Die Auswirkungen der Windenergie und Elektromobilität auf die energiepolitischen Ziele Österreichs

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Zielsetzung und Fragestellung der Arbeit
1.2 Aufbau der Arbeit

2. Erneuerbare Energieträger (EET)
2.1 Grundlagen
2.2 Arten
2.2.1 Windenergie
2.2.2 Wasserkraft
2.2.3 Biomasse
2.2.4 Sonnenenergie

3. Grundlagen der Energiepolitik
3.1 Ziele der Energiepolitik
3.2 Bedingungen für den Einsatz energiepolitischer Instrumente
3.2.1 Vorgaben an die europäische Klima- und Energiepolitik
3.2.2 Vorgaben an die österreichische Klima- und Energiepolitik
3.3 Instrumente der Energiepolitik
3.3.1 Monetäre Instrumente
3.3.2 Mengenorientierte Instrumente
3.3.2.1 Ausschreibungsmodell (Bidding oder tender-based Systems)
3.3.2.2 Quotenmodell allgemein
3.3.2.3 Quotenmodell mit Zertifikatehandel
3.3.3 Preisorientierte Förderinstrumente
3.3.3.1 Einspeisevergütungsmodell
3.3.3.2 Prämienmodelle
3.3.4 Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Fördermodellen
3.3.4.1 Quotenmodell mit fixem Buy-out-Preis
3.3.4.2 Quotenmodell mit Mindestpreisen
3.3.4.3 Entstehung eines Zertifikatmarktes
3.3.5 Ökologische Finanzreformen
3.3.5.1 Internalisierung externer Kosten bei fossiler Energie
3.3.5.2 Ökologische Auswirkungen durch die Besteuerung nicht regenerativer Energien
3.3.5.3 Subventionsabbau von fossilen Energien
3.3.6 Förderung fossiler Energien mit verringerten Emissionen
3.3.7 Investitionskostenzuschüsse für Privathaushalte
3.4 Fördereinrichtungen für erneuerbare Energieträger
3.4.1 Fördereinrichtungen in Österreich für Erneuerbare Energieträger
3.4.2 Fördereinrichtungen in Deutschland für Erneuerbare Energieträger

4. Erneuerbare Energien am Beispiel Windenergie
4.1. Nutzung der Windenergie in Österreich
4.1.1 Die Entwicklung der Windkraft in Österreich
4.1.2 Der Ausbau der Windkraft in Österreich
4.1.3 Der Status Quo der Windenergie in Österreich
4.1.3 Der Status Quo der Windenergie außerhalb von Österreich
4.2. Die Ziele der Energiestrategie Österreichs in Bezug auf Nachhaltigkeit in der Energieversorgung durch Windenergie
4.2.1 Die energiestrategischen Vorgaben der EU
4.2.2 Die Umsetzung der Energiestrategie Österreichs in Bezug auf Nachhaltigkeit in der Energieversorgung durch Windenergie
4.2.3 Die Auswirkung auf das Landschaftsbild durch den Ausbau der Windenergie
4.2.4 Die Auswirkung auf Österreichs Wirtschaft durch den Ausbau der Windenergie

5. Die Elektromobilität
5.1 Ausgangslage
5.2 Definition
5.3 Die Ziele der Akteure
5.3.1 Elektromobilität aus der Perspektive der Politik
5.3.2 Elektromobilität aus der Perspektive der Automobilindustrie
5.3.3 Elektromobilität aus der Perspektive der Energiewirtschaft
5.3.4 Elektromobilität aus der Perspektive der Nutzer
5.4 Elektromobile Antriebskonzepte
5.5 Kostenvergleich zweier Antriebskonzepte
5.6 Fördermodelle zur Elektromobilität
5.6.1 Aktuelle Förderungen der E-Mobilität im internationalen Umfeld
5.6.2 Aktuelle Förderungen der E-Mobilität in Österreich
5.7 Aktuelle Mitgestalter der Elektromobilität in Österreich
5.8 Kritische Forderungen an die Elektromobilität

6. Conclusio

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Ausbau der Kraftwerkskapazitäten in der EU 2009

Abbildung 2: Aufbau einer Windenergieanlage

Abbildung 3: Querschnitt durch eine Gondel

Abbildung 4: Windparkanlage im Nordburgenland

Abbildung 5: Jahreszeitlicher Vergleich der Energieproduktion aus Windenergie und Wasserkraft

Abbildung 6: Prinzip und Beispiel eines Laufwasserkraftwerks

Abbildung 7: Prinzip und Beispiel eines Talsperren-Speicherkraftwerks

Abbildung 8: Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerks

Abbildung 9: Funktionsweise aus Kräften von Ebbe und Flut

Abbildung 10: Ebbe-Flut-Zyklus

Abbildung 11: Energie aus der Sonne

Abbildung 12: Aufbau einer Photovoltaikzelle

Abbildung 13: Schematischer Aufbau einer Grätzel-Zelle

Abbildung 14: Ziele der Energiepolitik

Abbildung 15: Emission von Treibhausgasen

Abbildung 16: Entwicklung der globalen CO2 Emissionen

Abbildung 17: Verlauf der österreichischen Treibhausgas-Emissionen im Vergleich zum Kyoto-Ziel, 1990––2009

Abbildung 18: Die Emissionen der 15 größten Treibhausgasemittenten des Jahres 1990

Abbildung 19: Klassifizierung der Fördermodelle

Abbildung 20: Funktionsprinzip mengenorientierter Fördermodelle

Abbildung 21: Funktionsprinzip preisorientierter Fördermodelle

Abbildung 22: Quotenverfehlung durch Vorgabe eines Buy-Out-Preises

Abbildung 23: Ausbau der Windkraftleistung in Österreich von 1994 bis 2011

Abbildung 24: Regionale Verteilung der Windkraft in Österreich

Abbildung 25: EU Member State Market for New Capacity installed during 2010: Total 9.259 MW

Abbildung 26: Windkraft in Europa

Abbildung 27: EU Member State Market: Gesamtsumme der installierten Windkraftleistung in MW

Abbildung 28: Anteil der Energieaufbringung durch Windenergie in der EU

Abbildung 29: Prognoseabschätzungen für die Windkraftnutzung in Österreich

Abbildung 30: Planziele der österreichischen Bundesregierung für den Ausbau der Windkraft

Abbildung 31: Verteilung des Windkraftpotentials in Österreich

Abbildung 32: Weltweiter Fahrzeugbestand

Abbildung 33: Gewichtete Jahreswerte für Kraftstoffpreise (€) in Österreich

Abbildung 34: Anteil der weltweiten PKW Produktion von Automobilherstellern (2008)

Abbildung 35: Änderung des globalen Marktvolumens von 2011 bis 2020 (in Mio. EUR)

Abbildung 36: Ladestation für Elektromobile

Abbildung 37: Nissan LEAF 2010, Auto des Jahres 2011 mit 100% Elektromobilität

Abbildung 38: Energiebilanz von Verbrennungskraftmotoren

Abbildung 39: Energiedichte von Benzin, Diesel und Akkus

Abbildung 40: Die Vielfalt elektromobiler Antriebskonzepte

Abbildung 41: Die Vielfalt elektromobiler Antriebskonzepte

Abbildung 42: Vergleich der Kostenstruktur eines batterieelektrischen Fahrzeugs(BEV) mit einem Fahrzeug mit optimierten Verbrennungsmotor (ICE)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

„ Sorge dich nicht um deine Ernte

sondern um die richtige Bestellung deiner Felder. “^[1]

Im Sinngehalt dieses Zitats kann jeder Mensch aus sich heraus seinen Beitrag an Veränderungen zugunsten verbesserter Klimabedingungen leisten.

1.1 Zielsetzung und Fragestellung der Arbeit

Die Erde hat rd. vier Milliarden Jahre gebraucht, um der Menschheit angenehme Klima- und Umweltbedingungen zum Leben zu bieten. Wenn die Industrialisierung unserer Gesellschaft unvermindert weiter schreitet, werden durch die ansteigende Verschlechterung der Klimabedingungen die Lebensbedingungen der Menschheit dauerhaft zerstört. Eine wesentliche Ursache liegt bei der Energiegewinnung durch Verbrennung von fossilen Energieträgern, wodurch der CO2-Gehalt der Luft ständig ansteigt (Treibhauseffekt).

Der Ausweg aus dieser Situation fordert ein globales Umdenken und einen Paradigmenwechsel sowohl in der europäischen als auch in der österreichischen Klima- und Energiepolitik. In diesem Zusammenhang gilt es eine Reihe von nationalen und internationalen Zielsetzungen zu erreichen. Österreich hat im Rahmen des Kyoto-Protokolls und der darauf aufbauenden „Lastenaufteilung“ innerhalb der EU-15 die rechtlich verbindliche Verpflichtung übernommen, die Emissionen von Treibhausgasen in der Verpflichtungsperiode 2008 bis 2012 um 13% gegenüber dem Niveau von 1990 zu reduzieren.

Positive Schritte in eine nachhaltige Energiezukunft sind die vermehrte Nutzung der Windenergie –als erneuerbarer Energieträger- sowie der Eintritt in die Elektromobilität. Hier werden die Verbrennungskraftmotoren von Fahrzeugen mithilfe neuer Technologien der Energiespeicherung schrittweise durch Elektroantriebe ersetzt.

Die Zielvorgaben der Energiepolitik mit der nachhaltigen Energieaufbringung durch Wind und der Energiebedarf durch Elektromobilität stehen in einer Dreiecksbeziehung.

In der vorliegenden Arbeit soll den Fragen nachgegangen werden, inwieweit aus österreichischer Sicht die vorliegenden Ziele der Energiepolitik (Reduzierung der Emissionen von Treibhausgasen) durch den verstärkten bundesweiten Ausbau von Windkraft erreicht werden können und welchen Faktor die Elektromobilität in Zukunft einnehmen wird, sowohl bei der Reduzierung der Treibhausgase durch Elektroantriebe als auch beim aufzubringenden Energiebedarf .

1.2 Aufbau der Arbeit

Die Grundlagen der erneuerbaren Energieträger werden im Kapital 2 erläutert. In der Folge wird auf die unterschiedlichen Funktionsweisen der Energieumwandlung eingegangen. Auf die Thematik der Windenergie wird besonders ausführlich eingegangen, weil sie von allen Energieformen zur Erzeugung von Strom in Europa am stärksten wächst.

Das Kapitel 3 ist der Energiepolitik und ihrer Verantwortung gewidmet. Im Sinne der Ressourcenschonung werden die Kriterien der Wirtschaftlichkeit, Ökologie und Gesellschaft in Zukunft um die Begriffe Umweltverantwortung und Nachhaltigkeit ausgeweitet. Nach den Zielvorgaben der Rahmenbedingungen werden jene marktwirtschaftlichen Instrumente erklärt, die es Industrieländern bei Nichterfüllung ihrer Ziele ermöglichen, einen Teil ihrer Verpflichtungen durch Aktivitäten in anderen Ländern oder durch den Handel mit Emissionsrechten einzulösen. Im Anschluss daran werden die Fördereinrichtungen für Österreich und Deutschland vorgestellt.

Das Kapitel 4 erläutert die Windenergie als erneuerbarer Energieträger. Die Entwicklung der Windkraft in Österreich wird von der Historie bis in die Gegenwart dargestellt. Zum Status Quo der Windenergie in Österreich wird auch der gegenwärtige Stand in Europa beleuchtet und die Ziele der Energiestrategie Österreichs in Bezug auf Nachhaltigkeit mit den energiestrategischen Vorhaben der EU verglichen.

Im Kapitel 5 werden nach Vorstellung der Ausgangslage die Beweggründe für die Elektromobilität erklärt. Die Thematik der Elektromobilität ist nicht alleine vom Reifeprozess einer neuen Antriebstechnologie abhängig. Der Erfolg wird maßgeblich vom wechselseitigen Zusammenwirken der Akteure (Politik und Autoindustrie - Energiewirtschaft und Nutzer) abhängig sein. Deren Perspektiven werden erklärt. Anschließend werden elektromobile Antriebskonzepte vorgestellt. Um eine Marktdurchdringung zu erreichen, sind Fördermodelle notwendig, die länderweise unterschiedlich sind und in Kurzform zusammengefasst dargestellt werden.

Im Kapitel 6 werden die Ergebnisse aus der Fragestellung dargestellt und abschließend auf die Zukunftsperspektiven dieser Thematik eingegangen.

2. Erneuerbare Energieträger (EET)

Die zunehmende Abhängigkeit von Energieimporten, Ressourcenverknappung sowie Umwelt- und Klimaauswirkungen stellen die Energieversorgung vor neue Herausforderungen. Damit diese Probleme nachhaltig gelöst werden können, ist ein Wandel der Energieversorgungsstrukturen notwendig. Derartige Strukturen waren bisher fast ausschließlich verteilungsorientiert ausgerichtet. Sie brauchen in Zukunft für die Einbeziehung neuer Energiesysteme eine Optimierung durch intelligente Netz- und Managementsysteme. Als Energiequellen werden dazu regional verfügbare, regenerative Energieressourcen zum Einsatz kommen.

2.1 Grundlagen

„Regenerative Energien, auch erneuerbare Energien genannt, sind Energiequellen, die nach den Zeitmaßstäben des Menschen unendlich lange zur Verfügung stehen.“^[2]

Originäre Quellen dazu sind:

Sonnenenergie im engeren Sinn ist die direkte Nutzung der Solareinstrahlung mit thermischen Solaranlagen oder Photovoltaik.

Sonnenenergie im weiteren Sinn ist die indirekte Nutzung durch Windenergie, Wellenenergie oder Gezeitenkraft und thermische Meeresenergie.

Geothermie ist die Nutzung von Wärmeenergie aus dem Erdinneren und Gravitationsenergie ist die Nutzung der Massenanziehung von Planeten in Form von Gezeitenenergie.

Man unterscheidet erneuerbare von nicht regenerierbaren, fossilen Energieträgern (z.B. Kohle, Erdöl, Erdgas), deren Vorräte begrenzt sind. Bei den erneuerbaren Energiequellen (ausgenommen Biomasse) ist die zur Verfügung stehende Energie nicht in einem physisch greifbaren Brennstoff gebunden. Sie wird erst durch Anwendung bestimmter Technologien in nutzbare Energie konvertiert.^[3]

2.2 Arten

Zu den erneuerbaren oder regenerativen Energien gehören jene Energieträger, die direkt (Photovoltaik) oder indirekt (wie z. B. Wind, Wasser, Biomasse) von der Sonne abhängen. Sie sind kohlendioxidneutral, d.h. sie emittieren entweder kein Kohlenstoffdioxid oder nicht mehr, als die Pflanzen selbst im Wachstumsprozess aufgenommen haben.

Von allen Energieformen, die in Europa zur Erzeugung von Strom genutzt werden, wächst die Windkraft am stärksten. Sowohl im Jahr 2008 als auch 2009 lieferte die Windkraft den größten Anteil an neuer Kraftwerksleistung in Europa. Mit 39% lag die Windkraft vor Erdgas (26%) und Photovoltaik (16%).^[4]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Ausbau der Kraftwerkskapazitäten in der EU 2009

Quelle: EWEA und Platts Power Vision (Stand 17.8.2011)

http://windkraftfakten.files.wordpress.com/2010/06/windkraft-die-energie-des-21ten-jahrhunderts-ausgabe-juni-20101.pdf

2.2.1 Windenergie

„Die Bewegungsenergie (kinetische Energie) der Luftströmung ist eine indirekte Form der Sonnenenergie und gehört damit zu den erneuerbaren Energien. Sie wird heute nahezu ausschließlich über Windkraftanlagen (auch Windkonverter genannt) genutzt. Dabei wird ein Rotor durch die Luftströmung in Drehung versetzt, der wiederum mittels Drehachse einen Stromgenerator antreibt.“^[5]

Moderne Windenergieanlagen bestehen in der Regel aus folgenden Hauptkomponenten: Fundament, Turm, Gondel und Rotor. Der Turm einer Windkraftanlage trägt die Gondel und den Rotor. Die Gondel ist das Maschinenhaus einer Windenergieanlage und beinhaltet alle wesentlichen für den Betrieb der Anlage erforderlichen Komponenten: Antriebswelle, Hauptlager, Getriebe, Generator, Windrichtungsnachführung, Steuerungs- und Sicherheitssysteme und je nach Größe der Anlage auch den Transformator. An der Vorderseite der Antriebswelle ist der Rotor montiert, welcher aus der Nabe und drei Rotorblättern besteht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Aufbau einer Windenergieanlage

Quelle: http://www.phoenixcontact.de/branchen/28593.htm (Stand 15.8.2011)

Funktionsweise einer Windenergieanlage ^[6]

Ab einer Windgeschwindigkeit von etwa 2 m/s startet ein Computer die Windrichtungsnachführung und dreht die Anlage in den Wind. Der Wind strömt die Blätter an. Durch das aerodynamische Profil der Blätter entstehen unterschiedliche Strömungsbedingungen. Dabei wird die Energie des Windes auf die Blätter übertragen und der Rotor beginnt sich zu drehen. Der Rotor ist über die Antriebswelle mit einem mehrstufigen Getriebe verbunden. Das Getriebe passt die Drehzahl des Rotors an die Generatordrehzahl an. Wenn der Generator schnell genug läuft, um Strom erzeugen zu können, wird er auf das Netz geschaltet und der erzeugte Strom in ein Energieversorgungsnetz eingespeist. Je nach Anlagentyp erreichen die Anlagen ihre Nennleistung bei Windgeschwindigkeiten zwischen 11 m/s und 15 m/s (bzw. 40 bis 55 km/h).

Bei Windgeschwindigkeiten über 25 m/s, das entspricht Windstärke 10, bzw. 90 km/h, aktiviert eine Computersteuerung das Hydrauliksystem, das eine aerodynamische Bremse auslöst. Lässt der Wind nach, startet die Computersteuerung die Windenergieanlage erneut.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Querschnitt durch eine Gondel

Quelle: http://www.illustrato.de/windrad2.jpg (Stand August 2011)

Moderne Windkraftanlagen nützen das aerodynamische Auftriebsprinzip (wie bei Flugzeugflügeln) aus und können so dem Wind bis zu 60% seiner Energie entziehen. Die Leistung von Windkraftanlagen nimmt physikalisch gesehen mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zu, d.h. bei doppelter Windgeschwindigkeit verachtfacht sich die am Generator erzeugte Leistung. Außerdem nimmt der Wind mit der Höhe gegenüber dem Erdniveau zu. Diese beiden Effekte werden ausgenutzt, um die Leistung von Windkraftanlagen zu steigern.

Bezüglich des Aufstellungsorts unterscheidet man:

„ Onshore “-Windkraftanlagen, damit bezeichnet man die klassische Nutzung der Windenergie an Land. Diese Anlagen haben sich bewährt und arbeiten effizient und zuverlässig. Es wird jedoch immer schwieriger, geeignete Flächen für neue Onshore-Windparks zu finden. Aus diesem Grund werden Anlagen nicht nur an Land sondern auch auf dem Meer errichtet. Diese „ Offshore “-Windkraftanlagen haben den Vorteil, keine Bebauungsfläche zu beanspruchen und stellen zudem abseits der Küste keine Beeinträchtigung des Landschaftsbildes dar. Zudem sorgen die höheren Windstärken auf dem Meer dafür, dass Offshore-Anlagen mehr Strom produzieren können.

Mit der Leistungssteigerung von Windkraftanlagen wächst die Anlagengröße. Beispielsweise erreicht eine 7,5 MW-Windkraftanlage^[7] bei einem Rotordurchmesser von 126m eine Blattspitzenhöhe von knapp 200m. Die Spitzen der Rotorblätter erreichen -wie bei Formel 1-Autos- eine Umfangsgeschwindigkeit bis zu 300 km/h und erzeugen dabei Windgeräusche.

Die „Windmühlen“ der Pionierzeit haben sich zu High-Tech-Anlagen entwickelt. Während schwerfällige Kohlekraftwerke gleichmäßig große Mengen Strom als Grundlast produzieren, lassen sich Gas- oder Blockheizkraftwerke binnen weniger Minuten an- oder abschalten. So lässt sich die schwankende Nachfrage gut bedienen. Doch Windenergie ist anders: Unter Einbeziehung von Satelliten- und Wetterstationen werden die meteorologischen Gegebenheiten (aufziehenden Sturmfronten, Winden und Flauten) permanent rechnerisch überwacht. Diese Daten liefern mit ausgeklügelten Wettervorhersagesystemen die Basis für aktuelle Betriebsbedingungen von Windkraftanlagen aber auch die Daten über die zu erwartenden Energiemengen, die im Land verbraucht oder nach den Gesetzen des Energiehandels weiterverkauft werden müssen.

In Ländern, in denen nur ein geringer Anteil der Energie durch Wind gewonnen wird, lässt sich dieses Problem vernachlässigen. Nicht jedoch für große Produzenten und Nutzer, wie z.B. Dänemark^[8], wo derzeit 24 Prozent der Energie aus Windkraftanlagen produziert wird.

Zur Errichtung von Windkraftanlagen sind baubehördliche Bewilligungsbescheide erforderlich, die wegen der überregionalen Auswirkung nicht mehr von den Gemeinden -als Baubehörde erster Instanz- sondern nur über zuständige Gremien der Landesregierungen erteilt werden können. In diesem Zusammenhang sind besondere Auflagen aus Umweltverträglichkeitsprüfungen einzuhalten, weil u.a. bei Umwandlung von Wind in Energie Strömungsgeräusche erzeugt werden und folglich bestimmte Abstände zu Verbauungsgebieten einzuhalten sind. Bei einem Abstand von mehreren Hundert Metern zu Siedlungen, geht das Strömungsgeräusch von Windrädern im Umgebungsgeräusch unter.

Windkraftanlagen verändern das Landschaftsbild. Die subjektive Wahrnehmung in der Bevölkerung ist unterschiedlich. Manche stehen jeder Veränderung des Landschaftsbildes negativ gegenüber. Andere sehen darin eine positive Ergänzung, die dem Zeitgeist unseres technisierten Zeitalters entspricht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Windparkanlage im Nordburgenland

Quelle : www.austrianwindpower.com (15.8.2011)

Bei Betrachtung der ökologischen Vorteile der Windkraft wird es auch den Kritikern leichter fallen, die Nutzung der Windenergie zu akzeptieren.

Windenergie ist nicht konstant verfügbar. Sie erreicht im jahreszeitlichen Vergleich ihr Maximum während der Wintermonate, in denen der Energiebedarf z.B. für Heizungszwecke ebenfalls zunimmt. In dieser Zeit nimmt die Nutzbarkeit der Wasserkraft ab. Im Jahresverlauf ergänzen Windenergie und Wasserkraft einander optimal.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Jahreszeitlicher Vergleich der Energieproduktion aus Windenergie und Wasserkraft

Quelle: http://www.evn-naturkraft.at/download/Windkraft.pdf (Stand August 2011)

2.2.2 Wasserkraft

Wasserkraft ist eine heimische Energiequelle, die essentiell dazu beiträgt, die Unabhängigkeit der österreichischen Stromversorgung zu sichern. Sie ist eine CO2-freie Energiequelle. Ihr Ausbau ist für den Klimaschutz und die Erreichung der österreichischen Ziele für erneuerbare Energien unerlässlich.^[9] Durch die alpinen und naturräumlichen Gegebenheiten, ist Österreich derzeit in der Lage, fast zwei Drittel der elektrischen Energie umweltschonend durch Wasserkraftanlagen zu erzeugen.

„Wasserkraft (auch: Hydroenergie) ist eine regenerative Energiequelle. Sie bezeichnet – physikalisch ungenau – die Umwandlung potentieller oder kinetischer Energie des Wassers über Turbinen in Rotationsenergie. Früher wurde diese mechanische Energie in Mühlen direkt genutzt, heute wird fast alle so gewonnene Energie mittels Generatoren in Wasserkraftwerken in Strom umgewandelt.“^[10]

Von allen Arten der erneuerbaren Energien ist das Ausnutzen der potentiellen Energie des Wassers im Schwerefeld der Erde die herkömmlichste Variante. Beim Nach-unten-Fließen wird potentielle in kinetische Energie umgewandelt. Durch den sogenannten Wasserkreislauf (Verdunstung, Wind, Regen und andere Niederschlagsformen) gelangt es wieder in Lagen, die eine erneute Nutzung durch den Menschen erlaubt. Die Wasserkraft gehört damit zu den regenerativen Energiequellen.

Zu den meistgebräuchlichsten Arten von Wasserkraftwerken zählen:

- Laufwasserkraftwerke
- Speicherkraftwerke
- Pumpspeicherkraftwerke
- Gezeitenkraftwerke

Wissenschaftler vermuten, dass der Einsatz von Wasserrädern für die Bewässerung von Feldern schon mehr als 3000 Jahre zurückliegt. An Flussläufen folgten durch die Kraft des Wassers betriebene Mühlen, die das Korn mahlten. Heutzutage werden Laufwasser- oder Flusskraftwerke überwiegend zur Stromerzeugung verwendet. Dabei werden durch Wasserkraft Rotoren von Turbinen angetrieben, die jeweils mit Generatoren zur Stromerzeugung mechanisch verkoppelt sind. Laufkraftwerke liefern -je nach Jahreszeit- 24 Stunden am Tag Strom in ein elektrisches Versorgungsnetz. Solche Anlagen decken beispielsweise in Österreich die Grundlast für den elektrischen Energiebedarf durch ihre konstante Verfügbarkeit ab.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Prinzip und Beispiel eines Laufwasserkraftwerks

Quelle: Expo Stadt (17.8.2011)

In Speicherkraftwerken wird Schmelzwasser in Bergmulden gesammelt und über Staumauern gestaut. Man unterscheidet hier zwischen Tages-, Monats-, und Jahresspeicher. Diese Wasserkraftwerke werden generell zur Abdeckung von Spitzenlasten eingesetzt und zu Höchsttarifen vermarktet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Prinzip und Beispiel eines Talsperren-Speicherkraftwerks

Quelle: Werksfoto Tauernkraft / Verbund (17.8.2011)

Bei Pumpspeicherkraftwerken wird die über Turbinen geführte Wassermenge in einem Talspeicher zwischengespeichert und zu Schwachlastzeiten -meist während der Nachtstunden zu Billigenergietarifen- wieder hochgepumpt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerks

Quelle: http://www.diebrennstoffzelle.de/alternativen/wasser/images/pumpspeicher_schema.gif (15.8.2011)

Gezeitenkraftwerke nutzen die ungeheure Kraft der Ozeane und ihrer Strömungen aus, um daraus umweltfreundliche Energie zu gewinnen. Jene Kräfte, die Ebbe und Flut erzeugen, besitzen hohes Potential und stellen eine natürliche Energiequelle dar.^[11] Gezeitenkraftwerke funktionieren nach dem Staudamm-Prinzip und werden an Meeresbuchten errichtet, die einen besonders hohen Tidenhub (Differenz zwischen Hoch- und Niedrigwasserstand) aufweisen. Damit dieser wirksam werden kann, werden Meeresbuchten durch Staumauern vom Meer abgetrennt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Funktionsweise aus Kräften von Ebbe und Flut

Quelle: http://www.duden.de/_media_/full/G/Gezeitenkraftwerk-201020324946.jpg (Stand 15.8.2011)

Zwischen der Staumauer und dem Land bildet sich ein anfangs leeres Staubecken. Die Turbinenleitungen in der Staumauer bleiben vorerst geschlossen. Erst wenn die Flut ihr Maximum erreicht hat, werden die Turbinenleitungen geöffnet. Das einströmende Wasser treibt die Turbinen an und erzeugt Energie. Das einströmende Wasser wird im Buchtbecken aufgestaut. Bei Niveaugleichstand werden die Turbinenleitungen geschlossen und die Ebbe kann einsetzen. Bei meerseitigem Tiefststand werden die Turbinenleitungen erneut geöffnet. Jetzt werden die Turbinen umgekehrt angetrieben und erneut Energie erzeugt. Dies wiederholt sich in Summe viermal innerhalb von 24 Stunden und 52 Minuten. Bedingt durch die Erde-Mond-Rotation verschiebt sich der Ebbe-Flut-Zyklus täglich um fast eine Stunde.

Durch die gezeitenbedingten Pausen sinkt der Nutzungsgrad solcher Anlagen. Zu dem kommt hinzu, dass die vom Salzwasser angegriffenen Turbinen wesentlich wartungsintensiver als es Anlagen im Süßwasserbereich von Flüssen sind.^[12]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: Ebbe-Flut-Zyklus

Quelle: http://www.wattwandern-johann.de/Allgemeine-Seiten/Ebbe-u-Flut.html&docid=-nX_5wH4si-3RM&w=570&h=322&ei=rlBFTtqkEcbCswanxbS9CQ&zoom=1&iact=rc&dur=417&page=3&tbnh=116&tbnw=206&start=56&ndsp=28&ved=1t:429,r:2,s:56&tx=152&ty=87 (Stand 12.8.2011)

2.2.3 Biomasse

„Als Biomasse im eigentlichen Sinne bezeichnet man die Summe aller rezenten^[13] Stoffe organischer Herkunft. Die Biomasse umfasst die in der Natur lebenden und gestorbenen Pflanzen und Tiere ebenso wie deren Rückstände bzw. Nebenprodukte (z.B. tierische Exkremente), jedoch ohne den fossilen Anteil dieser Stoffe.“^[14]

Biomasse ist eine natürliche Speicherform von Sonnenenergie. Hierbei wird die Strahlung der Sonne über biochemische Prozesse in einen neuen Energieträger umgewandelt, der sich nutzen lässt. Bei den Pflanzen entsteht dies durch das Einwirken der Photonenstrahlung auf Chlorophyllmoleküle^[15]. Dafür hat die Natur etwa eine Milliarde Jahre gebraucht, bis sie vor rund 2,7 Milliarden jenen Mechanismus schuf, mit dem Pflanzenzellen Sonnenlicht einfangen und deren Energie in chemischen Molekülen speichern können. Bei diesem Prozess, Photosynthese genannt, wird Sonnenenergie in biochemische Energie (Glucose)^[16] überführt. Das Pflanzenreich stellt somit einen riesigen Sonnenkollektor dar. Auch Tiere nehmen über die Pflanzennahrung Energie auf und wandeln sie in tierische Biomasse.

Biomasse als nachwachsender Rohstoff unterscheidet sich von fossilen Rohstoffen. Weltweit wachsen jährlich rund 80 Mrd. t Biomasse nach, etwa zur Hälfte in Form von Holz. Durch Verbrennung der Biomasse kann man diese in gasförmige oder flüssige Brennstoffe umwandeln. Biomasse lässt sich industriell oder energetisch nutzen. Bei der energetischen Nutzung bleibt der Kohlenstoffdioxid-Kreislauf weitgehend geschlossen, weil nur das beim Wachsen in der Biomasse eingebundene CO2 wieder freigesetzt wird.

„Biomasse deckt über 10% der weltweiten Energienachfrage ab. 2,5 Milliarden Menschen hängen ausschließlich von der Bioenergie ab. Sie ist die vielseitigste aller alternativen Energieformen.“^[17]

Durch diese Nutzungsart können landwirtschaftlich strukturierte Gebiete wirtschaftlich aufgewertet werden. Jedoch ist nicht alles Gold, was glänzt: Solche weltweit energieintensiven Anbaupraktiken verursachen viele Nachteile:

„Der Anbau von Energiepflanzen auf begrenzten Anbauflächen konkurriert mit der Nahrungsmittelproduktion und der Notwendigkeit des Schutzes natürlicher Ökosysteme; wenn für den Anbau von Energiepflanzen Regenwälder abgeholzt werden, kann die Energiegewinnung aus Biomasse in der Summe auch klimaschädlich sein.“^[18]

Solche Anbau- und Herstellungssysteme führen insgesamt zu höheren Emissionen an Treibhausgasen als die Nutzung fossiler Kraftstoffe! In vielen Ländern sind außerdem auch aufgrund der Nutzung von Mais und Weizen für die Herstellung von Treibstoffen bereits die Preise gestiegen. Es ist unverantwortlich, Regenwälder zu roden, um dort Mais und Weizen für die Herstellung von Treibstoffen anzubauen, während die Ärmsten der Armen Hunger leiden

[...]

^[1] Asiatische Weisheit

^[2] Quelle. Umweltdatenbank-Regenerative Energien Lexikon http://www.umweltdatenbank.de/lexikon/regenerative_energie.htm (Stand 12.8.2011)

^[3] vgl. Springmann, J. (20051) Förderung erneuerbarer Energieträger in der Stromerzeugung, Dissertation Technische Universität Clausthal, 2004, Seite 22

^[4] vgl. Moidl, S. Nährer, U. ( 2010) Windkraft. Die Energie des 21. Jahrhunderts ,

Herausgeber IG Windkraft, St. Pölten, Juni 2010, http://www.igwindkraft.at

^[5] Umweltdatenbank Lexikon Windenergie;
Quelle: http://www.umweltdatenbank.de/lexikon/windenergie.htm (Stand 12.8.2011)

^[6] Quelle: Energieroute.de, Aufbau einer Windanlage

http://www.energieroute.de/wind/wind2.php (Stand August 2011)

^[7] Die Austrian Wind Power, eine Tochter der BEWAG, wird mit Jahresende 2011 ihre bisher leistungsstärkste Windkraftanlage mit 7,5 MW in Potzneusiedl im Burgenland/Österreich in Betrieb nehmen.

^[8] Siehe Kapitel 4.1

^[9] vgl. „Energieforschung – Innovationen sichern die Versorgung der Zukunft“,

VEÖ-Forschungsbericht 2009, Seite 32, Pöyry Energy: „Wie viel Potential steckt in der Wasserkraft?“

^[10] Quelle: Wikipedia; Wasserenergie
http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserenergie (Stand August 2011)

^[11] Quelle: Lutherschule.macbay.de; Aufbau und Funktionsweise des Gezeitenkraftwerks http://lutherschule.macbay.de/sefa13/index.php?option=com_content&task=view&id=71 (Stand 12.8.2011)

^[12] Quelle: Web der Energie, Archive - Gezeitenkraftwerke http://webderenergie.de/wp/category/energiegewinnung/regenerative-energie-energiearten-allgemein/wasserkraft/gezeitenkraftwerke/ (Stand August 2011)

^[13] In der Biologie bedeutet rezent ‚ in der heutigen Zeit lebend oder vor kurzem ausgestorben‘. Als rezente Arten bezeichnet man somit all jene, die in der geologischen Gegenwart, dem Holozän (beginnend vor knapp 12.000 Jahren bis zur Jetztzeit) auftreten oder in dieser Zeit ausstarben. Quelle: Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Rezent (Stand 11.8.2011)

^[14] Quelle: Biomasse-Lexikon-Umweltdatenbank http://www.umweltdatenbank.de/lexikon/biomasse.htm (Stand August 2011)

^[15] Das Chlorophyll (von griechisch χλωρός chlōrós „hellgrün, frisch“ und φύλλον phýllon „Blatt“) oder Blattgrün bezeichnet eine Klasse natürlicher Farbstoffe, die von Organismen gebildet werden, die Photosynthese betreiben. Insbesondere Pflanzen erlangen ihre grüne Farbe durch Chlorophyllmoleküle.
Quelle: Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll (Stand 11.8.2011)

^[16] Glucose (von Griechisch „γλυκύς“, süß) ist ein Monosaccharid („Einfachzucker“) und gehört damit zu den Kohlenhydraten. Quelle: Wikipedia; http://de.wikipedia.org/wiki/Glucose (Stand 12.8.2011)

^[17] Ökosystem Erde-Strategien für die Zukunft –Energie aus Biomasse Quelle: http://www.oekosystem-erde.de/html/bioenergie.html (Stand 12.8.2011)

^[18] http://www.oekosystem-erde.de/html/bioenergie.html (Stand 12.8.2011)