Nicht-konventionelle Energiequellen: Solar, Wind, Geothermie, Gezeiten, Biomasse

Nicht-konventionelle Energiequellen

Solar (Heliotermisch, Photovoltaik), Wind, Geothermie, Gezeiten und andere Quellen (onamotriu, hydrothermale) und Biomasse (MSW)

Solarenergie

Man kann Solarenergie auf zwei Arten nutzen: Wärme (Absorption von Sonnenstrahlung und Umwandlung in Wärme) und Photovoltaik (direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie).

Wärme aus Sonnenenergie

Ein Kollektor ist ein Gerät, das Sonnenstrahlung absorbiert und sie an eine Flüssigkeit überträgt, sodass deren Temperatur deutlich ansteigt.

Typen:

• Flachkollektoren (bestehen aus einer Kastenbauweise mit Dämmung, an deren Oberseite eine transparente Glasabdeckung sitzt)
• konzentrierende Kollektoren (Geräte, die die Sonnenstrahlung auf eine kleine Fläche bündeln und so hohe Temperaturen erreichen)

Zentrale heliothermische Anlagen

Die Energieumwandlung erfolgt in mehreren Schritten: Die Sonnenstrahlung erhitzt das Wärmeträgermedium. Die erwärmte Flüssigkeit gibt ihre Wärme an einen Dampferzeuger ab. Der erzeugte Dampf treibt eine Dampfturbine an, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Nach der Abkühlung wird das Kühlmedium wieder zu den Kollektoren zurückgeführt, um den Prozess zu wiederholen.

Typen:

• Mittelgroße verteilte Kollektoren (das Trägermedium passiert nacheinander mehrere Kollektoren, bevor es vor dem Wärmeaustausch zusammengeführt wird; dies kann zu höheren thermischen Verlusten führen)
• Zentraler Turm (ein Heliostatenfeld aus Spiegeln konzentriert die Strahlung auf einen Empfänger auf einem Turm; die Spiegel verfügen über ein Nachführsystem, das der Sonne folgt und so sehr hohe Temperaturen ermöglicht)

Windkraft

Durch Nutzung der kinetischen Energie des Winds. Die Beurteilung von Windstandorten basiert auf Windkarten und verschiedenen Eigenschaften:

• Geschwindigkeit (der wichtigste Faktor)
• Kontinuität (Regionen mit konstantem Wind sind am besten geeignet)
• Stabilität (an Standorten ohne starke Turbulenzen)
• Leistungsdichte (konzeptuell die maximale erzielbare Leistung je Flächeneinheit)

Windparks

Die in der Umwandlung verwendeten Maschinen sind Windkraftanlagen (auch Windturbinen genannt). Nach ihrer Bauart unterscheidet man:

• Vertikale Achse (nutzen Wind aus jeder Richtung und sind häufig bodennah installiert)
• Horizontale Achse (die gebräuchlichsten; ihre wichtigsten Komponenten sind Rotorblätter, Gondel und Turm)

Bei der Planung einer Windkraftanlage müssen zwei Überlegungen berücksichtigt werden: der Auslastungskoeffizient und die Netzfrequenz von 50 Hz.

Geothermie

Typen:

• Niedrigenthalpie-Anwendungen (Nutzung im Temperaturbereich um ~100 °C, z. B. für Heizung, Gewächshäuser, Thermalbäder; kaltes Wasser wird in die Nähe der Wärmequelle geleitet, wo seine Temperatur steigt und es anschließend entnommen wird)
• Hochenthalpie-Quellen (Temperaturen können sehr hoch sein, z. B. bis 1250 °C angegeben; Einsatz vor allem zur Stromerzeugung. Das Wasser wird verdampft oder als Injektionsmedium verwendet und später wieder aufgenommen)

Gezeiten-Energie

Funktionsprinzip: Wenn die Flut steigt, strömt Wasser in ein Staubecken und treibt Turbinen und Generatoren, mit denen elektrische Energie gewonnen wird. Am Ende der Flut können Turbinen und Pumpen genutzt werden, um das Becken wieder zu füllen. Bei Ebbe fließt das Wasser zurück ins Meer, passiert erneut die Turbinen und erzeugt dabei weitere elektrische Energie. Durch geeignete Steuerung der Turbinenläufe lässt sich die Energieausbeute optimieren.

Andere Energieträger

Wave Power (Wellenenergie: Energie aus der Wellengestalt), Ozeanthermische Energie (OTEC – Nutzung des Temperaturunterschieds zwischen warmem Oberflächenwasser und kühlem Tiefenwasser; es gibt offene und geschlossene Kreisläufe) und hydrothermale Quellen.

Biomasse

Fossile Energieträger sind organische Stoffe, die ursprünglich durch Photosynthese gebildet wurden. Die Behandlung von Biomasse umfasst mehrere Prozesse:

• Physikalische Verfahren (z. B. Verpressen zur Volumenreduzierung; direkte Verwendung als Brennstoff in Form von Briketts; Trocknung und nachfolgende thermische Behandlung)
• Biochemische Prozesse (Fermentation: aerobische Prozesse können z. B. Alkohol erzeugen; anaerobe Fermentation produziert Methan, einen Hauptbestandteil von Deponiegas)
• Thermische Prozesse (einschließlich direkter Verbrennung von Forstabfällen, trockene Destillation bzw. Pyrolyse, Vergasung zur Erzeugung von Gasen, aus denen Kohlenwasserstoffe gewonnen werden können)

Biokraftstoffe können fest, flüssig oder gasförmig sein.

MSW (feste kommunale Abfälle)

MSW ist ein sehr heterogenes Gemisch aus Materialien aus Haushalten, Gewerbe und Industrie.

Es kann nach Art seiner Bestandteile eingeteilt werden:

• Inerte Abfälle (Metalle, Glas usw.)
• Vergorener organischer Abfall (z. B. Lebensmittelreste oder frische Küchenabfälle)
• Brennbare Abfälle (Papier, Karton usw.)