BIOGAS STROM, WÄRME UND ERDGAS AUS BIO-ROHSTOFFEN Aus den verschiedensten nachwachsenden Pflanzen, tierischen Exkrementen oder organischen Reststoffen der Lebensmittel- und Agrarindustrie werden Strom, Wärme und Bio-Erdgas. Biogas stellt Energie dann bereit, wenn sie gebraucht wird! Damit leistet Biogas schon heute einen wichtigen Beitrag als Energiespeicher. Flächenbedarf für Biogas
So funktioniert eine Biogasanlage Biogas-Anlage Für die Biogasproduktion eignen sich Gülle und feste Biomasse. Mit einem Rind von 500 kg Gewicht kann pro Tag z. B. eine Gasausbeute von maximal 1,5 Kubikmeter erzielt werden. Energetisch entspricht dies in etwa einem Liter Heizöl. Nachwachsende Rohstoffe liefern jährlich zwischen 6 000 Kubikmeter (Wiesengras) und 12 000 Kubikmeter (Silomais/Futterrüben) Biogas pro Hektar Anbaufläche.
Gasaufbereitungsanlage Der Methangehalt und die Qualität des Biogases werden gesteigert, um es konventionellem Erdgas anzugleichen. Biogas
1 ha Energiepflanzen z.B. Mais, Getreide, Schilfgras
Gasspeicher Das entstehende Biogas wird in der Haube des Fermenters gespeichert, direkt über der vergärenden Biomasse.
Vergorene Reststoffe werden als Dünger verwendet oder kompostiert. Dadurch reduziert sich der Mineraldünger-Einsatz in der Landwirtschaft erheblich.
Erdgasnetz Das aufbereitete Biogas kann direkt in bestehende Erdgasnetze eingespeist werden …
Blockheizkraftwerk (BHKW) Im BHKW wird das Biogas zur Stromund Wärmeerzeugung verbrannt.
Gasspeicher
Biogastankstelle … oder als Kraftstoff genutzt werden.
Gasmotor
Futter
Energiepflanzen oder Bioabfälle
Generator Gärrestelager Ist die Biomasse im Fermenter vergoren, kommt sie zunächst ins Gärrestelager, um dann als hochwertiger Dünger genutzt zu werden.
Strom
Prozesswärme beheizt den Fermenter
Gülle oder Mist Viehhaltung
Fermenter
Vorgrube Sammelbecken für Biomasse
Biomüll
In diesem Behälter wird die Biomasse unter Ausschluss von Licht und Sauerstoff von Mikroorganismen abgebaut. Aus diesem Gärprozess entstehen Methan und Kohlendioxid – das Biogas.
Prozesswärme wird z. B. ins Nahwärmenetz eingespeist Wärme
Ein Fußballfeld (0,75ha) Energiepflanzen oder die Gülle von 20 Rindern, zu Biogas vergoren und im Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme gewandelt, liefern Strom für ca. 5 Haushalte, Wärme für einen Haus-halt und Dünger aus dem Gärrest.
Biogas kommt aus der Nachbarschaft Biogas ist heimischer Energieträger und muss nicht importiert werden Biogas sichert Wertschöpfung und Arbeitsplätze in der Region Biogas spart teure fossile Energieträger und trägt zum Klimaschutz bei
Eingesetzte Substrate 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0
Klimaschutz durch Biogas
50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 gg W gg en eiz ) en en /T kö rit ica rne r le/ Ge rst Ri e nd CC er M S gü ch (+ lle we Lie in sc eg hk ül ol Ge flü ben le sil ge ag lm e) ist (+ HT K) Ri nd er Sc hw mis ein t em ist Su da ng Gr ra ün s ro gg Ka en rto ffe Hi ln rse sil ag e So Rü nn be en bl um en
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Biogas ist CO2-neutral: bei der Verbrennung wird soviel CO2 freigesetzt, wie die Pflanzen während ihres Wachstums aufgenommen haben Nachwachsende Pflanzen absorbieren diese freigesetzte Menge CO2 wieder Gülle stinkt, Gärreste stinken nicht
Biogas ist das Multitalent der Erneuerbaren Energien.
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STROMSPEICHER ENERGIESPEICHER FÜR ELEKTRISCHEN STROM Strom aus Sonne oder Wind wird meist zu anderen Zeiten erzeugt, als er hauptsächlich gebraucht wird. Dennoch müssen auch die Bedarfsspitzen abgedeckt werden. Für eine lückenlose Versorgung muss zwischengespeichert werden! Energiespeicher überbrücken die Lücke zwischen Erzeugung und Verbrauch! Stromangebot und –nachfrage müssen zeitlich angepasst werden HEUTE: die Erzeugung wird der Nachfrage angepasst durch Grundlast-, Mittellast- und Spitzenlast-Kraftwerke „Regelenergie“ muss zum Ausgleich von Stromangebot und –nachfrage immer zur Verfügung stehen, auch bei unerwarteten Schwankungen durch z.B. mehr Verbrauch (Kälteeinbruch) oder Ausfall von Kraftwerken MORGEN: mehr Strom wird aus Erneuerbaren Energien erzeugt Bedarf an „Regelenergie“ steigt, weil Solar- und Windstrom nicht gleichmäßig anfallen Notwendigkeit zur Stromspeicherung nimmt zu, dann kann ein Teil der erhöhten Regelenergie mit weniger Mittellast- und Spitzenlastkraftwerken gedeckt werden. Außerdem ist bei Netzausfall ein Inselbetrieb möglich.
Verfahren zur Stromspeicherung (Stand der Technik) Elektrostatisch · Kondensatoren Stromgestehungskosten verschiedener Stromspeicher Elektrochemisch · Bleiakkumulatoren · NiCd- und NiMH-Akkumulatoren · Lithium-Ionen/Polymer-Akkumulatoren Mechanisch · Pumpspeicherwasserkraftwerke · Druckluftspeicherkraftwerke · Schwungmassenspeicher Chemisch · Wasserstoff (durch Elektrolyse gewonnen) in ct/kWh
Langzeitspeicher
Pumpspeicherkraftwerk
Druckluftspeicher (CAES)
Adiabater Druckluftspeicher (AA-CAES)*
Stromgestehungskosten (ct/kWh)
Elektro-chemische Speicher
RedoxFlowBatterien
BleiSäureAkkus
Wasserstoff
LithiumIonenAkkus
davon: Preis des Ladestroms (ct/kWh)
Angenommen werden eine Speicherkapazität von 6 h (Wasserstoff: 200 h) und durchschnittliche Wirkungsgrade im Jahr 2009 (*Prognose 2020).
Quelle: DLR/Fraunhofer IWES/IfNE 2010, Stand: 12/2011
Kapazitäten verschiedener Stromspeicher Speichertyp/Einsatz Kurzzzeitspeicher: Netzstabilisierung, Netzaufrechterhaltung
Entladezeit Speicherart Maximale Speicherkapazität typischer Anlagen und Technologien kleiner als Spulen SMES 30 kWh 1 Sekunde bis wenige Kondensatoren/ 52 kWh Minuten Super Caps Schwungmasse5 MWh speicher DruckluftLangzeitspeicher: 2 bis 24 580 MWh1 speicher SpitzenbedarfsStunden deckung Pumpspeicher 8,5 GWh2 Elektro-chemische Lithium-Ionen3 1 Stunde 50 kWh Speicher: Akkus bis mehrere Reservespeicher, Redox-FlowTage 5 MWh Elektromobilität Batterien (RF-Batt.: 1,5s bis10h) Blei-Säure40 MWh Akkus Wasserstoff: Reservespeicher, Langzeitspeicher u.a. großes Potenzial, noch nicht marktreif 1 Druckluftspeicherkraftwerk Huntorf 1 kWh 10 1.000 MWh 10 100 1.000 GWh 10 100 2 Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal 3 www.unendlich-viel-energie.de Batterie für Elektrofahrzeug Quelle: IfEU, TAB, Sauer; Stand: 11/09
Verfahren zur Stromspeicherung (innovative Ansätze) Elektrochemisch · Redoxflow-Systeme (200 kW Leistung, 400 kWh Energie) Chemisch aus CO2 und Wasserstoff · Methan: „solar fuel“: Synthese von Methan (= Erdgas) · Methanol: „silicon fire“: Synthese von Methanol (= Alkohol)
Energiespeicher sind eine notwendige Voraussetzung zur Integration von Erneuerbarer Energie ins Stromnetz!
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SOLARTHERMIE WARMES WASSER UND HEIZUNG AUS SONNENLICHT Die Sonne liefert uns kostenlos die Energie für Warmwasser und zum Heizen der Wohnung. Damit können wir unabhängig von Brennstoffimporten werden, Geld sparen und etwas für die Umwelt tun. Sonnenenergie ist unerschöpflich! Typische Kennzahlen
So funktioniert eine Solarthermieanlage Wärme von der Sonne ... A
B
… für heißes Wasser
… und zum Heizen
1
1
Kollektor Warmwasser
Warmwasser
Kollektor
Heizung Solarregler
2
Pufferspeicher
Solarregler
2
Zusatzheizung
3 Wärmetauscher
Wärmetauscher
Wasseranschluss Sonnenstrahlen erwärmen den Kollektor und die darin enthaltene Wärmeträgerflüssigkeit.
Die bis zu 90° C heiße Flüssigkeit zirkuliert zwischen Kollektor und Pufferspeicher. 2
Beispiel für Warmwassernutzung bei 6m² Kollektorfläche:
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Zusatzheizung
3
1
Kombispeicher
4 bis 5 qm Kollektorfläche decken ca. 60 % des Warmwasserbedarfs eines Einfamilienhauses (EFH) 8 bis 15 qm Kollektorfläche decken ca. 25 % des gesamten Bedarfs an Wärme für Heizung und Warmwasser eines EFH
Der Wärmetauscher gibt Solarwärme an das Wasser im Pufferspeicher ab. 3
Wasseranschluss Der Pufferspeicher stellt die Wärme auch nachts und an kalten Tagen zur Verfügung. 4
Bei uns lohnt sich Sonnenenergie am meisten Der süddeutsche Raum ist bei der Sonneneinstrahlung besonders bevorzugt (siehe Karte Deutscher Wetterdienst) FAZIT: Wenn nicht wir, wer dann?
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... und zahlt sich doppelt aus Die Solaranlage schont den Heizkessel, der im Sommer nicht laufen muss und vermeidet den erhöhten Verbrauch, der aus dem schlechten, sommerlichen Wirkungsgrades resultiert.
WINDENERGIE STROM AUS WIND: EFFIZIENT UND KOSTENGÜNSTIG Windenergie steht zur Stromproduktion verstärkt im Winterhalbjahr zur Verfügung, wenn am meisten Energie verbraucht wird und die Sonne weniger liefert. Zusammengenommen: unschlagbar günstige Erneuerbare Energie! Windkraft: Die ideale Ergänzung zur Photovoltaik So funktioniert eine Windkraftanlage
Mit moderner Technik ist Windenergie auch an Land effizient! Strom aus Windenergie ist sauber und vermindert den Ausstoß von Treibhausgasen. Pro Kilowattstunde Windstrom können 860 Gramm CO2 vermieden werden.
Kennzahlen einer 2 MW-Anlage 2.000 kW elektrische Leistung Rotordurchmesser 80 – 100m Nabenhöhe 80 – 140m jährlicher Stromertrag mind. 3,5 Mio. kWh damit können ca. 1000 Haushalte mit sauberem Strom versorgt werden
Vergleich Photovoltaik und Windkraft (Jahresverläufe) 160
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