Lade Inhalt...

Strom aus regenerativen Energiesystemen

Kosten, Finanzierung und ökologische Bilanz

von Christian Heicke (Autor) Andreas Näther (Autor)

Hausarbeit 2011 31 Seiten

VWL - Umweltökonomie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Begriffliche Definitionen
2.1. Regenerative Energieträger
2.2. Photovoltaikanlagen
2.3. Windkraftanlagen
2.4. Meeresströmungskraftwerke

3. Kostenanalysen
3.1. Investitions-, Betriebs- und Demontagekosten
3.1.1. Photovoltaikanlagen
3.1.2. Windkraftanlagen
3.1.3. Meeresströmungskraftwerk
3.2. Kostenvergleich

4. Amortisation
4.1. Analyse der Amortisationszeiträume
4.1.1. Photovoltaikanlagen
4.1.2. Windkraftanlagen
4.1.3. Meeresströmungskraftwerk
4.2. Vergleich der Amortisationszeiträume

5. Ökologische Bilanz
5.1. Untersuchung des Co²-Ausstoßes bei Herstellung, Rückbau und Recycling
5.1.1. Photovoltaikanlagen
5.1.2. Windkraftanlagen
5.1.3. Meeresströmungskraftwerk

6. Fazit

1. Einleitung

In Anlehnung, beziehungsweise als Erweiterung zum vorhergegangenen Ergebnis aus dem Seminar „wissenschaftliches Arbeiten“, sollen während dieser Arbeit weiterhin 3 regenerative Energiesysteme im Bezug auf Kosten, Amortisation und Auswirkungen auf die Umwelt gegenübergestellt werden. Es wurden in dieser erweiterten Version jedoch tiefgründigere Methoden in der Betrachtung verwendet. Ebenso wurde grafisches Material zur Veranschaulichung eingepflegt. Alle Angaben, die zur jeweiligen Berechnung notwendig sind, etwa Vergütungssätze oder Ähnliches, wurden aktualisiert.

Ziel dieser Facharbeit ist es, unter Einbezug neuer und erweiterter Faktoren herauszustellen, ob eines der drei betrachteten Energiesysteme in der Lage ist, gleichzeitig das kostengünstigste, rentabelste und umweltschonendste zu sein.

2. Begriffliche Definitionen

2.1. Regenerative Energieträger

Regenerative Energieträger, welche auch erneuerbare Energien genannt werden, gibt es im engeren Sinne nicht, da zum Beispiel die Strahlung der Sonne oder auch die Hitze im Inneren der Erde endlich sind. Aus pragmatischen Gründen und gemessen an den menschlichen Zeiträumen, werden diese jedoch als „regenerativ“ und „primär“ bezeichnet, da durch deren Nutzung keine beschränkten Ressourcen aufgebraucht werden und sie sich ständig erneuern. Die Prozesse der Energiebereitstellung durch eben diese primären Energieträger, wie die oben genannte Strahlung auf die Erdoberfläche und aus deren Inneren, Gezeiten der Ozeane, Meeresströmungen und Flussläufe, wie auch die Windströmungen laufen auch ohne menschliches Zutun oder deren Nutzung ab.1 Im Gegensatz hierzu stehen fossile und nukleare Energieträger, die sich in geologischen Prozessen über Millionen von Jahren gebildet haben und deren Nutzung zu einer stetigen Abnahme führt.2 „Die größte Bedeutung kommt der Solarstrahlung, d.h. dem Strahlungsangebot der Sonne zu, auf das sich die meisten Regenerativen Energieträger zurückführen lassen: die mechanische Energie von Wind und Wasser, die in Biomasse gespeicherte chemische Energie und natürlich die Energie der elektromagnetischen Strahlung selbst. Neben der Solarstrahlung stellt die innere Energie der Erde die zweite primäre regenerative Energiequelle dar. Sie wird in Form von Erdwärme genutzt. Mit einer deutlich geringeren technischen Bedeutung sind schließlich noch die Gravitationskräfte von Sonne und Mond zu berücksichtigen, die zur Meeresenergie in Form von Wellen und Gezeiten beitragen.“3 Die Abbildung 1 beschreibt anschaulich, auf welcher Basis und mit welchen Transformatoren, die Erzeugung welcher Art von nutzbarer Energie ermöglicht wird. Abbildung 2 veranschaulicht den aktuellen Strommix der BRD

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Ausgewählte Umwandlungspfade Regenerativer Energieträger

Quelle: Wesselak und Schabbach (2009), S. 53

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Brutto-Stromerzeugung 2010 in Deutschland

Quelle: Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung

2.2. Photovoltaikanlagen

Durch die Nutzung des photoelektrischen Effekts, der sogenannten Photovoltaik, kann die elektromagnetische Strahlungsenergie der Sonne direkt in elektromagnetische Energie - respektive Gleichstrom - umgewandelt werden.4 Hierfür geeignete Energieumwandler zur kommerziellen Nutzung sind Solarzellen, welche mit Silizium bestückt sind und einen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Licht in Strom von über 23 % aufweisen.5 Der Weltrekord hierfür liegt derzeit bei 41,1 %. Diese Dimensionen erreicht man jedoch nur mit photovoltaischen Konzentratorsystemen, dessen Einsatz für Solarkraftwerke in Ländern mit viel direktem Sonnenlicht vorbehalten bleibt.6 Diese Art der Stromgewinnung ist überall einsetzbar, jedoch definiert sich der Grad der Energiegewinnung außer über die eingesetzte Technik ebenso über die tages- und jahreszeitliche sowie über regionale Standortabhängigkeit. Zieht man einen Vergleich zu anderen regenerativen Energiesystemen, so sind die Investitionskosten sehr hoch, die fortlaufenden Erzeugungskosten sind hingegen vernachlässigbar gering. Obwohl die Nutzung der Sonnenenergie in der BRD ein hohes technisches Niveau aufweist, ist es trotz staatlicher Förderung und verglichen mit anderen Regionen der Erde aufgrund geringerer Strahlungsintensität der Sonne kaum wirtschaftlich. Abbildung 3 zeigt hier die Unterschiede zwischen dem europäischen- und dem Strahlungsniveau im afrikanischen Raum. So bestehen Überlegungen im Rahmen eines Projektes in Nordafrika und im Nahen Osten große solarthermische Kraftwerke zu bauen und den dort erzeugten Strom mithilfe von Gleichspannungsleitungen nach Europa zu exportieren.7

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Vergleich der Strahlungsintensität durch die Sonne im europäischen und im afrikanischen Raum

Quelle: eigene Zusammenstellung aus Grafiken bereitgestellt von meteonorm.com

2.3. Windkraftanlagen

Windkraftanlagen bestehen zum wesentlichen Teil aus einem elektrischen Generator, welcher direkt oder über ein Getriebe an eine Windturbine gekoppelt ist und zur Optimierung über eine Windrichtungsnachführung, Bremsvorrichtung und eine Rotorblattverstellung abhängig von der Windgeschwindigkeit geregelt wird. Eine große Windenergieanlage schaltet somit bei 3 bis 5 m/s zu, erreicht ihre Nennleistung bei 12 bis 14 m/s und wird zur Vermeidung von Sturmschäden bei etwa 25 m/s abgeschaltet. Des Weiteren werden diese Anlagen mit einem Wechselrichter, Frequenzwandler und Transformatoren ausgestattet, um eine optimale Anpassung ans örtliche Stromnetz zu gewährleisten. Der tatsächliche Jahresenergieertrag an einem Standort steigt in etwa mit dem Quadrat des dort angegebenen Jahresmittelwertes der Windgeschwindigkeit, hingegen während des Betriebes eine maximale Energieausbeute von vier Fünftel des theoretischen Höchstwertes einer idealen Anlage realisierbar ist.8

Wie schon bei der Photovoltaik ist bei der Erzeugung von Strom aus Wind nicht nur die eingesetzte Technik für die Ausbeute ausschlaggebend, sondern ebenso der physische Standort. Hier wird zwischen onshore (an Land) und offshore (auf See) unterschieden, daneben ist jedoch die geographische Lage ein maßgeblicher Faktor.

Die von den Windkraftwerken genutzten Winde sind nicht die globalen Strömungen als Kreiszirkulation vom Äquator zu den Polen, sondern sie entstehen aufgrund vom Temperaturunterschied zwischen den Ozeanen und Kontinenten bzw. zwischen den Berggebieten und Tälern. Derartige Winde ziehen im Sommer von Richtung Ozean auf den Kontinent und im Winter in umgekehrter Richtung.9

„Windenergie […] ist derjenige erneuerbare Energieträger mit den höchsten Zuwächsen in den letzten Jahren. Sowohl im onshore- als auch im offshore-Bereich gibt es in Deutschland noch große technische Potentiale, wobei die tatsächliche Nutzung stark von der Förderung abhängig sein wird.“10

2.4. Meeresströmungskraftwerke

„Strömungskraftwerke nutzen die im Meer natürlich auftretenden Bewegungen großer Wassermassen, um deren Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln.“11 Das Prinzip und der technische Aufbau beim Nutzen derartiger Strömungen ähneln diesen der Windkrafträder, wobei ein wichtiger Unterschied bei den benutzten Arbeitsmedien von Luft und Wasser bestehen. Ein großer Vorteil ist, dass aufgrund der höheren Dichte von Wasser gegenüber von Luft bei gleichen Rotorabmessungen größere Leistungen erzielt werden. Dies zieht nach sich, dass bei gleicher angestrebter Leistung ein Unterwasserrotor zwar erheblich kleiner dimensioniert werden kann, jedoch aufgrund wesentlich höherer auftretender Kräfte eine stärkere Verankerung und größere mechanische Stabilität erforderlich ist.12 Um eine anschauliche Vorstellung vom hier wirtschaftlich analysierten Pilotprojekt „SeaGen“ zu bekommen, zeigt Abbildung 4 eine grafische Darstellung des Meeresströmungskraftwerkes.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: SeaGen in Strangford Lough

Quelle: Marine Current Turbines Ltd Ursache der nutzbaren Meeresströmungen sind beispielsweise

Temperaturunterschiede beim Zufluss des Golfstroms in den Nordatlantik oder der Zufluss im Mittelmeer bedingt durch starke Verdunstungen. Vor allem können jedoch Wasserbewegungen genutzt werden, welche durch Gezeiten der Meere verursacht werden und ihren Nutzen in küstennahen Strömungskraftwerken finden. Die eigentliche Energiequelle ist hier jedoch nicht die gezeitenbedingte Wasserhöhe sondern die Bewegung des Wassers.13 Aufgrund ausgedehnter Wattenmeere sind die deutschen Küsten für derartige Projekte weniger geeignet, einzig die Südspitze von Sylt käme für ein Meeresströmungskraftwerk in Frage. Bezogen auf Europa wurden hingegen schon über 100 Standorte identifiziert, so zum Bespiel der Euripos Kanal in Griechenland, Fjorde in Norwegen, die Straße von Gibraltar oder an britischen Küsten, welche für derartige Projekte durchaus geeignet sind.14

3. Kostenanalysen

3.1. Investitions-, Betriebs- und Demontagekosten

3.1.1. Photovoltaikanlagen

Während Photovoltaiksysteme zu Beginn ihrer kommerziellen Markteinführung - am Anfang der 90er-Jahre - für den heute gewöhnlichen Anlagenbetreiber mit Anschaffungskosten von über 10.000,00 € pro kWp und Netzeinspeisevergütungen von ca. 0,09 € pro kWh unrentabel waren, so erfreuten sie sich mit der Einführung mehrerer Förderprogramme - wie am Beispiel der BRD dem 1000-Dächer-Programm Anfang der 90er-Jahre, dem 100.000-Dächer-Programm Ende der 90-er-Jahre und zuletzt dem Erneuerbare-Energien-Gesetz - immer größerer Beliebtheit.15

Abbildung 5: Durchschnittlicher Endkundenpreis für fertig installierte

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach Angaben des Bundesverbandes Solarwirtschaft e. V.

Wie die Abbildung 5 zeigt, kosten Photovoltaikanlagen derzeit mit durchschnittlich etwa 2.422,00 € pro kWp nur noch weniger als ein Drittel des bei Markteinführung bezifferten Geldwertes. Dies geht aus der deutlich gestiegenen Stückzahl an produzierten Modulen und Wechselrichtern, sowie der effizienteren Gestaltung der Produktionsabläufe hervor.16

Zur einheitlichen Berechnung wird hier vereinfachend angenommen, dass die derzeitigen durchschnittlichen Kosten pro kWp von 2.422,00 € für Aufdachanlagen bis 100 kWp bei der Hochrechnung zu 1 MWp weder einer Kostenreduktion noch einer Kostensteigerung unterliegen, woraus sich dann Anschaffungskosten von 2.422.000 € ergeben. Die Betriebskosten einer Photovoltaikanlage kann man mit dem ungefähren Wert von 0,02 € pro erzeugter kWh beziffern.17 Wie bereits in der Einführung beschrieben, gibt es weltweit betrachtet erhebliche Unterschiede in der erzeugbaren Menge an kWh pro kWp. So können beispielsweise in der BRD Werte zwischen 900 und 1150 kWh/kWp18 im Jahr erzeugt werden, in der Sahara liegen die Werte mit bis zu 2.500 kWh/kWp19 im Vergleich deutlich höher.

[...]


1 Vgl. Ströbele, Pfaffenberg und Heuterkes (2010), S. 191

2 Vgl. Wesselak und Schabbach (2009), S. 53

3 Wesselak und Schabbach (2009), S. 53

4 Vgl. Unger (2009), S. 61

5 Vgl. fraunhofer.de (2009), Stand 21.09.2009

6 Vgl. fraunhofer.de (2009), Stand 23.10.2009

7 Vgl. Ströbele, Pfaffenberg und Heuterkes (2010), S. 198

8 Vgl. Müller und Giber (2007), S. 39; Jarass, Obermair und Voigt (2009), S. 23

9 Vgl. Müller und Giber (2007), S. 37f

10 Ströbele, Pfaffenberg und Heuterkes (2010), S. 200

11 Lübbert (2005), Stand 23.11.2010

12 Vgl. Synwoldt (2008), S. 57f

13 Lübbert (2005), Stand 23.11.2010

14 Vgl. Synwoldt (2008), S. 58f

15 Vgl. Staiß (2007), S. 129f

16 Vgl. Quaschning (2003), S. 230f

17 Vgl. Wiese (2009), S. 203

18 Vgl. Abb. 2

19 Vgl. Meteotest, Datenbank Meteonorm, Stand: 24.05.2011

Details

Seiten
31
Jahr
2011
ISBN (eBook)
9783656074496
ISBN (Buch)
9783656074304
Dateigröße
943 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v181808
Institution / Hochschule
Fachhochschule Stralsund – Fachbereich Wirtschaft
Note
1,0
Schlagworte
Photovoltaik Solar regenerativ Energie Vergleich Windenergie windpower meeresströmung kraftwerk windkraft erneuerbar erneuerbare ranking rangfolge eeg gesetz grüne energie wirtschaftlichkeit ökologische bilanz finanzierung

Autoren

Zurück

Titel: Strom aus regenerativen Energiesystemen