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

K. SchefferEUROSOLAR

2008


2008

100 % regenerative Energie-ein Konzept für eine ländliche

Kommune

Prof. Dr.Konrad Scheffer

Sitzung des Rates der Stadt Waldbröl am 7.5.08


2008


2008

Strom

Dorf

Ausgaben für Energie in eine 10.000-Einwohner-Kommune

o oo o

o o

€ 7,5 Mio

€ 8 Mio

€ 4,5 Mio

o o

EONRWEWattenfall

RuhrgasGazpromAggerEnergie

ESSOShellBP

X

X

XSumme: ca. 20 Mio. €


2008


2008

Strom

Stadt

Ausgaben für Energie in einer 20.000-Einwohner-Stadt

o oo o

o o

€ 7 Mio

€ 15 Mio

€ 15 Mio

o o

RWE

Aggerenergie

ESSO, Shell, BP, u.a.

X

X

XSumme: ca. 37 Mio. €


2008


2008

Bioenergiedorf Jühnde


2008


2008

Silage

Strom

Nahwärme-

leitung

Dorf

Block-Heiz-Kraftwerk

Strom

Technisches Konzept Jühnde

Heizanlage Holzhack-schnitzel

Biogas-anlage

öffentliches Netz


2008


2008

Von Bioenergiedorf zur autonomen Solarenergiekommune

Energiequellen:

- Biomasse

- Wind

- Solarthermie

- Photovoltaik

- (Geothermie)


2008


2008

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)


2008


2008

RME Ethanol

5.000

10.000

2.500

7.500

Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei herkömmlichen Anbau- und Konversionsverfahren

(Liter Öläquivalent pro ha)

WärmeKraftstoff Strom

Raps Getreide

BiogasausMais

Energiebilanz

Klimabilanz


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Anbau und Nutzung einer unbegrenzten Vielfalt von Energiepflanzen


2008


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Das neue Nutzungskonzept für Biomasse


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mechanische Entwässerung

Presssaft Pressgut

BHKW

Dünger

WärmeStrom

Fermentation

Biogas CH4

Vielfalt der Pflanzenarten

Stroh undGrünschnitt

Silage

Pellets

Brennstoff

Trocknung


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2008

oderPellets für Einzelheizungen

Brennstoff alsHäckselgut,für Nahwärme-versorgung


2008


2008

5.000

10.000

2.500

7.500

Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren


WärmeStrom

BiogasausMais


2008


2008

5.000

10.000

2.500

7.500

Nettoenergieertrag vom Gesamtflächenertrag bei verschiedenen Anbau- und Konversionsverfahren


WärmeStrom

BiogasausMais

neuesVerfahren


2008


2008

• 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


2008


2008

Von Bioenergiedorf zur autonomen Solarenergiekommune

Energiequellen:

- Biomasse

- Wind

- Solarthermie

- Photovoltaik

- (Geothermie)


2008


2008

Biomasse (Silage)

NeuesTechnisches Konzept

Solarkollektorenfür Warmwasserim Sommer

P

PP

Pressgut

Presssaft

Biogas

Biogas-speicherung

2 BHK Grundlast/Spitzenlast

Photovoltaik

Wärmezum

Trocknen

Brennstoffspeicherung


2008


2008

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


2008


2008

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


2008


2008

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


2008


2008

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


2008


2008

Tagesgang des Stromverbrauchs

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 Uhr 6 Uhr 12 Uhr 18 Uhr 24 Uhr

kW pro h


2008


2008

1000

2000

3000

4000

5000

6000


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


2008


2008

Stromversorgung bei Windstille und/oderdichter Bewölkung ??


2008


2008

1000

2000

3000

4000

5000

6000


kW pro h

Windstille unddichte Bewölkung

Strom aus Biogasproduktion (1. BHKW, Grundlast)

Strom aus gespeichertem Biogas (2. BHKW, Spitzenlast)


2008


2008

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).


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2008

Zusatzinvestitionen für autonome regionale Stromversorgung:

BHKW, 2.500 kWel. mit Zündstrahlmotor

Gasspeicher für ca. 25.000 m3 Biogas


2008


2008

Stromversorgung ohne Wind, aber mit viel Sonne

1000

2000

3000

4000

5000

6000


kW pro h Speicherung und Nutzungvon überschüssigem Biogas

Biogas-Strom aus2. BHKW

Biogas - Stromaus 1. BHKW

PV - Strom


2008


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100

200

300

400

500

600


kW pro h

Stromproduktion bei guten Windverhältnissen, aber dichter Bewölkung

Wind - Strom


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RME Ethanol

5.000

10.000

2.500

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 !

!


2008


2008

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


2008


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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


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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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