Bio-Energie

Ausführliche Informationen zum Thema Erneuerbare Energie in Zahlen findet ihr hier:

 https://www.bmnt.gv.at/umwelt/energiewende/erneuerbare-energie-in-zahlen-2018.html

WASSERKRAFT HEUTE

Einen der größten Beiträge am Gesamtaufkommen erneuerbarer Energie in Österreich leistete im Jahr 2016 mitunter die Wasserkraft mit 36,4 %. Mit Wasserkraftwerken wurden im Jahr 2008 15,8 % der weltweit erzeugten elektrischen Energie gewonnen, in Europa (EU27) waren es 9,7 % In Deutschland leisten Wasserkraftwerke einen Beitrag von 3,4 % zur gesamten Stromerzeugung, in Österreich sind es ca. 56,6 % und in der Schweiz ca. 52,2 %.

Bei der Gesamtstromerzeugung sind die USA Spitzenreiter, dicht gefolgt von Japan und Russland. Bezogen auf die gesamte Welt liegt die Stromerzeugung an sich bei 12.141 Milliarden kWh. Davon werden rund 2.149,7 Milliarden kWh aus Wasserkraft gewonnen. Der Anteil der weltweit aus Wasserkraft gewonnenen elektrischen Energie liegt daher bei rund 17,7 %.

Die Branche unternimmt in Österreich enorme Anstrengungen, um die ökologische Nachhaltigkeit der Wasserkraftnutzung immer weiter zu verbessern.

ÖSTERREICH

Die Nutzung der Wasserkraft hat in Österreich in einem weiten Bereich von Leistungsklassen eine lange Tradition. Sowohl Groß- als auch Kleinwasserkraft ist in großem Umfang etabliert. Die Potentiale der Großwasserkraft sind heute weitgehend ausgebaut. Die zukünftig noch zu erschließenden Potentiale der Wasserkraft liegen daher vor allem im Bereich der Kleinwasserkraft (Anlagen bis 10 MW Nennleistung) und im Bereich der Anlagenrevitalisierung.

Quelle: www.erneuerbare-energie.at/wasserkraft

KLEINWASSERKRAFT

Kleinwasserkraft ist nicht nur eine ökonomische und umweltschonende Energiequelle, sondern hat auch positive Auswirkungen auf den Lebensraum von Mensch und Tier.

Wertschöpfung und Arbeitsplätze

Mit dem Wirtschaftsbetrieb Wasserkraft hängen direkt oder indirekt die Schaffung zahlreicher Arbeitsplätze und regionale Wertschöpfung zusammen. Die notwendigen primären Energieträger können örtlich bezogen werden und müssen nicht aus fernen, teils politisch instabilen Weltregionen importiert werden. Österreich besitzt neben seinem großen Wasserkraftpotential auch eine Vielzahl von kompetenten und erfolgreichen Unternehmen, die direkt oder indirekt in der Wasserkraftbranche tätig sind. Viele dieser Unternehmen trumpfen mit enormem Know-How auf und genießen auch international hohes Ansehen. Diese werden von einem weiteren Ausbau der Kleinwasserkraft sicherlich ebenso profitieren wie die Bauwirtschaft und das Klima. Ohne stabilen bzw. expandierenden Heimmarkt laufen diese aber Gefahr, von ausländischen Unternehmen überholt bzw. ausgebremst zu werden. Der Ausbau der Erneuerbaren Energien insbesondere der Kleinwasserkraft sollte als große Chance für Österreich und den Wirtschaftsstandort begriffen werden

Naturschutz

Die nachhaltige Bewirtschaftung unserer Gewässer liegt auch im Interesse von Kleinwasserkraftbetreiberinnen und -betreibern. Seit Jahrzehnten wird in die Verbesserung der Gewässerökologie investiert. Besonders in die Herstellung der Durchgängigkeit ist der Kleinwasserkraft ein Kraftakt gelungen, der einzigartig ist in Europa. Zahlreich wurde in eine nachhaltige und fischfreundliche Wasserkraftnutzung investiert – Fischaufstiegshilfen errichtet, Restwasserabgaben erhöht und ökologische Begleitmaßnahmen durchgeführt.

Entfernung von Zivilisationsabfall

Rechen, die den Turbinen vorgelagert sind, filtern Zivilisationsabfall aus dem Wasser. Der anfallende Abfall wird von den KraftwerksbetreiberInnen anschließend umweltgerecht entsorgt.

Umwelt- und Klimaschutz

Kleinwasserkraft produziert keine Emissionen und ist somit 100 % klimaneutral. Zur Erreichung von Klimazielen und Schaffung einer emissionsfreien heimischen Energieerzeugung ist der Beitrag von Wasserkraft unerlässlich.

Hochwasserschutz

Flusstäler sind für viele Menschen bevorzugte Wohngebiete, da sie Erholung und Ruhe versprechen. Die Lebensqualität in diesen Gebieten kann jedoch durch häufige Überflutungen beeinträchtigt werden, die sie meist hohe Schäden verursachen. Kraftwerke und Kraftwerksräume können zum Hochwasserschutz beitragen.

Quelle: www.kleinwasserkraft.at

Allgemein

Wasserkraft (auch: Hydroenergie) bezeichnet die Strömungsenergie von fließendem Wasser, welche über geeignete Maschinen in mechanische Energie umgesetzt wird. In früheren Zeiten wurde diese mechanische Energie in Mühlen direkt genutzt, heute überwiegt die weitere Umwandlung zu elektrischer Energie in Wasserkraftwerken.

Die Energie von Bächen und Flüssen wurden vom Mensch schon sehr früh genutzt. Die meisten Hochkulturen des Altertums waren Flusskulturen, die sich der Wasserkraft bedienten. Die ersten wasserbaulichen Anlagen gehen bis ca. 3.000 v. Chr. zurück.

Werner von Siemens legte 1866 den Grundstein für die elektrische Nutzung der Wasserkraft durch die Entdeckung des „dynamo-elektrischen“ Prinzips. Denn erst seine Erfahrung machte es  möglich, die Drehbewegung auch in elektrischen Strom umzuwandeln. Die Bedeutung nahm durch die Erfindung von unterschiedlichen Wasserturbinen weiter zu, insbesondere für die Gewinnung von elektrischem Strom.

Kraftwerkstypen

  • Speicherkraftwerke sind die Kraftwerke im Gebirge, die die Schmelzwässer sammeln und stauen. Es werden also große Wassermengen von einer Staumauer zurückgehalten und gespeichert (=potentielle Energie). Bei Bedarf wird das Wasser über eine Druckrohrleitung zur Turbine gebracht (=kinetische Energie), wo diese Turbine einen Generator antreibt, der Strom erzeugt (=elektrische Energie). Als Turbinen werden Pelton-Turbinen verwendet. Die potentielle Energie des gestauten Wassers wird in kinetische Energie des Wassers, der Turbine und des Generators und dann in elektrische Energie umgewandelt.
  • Laufkraftwerke sind die Kraftwerke an größen Flüssen. Durch ein Wehr wird ein Fluss gestaut und ein Gefälle erzeugt. Das Wasser strömt über dieses Gefälle zu den Turbinen, die einen Generator antreiben und so Strom erzeugen. Bei Laufkraftwerken werden meist Kaplan Turbinen verwendet. Dabei wird die kinetische Energie des Wassers in kinetische Energie der Turbine und des Generators und dann in elektrische Energie umgewandelt.

Wasserkraftwerke werden bevorzugt im Mittel- und Hochgebirge sowie an großen Flüssen errichtet, um durch großen Höhenunterschied bzw. Durchfluss die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.

Die Turbinentypen

  • Kaplan Turbine: Flügelradturbine, deren Laufrad sich ähnlich einer Schiffsschraube im Wasserstrom dreht. Laufradschaufeln und Laufrad sind verstellbar konstruiert, um eine Anpassung an schwankenden Wasserstand und Gefälleänderungen zu gewährleisten.Einsatzbereich: v.a. in Laufwasserkraftwerken, bei Fallhöhen zwischen 10 und 70m
  • Francis Turbine: ähnlich der Kaplan Turbine, allerdings sind nur die Leitschaufeln des Leitapparates verstellbar. Wasser strömt durch einen Ringkanal über die verstellbaren Leitschaufeln in das Laufrad ein. Einsatzbereich: in Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken, bei Fallhöhen zwischen 50 und 800 m.
  • Pelton-Turbine: auf einem Laufrad sitzen maximal 40 becherförmige un 2 Halbschalen gegliederte Schaufelblätter. Wasser spritzt über Düsen auf Schaufelblätter, erfährt dort Ablenkung um fast 180° und gibt so Energie fast vollständig an die Turbine ab. Einsatzbereich: bei großen Fallhöhen (bis 1000m) und geringen Wassermengen. Die Turbine des Hochgebirges.

Wasserkraft und Natur

Der Ausbau der Wasserkraft stellt zweifelsohne einen starken Eingriff in das Landschaftsgefüge und in die Ökologie der Landschaft dar. Der Kraftwerksbau findet jedoch in der Regel bereits gestaltet Landschaft, also Kulturlandschaft und nicht Naturlandschaft, vor. Er verändert die Landschaft, zerstört sie jedoch nicht. Es hat sich bisher oft erwiesen, dass durch den Kraftwerksbau vielfach neue Erholungsgebiete, Touristenzentren, sowie Natur- und Landschaftsschutzgebiete entstanden sind. Bei de Erschließung der Wasserkraft wurde zunehmend auf naturnahe und umweltverträgliche Planungen und Baugestaltung Wert gelegt. Bei allen zweifellos anerkannten Vorteilen der Wasserkraft als saubere, erneuerbare und gut regelbare Energieform weist sie auch den Nachteil der Schwankungen bei der Erzeugung auf. Vor allem Laufkraftwerke unterliegen starken jahreszeitlichen und wetterbedingten Schwankungen in der Wasserführung. In den Wintermonaten reicht die Wasserkrafterzeugung in der Regel nicht aus, den Stromverbrauch zu decken, sodass zusätzliche Wärmekraftwerke benötigt werden, wobei die jeweilige Wasserkrafterzeugung sowie die vertraglich gesichertem Stromimporte das Ausmaß der kalorischen Stromerzeugung bestimmen.

Die Stromerzeugung aus Wasserkraft ist mit Abstnad eine der umweltfreundlichsten Energieumwandlungen. Sie kommt ohne schädliche Nebenerscheinungen wie Luftverschmutzung oder Abwärme aus. Da es sich um regenerative Energieerzeugung handelt, werden auch keine Rohstoffe aufgebraucht.
Aber ohne Probleme geht es auch hier nicht. Zweifellos stellt ein Wasserkraftwerk – egal ob Speicher- oder Laufkraftwerk – einen erheblichen Eingriff in die Natur dar, sowohl durch die riesigen Bauwerke als auch durch die Veränderung der Wasserläufe.

Die Donau ist von der deutschen Grenze bis Wien mit Laufkraftwerken besetzt. Durch die dadurch entstehenden Staustufen wird der Flußlauf und die Fließgeschwindigkeit des Wassers verändert, was das ökologische Gleichgewicht beeinflußt und verändert. Außerdem frißt sich der Fluß immer tiefer in sein eigenes Bett, was zur Folge hat, dass Auwälder nicht mehr überflutet werden. Der Nationalpark Donauauen wäre sicher nicht entstanden, wenn das Kraftwerk Hainburg gebaut worden wäre.

Bei Speicherkraftwerken ist es ähnlich. Ein überflutetes Tal kann nicht wieder hergestellt werden, wertvolle Natur wird zerstört.
Der Standort von Wasserkraftwerken sollte daher immer so gewählt werden, dass nicht unberührte Natur zerstört wird.

Die Energiegewinnung aus Wasserkraft bedingt zwar einen Eingriff in die Natur, da Wasser aufgestaut oder umgeleitet und der natürliche Fluss des Wassers gestört und damit auch die Fischwanderung erschwert wird, dafür wird jedoch mit Wasserkraft CO2-freier Strom produziert.

Die Bedingungen für die Fischwanderung werden heute jedoch schon berücksichtigt und so werden künstliche Wasserläufe zur Umgehung der Staustufen oder Fischtreppen erstellt.lei

DEFINITION UND TECHNIK

Biomasse ist allgemein die gesamte erzeugte organische Substanz, welche durch Pflanzen, Tiere und Menschen anfällt. Biomasse für energetische Zwecke kommt aus der Landwirtschaft, Forstwirtschaft und von Reststoffen (Abfälle). Biomasse kann in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vorkommen und wird zur Energie- (Wärme, Kälte, Strom) und Treibstoffgewinnung (Biodiesel, Pflanzenöle) genutzt.

GESCHICHTE

Biomasse in Form von Holz gilt als die älteste Energieform der Welt. Von der Erfindung des Feuers an war die Biomasse die einzige Wärmequelle bis zur Entdeckung fossiler Energieträger. Im 16. Jahrhundert entstand der Gedanke der „Nachhaltigen Waldbewirtschaftung“ in der mitteleuropäischen Forstwirtschaft. Die chemische Nutzung der Holzverkohlung (Pyrolyse) und die Holzvergasung sind Techniken, die Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt wurden.

BIO-MASSE HEUTE

Grundsätzlich kann zwischen fester (Holz etc.), flüssiger (Biotreibstoffe) und gasförmiger (Biogas) Biomasse unterschieden werden. Die bei der Verbrennung von Biomasse entstehende Wärme kann darüber hinaus verwendet werden, um Dampf zu erzeugen, der eine Turbine zur Stromerzeugung antreibt. Neben dieser Technik gibt es auch verschiedene andere Verfahren der Elektrizitätserzeugung aus Biomasse (ORC-Prozess, Stirlingmotor, Holzvergasung). Über eine Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) kann bei all diesen Prozessen Wärme und Strom genutzt werden.

Im Gegensatz zu den fossilen und endlichen Energieträgern Kohle, Erdöl und Erdgas wird Biomasse zu den erneuerbaren bzw. regenerativen Energien gezählt. Diese solaren Energieformen nutzen die Sonnenenergie in direkter (z. B. solare Warmwasserbereitung, Photovoltaik) oder indirekter (z. B. Biomasse, Windenergie, Wasserkraft) Form.  

ÖSTERREICH

Rund 17 % des österreichischen Bruttoinlandsenergieverbrauchs werden derzeit durch Biomasse abgedeckt, wobei die Wärmenutzung eindeutig dominiert. In Österreich wird Biomasse vorwiegend in der Form von Holz genutzt. Etwa 45 % des inländischen Energieverbrauchs von erneuerbaren Energieträgern basieren auf Holzrohstoffen.

Quelle: https://www.erneuerbare-energie.at/biomasse

DEFINITION UND TECHNIK

Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als elektromagnetische Strahlung zur Erde gelangt. Solarenergie kann direkt durch die Sonneneinstrahlung auf Kollektoren zur Erzeugung von Strom (Photovoltaik) und Wärme (Solarthermie) genutzt werden. Solarenergie ist aber auch für alle anderen erneuerbaren Energien notwendig: Wind entsteht durch sonnenerwärmte und kalte Luft (Windkraft), Biomasse wächst nur mit Hilfe der Sonne (Biomasse / Biogas) und Regen fällt nur, wenn auch Wasser an anderer Stelle durch Sonneneinstrahlung verdampft (Wasserkraft).   

GESCHICHTE

Die Wertschätzung der Solarenergie reicht weit zurück: In nahezu allen Kulturen, von den Ägyptern bis in die Neuzeit, findet sich ein mehr oder weniger ausgeprägter Sonnenkult. Erste Ansätze passiver Nutzung sind bereits in der Architektur der alten Ägypter, in Mesopotamien und den frühen südamerikanischen Hochkulturen zu entdecken. Die aktive Nutzung der Sonnenenergie ist jedoch eine Errungenschaft der Neuzeit. 

Der französische Naturforscher George Buffon baute im Jahr 1774 Apparate, bei denen die Sonnenstrahlen mit Hilfe von Spiegeln auf einen Punkt konzentriert wurden. Der erste Kollektor, der Wasser mit Hilfe der Sonne erwärmte, wurde 1891 vom kalifornischen Unternehmer Clarence M. Kemp zum Patent angemeldet. Henry Becquerel, ein französischer Physiker, entdeckte 1839 den Photoeffekt und schuf so die Voraussetzungen für die Solarzellen von heute.

Mit Beginn des 20. Jahrhunderts werden erste Solarprojekte Realität: 1904 entstand in St. Louis die erste Solarfarmanlage, 1932 entstanden in Chicago sogar ganze Solarhäuser. Das Prinzip der Solarzelle wurde 1954 in den USA entwickelt und schon 1958 auf amerikanischen und sowjetischen Weltraumsatelliten eingesetzt. 

SOLARENERGIE HEUTE

Solarenergie wird heutzutage in verschiedenen Bereichen der Energiegewinnung genutzt, die wichtigsten Anwendungen sind Photovoltaik und Solarthermie. Alleine im Jahr 2010 wurden weltweit Photovoltaik-Anlagen mit einer Leistung von insgesamt 16,6 GW (Strom) installiert, Solarthermie-Anlagen mit einer Leistung von 36,5 GW (Wärme, Jahr 2009). Die meisten Solarthermieanlagen findet man in China, Österreich liegt weltweit auf Platz 8 vor Indien und den USA. Weltmarktführer der Photovoltaik-Produzenten ist seit einigen Jahren China, gefolgt von Japan und Deutschland. Bei Solarthermie liegt ebenfalls China vorne, gefolgt vom größten Flachkollektorhhersteller weltweit in Österreich.  

ÖSTERREICH

In Österreich liegt die jährliche mittlere Sonneneinstrahlung bei rund 1.000 kWh/m2. Dies ist mehr als die Hälfte der Intensität, die auf die Sahara trifft und entspricht einem Energiegehalt von jährlich rund 100 l Öl auf jeden Quadratmeter der Landesfläche gerechnet. Schon beim heutigen Stand der Technik wäre das genug, um Solarenergie zur tragenden Säule der österreichischen Energieversorgung auszubauen.    

Quelle: www.erneuerbare-energie.at/solarenergie

Weitere Informationen dazu: Bundesverband PHOTOVOLTAIC AUSTRIA

 

DEFINITION UND TECHNIK

Die Bewegungsenergie (kinetische Energie) der Luftströmung ist eine indirekte Form der Sonnenenergie und kann in Windkraftanlagen (auch Windkonverter genannt) zur Stromerzeugung und zum Antrieb von Maschinen genutzt werden. Dabei wird ein Rotor durch die Luftströmung in Drehung versetzt, der wiederum mittels Drehachse einen Stromgenerator antreibt.    

GESCHICHTE

Erste Anfänge der Windkraftnutzung gehen auf einfache Windmühlen im arabischen Raum zurück. Über die Jahrhunderte etablierte sich die Windenergie auf breiter Ebene, da sie zum Mahlen herangezogen wurde.

Die moderne Windkraftnutzung für die Stromerzeugung beginnt knapp vor 1900 in Dänemark. Durch die windkraftbetriebenen E-Werke fand in Dänemark als einzigem Land der Erde die Elektrifizierung in ländlichen Gebieten gleichzeitig mit der in den Städten statt. Der eigentliche Startschuss der Windenergie erfolgte jedoch erst nach der ersten Energiekrise 1973/74. Der Durchbruch für die Windkrafttechnologie wurde 1985 durch Steuerabschreibungs-Regelungen in Kalifornien eingeleitet.

Das dritte Land, das aus der Geschichte der neuen Windkraft nicht wegzudenken ist: Deutschland. Dort trat 1991 das sogenannte Stromeinspeisungsgesetz in Kraft, das Windenergieanlagenbetreibern einen wirtschaftlichen Einspeisetarif sicherte.

WINDENERGIE HEUTE

Treibende Kräfte des heutigen Windkraft-Booms sind – neben der EU selbst – vor allem zwei Länder: China und die USA. 2015 hat China Windkraftanlagen mit der gewaltigen Leistung von 19.500 MW neu gebaut. Um einen Vergleich zu haben: Damit hat China in nur einem Jahr so viel Windstrom-Kapazität neu geschaffen, wie Italien, Portugal, Belgien und Österreich zusammen in ihrer gesamten Windgeschichte bisher in Summe installiert haben. Vom Anbeginn leistet Europa Pionierarbeit für die Nutzung der Windkraft: Fast die Hälfte der weltweiten Windkraftleistung ist heute in Europa zu Hause.

ÖSTERREICH

Auch in Österreich weckte die Energiekrise das Interesse an erneuerbaren Energien im Allgemeinen und an der Windenergie. Lange Zeit wurde angenommen, dass das österreichische Windpotenzial für eine Nutzung durch Windkraftanlagen unzureichend sei. Erst eigene Messungen von Windenergieliebhabern Ende der 80er-Jahre zeigten gute Windverhältnisse.

1994 kam es zu einer ersten Förderregelung für Windkraft, in deren Folge im Marchfeld die erste größere Windkraftanlage Österreichs mit einer Leistung von 150 kW errichtet wurde. Viele Standorte in Ost-Österreich, speziell im Burgenland, können selbst mit Gebieten 15 km hinter dänischen und deutschen Küsten konkurrieren. Die österreichische Bundesregierung hat sich das Ziel „100% erneuerbare Stromversorgung bis 2030“ gesetzt. Die Windkraft wird dabei eine wesentliche Rolle spielen. Bis zum Jahr 2022 könnte die Windkraft bereits 19 % des Strombedarfs decken. Wenn bis zum Jahr 2030 rund 120 Windkraftanlagen pro Jahr errichtet werden, kann der Windstrom 26 % des österreichischen Strombedarfs decken.

Quelle: www.erneuerbare-energie.at/windenergie

Weitere Informationen dazu: Interessengemeinschaft Windkraft Österreich-IGW

Entstehung der Windenergie

Die ungleichmäßige Einstrahlung der Sonnenenergie auf die Erdoberfläche bewirkt eine unterschiedliche Erwärmung der Atmosphäre, der Wasser- und der Landmassen. Dann ist eine Seite der Erde, die Nachtseite, der Sonne abgewandt, zudem ist die solare Einstrahlung in Äquatornähe größer als an den Polen. Schon durch die hierbei entstehenden Temperatur- und damit auch Druckunterschiede geraten die Luftmassen zwischen der Zone um den Äquator und den Polen als auch zwischen der Tag- und der Nachtseite der Erde in Bewegung. Die Rotation der Erde trägt ebenfalls zur Verwirbelung der Luftmassen bei, und die Schiefstellung der Rotationsachse der Erde zur Ebene, die die Erdbahn durch das Umkreisen der Sonne bildet, (ekliptikale Ebene) führt zu jahreszeitlichen Luftströmungen.

Es entwickeln sich Hoch- und Tiefdruckgebiete. Da die Erde sich dreht, sind die vom Hoch- in ein Tiefdruckgebiet fließenden Luftmassen dem Einfluss der aus der Rotation resultierenden Corioliskraft ausgesetzt; sie strömen deshalb nicht geradlinig zum Ziel. Vielmehr bilden sich auf der Nord- und Südhalbkugel Wirbel mit jeweils anderer Drehrichtung. Auf der Nordhalbkugel strömen die Luftmassen (aus dem Weltall gesehen) gegen den Uhrzeigersinn in ein Tiefdruckgebiet hinein und mit dem Uhrzeigersinn aus einem Hochdruckgebiet heraus. Auf der Südhalbkugel sind die Orientierungen umgekehrt.

Zu diesen globalen Störungen kommen lokale Einflüsse hinzu, die Winde entstehen lassen. Aufgrund der verschiedenen Wärmekapazitäten von Wasser und Land erwärmt sich das Land tagsüber schneller als das Wasser, und es weht tagsüber durch die entstehenden Druckunterschiede ein Wind vom Wasser auf das Land. Nachts kühlen die Landmassen schneller ab als das Wasser, und der Effekt kehrt sich um. Zusätzlich kann sich der Wind über dem Wasser ungebremst entwickeln, so dass es besonders in Küstengebieten zu regelmäßigen und starken Winden kommt. Auch durch Bergformationen und andere lokale Ausprägungen (z.B. Städte), kann es zu Windströmungen kommen, die häufig durch Verengungen an Hindernissen (Düsen- oder Kapeffekte) verstärkt werden.

Die Stärke des Windes hängt in den unteren Luftschichten ganz wesentlich von den dort vorhandenen Landschaftselementen ab. Wasser, Wiese, Wald oder Bebauung werden als verschiedene Rauigkeiten abgebildet, die die Reibung der Luft an der Erdoberfläche beschreibt. Dieser Effekt führt zu einer Verringerung der Windgeschwindigkeit, dies in Abhängigkeit von der Höhe über dem Boden.

Winde und Windsysteme

Weltweit gibt es viele verschiedene Winde und Windsysteme, wie zum Beispiel den Passat, Monsun, Föhn, den Mistral, die Bora oder den Scirocco.

Bei einer Betrachtung der vertikalen Unterteilung der Atmosphäre ist alleine deren untere Schicht, die Troposphäre, für eine Nutzung der Windenergie von Interesse. Von besonderer Wichtigkeit ist die Höhe, in welcher der Übergang von der Prandtl-Schicht (bis 20-60 m) zur Ekman-Schicht verläuft. Diese zwei Schichten unterscheiden sich darin, wie sich die Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit verändert. In der Ekmanschicht ist der Einfluss der Rauigkeit praktisch nicht mehr vorhanden, und so ist die Windgeschwindigkeit dort gleichmäßiger und weniger durch Turbulenzen geprägt.

Nutzung der Windenergie

Die Windenergie wird seit Jahrhunderten vom Menschen für seine Zwecke genutzt. Es kam zum einen zur Nutzung des Windes zur Fortbewegung mit Segelschiffen oder Ballons. Zum anderen wurde die Windenergie zur Verrichtung mechanischer Arbeit mit Hilfe von Windmühlen und Wasserpumpen genutzt.

Nach der Entdeckung der Elektrizität und der Erfindung des Generators lag auch der Gedanke der Nutzung der Windenergie zur Stromerzeugung nahe. Anfänglich wurden die Konzepte der Windmühlen nur abgewandelt und statt der Umsetzung der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie wurde über einen Generator elektrische Energie erzeugt. Mit der Weiterentwicklung der Strömungsmechanik wurden auch die Aufbauten und Flügelformen spezialisierter, und man spricht heute von Windenergieanlagen (WEA). Seit den Ölkrisen in den 1970er Jahren wird weltweit verstärkt nach Alternativen zur Energieerzeugung geforscht und damit wurde auch die Entwicklung moderner Windenergieanlagen vorangetrieben. Der Ausdruck Windmühle ist für stromerzeugende Anlagen nicht korrekt, da sie kein Mahlwerk besitzen.

Weitere Anwendungen:

  • Antrieb von Segelschiffen durch den Wind gehört neben Zugtieren zu den ältesten Antriebssystemen von Verkehrsmitteln für Menschen. Im Jahre 2007 soll das erste Containerschiff mit einem Lenkdrachen der Firma Skysails ausgerüstet werden. Das Windsurfen, Kitesailing und Strandsegeln beruhen auf dem gleichen Prinzip.
  • Ballons
  • Drachen, inklusive verschiedener Sportarten wie Kitesailing, Kite-Surfen, Kitebuggyfahren etc.
  • Segelflugzeuge nutzen die Thermik, die nur indirekt mit den Windströmungen zusammenhängt.

Stromerzeugung

Windenergieanlagen können in allen Klimazonen, auf See (Offshore-Windanlagen) und in allen Landformen (Küste, Binnenland, Gebirge) zur Gewinnung elektrischen Stroms eingesetzt werden. Aufgrund der Unstetigkeit des Windes kann die mit Windenergieanlagen gewonnene elektrische Energie nur im Verbund mit anderen Energiequellen oder Speichern für eine kontinuierliche Energiebereitstellung genutzt werden. (Siehe auch Regelenergie) Durch Prognose der Einspeisung und Austausch in und zwischen den deutschen Übertragungsnetzen (Regelzonen) kann die schwankende Stromerzeugung im Zusammenspiel mit anderen Kraftwerken wie die normalen Verbrauchsschwankungen ausgeglichen werden. Die Verknüpfung der Regelzonen und die Gesamtreserve dauerverfügbarer Energiequellen definieren daher zukünftig den Gesamtanteil der Windenergie an der Stromerzeugung. Für Deutschland geht man derzeit von 20 bis 25% maximalem Anteil aus. Eine andere Möglichkeit, die Schwankungen auszugleichen, besteht in der Nutzung von Pumpspeicherkraftwerken, Druckluftspeicherkraftwerken, Wasserstoffelektrolyse- und Verbrennung und Schwungradspeichern (siehe norwegisches Modellprojekt auf der Insel Utsira). Die Kombination dieser Techniken mit dem sogenannten Demand Side Management, also der zeitweiligen Abschaltung oder dem verzögerten Betrieb nicht zwingend notwendiger Verbraucher, ist ebenfalls eine Möglichkeit, die Schwankungen bei der Windenergieerzeugung auszugleichen.

Andererseits weht der Wind aufgrund der Sonneneinstrahlung tagsüber meist stärker als nachts und passt sich somit auf natürliche Weise dem am Tag höheren Energiebedarf an. In ähnlicher Weise ist oft die Erzeugung im Winter größer als im Sommer, was ebenfalls günstig ist.

Die Höhe der vorzuhaltenden Reserveleistung (Regelenergie) hängt auch erheblich von der Vorhersagegenauigkeit des Windes, der Regelungsfähigkeit des Netzes sowie dem zeitlichen Verlauf des Stromverbrauchs ab. Eine deutliche Verminderung des Bedarfs an Regelenergie entsteht durch Kombination von Windenergieanlagen an verschiedenen Standorten, da sich die Schwankungen der dortigen Windgeschwindigkeiten teilweise gegenseitig ausmitteln. (Weitere Informationen im Artikel Windenergieanlage.)

Ältere drehzahlstarre Windenergieanlagen mit Asynchrongeneratoren haben z. T. Eigenschaften, die bei einem starken Ausbau Probleme im Netzbetrieb bereiten können; dies betrifft vor allem den sog. Blindstrom. Dem kann durch Blindstromkompensation abgeholfen werden; moderne drehzahlvariable Anlagen mit elektronischem Stromumrichter können den Blindstromanteil ohnehin nach den Anforderungen des Netzes beliebig einstellen und auch Spannungsschwankungen entgegenwirken, so dass sie sogar zur Netzstabilisierung beitragen können.

Umweltschützer argumentieren, Windenergie sei, wenn alle externen Kosten der Energieerzeugung (auch die Umweltschäden durch z. B. Schadstoffausstoß) einbezogen werden, neben der Wasserkraft eine der billigsten Energiequellen. Da die Messung externer Kosten und Nutzen jedoch nicht eindeutig möglich ist, kommen andere Studien zu anderen Ergebnissen. Moderne Windenergieanlagen besitzen eine kurze energetische Amortisationszeit von nur wenigen Monaten.

Als lukrativ gelten Winde mit einer mittleren Geschwindigkeit von wenigstens 6,9 m/s in einer Höhe von 80 Metern über dem Erdboden. Sie werden als Winde der Klasse drei bezeichnet und sind an der Nordsee, der Südspitze Südamerikas, der australischen Insel Tasmanien und an den Großen Seen im Norden der USA üblich.

Geothermie umfasst die im Boden gespeicherte und aus dem Erdinneren natürlich nachfließende Wärme in wenigen Metern bis einigen Kilometern Tiefe. Diese Wärme lässt sich für die Beheizung von Gebäuden, für industrielle Wärmeprozesse oder zur Gewinnung von elektrischem Strom nutzen. Darüber hinaus lässt sich der Untergrund der Erde auch für die temporäre Speicherung von Überschusswärme sowie für die Kühlung (Geo-Cooling) nutzen.

Die in Österreich bekannteste Nutzung natürlicher Thermalwässer stellen Thermen und Heilbäder da. Aber auch die energetische Nutzung der Geothermie findet in Österreich seit über 40 Jahren statt – Österreich war Pionier in der Errichtung geothermaler Nahwärmenetze und im Betrieb von geothermischen Wärmepumpen. Dennoch lag 2018 der Anteil der Geothermie in der Erzeugung erneuerbarer Wärme in Österreich bei nur 2 %. Für das Thema Wärmewende und die tragende Rolle der Geothermie dafür fehlte bislang die öffentliche Diskussion. Wenn es zu erneuerbarer Energie kommt, ist sehr oft nur von elektrischer Energie die Rede, obwohl der thermische Energiebedarf (Wärmebedarf) einer durchschnittlichen Haushalts 6 mal höher als der Strombedarf ist. Aus diesem Grund nahm im Frühjahr 2019 der Verein Geothermie Österreich (GTÖ) seine Arbeit auf, um ein zentrales Sprachrohr sowie eine kompetente Ansprechstelle für die Nutzung der Geothermie aufzubauen.

Quelle: www.geothermie-oesterreich.at

Derzeit ist Biogas hauptsächlich noch Treibstoff für Stromaggregate, die daraus Ökostrom und Wärme erzeugen. In Zukunft wird die Aufbereitung und das Einspeisen von Biogas ins Erdgasnetz sowie der Verkauf von Biogas an der Tankstelle angestrebt. Dies bedeutet eine Diversifizierung des Multitalents Biogas, d.h. je nach Gegebenheit direkte KWK oder Kraftstoffanwendung vor Ort oder die Aufbereitung zu wertvollem Biomethan und die Einspeisung dessen ins Erdgasnetz wodurch Biogas dort zum Einsatz kommen kann wo es gebraucht wird und wieder als Energieträger für Strom, Wärme und Treibstoff bereit steht.

Bisher war die Nutzung der Wärme vor Ort bei der Biogasanlage oftmals schwierig, was aber für Effizienz und Nachhaltigkeit unabdingbar ist. Durch die Nutzung der bestehenden Infrastruktur des österreichischen Gasnetzes und der Anwendung bereits erprobter Marktmechanismen im Gassegment bleibt das eingespeiste Biomethan ein sehr wertvoller Energieträger und ist ortsunabhängig einsetzbar. Damit wird Biogas virtuell nutzbar. Die Bezeichnung „Virtuelles Biogas“ rührt daher, dass das aufbereitete Biogas an Verbraucher abgegeben werden kann, die vom Einspeisepunkt weit entfernt sind. Dadurch kann die Nutzung von Biogas ganz neue Wege gehen und dort genutzt werden wo eine noch effizientere Anwendung gewährleistet ist.

Die Vorteile von Biomethan oder virtuellem Biogas liegen jedoch nicht nur in der ortsunabhängigen Nutzung, sondern auch in der Fähigkeit der Speicherung. Biogas ist neben der Speicherwasserkraft der einzige effizient speicherbare erneuerbare Energieträger. Damit wird der Einsatz sogar zeitunabhängig und Biomethan kann wertvolle Ausgleichsenergie liefern und Lücken anderer erneuerbarer Energien wie Wind und Photovoltaik schließen.

Bereits seit 2008, mit der Novellierung des Ökostromgesetztes, besteht die Möglichkeit für Biogasanlagenbetreiber zusätzlich 2 Cent pro eingespeister Kilowattstunde für aufbereitetes Biogas zu Erdgasqualität zu lukrieren. Die Qualitätsanforderungen, welche das dann so genannte Biomethan für die Einspeisung in das österreichische Erdgasnetz erreichen muss, sind bereits in den Qualitätsrichtlinien ÖVGW G31 und G B220 (ehemals G33) geregelt. Auch in der vom Umweltministerium und Wirtschaftsministerium erstellten Energiestrategie ist diese innovative Möglichkeit der Nutzung von Biogas verankert und soll sich in einer zukunftsfähigen Biomethanstrategie widerspiegeln.

Damit ist Biogas bzw. Biomethan bei der Dezentralisierung der Energieversorgung ein wichtiges Element und regional sowie nachhaltig einsetzbar. Eine Abdeckung von 5 % des derzeitigen Erdgasverbrauchs ist anzustreben und bedeutet einen weiteren Ausbau um 450 bis 600 Mio. Nm³ grünes Biomethan, wodurch Österreichs Energieversorgung ein Stück unabhängiger wird.

Quelle: Kompost & Biogas Verband Österreich

ALLGEMEIN

Biogas ist ein aus biologisch abbaubarer Masse hergestelltes Gas und besteht aus den  Hauptkomponenten Methan und Kohlenstoffdioxid. Der wertgebende Anteil, der energetisch genutzt wird, ist das Methan. Daneben enthält es je nach Ausgangsbedingungen geringe Mengen an Wasserdampf, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Wasserstoff, N2 (Luftstickstoff, bei biologischer Entschwefelung) und Spuren von niederen Fettsäuren und Alkoholen. 

Bei der Biogas-Verbrennung wird nur CO2 freigesetzt, welches zuvor von der Pflanze bei ihrem Wachstum der Luft entzogen wurde. Sofern für die Rohstoffe keine langen Transportwege notwendig sind, ist Biogas also CO2-neutral. Darüber hinaus verursachen Biogas und Erdgas kaum Feinstaub, die Partikel-Emissionen sinken um rund 80 Prozent.

Biogas entsteht bei der anaeroben (sauerstofffreien) Vergärung von organischem Material. Als Ausgangsstoffe für die technische Produktion von Biogas eignen sich:

  • vergärbare, biomassehaltige Reststoffe wie Klärschlamm, Bioabfall oder Speisereste,
  • Wirtschaftsdünger (Gülle, Mist),
  • gezielt angebaute Energiepflanzen (Nachwachsende Rohstoffe).

Dabei stellt die Landwirtschaft mit den beiden letztgenannten Möglichkeiten das größte Potenzial für die Produktion von Biogas. Das vergorene organische Material, das dabei als Nebenprodukt anfällt, stellt einen hochwertigen Dünger für die Landwirtschaft dar. Je nach Herkunft wird nach   

  • Klärgas (aus Kläranlagen), (das Gas wird bei großen Kläranlagen nach Reinigung in Gasmotoren zur Stromerzeugung verwendet, mit dem zum Beispiel die Gebläse für die Belebtschlammbecken angetrieben werden),
  • Deponiegas (aus Deponien) und
  • Biogas (aus Pflanzen hergestellt in Biogasanlagen)

unterschieden.

Im Falle der unkontrollierten Entstehung durch natürliche Prozesse und der ungenutzten Entweichung in die Atmosphäre – aus Gewässern, Mist, Reisfeldern und tierischen Quellen wie dem Pansen von Wiederkäuern – nennt man das Gas im allgemeinen Faulgas oder Sumpfgas.

Biogas enthält stets auch unerwünschte Bestandteile wie Schwefelwasserstoff, die ihm bei Bedarf vor der technischen Nutzung entzogen werden.

Zur Abschätzung der Nutzung für die Stromproduktion bei durchschnittlichem Wirkungsgrad:

    1 ha Mais = ca. 2 kW elektr. Dauerleistung
    1 ha Getreide = ca. 1,5 kW
    1 ha Gras = ca. 1 kW
    Gülle von 1 Kuh = ca. 0,15 kW

Beispiel: Mit der Gülle von 4 Kühen bzw. von 32 Schweinen oder mit dem Ertrag von 6.000 Quadratmeter Silomaisfläche könnte man genügend Biogas herstellen, um einen Vier-Personen-Haushalt mit Strom zu versorgen.

Biodiesel wird aus heimischen, nachwachsenden Rohstoffen produziert – Biodiesel, der aus Ölpflanzen erzeugt wird, nennt man FAME (Fatty Acid Methyl Ester), bzw. Fettsäuremethylester (FME). Theoretisch ist jede Ölfpflanze als Ausgangmaterial möglich, in Österreich werden dazu in erster Linie Raps oder Sonnenblumen angebaut. Aus einem Hektar Raps können etwa 1.000 Liter Biodiesel gewonnen werden. Alternativ kann Biodiesel auch aus Altspeiseöl erzeugt werden (Altspeiseölmethylester – AME). 

Nach der Österreichischen Kraftstoffverordnung 2012 besteht in Österreich die Verpflichtung einen Anteil von zumindest 3,4% – bezogen auf den Energiegehalt – der in den freien Verkehr gebrachten oder verwendeten fossilen Ottokraftstoffe und zumindest 6,3% fossilen Dieselkraftstoffe durch Biokraftstoffe zu substituieren.

Im Jahr 2018 wurde in Österreich wieder ein hoher Prozentsatz an fossilen Kraftstoffen durch Biokraftstoffe substituiert. Das gültige Substitutionsziel von 5,75 %, gemessen am Energieinhalt, wurde mit 6,25% ein weiteres Mal übertroffen. Österreich liegt damit weiterhin im Spitzenfeld der EU 27. Insgesamt wurden an nachhaltigen Biokraftstoffen rd. 484.000 Tonnen Biodiesel, rd. 18.000 Tonnen Hydriertes Pflanzenöl (HVO), rd. 88.000 Tonnen Bioethanol und rd. 263 Tonnen Pflanzenöl in Verkehr gebracht.

Das Substitutionsziel von 5,75% wurde mit 6,25% übertroffen und weist somit wieder eine leichte Steigerung gegenüber 2017 auf. Grund dafür war eine leichte Steigerung im Bereich des Einsatzes von reinen Biokraftstoffen wie z.B. beim Einsatz von 100% Biodiesel.

Im Vergleich zu 2017 war 2018 erneut ein leichter Anstieg des Kraftstoffverbrauchs von insgesamt +1% zu verzeichnen (+0,6% bei Dieselkraftstoffen +2,4% bei Ottokraftstoffen, +54% bei Biodiesel in Reinverwendung-B100 und -25% bei Hydrierten Pflanzenölen-HVO).

Durch die Einführung des Nachweises der Nachhaltigkeit mittels Zertifikaten und dem Aufbau des elektronischen Monitoringsystems der UBA GmbH „Elektronischer Nachhaltigkeitsnachweis – elNa“ bestehen seit 2013 für Österreich die Möglichkeit gesicherte Aussagen zu den verwendeten Rohstoffen der österreichischen Biokraftstoffproduktion zu machen.

Im Berichtsjahr 2018 wurden zur Biodieselproduktion 36% Rapsöl, 3% Sojaöl, 1% Sonnenblumenöl und 60% Altspeiseöl, tierische Fette und Fettsäuren eingesetzt, wiederum wurde kein Palmöl für die Produktion in Österreich verwendet. Zur Ethanolproduktion wurden etwa 46% Getreide, 47% Mais und 7% Stärkeschlamm eingesetzt.

Als nächster Schritt im Biokraftstoffbereich wird intensiv an der Umsetzung des EU Ziels zum Einsatz von 14% an erneuerbarer Energie (Biokraftstoffe und Strom aus Erneuerbaren für E-Fahrzeuge und die Bahn) in Österreich gearbeitet, insbesondere an der nationalen rechtlichen und inhaltlichen Umsetzung der EU Richtlinie (EU) 2018/2001.

Quelle: Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus

 

 

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