Erste Betrachtungen, Vergleiche und Berechnungen zum Potential


Fahrplan_Energiewende
Im Grunde ist es ganz einfach:
„Was nicht verbraucht wird, muss nicht bereit gestellt werden“.

Dieser Grundsatz der Energiewende, die aus Energieeffizienz und Erneuerbaren Energien besteht, ist sehr schlüssig: jede Kilowattstunde Strom, Wärme, Kraftstoff, die nicht verbraucht wird, muss nicht „erzeugt“, verteilt und verkauft werden. Im letzteren liegt ein Kernproblem der Energieeffizienz: die bisherigen Geschäftsmodelle der Energie- und Mineralölwirtschaft basieren auf dem Verkauf von Energieeinheiten, nicht auf deren Einsparung. Daher bleibt es größtenteils Aufgabe der Politik, der Gesellschaft und Umwelt- und Verbraucherverbände, Energieeffizienz anzureizen und umzusetzen. Technische Möglichkeiten gibt es zu genüge.

Eine gute Übersicht gibt unser „Fahrplan Energiewende“, den wir 2012 ehrenamtlich mit Kollegen des IFEU Heidelberg, Fraunhofer IWES und Fraunhofer IBP in Kassel auf Basis von Arbeiten für das Bundesumweltministerium erstellt haben.

Weitere Literatur: Martin Pehnt: Energieeffizienz; VDE-Studie Effizienz- und Einsparpotentiale elektrischer Energie, u.v.m.

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Ich-und-Du / pixelio.de

Die Oberfläche der Welt teilt sich zu 29,3% Landmasse und 70,7 Meeresoberfläche auf. Gut 2/3 unserer Erde ist Meer.

Die Energie im, auf und über dem Meer in Form von Meeresenergie, solarer Einstrahlung und Windenergie könnte ein Vielfaches unseres Energiebedarf decken.

Die theoretischen Potentiale sind immens. Auch wird seit langem sehr viel fossile Energie auf dem Meer gewonnen.
(Zur Situation der Meere siehe WBGU Hauptgutachten 2013 Menschheitserbe Meer)

Unsere Rohölversorgung läuft weitgehend über Schiffe. Im Jahr 2010 wurden 29 Mio. Tonnen Erdöl auf dem Seeweg transportiert.
(Quelle: Verkehrsministerium BMVBS & DIW)

Die Schwierigkeit der Nutzung dieser Energieformen auf dem Meer besteht darin, Sie an Land zu bringen. Zudem ist sie geologischen und meteorologischen Schwankungen ausgeliefert, die dem Energiebedarf in Form von Integrationsmaßnahmen angepasst werden müssen. Hierzu zählen sowohl die Anbindung der Offshore-Windkraft über entsprechenden Netzausbau auf See und an Land, als auch den Ausgleich der schwankenden erneuerbaren Stromerzeugung durch flexible Kraftwerke, Lastmanagement und Speicher.

Eine Lösung dieser beiden Probleme ist die Segelenergie: Über Energieschiffe kann die CO2-freie Ressource Windenergie konstant genutzt und gespeichert werden. Im Unterschied zur erneuerbaren Stromerzeugung an Land mit einem für Menschen weitaus geringeren Einfluss auf das Landschaftsbild. Die Energie wird in Häfen oder Energieplattformen abgeliefert und in die bestehende Infrastruktur integriert.

Die besten globalen Windpotentiale liegen nicht vor der Küste, sondern auf hoher See. Diese können über schwimmende, quasi statische Plattformen (Pontons) mit entsprechender Windkraft- und Energiespeichertechnologie ausgestattet genutzt werden.

Der Vorteil würde in einem höheren Wirkungsgrad liegen, da die Strömungsmaschine unter Wasser eingespart werden kann und kein Schiffswiderstand zu überwinden ist. Die Nachteile dieser Plattformen gegenüber der Segelenergie sind ein geringerer Ertrag und ein höherer Wartungsaufwand, da Energieschiffe durch die Routenoptimierung immer dem optimalen Wind folgen, Gefahren umschiffen und zur Wartung in einen Hafen fahren können.

Ein 90m langes Energieschiff der 2 MW Klasse elektrischer Leistung an der Elektrolyse kommt abzüglich Hafen- und Übergabefahrten einschließlich Wartungsinterwallen mit einer Auslastung von 80% (7000 Volllaststunden) auf einen jährlichen Kraftstoffertrag von ca. 630 000 Litern Sprit in Form von Erdgas (LNG, CNG). Genügend, um ca. 630 Automobile mit einer Fahrleistung von 20 000 km pro Jahr und einen Spritverbrauch von 50 kWh / 100 km (ca. 5 l / 100 km) für ein Jahr zu betanken.

3_Schiffe

Der Wirkungsgrad von Strom bis zum Kraftstoff beträgt dabei 45%.

Dabei sind alle Verluste und Wirkungsgrade an Schiffswiderstand, Strömungsmaschine, Generator, Leistungselektronik, Hilfsenergie an Bord, Elektrolyse, Methanisierung, CO2-Bereitstellung aus der Luft, Gasverdichtung und –verflüssigung enthalten. Werden geringere Auslastungen erreicht und treten größere Verluste in der Energiewandlungskette auf, verringern sich diese Zahlen gleichermaßen.

Wird das CO2 anders gewonnen oder „nur“ Wasserstoff geerntet und hocheffiziente Brennstoffzellenfahrzeuge eingesetzt, erhöhen sich entsprechend die Erträge und die Anzahl der Fahrzeuge.

Derzeit werden in Deutschland etwa 5% unseres gesamten Kraftstoffbedarfs mit Biokraftstoffen gedeckt. Der Kraftstoffbedarf betrug 2011 knapp 700 TWh (697 TWh) und umfasst Motorenkraftstoffe inklusive Flugbenzin, Schifffahrt und Militär, jedoch keinen Strom (Quelle: BMU und BMWi).

Traktor_Raps

Für den 5% Anteil erneuerbarer Kraftstoffe wurden 34,2 TWh Biokraftstoffe genutzt, welche auf einer Fläche von 2,35 Mio. Hektar angebaut wurden. Die Hälfte davon, etwa 1,2 Mio. Hektar, befinden sich in Deutschland; der Rest wurde importiert oder in marginalen Teilen aus Reststoffen gewonnen. In Deutschland sind derzeit etwa 634 000 Traktoren zugelassen. Die landwirtschaftliche Nutzfläche umfasst etwa 16,7 Mio Hektar. Damit nimmt die Bereitstellung dieses 5%-Anteils vereinfacht auf Deutschland gerechnet gut 14% unserer landwirtschaftlichen Nutzfläche ein (2,35 Mio. von 16,7 Mio. Hektar). Wird diese Relation stark vereinfacht auf die Anzahl der Traktoren im Bestand (2011: 634 000 Schlepper in Land- und Forstwirtschaft, Tierhaltung und Fischerei) übertragen, ergibt sich ein Einsatz von ca. 90 000 Traktoren für Biokraftstoffe.

Wird dieser 5%-Kraftstoffanteil über Segelenergie bereitgestellt, werden bilanziell etwa 5.500 Energieschiffe der 2 MW Klasse oder etwa 2.200 Energieschiffe der 5 MW Klasse benötigt.

Sind das nicht viele Schiffe?

Ein paar vergleichende Relationen:

Stromsektor: In Deutschland deckten 2011 etwa 22.000 Windkraftanlagen einen Anteil von 8% an der Stromversorgung.

Marine Wirtschaft: Die Anzahl der Tanker (Welthandelsflotte) beträgt laut Statistik ca. 350 000 Schiffe (Stand 2010).
Bei einer Meeresfläche von 36 000 Mio. Hektar kommt damit rein rechnerisch ein Tanker auf gut 100 000 Hektar Meeresfläche.

Seefahrtsgeschichte: Alleine die Handelsmarine unserer holländischen Nachbarn hatte zu Ihrer Blütezeit im vorindustriellen 17. Jahrhundert etwa 35.000 Segelschiffe.

Unsere Technik ist bisher eine Idee und damit noch ganz am Anfang. Welches Potential mit Energieschiffen erschlossen werden kann und wieviele Schiffe benötigt werden, hängt maßgeblich von der Schiffsgröße und der Segeltechnik ab. Ein Hochrechen von Schiffszahlen ist daher bis dato nach dem derzeitigen Kenntnisstand nicht möglich.

Eine genaue Potentialanalyse ist eines unserer zukünftigen Projekte, über die wir an dieser Stelle berichten werden.


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