Roberto Täuber 10a
Biologie Referat
ALTERNATIVE ENERGIEN
Auf der Erde haben wir viele Probleme eines der größten ist die Energieversorgung. Es gibt Berechnungen wonach im Jahr 2162 die Braunkohle, 2083 die Steinkohle, Uran im Jahre 2063, Erdgas im Jahr 2038, und der zur Zeit wichtigste Energielieferant das Erdöl im Jahr 2031 ausgehen werden. Deshalb müssen wir andere erneuerbare Energie nutzen wie zum Beispiel Sonnenenergie, Wasserenergie, Windenergie, Biomasse, Wasserstoff u.s.w.
Sonnenenergie: Die Sonne ist unser größte, unerschöpfliche Energiequelle. Die einwirkende Energiestrahlung ist 10 000 Mal höher als der gesamte Energiebedarf der Welt. Aber es muss beachtet werden das nicht immer und überall zur Verfügung steht. Das Jahr hat Stunden, in Deutschland kann man durchschnittlich mit 1600 Sonnenstunden pro Jahr rechnen, bis zum Äquator nimmt die Sonnenscheindauer bis auf 3500 Stunden im Jahr zu. Außerdem scheint die Sonne in der Nacht nicht und im Winter selten. Die Sonne strahlt jährlich zwischen 950 und 1100 kWh /m² ein. In Kalifornien sind es sogar 2200 kWh /m². Es gibt verschiedene Wege die Sonne zu nutzen.
Mit Flachkollektoren wird Warmwasser im Niedrigtemperaturbereich gewonnen indem Sonnenstrahleneinen Absorber, die meist aus dunklen Kunstsoff- oder Vakuum- röhren bestehen, erwärmen und der Absorber die Wärme an Wasser abgibt. In Deutschland gibt es 300 000 m² solcher Anlagen und werden von normalen Haushalten zur Warmwasserzube reitung genutzt.
Eine weitere Möglichkeit die Sonne zu nutzen sind Wärmepumpen für Warm- wasserzubereitung und Raumheizung. Das Prinzip ist das umgekehrte wie beim Kühlschrank. Während im Innern des Kühlschrankes Wärme entzogen und an die Umgebungsluft abgegeben wird, nimmt die Wärmepumpe aus der Außenluft, dem Grundwasser oder der Erde Wärme auf und pumpt sie auf eine höhere Tempe- ratur die dann einem Heizungssystem zugeführt wird. Mit einem 1kWh zugeführter elektrischer Energie kann eine Heizwärme von 3 -4 kWh gewonnen werden. Wärmepumpen werden in Einfamilienhäusern, Schulen, Krankenhäuser, in Kaufhäusern und Schwimmhallen verwendet. Es gibt in Deutschland 70 000 solcher Wärmepumpen.
Mit Sonnenkraftwerken wird die Sonnenenergie in elektrischen Strom umgewan- delt. Dafür wurden verschiedene Sonnenenergieanlagen entwickelt. Das sind die Sonnenturmkraftwerke, Sonnenfarmen und Solarzellenkraftwerke. In einem Sonnenturmkraftwerk ist auf der Spitze ein Strahlungsempfänger installiert. Auf den sind viele Spiegel gerichtet. Auf diese Weise werden sehr hohe Temper- aturen erreicht ( 500°C - 1200°C ). Im Strahlungsempfänger wird ein Wärme- medium erhitzt z.B. Wasser das seine Energie an eine Dampfkraftanlage zur Stromerzeugung abgibt. Die Spiegel werden computergesteuert exakt dem Sonnenstand nachgeführt. Der Wirkungsgrad beträgt 16% das heißt es werden 16 % der empfangenen Energie genutzt.
Sonnenfarmen „ernten“ mit becken- und wannenförmigen Kollektoren die Sonnenstrahlen. Die Sonnenstrahlen werden auf eine Brennlinie konzentriert die von einem Rohr gebildet wird. In dem Rohr wird Wasser erhitzt und in einem Rohr - system zu einem Wärmeaustausch geführt. Auch diese Kollektoren werden computergesteuert der Sonnenbahn nachgeführt. Es werden ca. 400°C erreicht. Man kann diese Energie im Tagesablauf nicht voll nutzen. Sonnenkraftwerke und Sonnenfarmen sind für Deutschland nicht geeignet.
Solarzellenkraftwerke dagegen sind für Deutschland geeignet. Diese Art kennt jeder weil diese z.B. beim Taschenrechner angewandt wird. Man nennt diese Art auch photovoltaische Stromerzeugung. Solarzellen bestehen aus zehntelmillimeterstarken kristallinen Schicht, es werden Silizium, Galliumarsenid, oder Cadmiumtelurid verwendet. Bei Lichteinfall entsteht an den Kontakten der beiden Flächenseiten eine geringe Gleichspannung ( Transistoreffekt). Durch Reihen- und Parallelschaltung vieler Solarzellen lässt sich eine elektrische Leistung erreichen die von energiewirtlicher Interesse ist. Der Wirkungsgrad liegt bei 10 % aber 5 DM Herstellungskosten je Watt ist noch zu hoch. Es wurde errechnet das Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 10 % in der Sahara- Wüste auf einer Fläche von 500 000 km² ausreichen würden um die ganze Menschheit mit Energie zu versorgen. Jährlich werden 50 MW Strom durch Solarzellen hergestellt bisher sind insgesamt 400 MW hergestellt worden. Wenn man in Deutschland auf allen nach Süden gerichteten Dächern Solaranlagen baut könnten an einem sonnigen Sommertag 520 000 000 kWh Strom erzeugt werden. Anwendungen findet man im Schwimmbad, Freizeit- und Campinganlagen ebenso in der Weltraumtechnologie, Solarauto, Pumpen,Beleuchtung und vieles mehr genutzt. So eine Anlage „lebt“ 25 Jahre.
Eine indirekte Nutzung der Sonnenenergie sind die Aufwindkraftwerke dabei wird die Luft in einem Glashaus erwärmt so dass sie in einem Turm nach oben strömt und dort Turbinenschaufeln zum drehen bringt die Strom erzeugen. Diese Anwendung ist sehr billig und in der Nacht einsetzbar.
Wasserkraft: Diese Energie wird durch die Bewegungsenergie des Wassers durch Turbinen in elektrische Energie umgewandelt. Sie ist bis jetzt der größte regenerative Energieproduzent Deutschlands und der Welt insgesamt. Das sind in Deutschland aber nur 5 % der gesamten Energie.
Weltweit liefert Wasser 20 % des Stroms. Norwegen, Island und Ghana produzieren zu fast 100 % aus Wasser- kraft. Da der Bau von riesigen Wasserkraftanlagen in den Entwicklungsländern oft zur Vertreibung von Menschen und zu Umweltproblemen kommt ist es sinnvoller Wasser- kraftwerke dezentralisierter zu nutzen. In Deutschland gibt es etwa 300 Laufwasserkraftwerke mit der Leistung über 1 MW und ca. 7000 Kleinanlagen mit durchschnittlich 57 KW. Aber man kann diese Energie nicht speichern. Es gibt verschiedene Turbinentypen.
1. Kaplanturbine: Das Laufrad dreht sich so ähnlich wie bei einer Schiffsschraube im Wasserstrom. Verwendung bei Fallhöhen von 10 -70 m.
2. Francisturbinen: Funktionsprinzip wie bei der Kaplanturbine nur die Fallhöhe unterscheidet sich der Kaplanturbine mit 50 - 800m und großen Wassermengen. Man kann mit ihr bis zu 8000MW erreichen.
3. Peltonturbine: Sie erinnert an die klassischen Stoßlaufräder. Höhen bis zu 1000m Eine andere Möglichkeit zur Nutzung der Wasserkraft ist das Gezeitenkraft- werk. Es wird dabei Ebbe und Flut ausgenutzt. Deshalb sperrt man eine Bucht, bei Flut fließt das Wasser herein bei Ebbe wieder heraus. Beide Male werden Turbinen angetrieben. Diese Technik ist für Deutschland ungeeignet.
Windenergie ist eine weitere erneuerbare Energie bei der durch große Windräder die Welle eines Generators angetrieben wird. In Deutschland gibt es 220 öffentliche und 2350 private Windkraftwerke. Man muss das Windrad immer in Windrichtung ausrichten. An den Küsten und im Hochland kann man diese Energie nutzen. Umweltschützer sind gegen Windkraft da die Windräder sehr viel Lärm produzieren.
Biomasse ist ebenfalls erneuerbare Energie sie wird zur Wärmeproduktion, Holzkohle, Biogas, Öl, und Treibstoffe wie Methanol und Äthanol genutzt. Biomasse ist billig und umweltfreundlich. In Österreich und Schweden wird bis zu 15 % Biomasse verwendet.
Häufig gestellte Fragen
Was sind alternative Energien laut diesem Referat?
Alternative Energien sind erneuerbare Energiequellen wie Sonnenenergie, Wasserenergie, Windenergie, Biomasse und Wasserstoff, die als Ersatz für fossile Brennstoffe (Braunkohle, Steinkohle, Uran, Erdgas, Erdöl) dienen sollen, deren Reserven begrenzt sind.
Wie funktioniert die Nutzung von Sonnenenergie?
Sonnenenergie kann auf verschiedene Arten genutzt werden: durch Flachkollektoren zur Warmwasserbereitung, Wärmepumpen für Heizung, Sonnenkraftwerke (Sonnenturmkraftwerke, Sonnenfarmen, Solarzellenkraftwerke) zur Stromerzeugung und indirekt durch Aufwindkraftwerke.
Was sind Flachkollektoren und wie werden sie eingesetzt?
Flachkollektoren erwärmen Wasser im Niedrigtemperaturbereich, indem Sonnenstrahlen einen Absorber (meist aus dunklen Kunststoff- oder Vakuumröhren) erwärmen, der die Wärme an Wasser abgibt. Sie werden in Haushalten zur Warmwasserbereitung verwendet.
Wie funktionieren Wärmepumpen?
Wärmepumpen nehmen Wärme aus der Außenluft, dem Grundwasser oder der Erde auf und pumpen sie auf eine höhere Temperatur, die dann einem Heizungssystem zugeführt wird. Sie verbrauchen elektrische Energie, um ein Vielfaches an Heizwärme zu erzeugen.
Welche Arten von Sonnenkraftwerken gibt es?
Es gibt Sonnenturmkraftwerke (Spiegel richten Sonnenstrahlen auf einen Strahlungsempfänger), Sonnenfarmen (beckenförmige Kollektoren konzentrieren Sonnenstrahlen auf eine Brennlinie) und Solarzellenkraftwerke (photovoltaische Stromerzeugung mit Solarzellen aus Silizium oder anderen Materialien).
Wie funktionieren Solarzellenkraftwerke?
Solarzellen bestehen aus kristallinen Schichten, die bei Lichteinfall eine geringe Gleichspannung erzeugen (Transistoreffekt). Viele Solarzellen werden in Reihe und parallel geschaltet, um eine elektrische Leistung zu erreichen, die für die Stromerzeugung relevant ist.
Was sind Aufwindkraftwerke?
Aufwindkraftwerke erwärmen Luft in einem Glashaus, so dass sie in einem Turm nach oben strömt und dort Turbinenschaufeln antreibt, die Strom erzeugen. Sie sind relativ billig und können auch nachts eingesetzt werden.
Wie funktioniert die Nutzung von Wasserkraft?
Die Bewegungsenergie des Wassers wird durch Turbinen in elektrische Energie umgewandelt. Wasserkraft ist die größte regenerative Energiequelle in Deutschland und weltweit. Es gibt verschiedene Turbinentypen wie Kaplanturbinen, Francisturbinen und Peltonturbinen.
Welche Arten von Wasserturbinen gibt es?
Es werden Kaplanturbinen (Schiffsschraube-ähnliches Laufrad), Francisturbinen (ähnliches Prinzip wie Kaplanturbine, aber für größere Fallhöhen und Wassermengen) und Peltonturbinen (Stoßlaufräder für hohe Fallhöhen) unterschieden.
Wie funktioniert die Nutzung von Windenergie?
Große Windräder treiben die Welle eines Generators an, der Strom erzeugt. Die Windräder müssen immer in Windrichtung ausgerichtet werden. Sie werden hauptsächlich an Küsten und im Hochland eingesetzt.
Was ist Biomasse und wie wird sie genutzt?
Biomasse ist erneuerbare organische Substanz, die zur Wärmeproduktion, Holzkohle, Biogas, Öl und Treibstoffe wie Methanol und Äthanol genutzt wird. Sie gilt als billig und umweltfreundlich.
Was ist Kernfusion?
Kernfusion ist ein Prozess, bei dem Wasserstoffisotope (Deuterium und Tritinium) bei extrem hohen Temperaturen zusammengebracht werden, wodurch riesige Energiemengen freigesetzt werden. Die Herausforderung besteht darin, einen Stoff zu finden, der diesen hohen Temperaturen standhält.
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- Roberto Täuber (Author), 2001, Alternative Energie, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/101575
