Erneuerbare Energien und Energieeffiziente Lösungen

Gewinnbringende Potenziale

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Mehr als 10 Prozent des gesamten Verbrauchs an Wärme, Strom und Kraftstoffen wurden im Jahr 2009 in Deutschland durch Erneuerbare Energien bereitgestellt. Bis zum Jahr 2020 sollen es 18 Prozent werden, prognostiziert die Branche. Die meisten herkömmlichen Energiereserven reichen nur noch wenige Jahrzehnte und werden immer teurer. Erneuerbare Energien stehen unendlich zur Verfügung und ihre Nutzung wird immer günstiger. Die Erfolgsgeschichte der Energieerzeugung durch Sonne, Wind & Co. muss beschleunigt fortgeschrieben werden, um einen drohenden weltweiten Temperaturanstieg um bis zu fünf Grad Celsius bis 2100 zu vermeiden.

Während im Jahr 2009 die Stromerzeugung aus konventionellen Energieträgern rückläufig war, zeigten sich die Erneuerbaren Energien stabil, ihr Anteil am Stromverbrauch stieg weiter auf 16,1 %. Auch wurden im Vergleich zum Vorjahr deutlich mehr Biogas-, Photovoltaik- und Windenergieanlagen gebaut. Damit verbunden stiegen die Investitionen im Bereich der Erneuerbaren Energien auf einen neuen Rekordwert von 17,7, Mrd. €, 20 % mehr als in 2008. Die deutlichsten Zuwächse bei den Investitionen finden sich im Bereich Stromerzeugung aus Biomasse (Verdoppelung), Photovoltaik (22 %) und Windenergie (15 %). Rechnet man die Betriebserlöse hinzu, so ist die Solarenergie mittlerweile die stärkste Sparte (13,9 Mrd. €), gefolgt von Biomasse (11,5 Mrd. €). Die Zahl der Beschäftigten legte erneut zu. Mehr als 300 000 Menschen, rund 8 % mehr als im Vorjahr, haben in der Erneuerbaren-Energien-Branche einen vergleichsweise krisenfesten Job gefunden. „Der Weg zu einer zukunftsfähigen Energieversorgung ist aber noch lang. Daher zeigt das Energiekonzept, das die Bundesregierung im Herbst vorlegen wird, auch eine Perspektive bis zum Jahr 2050 auf“, so Bundesumweltminister Dr. Norbert Röttgen. Die deutschen Unternehmen sieht er dabei gut gerüstet. „Die Internationale Energieagentur schätzt, dass in den nächsten 20 Jahren weltweit fast 5000 Mrd. Dollar in Erneuerbare Energien investiert werden. Die Bilanz des Jahres 2009 zeigt, dass deutsche Unternehmen dank günstiger nationaler Rahmenbedingungen sehr gut aufgestellt sind, um eine führende Stellung auf den Weltmärkten zu behaupten“, so Röttgen.

Exportschlager Windenergie
Im Jahr 2009 wurden in Deutschland 952 neue Windenergieanlagen mit einer Leistung von 1.917 MW errichtet. Das entspricht einem Zuwachs von 15 % gegenüber dem Vorjahr. Damit waren Ende 2009 in Deutschland insgesamt 21 164 Windkraftanlagen mit einer elektrischen Leistung von 25 777 MW installiert. Damit hat sich, dank der für die Windenergie positiven Novellierung des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) Anfang 2009, die Situation der deutschen Windindustrie trotz der schwierigen Wirtschaftslage verbessert.
Weltweit erzeugen Windparks mit mehr als 158 GW Leistung Strom. China ist der stärkste Markt mit etwa 10 000 bis 12 000 MW an neu installierter Leistung. Zum Vergleich in 2008 waren es 6300 MW. Deutschland liegt international auf Rang drei hinter den USA und China. Im Mix der Erneuerbaren ist die Windenergienutzung die kostengünstigste Variante der Stromerzeugung. Von dem weltweit wachsenden Interesse an der Nutzung der Windenergie profitiert die deutsche Windindustrie durch zunehmenden Export. Die bedeutendsten Märkte für die deutsche Windindustrie sind Europa, Nordamerika, Asien und Südamerika.
Um den Ausbau der Windenergienutzung in Deutschland auf hohem Niveau aufrecht zu erhalten, wird neben dem weiteren Ausbau an geeigneten Landstandorten und dem Ersatz alter, kleinerer Anlagen durch moderne und leistungsstärkere Anlagen, dem sogenannten Repowering, auch der schrittweise Ausbau der Windenergie auf See, der sogenannten Offshore-Windenergienutzung, weiterentwickelt. Da die Windgeschwindigkeit auf See höher ist und der Wind kontinuierlicher weht, versprechen solche Standorte jährlich bis zu 40 % mehr Strom gegenüber einem Standort auf dem Festland. Voraussetzung für die Stromerzeugung auf dem Meer sind ausreichende Seekabel-Kapazitäten für die Anbindung der Standorte an das Festlandnetz.
Konsequent vorangetrieben werden muss auch der Ausbau der Stromnetze, von denen der weitere Erfolg der Windenergie in Deutschland mit abhängt. Andernfalls kann es immer häufiger zu Engpässen im Netz und damit zu vermehrten Abschaltungen von einzelnen Anlagen oder ganzen Windparks kommen.
Quellen:
Bundesverband Erneuerbare Energie e.V.: www.bee-ev.de Bundesverband Windenergie: www.wind-energie.de
Deutsches Windenergie-Institut: www.dewi.de
VDMA Power Systems: www.vdma.org/windenergie
Boom-Markt Solare Energie
In Deutschland boomt der Markt. Zurzeit sind etwa 1,7 Millionen Photovoltaik- und Solarthermieanlagen installiert. Das EEG schafft die Grundlage, Solaranlagen wirtschaftlich zu betreiben. Es verpflichtet die Netzbetreiber, Strom aus Photovoltaikanlagen abzunehmen und zu einem festgelegten Preis zu vergüten. Ende 2009 waren in Deutschland 8,3 GW (2008: 7,9 GW) mit einer potenziellen Stromerzeugung von 7,1 TWh installiert. Mit 6,2 TWh (2007: 4,4 TWh) hat Solarstrom erstmals einen Anteil von über 1 % am deutschen Stromverbrauch. Weltweit waren 2008 mehr als 14 GW vorhanden, die zusammen mehr als 12 TWh produzierten.
Der PV-Markt basiert heute vor allem auf der Nutzung von Solarzellen aus kristallinem Silizium. Diese kristallinen Siliziumzellen (Dickschichtzellen) werden zwar weiterhin den Photovoltaikmarkt dominieren, aber die Dünnschichttechnologie ist stark im Kommen. Wissenschaftler am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung beispielsweise haben mit 20,1 % Wirkungsgrad bei Dünnschichtsolarzellen einen neuen Weltbestwert aufgestellt. Die Rekord-Solarzellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, kurz CIGS, wurde im ZSW-Forschungslabor in Stuttgart hergestellt. Die Fläche der Weltrekordzelle beträgt 0,5 cm2 und ist nur rund vier tausendstel Millimeter dick. Durch die genannten hohen Wirkungsgrade verspricht man sich eine Verbesserung der Stromausbeute und somit der Rendite von Photovoltaikanlagen. Die schwäbische Firma Würth Solar beispielsweise hat jüngst den Wirkungsgrad ihrer Module auf Basis von Kupfer- Indium, Gallium und Selen (CIS) auf 12 % erhöht und ist somit im Rennen um die effizienteste Dünnschichttechnik mit an der Spitze. Einen drauf setzt noch Dr. Frank Dimroth vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Er wurde mit dem „Fondation Louis D“, dem höchst dotierten französischen Wissenschaftspreis ausgezeichnet. Dimroth entwickelte eine Mehrfachsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von 41,1 %! Damit das gelingt, stapeln die Forscher in einer Mehrfachsolarzelle aus III-V Verbindungshalbleitern drei Teilzellen übereinander, die jeweils einen begrenzten Wellenlängenbereich des Sonnenlichts besonders effizient umwandeln. Auf diese Weise lassen sich Wirkungsgrade erzielen, die etwa doppelt so hoch sind wie diejenigen konventioneller Solarzellen auf der Basis von Silizium. Systeme dieser Art, so Dimroth, haben das Potenzial den Süden Europas schon in wenigen Jahren mit günstigem Sonnenstrom zu versorgen.
Quellen:
Bundesverband Solarwirtschaft e. V.: www.bsw-solar.de
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung: www.zsw-bw.de
Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie: www.dgs.de
Bundesverband Solare Mobilität e. V: www.solarmobil.net
Schlüsseltechnologie Nachwachsende Rohstoffe
Nachwachsende Rohstoffe (NR) sind organische Rohstoffe, die aus land- und forstwirtschaftlicher Produktion stammen und vom Menschen zielgerichtet für weiterführende Anwendungszwecke außerhalb des Nahrungs- und Futterbereiches verwendet werden. Die größte Bedeutung hat heute die Verwendung von Rohstoffen pflanzlicher Herkunft sowie biogener Abfallprodukte. Diese werden sowohl energetisch als auch stofflich genutzt. Die energetische Nutzung erfolgt in flüssiger Form (Biokraftstoff), in fester Form (Biogener Brennstoff) sowie gasförmig (Biogas). Von stofflicher Nutzung spricht man bei der Herstellung von technischen Ölen, Textilien, Faserstoffen, Kunststoffen, chemischen Grundstoffen und anderen Produkten. Dezidiert für eine energetische Nutzung angebaute Pflanzen werden als Energiepflanzen bezeichnet. Pflanzen für die stoffliche Nutzung sind Industriepflanzen. Nachwachsende Rohstoffe wuchsen im Jahr 2009 erneut auf rund 2 Mio. ha. Das sind knapp 17 % der Ackerflächen Deutschlands. Zusätzlich liefern die 11,1 Mio. Hektar Wald – die immerhin ein Drittel der bundesdeutschen Fläche ausmachen – Holz für die Industrie und die Energieversorgung. Die wichtigsten Rohstoffe sind Raps (905 000 ha), Weizen (670 000 ha) und Zuckerrübe (175 000 ha), deren wichtigste Einsatzgebiete die chemische Industrie allgemein und im Speziellen der Bereich Biowerkstoffe (Holzwerkstoffe, naturfaserverstärkte Kunststoffe, Dämmstoffe, Textilien) sowie die Oleochemie (Tenside, Schmiermittel) sind.
Naturfaser-Verbundwerkstoffe erfreuen sich besonders in der Automobilindustrie zunehmender Beliebtheit für die Produktion großflächiger, leichter und hochwertiger Innenraumbauteile in Mittel- und Oberklassewagen. Leichtbau, Crashverhalten, Formbeständigkeit, Kaschierbarkeit, je nach Gesamtkonzept auch der Preis sind hier die Vorteile für den Einsatz von Werkstoffen aus Naturfasern. Wichtigste industrielle Abnehmer von Agrarrohstoffen sind die chemische Industrie (47 %), die Oleochemie (Tenside, Farben und Lacke, Schmierstoffe, Polymere, etc. 28 %), die Papier- und Zellstoffindustrie (18 %), die Textilindustrie (4%) sowie die Pharma- und Kosmetikindustrie (2 %). Holz wird für die Säge- und Holzwerkstoffindustrie eingesetzt sowie für die Zellstoff- und Papierindustrie. Während es im Energiebereich mit Erneuerbaren Energien wie Sonnen- und Windenergie, Wasserkraft und Geothermie viele Alternativen gibt, wird die Situa- tion bei der Rohstoffversorgung der Industrie prekärer, so das Nova-Institut in seiner Studie zur „Neubewertung der stofflichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe“. Sonne, Wind und auch Kernenergie liefern Energie, aber keine Materie und keine Rohstoffe für die (werk)stoffliche Nutzung, heißt es weiter. Zur Sicherung der Rohstoffbasis der deutschen Industrie sind ein umfassendes Ressourcenmanagement und eine Rohstoffdiversifizierung unter Einbeziehung von Agrarrohstoffen unverzichtbar. Dabei ist der Einsatz von Agrarrohstoffen in der Industrie so wichtig wie im Lebensmittel- und Futtermittelbereich. Die stoffliche Nutzung von NR ist eine Schlüsseltechnologie zur sicheren Versorgung der Industrie mit Rohstoffen. Sie stellt die einzige erneuerbare Kohlenstoffquelle dar und ihre Bedeutung wird kontinuierlich zunehmen. Laut dem Nova-Institut ist eine Einsparung von 5 bis 10 t CO2/ha möglich.
Quellen:
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe: www. nachwachsenderohstoffe.de
Energieeffizienz, die intelligente Energiequelle
20 bis 40 % des Energieverbrauchs der Industrie könnten zu wirtschaftlich vernünftigen Bedingungen bis 2020 eingespart werden. Allein die elektrischen Antriebe verursachen in der Industrie rund zwei Drittel des Stromverbrauchs. Durch Einsatz von elektronischen Drehzahlregelungen wäre der Verbrauch um 15 % zu reduzieren, das entspricht mehr als 4.000 MW der Leistung von drei bis vier großen Kraftwerken.
Beispiele zur Erhöhung der Energieeffizienz:
Druckluft: Fast alle Branchen setzen Druckluft für die verschiedensten Anwendungen ein. Dabei geht oft sehr viel Energie verloren. Dem kann durch Hochwirkungsgrad-Motoren und Umrichter zur Änderung von Frequenzen und Spannungsamplituden abgeholfen werden. Bis zu 50 % können hier eingespart werden, wenn man das gesamte System betrachtet.
Elektromotoren: Elektrische Antriebe sind im Bereich der Industrie für rund 70 % des Stromverbrauchs verantwortlich. Mehr als 90 % der Gesamtkosten eines Elektromotors über die Lebensdauer entfallen auf den Stromverbrauch. Effiziente Elektromotoren mit höherem Wirkungsgrad führen entsprechend zu erheblichen Einsparungen, sowohl auf gesamtwirtschaftlicher als auch betrieblicher Ebene. Dabei ist der Wirkungsgrad in einigen Fällen allein durch einfaches Umklemmen der Motorwicklungen zu verbessern. Der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. v. ZVEI hat errechnet, dass durch den Einsatz von Energiesparmotoren nach der Effizienzklasse EFF1 5,5 Mrd. kWh Strom eingespart werden könnten. Ihr Einsatz lohnt sich schon in der Regel ab einer jährlichen Nutzungsdauer von 2000 Betriebsstunden.
Pumpensysteme: Hier kann man durch neue Techniken, Aggregate und Komponenten viel Strom sparen. Das gilt auch für Innovationen bei den Verfahren, die weniger Antriebe und Pumpen benötigen. Der Wirkungsgrad der Pumpen kann vor allem dadurch erhöht werden, indem der richtige Typ für die jeweilige Anwendung und Betriebsumgebung ausgewählt wird. Um Strom zu sparen, kann man beispielsweise den Saugstutzen der Pumpe verbessert gestalten, die Rotorblätter effizienter gestalten, etwa die Änderung des Anstellwinkels der Laufschaufeln oder die Motor-Drehzahl richtig wählen. Das technische Einsparpotenzial liegt hier bei 25 %, das wirtschaftliche bei 12 bis 15 %.
Lüftung, Kühle, Kälte: Lüfter gibt es für verschiedene Anwendungen. Diese reichen von sehr kleinen Einheiten, etwa denen zur Kühlung elektronischer Baugruppen in Computern, bis zu sehr großen Einheiten wie Brennluft-Gebläsen in Kraftwerken. Beim Betrieb von Lüftungsanlagen kann Energie viel effizienter genutzt werden, wenn die Leistung der Anlage gemäß dem tatsächlichen Bedarf ausgelegt, die Anlage also nicht überdimensioniert ist. Beispielsweise kann man Lüftungsmotoren mit veränderbarer Drehzahl einsetzen, hohe Drehzahlen möglichst vermeiden, dezentral lüften, im kleinen Leistungsbereich EC-Ventilatoren verwenden oder Lüftungsanlagen verwenden, die Wärme hocheffizient zurückgewinnen können.
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