Dienstag, 25. Januar 2011

dioxin-skandal breit angehen

laut pressemeldung vom 24.01. will ilse aigner den dioxin-skandal breit angehen. anders lässt sich das wahrscheinlich auch nicht mehr aushalten...

Freitag, 14. Januar 2011

abwärme flüssigkeitsgekühlter erdkabel nutzen

"das geht nicht, das ist zu teuer." so simpel formuliert sind die aussagen der energieriesen natürlich nicht, sie besagen aber nichts anderes. erdkabel seien nun einmal anfälliger, teurer, hätten geringere standzeiten und seien den freileitungen unterm strich unterlegen. klar, so argumentieren die vier großen, wenn sie uns die nachteile der - aus ihrer sicht - unwirtschaftlichen technik weismachen wollen. ihnen geht es um den "share holder value", nicht um die belange des kleinen strom-mannes, obgleich genau der es ist, der den stromgiganten die satten gewinne beschert.

ein beliebtes und entsprechend oft angeführtes argument gegen erdkabel ist die tatsache, dass die beim stromtransport in den kabeln entstehende wärme im erdreich wesentlich schlechter abgeführt werden kann als in der luft. das stimmt, und das ist ein technisches problem, das primär die höchstspannungsnetzte (220 kv, 380 kv) betrifft und gelöst werden muss. dass die so "abgeführte" energie einfach verloren geht, wird in kaum einer mir bekannten studie erwähnt oder gar erläutert. übrigens: freileitungen weisen etwa einen vierfach höheren verlust als kabelsysteme auf, verbraten also 4 mal mehr energie. [ siehe dazu auch: energieverschwendung durch freileitungen ]

nun mag der geneigte leser sich vielleicht fragen, wie wir eigentlich vor 40 jahren menschen auf den mond gebracht haben, heute aber angeblich nicht in der lage sind, ein stromkabel unterirdisch zu verlegen. na gut, der vergleich hinkt ein wenig oder könnte gerade als kontraproduktiv entwertet werden: es sind u.a. der extrem hohe energiebedarf für die reise zum mond und die damit verbundenen kosten, die eine solche reise heute - wenn nicht unmöglich - so doch sehr teuer machen würden. womit wir wieder beim thema energie wären: ein knappes und teures gut, welches wir möglichst nicht verschwenden sollten, nicht wahr e:on, vattenfall, enbw und rwe?

nun aber zum im titel angekündigtem thema: höchstspannungserdkabel entwickeln bei stromfluss wärme. das ist der gleiche effekt, wie sie ihn von der guten alten glühlampe kennen: die erleuchtet ihre umgebung zwar in angenehmer weise, wird dabei aber auch warm, was ihr bekanntermaßen zum verhängnis wurde ( siehe dazu auch: kleine heizbirnen ] diese wärme entspricht dem energieverlust des systems und hat bei erdkabeln etwa eine höhe von 1%. das ist zwar relativ wenig (die glühlampe verbrät ca. 95% der ihr zugeführten elektrischen energie) jedoch macht es hier die menge. in höchstspannungsnetzten werden leistungen von bis zu 1.000 megavoltampere (MVA (*)) und mehr übertragen. das enspricht der elektrischen leistung, die man für den betrieb von 10.000.000 (zehn millionen) 100-watt-glühlampen bräuchte. 1% verlust entspricht einer leistung von 10 MVA oder 100.000 100-watt-glühlampen.

betrachtet man die zahlen aus der obigen rechnung, so wird deutlich, dass selbst ob des guten wirkunksgrades von hochspannungserdkabeln erhebliche energiemengen in form von wärme "freigesetzt" werden. diese abwärme führt nun zur erwärmung und ggf. gar zu austrockung des umgebenden erdreiches, was mittels kühlsystem verhindert wird - üblich sind wassergekühlte systeme. das kühlwasser wird in in einem geschlossenem kreislauf geführt und in kühlstationen "rückgekühlt", d.h. über wärmetauscher an die umwelt abgegeben. damit ist die wärme-energie endgültig verloren. genau hier könnte man aber anknüpfen.

angenommen, es gelänge, bei einem wirkungsgrad von 90% (imho realistisch), die wärme-energie des obigen beispieles eines 1.000 MVA-kabels zu nutzen, so hätte der begriff "kraft-wärme-kopplung" eine neue facette gewonnen. aus der abwärme wieder elektrische energie zu gewinnen wäre zwar theoretisch möglich, macht aber keinen sinn, da aufwand und energieverlust bei der rückumwandlung zu groß wären. warum aber die wärme-energie nicht direkt nutzen? höchstspannungsleitungen führen oft in ballungsgebiete, wo energie für die wärmegewinnung in gebäuden erforderlich ist. aber auch auf dem flachen land mit geringer bevölkerungsdichte wäre es u.u. möglich, die abwärme zu nutzen. die technik für eine solche nutzung ist rel. simpel und vorhanden. in manchen gemeinden und städten gibt es bereits fernwärmenetze, welche die abwärme aus kraftwerken leiten, die nach dem prinzip der kraft-wärme-kopplung betrieben werden. hier könnte man ggf. den kühlkreislauf von erdkabelsystemen via wärmetauscher anschließen.

natürlich müsste geprüft werden, ob sich der aufwand lohnt, der wirkungsgrad tatsächlich ausreichend und die vorhandene infrastruktur kompatibel ist. dieser artikel entspringt lediglich den gedanken eines interessierten laiens und kann höchstens eine anregung sein. vielleicht haben sich bereits klügere köpfe damit auseinandergesetzt. und vielleicht ist das ganze wirklich unsinn - ich lasse mich gerne belehren, eines jedoch ist sicher; mit: "das geht nicht, das ist zu teuer" wären wir bestimmt nicht auf den mond gelandet und würden gar noch rätseln, ob der nicht doch ein großer runder käse ist...

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(*) wer sich für den unterschied zwischen wirkleistung (watt) und scheinleistung (va) interessiert, dem sei dieser artikel empfohlen: Unterschied zwischen
Watt und Voltampere

minimierung der umweltauswirkungen durch erdkabel

eine zusammenfassung des vortrages von prof. brakelmann, welcher diesen am 6. mai 2010 auf dem fachworkshop übertragungstechnik in berlin gehalten hat.

Minimierung der Umweltauswirkungen durch Erdkabel
Prof. Dr. Heinrich Brakelmann, Universität Duisburg-Essen

Bei Kabelverlegearbeiten sind mittlerweile innovative Technologien eingeführt: so erspart eine Pflugverlegung von Leerrohren die teurere Herstellung von offenen Gräben. Vor Ort gezogene, einfache Infrastrukturtunnel aus Beton können sogar mehrere Kabelsysteme aufnehmen. Die Kosten liegen bei 700-900 €/m.

Wasserkühlung ermöglichteine geringere Verlegebreite, für 2400 MW(n-1) werden 6-12 m Trassenbreite benötigt. Die Erwärmung beträgt bei Volllast 2-3 Grad direkt über dem Kabel, 2-3 m seitlich ist keine Erwärmung mehr feststellbar. Wärmeleitbeton kann die Erwärmung weiter reduzieren. Laser können mittlerweile auch bei Kabeln Temperaturmonitoring übernehmen. Allerdings werden die Kabel im Normalbetrieb nur mit 50% der Nutzlast gefahren (n-1).

Eine Magnetfeldschirmung durch Leiter, die oberhalb der Stromkabel verlegt werden, reduziert das elektromagnetische Feld stark. Auch Shieldingsysteme mit hochpermeablen Folien, die direkt am Kabel liegen, wirken stark reduzierend. Für die Zukunft sind nur solche Übertragungssysteme geeignet, die erdkabelfähig sind. Ölpapierisolierte Hochspannungskabel sind kaum genehmigungsfähig.

Eine neue Technik wurde vorgestellt: die Übertragung mit 16,7 Hz. Damit lassen sich bis zu dreimal so große Distanzen wie mit 50 Hz überbrücken, bei gleichen Verlusten. Die Strahlung reduziert sich auf ein Drittel. Die Wiedereinspeisung in das 50-Hz-Netz kann mit Umrichtern erfolgen, die im Bahnstromsystem bereits verwendet werden. Die aufwendigen und mit Verlusten behafteten Konverterstationen, die bei HGÜ notwendig sind, entfallen. Bis 500 km sind die Verluste bei HGÜ genauso hoch wie mit Drehstromsystemen. Eine Ein- und Ausspeisung ist an jedem Punkt der Leitung möglich. Das Bahnstromnetz kann genutzt werden, allerdings müssen dickere Transformatoren eingeplant werden.


weitere themen des workshops:

Perspektiven der HGÜ-Übertragungs-Technik / Overlaynetz 380 kV
Prof. Dirk Westermann, TU Ilmenau

Netzoptimierung durch witterungsabhängigen Freileitungsbetrieb und Hochtemperaturleiter
Dr. Ralf Puffer, RWTH Aachen

quellen:
http://www.forum-netzintegration.de/uploads/media/Protokoll_WS1_06052010.pdf
http://www.forum-netzintegration.de/uploads/media/DUH_Brakelmann_WS1_06052010.pdf

Dienstag, 11. Januar 2011

energieverschwendung durch freileitungen

sie sind nicht schön, werden gar verantwortlich gemacht für erkrankungen und sind anfälliger für wettereinflüsse als erdkabel: die rede ist von hochspannungsfreileitungen.

man mag argumentieren, dass wir in unserem alltag nun einmal auf die verfügbartkeit elektrischer energie angewiesen sind, diese irgendwie zu uns kommen muss und deshalb stromleitungen unentbehrlich sind. das stimmt. ferner mag man ergänzen, dass gerade diejenigen, welche einerseits für die einführung regenerativer energieformen plädieren, auf der anderen seite kosequenterweise nicht gegen hochspannungsstromtrassen sein können, welche den in küstenregionen gewonnenen strom in das bunderepublikanische binnenland leiten sollen. (*) auch das steht außer frage. jedoch fehlt bei dieser argumentation etwas wesentliches - wie so oft bei auf populismus basierenden (politischen) überlegungen/ äußerungen. die frage ist nicht ob, sondern wie - es geht nicht gegen stromtrassen im allgemeinen, sondern gegen freileitungstrassen im speziellen und konkret pro erdkabelgebundene systeme.

wenden wir uns dem titel des artikels zu: "energieverschwendung durch freileitungen". wie ist das gemeint? im grunde ist es ganz einfach. freileitungen haben einen wesentlichen nachteil: sie weisen systembedingt relativ hohe energieverluste auf. eine freileitung hat einen etwa 4-fach schlechteren wirkungsgrad als ein vergleichbares erdkabel. "hm, na und?" mag der laie denken (auch ich zähle mich dazu, obgleich ich vor über 20 jahren e-technik anstudiert und mich in die materie eingearbeitet habe - ich bin ein informierter laie; und eben darum geht es mir: information)

ein 4-fach schlechterer wirkungsgrad, also. das ist sicher eine vergleichsweise schlecht nachvollziehbare aussage, welche ich in der folge näher beleuchten und erklären werde. hier sei aber vorab folgendes behauptet:

eine 100 km lange 110-kv-hochspannungsfreileitung moderner bauart (260 megavoltampere, mva) generiert aufgrund ihrer elektrischen verluste einen co2-ausstoß von bis zu 600 tonnen am tag und einen volkswirtschaftlichen schaden i.h.v. bis zu 58 millionen euro/ jahr
(**).

da eine kabeltrasse einen 4 mal besseren wirkungsgrad aufweist, ist der co2-ausstoß hier um den faktor 4 geringer, also 150 tonnen co2/100km und tag. gleiches gilt für den volkswirtschaftlichen schaden.

wie komme ich zu diesem unglaublichen ergebnis? ein rechenfehler? vielleicht, aber sehen sie selbst:

an dieser stelle möchte ich nochmals darauf hinweisen, dass ich kein fachmann bin und nicht über eigene messungen/ zahlen verfügen kann, sondern auf die anderer angewiesen bin. zuvorderst ist hier herr prof. heinrich brakelmann von der universität duisburg-essen zu nennen.

prof. brakelmann ist ein ausgewiesener spezialist auf dem gebiet der energietechnik und hat bereits zahlreiche studien zum thema verfasst.2 dieser studien liegen mir vor. diesen entnehme ich primär die meinen rechnungen zu grunde liegenden technischen angaben. außerdem geht es mir hier darum, die größenordnungen aufzuzeigen, mit denen man es zu tun hat, wenn man sich mit dem transport elektrischer energie und insbesondere mit den dabei entsehenden energieverlusten auseinandersetzt.

ferner sei erwähnt, dass meinen betrachtungen die verluste einer 110-kv-trasse zu grunde liegen; je höher die spannung (220 kv und 380 kv im deutschen netz) und der strom, desto höher die absoluten verluste. (***)

verluste freileitung versus erdkabel

gegeben ist eine ca. 27 km lange 110 kV (260 MVA) stromtrasse, welche als freileitung und alternativ als erdkabel ausgeführt ist. die trasse dient als verstärkung des vorhandenen netzes und soll primär durch windkraft erzeugten strom transportieren.

eine typische moderne 110-kv-freileitung (260 MVA = megavoltampere, das entspricht 260.000.000 watt elektrischer leistung) weist einen "längsbezogenen stromwärmeverlust" von 390 watt/m auf! ein adäquates erdkabel dagegen nur 100 watt/m. (siehe quelle 1)

das bedeutet, dass ein solches freileitungssystem einen 3,9 mal schlechteren wirkungsgrad hat oder, im umkehrschluss, annähernd 4 mal so viel strom verschwendet, wie ein kabelsystem. umgerechnet auf die 27-km-trasse bedeutet dies einen energieverlust wie folgt:

110-kv-freileitung (260 MVA) 10,530 MW (ca. 4 % der thermischen grenzleistung, theoretische volllast)
110-kv-erdkabel (280 MVA) 2,700 MW (ca. 1 % der thermischen grenzleistung, theoretische volllast)
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einsparpotential: 7,830 MW

es muss bei dieser berechnung u.u. berücksichtigt werden, wie hoch die verluste ggf. in zusätzlich benötigter peripherie (z.b. schrägregel-transformator) sind - darüber kann ich derzeit keine fundierte aussage machen, vermute aber, dass diese i.d.r. vernachlässigbar sind.

das durch die verlegung eines erdkabels erzielbare einsparpotential auf der gegebenenn 27-km-trasse beträgt also 7,83 MW, das entspricht der nennleistung 5 moderner 1,5-MW-windkraftanlagen und bildlich: einer 27 km langen lichterkette bestehend aus 78.300 100-watt-glühlampen - alle 35 cm eine.

volkswirtschaftlicher schaden

um den volkswirtschaftlichen schaden präzise zu errechnen, bedarf es sicher noch weiterer parameter, ich begrenze mich in folgender rechnung auf die kosten, welche dem endverbraucher entstehen, wenn anstatt des kabels eine freileitung errichtet wird. dazu betrachte ich die elektrische arbeit in kilowattstunden (kWh).

der strompreis beträgt in deutschland derzeit etwa 23 cent pro kWh, das ist übrigens der zweithöchste in europa, nur die dänen liegen mit 25,5 cent etwas darüber. das bedeutet, dass dem endverbraucher dadurch theoretisch folgende mehrkosten entstehen:

7,83 MW * 0,23 €/kWh = 1.800,90 €/h

es entstehen also kosten für den endverbraucher i.h.v. ca. 1.800 € pro stunde, bzw. 43.200 € pro tag und 15.768.000 €/ jahr. gerechnet auf eine standzeit von 25 jahren sind das 294,2 millionen € einsparpotential. beachten sie, dass dies ein theoretischer wert ist, der von einer dauerhaften volllast ausgeht, also einer betrachtung unter realen bedingungen nicht standhalten würde. er zeigt aber die größenverhältnisse auf, um die es hier geht. für die stromnetzbetreiber sieht das natürlich anders aus, da hat eine kwh einen ganz anderen monetären wert.

ganz interessant in diesem kontext ist die rechnung auf dieser seite: http://www.netzausbau-niedersachsen.de/freileitungen/alte-freileitungen/index.html. der dort angegebene verlust einer alten 380-kV-leitung wird mit max. 153.000 €/jahr und km beziffert. das ist zwar nicht direkt mit der hier betracheten 110-kv-leitung vergleichbar, belegt aber, dass die größenverhältnisse meiner rechnung stimmen. (hier wurde nicht der endverbraucherpreis sondern die erzeugerpresie i.h.v. 3,5 cent/kwh zu grunde gelegt, wie ich auf nachfrage bestätigt bekam.)

umweltbelastung

unabhängig von den oben errechneten kosten, bedeutet diese form der energieverschwendung natürlich auch eine zusätzliche belastung der umwelt (stichwort co2/ klimaerwärmung). nun könnte man argumentieren, dass im vorliegendem fall die energie ja aus regenerativeren ressourcen (windkraft) erzeuggt wird, eine "verschwendung" ergo klimaverträglich sei. da die fehlende energie aber anderswo erzeugt/ das erzeugungspotential vorgehalten werden muss, zeigt sich, dass dieses argument so viel wert ist wie jenes: "bei mir kommt der strom aus der steckdose." hier also der versuch einer "klimarechnung":

bei der verbrennung fossiler energieträger (kohle, erdöl, gas) entsteht kohlendioxyd (co2). co2 ist eines der sogenannten treibhausgase und wird für die klimaerwärmung wesentlich mit verantwortlich gemacht. in deutschland entstehen durch die nutzung fossiler energieträger zur gewinnung von elektrizität durchschnittlich 0,64 kg co2/kwh (siehe quelle 2). übertragen auf das einsparpotential von 7,83 MW ergibt dies für die geplante freileitungstrasse:

7,83 MW * 0,64 kg co2/kwh => 5.011,2 kg co2/h

das bedeutet, dass je stunde bei volllast auf der gesamten länge von 27 km ein energieäquivalent aufgebracht werden muss, welches 5 tonnen co2 freisetzt! erstaunlich! aber auch dies ist wieder ein theoretischer wert, welcher ggf. einer verifizierung bedürfte. interessant wäre eine hochrechnung auf das gesamte deutsche hochspannungsnetz und die sich daraus ergebenen einsparpotentiale...

um das noch anschaulicher zu machen, berechne ich den steinkohlebedarf für die "erzeugung" von 5 tonnen co2, respektive die erzeugung von 7,83 MWh elektrischer arbeit.

steinkohle hat einen heizwert von ca. 8 kWh/kg (siehe quelle 3). für die erzeugung von 7,83 MWh benötigt man demnach theoretisch:

7.830 kWh : 8 kWh/kg = 978,75 kg => ca. 1 to

bei modernen kohlekraftwerken kann man von einem wirkungsgrad von ca. 40 % ausgehen. daraus ergibt sich:

1 to : 40 % = 2,5 to

um auf einer 27 km langen trasse den höheren verlust einer 110-kv-freileitung (260 mva) gegenüber einem adäquaten erdkabel auszugleichen, müssen stündlich 2,5 tonnen steinkohle verstromt werden, das sind 60 tonnen täglich und 21.900 tonnen im jahr.

konklusion

wie bereits eingangs erwähnt, geht es mir nicht um eine unanfechtbare und konkrete verlustrechnung für den transport elektrischer energie. vielmehr will ich die größenverhältnisse aufzeigen und das augenmerk primär auf die komponenten energieverschwendung und umweltschutz, namentlich co2-emission lenken. gerade letztere sollte auch für die politik von interesse sein, und das nicht nur im ökologischen sondern auch im ökonomischen kontext.

unerwähnt bleiben darf auch nicht, dass es im vorliegenden fall primär um den transport von windstrom geht, der tatsächlich weitestgehend klimaneutral ist (man berücksichtige jedoch bei erstellung einer co2-bilanz bau, transport, aufbau und entsorgung der wka und peripherie). die verschwendung von elektrischer energie bedingt durch den einsatz von freileitungen schlägt sich demnach nicht direkt in einer entsprechenden co2-emission nieder. die verluste sind trotzdem evident und bedeuten einen volkswirtschaftlichen schaden, auf welcher grundlage bzw. mit welchem fokus man diesen auch betrachten und quantifizieren mag. und ich muss eingestehen, dass obige rechnung zum volkswirtschaftlichen schaden zugegebenermaßen naiv und wahrscheinlich dilletantisch ist, da ich von der materie einerseits zu wenig verstehe und es andererseits nicht unterlassen konnte, mich eines spritzers populismus' zu bedienen, welchen ich an anderer stelle tadelte. ich hoffe jedoch, dass sie wenigstens als grundlage für denkanstöße dienen kann, und vielleicht andere, auf dem gebiet der ökonomie mehr bewanderte, diese aufnehmen werden.

eine betrachtung durch die brille der energiekonzerne sei zum schluss noch ergänzt: eon, enbw, rwe und vattenfall sind die vier großen energieerzeuger und netzbetreiber. als solche sind sie verpflichtet, angemessene kapazitäten im leitungsnetz vorzuhalten und ggf. zu vergrößern. u.a. bedingt durch die zunahme regenerativer energieformen, insbesondere der windkraft, ist eine erweiterung des stromnetzes unausweichlich. das ist für die energieriesen in mehrfacher hinsicht ärgerlich: es bedeutet (subventionierte) konkurrenz am strommarkt sowie kosten durch den ausbau der stromnetze zwecks einspeisung des stromes der konkurrenz. einsparungen während des betriebes durch die verwendung verlustärmerer erdkabeltechnik ist für die vier in doppelter hinsicht von nachteil: es generiert hohe erstellungskosten und verringert den bedarf an strom, also dem gut, mit dem die vier ihre gewinne machen; das ist natürlich schlecht in puncto share holder value. eines ist jedoch sicher, egal was kommt, freileitung oder erdkabel, zahlen wird es am ende der verbraucher: sie!

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quellenangabe

(1) prof. heinrich brakelmann "Netzverstärkungs-Trassen zur Übertragung von Windenergie: Freileitung oder Kabel?" s. 48 ff
(2) umweltbundesamt
(3) wikipedia [ http://de.wikipedia.org/wiki/Heizwert ]

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(*) jüngst hat die cdu im rahmen einer kampagne gegen die "grünen dagegensager" eine website erstellen lassen, in der projekte aufgezählt sind, gegen deren umsetzung die partei die grünen/ bündnis 90 sei. dort sind auch geplante freileitungstrassen durch nrw aufgeführt.

(**) auf basis des derzeitigen strompreises für endverbraucher in deutschland, siehe rechnung.

(***) die relativen verluste sind bei anlagen, die mit höheren spannungen betrieben werden geringer; eben dies ist der grund, warum strom mit hohen spannungen transportiert wird.

Montag, 10. Januar 2011

Das Alte Flensburg

Ein interessanter Abriss der Stadtgeschichte inkl. alter Fotos und Bilder findet sich auf dieser Location: http://www.website-go.com/Flensburg/altes-Flensburg.php Wenn man sich den Südermarkt heute anschaut, dann fällt auf, dass an Stelle der öffentlichen Pissiores, welche dort vor hundert Jahren zu finden waren (siehe Foto), heute Bushaltestellenhäuschen stehen. Das ist wohl in Ordnung und zeitgemäß. Wandert der Blick jedoch nach rechts, so kann man erahnen, wie schön und architektonisch wohlgestalt die Anlage vor der Nikolaikirche damals war. Heute finden wir dort ja weniger Schönes...