Regierung von Oberfranken

Erneuerbare Energien

Als erneuerbare Energien bezeichnet man die Energiequellen oder Energieträger, die sich auf natürliche Weise in menschlichen Zeitmaßstäben erneuern. Der Begriff "Erneuerbare Energie" wird heute im allgemeinen Sprachgebrauch auf Systeme angewandt, mit denen aus den in der Umwelt laufend stattfindenden Prozessen Energie abgezweigt und der technischen Verwendung zugeführt wird. Erneuerbare Energien stehen uns in einer großen Variationsbreite zur Verfügung und können auch auf unterschiedliche Weise genutzt werden bzw. in fast alle für unsere Energieversorgung notwendigen Formen umgewandelt werden. Der verstärkte Ausbau der Nutzung von erneuerbaren Energien ist ein zentrales Element für eine nachhaltige Wirtschaftsweise und eine wesentliche Voraussetzung zur Erfüllung der im Kyoto-Protokoll zur Ausgestaltung der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen im Jahr 1997 vereinbarten Minderung von Treibhausgasemissionen.

Bei den nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) in das öffentliche Stromnetz Oberfrankens einspeisenden Anlagen hinsichtlich Anzahl, Höchstleistung und Stromproduktion stellt sich der Sachstand wie folgt dar:

Energieträger Anzahl Anlagen Höchstleistung (MWp) Stromproduktion (MWh/Jahr)
Photovoltaik
31.745
772
733.378
Wind
214
415,3
672.149
Biomasse
279
99
533.204
Wasser
404
38
172.095
  Stand: 31.12.2015, Quelle: Energie-Atlas Bayern


Der Regierung von Oberfranken liegen auf Grundlage eigener Erhebungen aktuelle Zahlen zu Windkraftanlagen vor:

Energieträger Anzahl Anlagen Höchstleistung (MWp) Stromproduktion (MWh/Jahr)
Wind
285
649,4
974.160*
  Stand: 01.10.2017, Quelle: Eigene Erhebungen
* bei angenommenen 1.500 Volllaststunden

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Biogas

Foto einer Biogasanlage

Die Biogaserzeugung nutzt einen natürlichen biologischen Zersetzungsprozess, bei dem in sauerstofffreien Systemen ein brennbares Gasgemisch entsteht, das im Wesentlichen aus Methan und Kohlendioxid besteht. Insbesondere der Methananteil ist für die energetische Nutzung des Biogases von Bedeutung, da er den Brennwert des Gases bestimmt. Durch kontrollierte Gärprozesse lässt sich die Methanentstehung technisch nutzen. Die Biogasproduktionsrate sowie -qualität ist dabei deutlich vom verwendeten Einsatzstoff abhängig. Die Biogaserzeugung aus Biomasse landwirtschaftlicher Herkunft gewinnt zunehmend an Bedeutung. Als Substrate dienen vielfältige Sorten von Energiepflanzen wie Mais, Wiesengras, Kleegras, Sudangras, Futterrüben u.v.a.m. und die verschiedenen Formen von Rückständen aus der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung (Wirtschaftsdünger).

Neben der klassischen Verbrennung des produzierten Biogases und der damit verbundenen Nutzung des Stromes und der anfallenden Abwärme, wird aufgrund der fortschreitenden Aufbereitungs- und Anlagentechnik versucht, auch anderweitige Nutzungsformen zu erschließen. Hierzu gehört vor allem die Aufbereitung und Einspeisung des produzierten Biogases ins Erdgasnetz. Die Qualitätsanforderungen für das Einspeisen des aufbereiteten Biogases ins Erdgasnetz richtet sich nach den Spezifikationen der DVGW-Regelwerke (Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V.). Um diese Anforderungen einhalten zu können, muss das vorhandene Biogas aufbereitet werden.

Entsprechend der unterschiedlichen Agrar- und Betriebsstruktur in den einzelnen Bundesländern weisen vor allem Bayern und Baden-Württemberg eine hohe Dichte an Biogasanlagen auf. Knapp 60 % der bundesdeutschen Anlagen stehen in diesen beiden Bundesländern.

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Biomasse

Foto einer Biomasselagerhalle

Biogene Festbrennstoffe liegen in vielfältiger Form vor. Entsprechend existieren eine Reihe von unterschiedlichen energetischen Nutzungsformen fester Biomasse. Zu biogenen Festbrennstoffen zählt man vor allem Holz und Holzreste, die als Reststoff aus Walddurchforstungen, Sägereien oder als Altholz vorliegen. Ebenfalls eignen sich zur Energieerzeugung Reststroh, aber auch spezielle Getreide-Ganzpflanzen wie z. B. der Weizen-Roggen-Hybrid Triticale. Zucker- und Stärkepflanzen, wie z.B. Mais oder Zuckerrüben, können zur Herstellung von Bioalkohol verwendet werden.

Zur Biomasse zählen auch ölhaltige Pflanzen wie z. B. Raps oder Sonnenblumen, die durch Pressung und Weiterbehandlung in flüssige Kraftstoffe umgewandelt werden können. Nachdem 2009 die Beimischungsquote von Biodiesel zum Dieselkraftstoff erhöht wurde, soll nun der Biokraftstoffanteil beim Benzin, wie von der Europäischen Richtlinie über die Kraftstoffqualität gefordert, erhöht werden. Seit Mitte Dezember 2010 dürfen Tankstellen in Deutschland daher auch Benzinsorten mit bis zu 10 % Bioethanol anbieten. Bioethanol entsteht durch Vergärung von stärke- zucker-, oder cellulosehaltigen Pflanzen (z.B.: Zuckerrüben, Roggen, Weizen, Kartoffeln, Mais), an der Mikroorganismen, meistens Hefen, beteiligt sind. Die neuen Kraftstoffe werden mit E10 bezeichnet. "E" steht für Ethanol, die Zahl "10" für 10 %. Bisher betrug der Bioethanolanteil im Benzin bis zu 5 %.

Die älteste und einfachste Art der energetischen Nutzung ist jedoch die Feuerung der Biomasse. Um eine vollständige und emissionsarme Verbrennung zu gewährleisten wurden für die verschiedenen Größenklassen der Anlagen unterschiedliche Feuerungstypen entwickelt. Die heutige Nutzung biogener Feststoffe geschieht überwiegend in Kleinst- (Anlagen unter 15 kW) oder Kleinanlagen (Anlagen von 15 kW bis 1 MW) und wird durch die 1. Bundesimmissionsschutz-Verordnung geregelt.

Bei den neuerdings hinzugekommenen Holzvergaseranlagen besteht noch Entwicklungsbedarf.

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Photovoltaik

Die Photovoltaik ist eine der jüngsten Energietechniken. Der Name entstand aus dem griechischen Wort phos = Licht und Volt = Einheit der elektrischen Spannung. Zwar wurde bereits 1839 der photovoltaische Effekt vom franzöischen Physiker Becquerel entdeckt; die erste Solarzelle zur direkten Umwandlung von Lichtstrahlung in Elektrizität wurde aber erst 1954 entwickelt.

Das Licht besteht aus unzähligen winzigen Energieträgern, den Photonen. Treffen diese auf bestimmte Stoffe (Halbleiter), setzen sie darin Elektronen in Bewegung. Bewegte Elektronen sind nichts anderes als elektrischer Strom. Bei voller Sonnenstrahlung (ca. 1000 Watt pro Quadratmeter) fallen auf eine einzelne Solarzelle von 10 x 10 cm rund 10 Watt ein. Je nach Güte kann sie eine elektrische Leistung von 1 bis 1,8 Watt abgeben. Dies entspricht einem Wirkungsgrad von 10 bis 18 %. Schiebt sich eine Wolke vor die Sonne, vermindert sich die Einstrahlung und damit auch die Leistung der Solarzelle.

Die Leistung einer einzelnen Solarzelle reicht kaum mehr als für den Betrieb eines Taschenrechners. Zur Stromerzeugung werden deshalb Solarzellen in Solarmodulen miteinander verkettet und zumeist auf Dächern montiert. Dort schützt sie eine Vorderabdeckung aus Glas, eine Rückseitenabdeckung und ein Rahmen vor extremer Witterung und Beschädigung.

Die maximale Leistung von Solarzellen und -modulen wird in Watt peak (Wp) angegeben. Diese Nennleistung wird für einen senkrechten Strahlungseinfall und 1000 W/m2 Bestrahlungsstärke bei einer Zelltemperatur von 25 °C definiert und nimmt mit steigender Temperatur ab.

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Wind

Windenergieanlagen nutzen die Bewegungsenergie des Windes, die durch unterschiedliche Luftdruckverhältnisse in der Nähe der Erdoberfläche entsteht. In Deutschland dienen Windenergieanlagen ausschließlich der netzgekoppelten Erzeugung von Elektrizität.

Moderne Windenergieanlagen nutzen das Auftriebsprinzip anstatt des Widerstandsprinzips. Sie setzen dem Wind keinen Widerstand entgegen, sondern der Wind erzeugt beim Vorbeiströmen an den Flügeln der Anlage einen Auftrieb, der Flügel der Anlage in Rotation versetzt.

Insbesondere die Region Oberfranken-Ost gehört zu den windreichsten Regionen Bayerns, auch wenn topographisch bedingt oft markante Unterschiede in den einzelnen Teilräumen bestehen. Die im Bayerischen Windatlas berechneten Windgeschwindigkeiten in Höhen von 80 m bzw. 140 m über Grund werden im Wesentlichen durch die vorherrschende Landnutzung und das Relief bestimmt. Während die Windgeschwindigkeiten in 140 m Höhe nordöstlich der Fränkischen Linie in den Naturräumen des nordwestlichen Frankenwaldes, des Mittelvogtländischen Kuppenlandes, der Münchberger Hochfläche, des Hohen Fichtelgebirges und der Selb-Wunsiedler Hochfläche vielerorts mehr als 6 m/s erreichen, sind diese südöstlich davon im Oberpfälzischen und Obermainischen Hügelland sowie der Nördlichen Frankenalb ehe kleinräumige Ausnahmen, die im Bereich exponierter Kuppen zu finden sind.

Das von der Bayerischen Staatsregierung am 24.05.2011 beschlossene Energiekonzept "Energie innovativ" enthält das Ziel, dass bis zum Jahr 2021 die heimische Windenergie 6 - 10 % des Stromverbrauchs in Bayern decken soll, was etwa 1.000 - 1.500 neue Windkraftanlagen der 2,5 - 3 MW Klasse erfordert.

Die beiden Regionalen Planungsverbände Oberfranken-Ost und Oberfranken-West haben bereits vor den Ereignissen in Fukushima beschlossen, ihre Regionalpläne in den Zielen zur Windenergienutzung fortzuschreiben, um der Windenergie durch die Ausweisung zusätzlicher Vorranggebiete mehr Raum zu geben.

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Wasser

Bei der Wasserkraft nimmt Bayern in Deutschland eine Spitzenposition ein. Mehr als die Hälfte des deutschen Wasserkraftstroms stammt aus Bayern. Im Jahr 2010 betrug der Anteil der Energie aus Wasserkraft am Stromverbrauch Bayerns rund 15 % und lag damit deutlich über dem bundesweiten Durchschnitt von rund 3 %. Bis zum Jahr 2021 soll die Wasserkraft rund 17 % des bayerischen Stromverbrauchs decken. Dazu sollen die noch vorhandenen Potenziale zur Wasserkraftnutzung verstärkt genutzt und umweltverträglich ausgebaut werden, dabei sollten auch gewässerökologische Verbesserungen verbunden sein. Gedacht wird dabei vorrangig an die Modernisierung und Nachrüstung bestehender Anlagen, die die Gewässerökologie nicht bzw. kaum beeinträchtigen. Des Weiteren wird überprüft inwieweit bestehende Querbauwerke energetisch genutzt werden können. Die Stromerzeugung aus Wasserkraft ist im Unterschied zu anderen Arten der regenerativen Stromerzeugung zum großen Teil ohne Subventionen wettbewerbsfähig und stellt Energie bedarfsgerecht zur Verfügung.

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Geothermie

Die Temperatur im inneren Erdkern beträgt ca. 5000 ° C. Wenn man von der Erdoberfläche in die Tiefe vordringt, findet man auf den ersten 100 m Tiefe eine nahezu konstante Temperatur von etwa 10 ° C vor. Danach steigt die Temperatur mit jeden weiteren 100 Metern, je tiefer man kommt, im Mittel um 3 ° C an. Die technische Nutzung dieser Wärmeenergie nennt man Geothermie. Man unterscheidet zwischen oberflächennaher (bis ca. 400 m Tiefe) und tiefer Geothermie (derzeit bis ca. 5.500 m Tiefe.

Erdwärme der oberflächennahen Geothermie wird meistens mit Hilfe von Wärmepumpen genutzt. Mit einer Wärmepumpenanlage kann ein Gebäude mit Heizwärme, Kälte und Warmwasser versorgt werden. Eine Erdwärmenutzung muss der Unteren Wasserbehörde angezeigt werden. Bei grundstücksübergreifender Erdwärmenutzung und bei Bohrtiefen von über 100 m muss das Berg- und Lagerstättenrecht beachtet werden.

Tiefe Geothermie kann folgendermaßen genutzt werden:

In Bayern wird tiefe Geothermie bereits an verschiedenen Standorten erfolgreich zur Wärme- und Stromversorgung genutzt. Derzeit werden weitere mögliche Standorte hierfür untersucht.

Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien wie Wasserkraft oder Solar- und Windenergie steht die Erdwärme unabhängig von Tages- und Jahreszeit, unabhängig von den meteorologischen Gegebenheiten und theoretisch auch unabhängig von der geographischen Lage immer zur Verfügung. Erdwärme ist daher eine ständig verfügbare, heimische, krisensichere und umweltfreundliche Energiequelle, deren wirtschaftliche Nutzbarkeit aber sehr von den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten abhängt.

Weitere Informationen:

Ansprechpartner

Ralph Pültz
Sachgebiet 50
Tel.: 0921/604-1770
Fax: 0921/604-4770
E-Mail: Ralph Pültz
Thomas Krodel
Sachgebiet 50
Tel.: 0921/604-1592
Fax: 0921/604-4592
E-Mail: Thomas Krodel