10a - Physik am 22.04.2020

Antworten Solarthermie

Folgende Fragen waren gestellt:

Wo in Deutschland ist es effektiv, Sonnenenergie zu nutzen?

Auf der Karte LINK sieht man, dass es im Süden, also in der Freiburger Gegend und südlich von Augsburg die stärkste Sonneneinstrahlung gibt; am geringsten ist sie in der Kölner Bucht.

Überlege: Ist der Bau von Solarthermie-Kraftwerken in Mitteleuropa sinnvoll?

Nein, die Kraftwerke sind aufwändig und teuer; idealerweise werden sie in heißen, wolkenlosen Wüstengebieten mit vielen Sonnenstunden errichtet.

Recherchiere: Warum ist das Projekt "Desertec" gescheitert? LINK

Es gab politische Differenzen: die afrikanischen Staaten forderten, einen Anteil der erzeugten elektrischen Energie zu erhalten, so dass nicht alles nach Europa transportiert wird. Es gab - wegen der langen Leitungen - starke Zweifel an der Wirtschaftlichkeit. Photovoltaik-Anlagen sind zwischenzeitlich wesentlich billiger geworden.

Recherchiere: Welche Umweltprobleme gibt es bei Solarthermie-Kraftwerken?

Der Flächenverbrauch ist sehr hoch. Vögel, die durch die fokussierten Sonnenstrahlen hindurchfliegen, werden dadurch  verbrannt und sterben. Solarthermie-Anlagen benötigen zur Kühlung Wasser, das der lokalen Bevölkerung dann fehlt.

Zusammenfassung

Was jetzt noch bei den Primärenergieträgern zur Stromerzeugung fehlt, sind die Photovoltaik-Anlagen. Nicht aufgeführt sind Geothermie-Anlagen zur Stromgewinnung, weil (im Gegensatz z. B. zu Island) hierzulande die geologischen Voraussetzungen meist nicht erfüllt sind.

Vergleich der Primärenergieträger zur Wärmeerzeugung

Grundlast - Mittellast - Spitzenlast
Diese Begriffe sollten noch einmal geklärt werden. Sehen wir uns noch einmal das Arbeitsblatt vom 19.03.2020 an:

Die rote Kurve gibt die tatsächlich genutzte elektrische Energie in Deutschland an. Am Wochenende 7. März (Samstag) und 8. März (Sonntag) ist der Verbrauch niedriger, aber der Verlauf dieser Kurve innerhalb eines Tages ist immer ähnlich:

Mehr als die Hälfte der benötigten elektrischen Energie ist der Grundlast-Bedarf. Dieser wird durch Anlagen umgesetzt, die rund um die Uhr arbeiten (müssen): Tiefkühlschränke und -truhen in den Haushalten, Industrieanlagen, z. B. in der chemischen oder eisenverarbeitenden Industrie, Straßenbeleuchtung etc.. Der Mittellastbereich wird tagsüber benötigt, z. B. von Handel oder Verwaltungen. Spitzenlasten treten mittags und am frühen Abend auf, Ursache ist mittags hauptsächlich das Kochen, abends auch Raumbeleuchtung und Fernseher, Computer und Ähnliches.

Welche Anforderungen gibt es an die Kraftwerke?
 
Grundlast:

• dauerhaft ständig verfügbar
• hohe elektrische Leistungsabgabe
• geringe laufende Kosten pro kWh
• geringe Umweltbelastung im Dauerbetrieb

eingesetzt:  Laufwasserkraftwerke (Flüsse); Kernkraftwerke, Kohle- und Gaskraftwerke (Verbrennung mit Dampferzeugung)

Mittellast:

• planbare Schwankungen im Betrieb
• regelbar je nach Tageszeit, Wochentag und Jahreszeit (z. B. mehr Heizung, Beleuchtung im Winter)
• guter Wirkungsgrad auch bei teilweiser Auslastung
• niedrige Betriebskosten pro kWh
• geringere Investitionskosten als bei Grundlast-Kraftwerken

eingesetzt: Kohlekraftwerke (einigermaßen regelbar), Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke, Heizkraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung, Windenergie - wenn vorhanden

Spitzenlast:

• schnell verfügbare elektrische Leistung
• schnell regelbare Leistungsmenge
• niedrige Investitionskosten

eingesetzt: Pumpspeicherkraftwerke, Gasturbinen-Kraftwerke, Druckluftspeicher-Kraftwerke, Akkumulatoren (sehr kostenintensiv!)

Spitzenlast-Bedarf z. B. zum Kochen ist planbar. Aber z. B. bei einem plötzlichen Ausfall eines Grundlast-Kraftwerks (Turbinenschaden o. ä.) muss man ebenfalls sehr schnell reagieren können.
Spitzenlast-Stromerzeugung ist teuer. Durch Energie-Handel an Strombörsen kann  man die Kosten reduzieren, wenn z. B. in einer anderen Region gerade mehr Strom produziert als benötigt wird.