nutzung.- 8.3.3 Technische Energiepotentiale.- 8.3.4 Derzeitige Nutzung.- 8.4 Kosten einer Biogaserzeugung.- 8.4.1 Biogasgestehungskosten.- Kleinstanlagen.- Kleinanlagen.- Mittlere Anlagen.- Großanlagen.- Vergleich der Biogasgestehungskosten.- 8.4.2 Nutzenergiebereitstellungskosten.- Wärmebereitstellungskosten.- Stromgestehungskosten.- Kraft-Wärme-Kopplung.- 9 Organische Reststoffe aus Haushalten, Industrie, Gewerbe und kommunalen Einrichtungen.- 9.1 Allgemeine Grundlagen.- 9.1.1 Systematik und Abgrenzung.- 9.1.2 Energetische Eigenschaften.- 9.1.3 Räumliche und zeitliche Variationsbreite.- 9.2 Technisch nutzbares Aufkommen.- 9.2.1 Vorgehensweise zur Potentialbestimmung.- Feststoffaufkommen.- Abwasseraufkommen.- 9.2.2 Restriktionen einer energetischen Nutzung.- 9.2.3 Energetisch nutzbares Reststoffaufkommen.- 9.3 Bestimmung der Energiepotentiale.- 9.3.1 Technische Nutzungsmöglichkeiten.- Deponiegas.- Anaerober Abbau organischer Stoffe.- Klärgas.- 9.3.2 Methodische Vorgehensweise.- Gas- und Brennstoffenergiepotentiale.- Deponiegasenergiepotentiale.- 9.3.3 Technische Energiepotentiale.- 9.3.4 Derzeitige Nutzung.- 9.4 Kosten einer energetischen Nutzung.- 9.4.1 Energieträgerkosten.- Deponiegas.- Klärgas.- Sonstiges Biogas.- Festbrennstoffe.- Vergleich.- 9.4.2 Strom- und Wärmegestehungskosten.- 10 Nutzung der Erdwärme.- 10.1 Allgemeine Grundlagen.- 10.1.1 Die Wärmequellen.- 10.1.2 Klassifikation der geothermischen Energiesysteme.- Untiefe geothemische Nutzung.- Hydrothermale Systeme mit niedriger Enthalpie.- Hydrothermale Systeme mit hoher Enthalpie.- Hot-Dry-Rock-Systeme.- Gegenüberstellung.- 10.1.3 Klassifikation der Nutzungsarten.- 10.2 Geothemische Energiepotentiale.- 10.2.1 Gesamte Vorratsbasis.- 10.2.2 Nutzungstechniken.- Energie des flachen Untergrunds.- Energie der warmwasserführenden Aquifere.- Energie des heißen Gesteins.- 10.2.3 Ressourcen und Reserven.- Energie der warmwasserführenden Aquifere.- Energie des flachen Untergrunds.- Energie des heißen Gesteins.- 10.2.4 Derzeitige Nutzung.- 10.3 Kosten einer geothemischen Energienutzung.- 10.3.1 Stromgestehungskosten.- 10.3.2 Wärmegestehungskosten.- 10.3.3 Beispiele.- 11 Zusammenfassender Vergleich.- 11.1 Potentiale und Energiebedarf.- 11.1.1 Energieangebot der Atmosphäre.- Photovoltaische Stromerzeugung.- Windtechnische Stromerzeugung.- Stromerzeugung aus Wasserkraft.- Vergleich der Stromerzeugungspotentiale.- Stromerzeugungspotentiale und Stromaufkommen.- Endenergiepotentiale und Endenergieverbrauch.- 11.1.2 Pflanzliche Energieträger.- Erzeugung fester Energieträger.- Erzeugung flüssiger Energieträger.- Vergleich der Energiepotentiale.- Energiepotentiale und Endenergieverbrauch.- 11.1.3 Regeneratives Reststoffangebot.- Forstwirtschaftliche Reststoffe.- Erntenickstände der Pflanzenproduktion.- Reststoffe der Tierhaltung.- Sonstige organische Reststoffe.- Vergleich der Energiepotentiale.- Energiepotentiale und Endenergieverbrauch.- 11.1.4 Sonstige Optionen.- Solare Niedertemperaturwärmegewinnung.- Nutzung der Eidwärme.- Energiepotentiale und Endenergieverbrauch.- 11.1.5 Gesamtpotentialvergleich.- Variante I.- Variante II.- Variante III.- Vergleich der Varianten.- 11.2 Regenerative Energiekosten und Energiepreisniveau.- 11.2.1 Energieangebot der Atmosphäre.- 11.2.2 Pflanzliche Energieträger.- 11.2.3 Regeneratives Reststoffangebot.- 11.2.4 Sonstige Optionen.- 11.3 Schlußfolgerungen.- Literatur.- Energieeinheiten.- Stichwortverzeichnis.