100 % regenerative Energie- ein Konzept für eine ländliche Kommune Prof. Dr.Konrad Scheffer

K. SchefferEUROSOLAR

100 % regenerative Energie-ein Konzept für eine ländliche

Kommune

Prof. Dr.Konrad Scheffer

Sitzung des Rates der Stadt Waldbröl am 7.5.08

Ausgaben für Energie in eine 10.000-Einwohner-Kommune

o oo o

€ 7,5 Mio

€ 8 Mio

€ 4,5 Mio

EONRWEWattenfall

RuhrgasGazpromAggerEnergie

ESSOShellBP

XSumme: ca. 20 Mio. €

Ausgaben für Energie in einer 20.000-Einwohner-Stadt

o oo o

€ 7 Mio

€ 15 Mio

Aggerenergie

ESSO, Shell, BP, u.a.

XSumme: ca. 37 Mio. €

Bioenergiedorf Jühnde

Silage

Nahwärme-

leitung

Block-Heiz-Kraftwerk

Technisches Konzept Jühnde

Heizanlage Holzhack-schnitzel

Biogas-anlage

öffentliches Netz

Von Bioenergiedorf zur autonomen Solarenergiekommune

Energiequellen:

- Biomasse

- Wind

- Solarthermie

- Photovoltaik

- (Geothermie)

Verfügbarkeit von Biomasse ist Voraussetzung für Energieautonomie,

allerdings müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

- höchste Flächen- und Konversionseffizienz

- Nutzbarkeit aller Pflanzenarten und Pflanzenabfälle (durch ein neues Nutzungskonzept)

- Speicherfähigkeit (Brennstoff und Biogas)

RME Ethanol

10.000

Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei herkömmlichen Anbau- und Konversionsverfahren

(Liter Öläquivalent pro ha)

WärmeKraftstoff Strom

Raps Getreide

BiogasausMais

Energiebilanz

Klimabilanz

Anbau und Nutzung einer unbegrenzten Vielfalt von Energiepflanzen

Das neue Nutzungskonzept für Biomasse

mechanische Entwässerung

Presssaft Pressgut

Dünger

WärmeStrom

Fermentation

Biogas CH4

Vielfalt der Pflanzenarten

Stroh undGrünschnitt

Silage

Pellets

Brennstoff

Trocknung

oderPellets für Einzelheizungen

Brennstoff alsHäckselgut,für Nahwärme-versorgung

10.000

Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren

WärmeStrom

BiogasausMais

10.000

Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren

WärmeStrom

BiogasausMais

neuesVerfahren

• Optimierung der Energieausbeute aus Biomasse

• vereinfachte Biogastechnik

• vollständige Wärmenutzung

• Nutzung einer beliebigen Pflanzenvielfalt

• Brennstoff mit sehr niedrigen Mineralstoffgehalten (z.B. Chlorid, Stickstoff, Phosphor, Kalium)

• Ortsunabhängigkeit

Vorteile des neuen Nutzungskonzeptes für Biomasse

Von Bioenergiedorf zur autonomen Solarenergiekommune

Energiequellen:

- Biomasse

- Wind

- Solarthermie

- Photovoltaik

- (Geothermie)

Biomasse (Silage)

NeuesTechnisches Konzept

Solarkollektorenfür Warmwasserim Sommer

Pressgut

Presssaft

Biogas

Biogas-speicherung

2 BHK Grundlast/Spitzenlast

Photovoltaik

Wärmezum

Trocknen

Brennstoffspeicherung

Die autonome Solarenergiekommune

Einwohnerzahl: 10.000

Energiebedarf pro Jahr:

Strom: 25.000 MWh

Wärme: 100.000 MWh = 10 Mio. Liter Heizöl

Treibstoff: 60.000 MWh = 6 Mio. Liter Benzin oder Diesel oder 20.000 MWh Strom

Verfügbarkeit an Biomasse

Landwirtschaftliche Nutzfläche: davon für Energieversorgung:

4000 ha Ackerland davon 1000 ha x 18 t/ha = 18.000 t TM

2000 ha Grünland davon 500 ha x 8 t/ha = 4.000 t TM

500 ha Naturschutzflächen, Wegränder und Grünschnitt 500 ha x 4 t/ha = 2.000 t TM

Waldfläche

2500 ha davon Schwachholz x 2 t/ha = 5.000 t TM

Wärmebereitstellung

Jahresbedarf: 100.000 MWh entspr. 10 Mio. Liter Heizöl

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bereitstellung: 14.400 t Pellets 67.680 MWh

5.000 t Holzhackschnitzel 23.500 MWh

Solarthermie 30.000 MWh ------------------- Summe: 121.180 MWh

d.h. ca. 20 % Überschuss

Stromversorgung

Jahresbedarf 25.000 MWh

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bereitstellung:

Biogasanlage Stromproduktion: 20.660 MWh

Windkraft, ca. 8 MW 27.000

Photovoltaikanlagen, ca. 2500 kW 3.000 --------------------------------- Summe: 50.660 MWh

Überschuss: 25.660 MWh

Tagesgang des Stromverbrauchs

0 Uhr 6 Uhr 12 Uhr 18 Uhr 24 Uhr

kW pro h

Überschuss an Windstrom: 7000 kWh/Tag Überschuss an PV-Strom: 1500 kWh

Überschuss an Biogas: 23.250 m3 / Tag entspr. : 46.500 kWh Strom

täglich produzierbareMenge anBiogasstrom

PV - Strom

mittlere Menge an Wind - Strom

Biogas - Strom

der Durchschnittstag

Biogas-Strom

Stromversorgung bei Windstille und/oderdichter Bewölkung ??

kW pro h

Windstille unddichte Bewölkung

Strom aus Biogasproduktion (1. BHKW, Grundlast)

Strom aus gespeichertem Biogas (2. BHKW, Spitzenlast)

Bedeutung der Speicherung von Biogas

An einem „Normaltag“ beträgt der Überschuss an Biogas 23.250 m3.Diese Gasmenge wird gespeichert. Sie entspricht einer Strommenge von 46.500 kWh

Im Falle völliger Windstille und ausbleibender Sonneneinstrahlungerfolgt die Stromproduktion ausschließlich über Biogas, d.h.:

Gesamtbedarf an Strom 68.500 kWh

Strom aus täglichem Normalbetrieb der Biogasanlage 56.600 kWh zusätzlicher Bedarf: 11.900 kWh

Fazit:Die aus einem „Normaltag“ resultierende Speicherung einerBiogasmenge von 23.250 m3 (= 46.500 kWh Strom) garantiert eine Versorgungssicherheit von 3,9 Tagen bei Ausbleiben von Wind und Sonne.

Bei noch länger andauernder Windstille und starker Bewölkung wird das2. BHKW (Zündstrahlmotor) mit Pflanzenöl betrieben (täglicher Bedarf. 3.000 Liter).

Zusatzinvestitionen für autonome regionale Stromversorgung:

BHKW, 2.500 kWel. mit Zündstrahlmotor

Gasspeicher für ca. 25.000 m3 Biogas

Stromversorgung ohne Wind, aber mit viel Sonne

kW pro h Speicherung und Nutzungvon überschüssigem Biogas

Biogas-Strom aus2. BHKW

Biogas - Stromaus 1. BHKW

PV - Strom

kW pro h

Stromproduktion bei guten Windverhältnissen, aber dichter Bewölkung

Wind - Strom

RME Ethanol

10.000

7.500 Raps Getreide

Nettoertrag (Liter/ha)

Kraftstoffproduktion

5.000 Kfz x 15.000 km/Jahr x 8 Liter/100 km = 6 Mio. Liter

Die Produktion von 6 Mio LiterKraftstoff erfordert eine Ackerfläche von mindestens 6.000 ha.

Die Bauern der Solarenergie-Kommune könnten nur noch 3.000 ha zur Verfügung stellen undmüssten außerdem auf die Erzeugung von Lebensmitteln verzichten.

Das hat keine Zukunft !

Die neue Mobilitätvom Hybridantrieb zum Elektroantrieb

Hybridantrieb:Kraftbedarf bei Umstellung auf Hybridantrieb mit 25% Benzin und 75% Strom:

1,5 Mio. Liter Benzin +15.000 MWh Strom

Elektroantrieb:

Bedarf:

20.000 MWh Strom

Aus dem Stromüberschuss von 25.660 MWh kann der Energiebedarf der PKW bei Elektroantrieb voll gedeckt werden.Der Biodieselbedarf für Traktoren und LKW wird kompensiert durch den Verkauf von ca. 5.000 MWh Strom

Fazit:Durch Biomasse als speicherfähige Solarenergie und nach Umstellung auf Elektrofahrzeuge kann eine Region mit Erneuerbaren Energiequellen energetisch absolut autark werden - ohne Kostensteigerung für den Gesamtenergieverbrauch !

Eine 10.000- Einwohner-Kommune betreibt durch Energieautarkie eine Wertschöpfung von ca. 20 Mio. €, d.h. nach Abzug der Betriebs- und Materialkosten könnten Investitionen von mindestens 100 Mio. € finanziert werden.

An Investitionen sind erforderlich:- Übernahme des Stromnetzes- Windkraftanlagen (ca. 8 MW)- PV – Anlage - Bioenergieanlage- Umstellung auf Elektrofahrzeuge mit zusätzlichen Batterien

Ausblick:

Nach dem hier vorgestellten Konzept könnte ca. 50% des deutschen Energiebedarfs gedeckt werden.

Eine weitere Steigerung dieses Anteils ist durch folgende Optimierungsschritte möglich:

Reduzierung des Energieverbrauchs

Reduzierung des Biomasseanteils durch Abflachung der Stromverbrauchsspitzen (Land- und forstwirtschaftliche Nutzfläche ist die begrenzende Ressource !!)

Regionalverbund

Nutzung weiterer Ressourcen: Erdwärme (Geothermie) Stroh, Müll, Klärschlamm Biotonne, Lebensmittelreste Altholz u.a.

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