Umweltauswirkungen der Stromerzeugung - Environmental impact of electricity generation

Elektrische Energiesysteme bestehen aus Erzeugungsanlagen verschiedener Energiequellen, Übertragungsnetzen und Verteilungsleitungen. Jede dieser Komponenten kann in mehreren Phasen ihrer Entwicklung und Verwendung Umweltauswirkungen haben, einschließlich ihrer Konstruktion, der Stromerzeugung und ihrer Stilllegung und Entsorgung. Wir können diese Auswirkungen in betriebliche Auswirkungen (Kraftstoffbeschaffung, globale Luftverschmutzung und lokale Verschmutzung) und Auswirkungen auf die Konstruktion (Herstellung, Installation, Stilllegung und Entsorgung) unterteilen. Diese Seite befasst sich ausschließlich mit den betrieblichen Umweltauswirkungen der Stromerzeugung . Die Seite ist nach Energiequellen geordnet und umfasst Auswirkungen wie Wasserverbrauch, Emissionen, lokale Verschmutzung und Vertreibung von Wildtieren.

Ausführlichere Informationen zu den Auswirkungen der Stromerzeugung für bestimmte Technologien und zu anderen Umweltauswirkungen elektrischer Energiesysteme im Allgemeinen finden Sie in der Kategorie: Umweltauswirkungen der Energiewirtschaft .

Wassernutzung

Der Wasserverbrauch ist eine der offensichtlichsten Umweltauswirkungen der Stromerzeugung. Alle thermischen Kreisläufe (Kohle, Erdgas, Kernkraft, Geothermie und Biomasse) verwenden Wasser als Kühlflüssigkeit, um die thermodynamischen Kreisläufe anzutreiben, die es ermöglichen, Strom aus Wärmeenergie zu gewinnen. Andere Energiequellen wie Wind und Sonne verwenden Wasser für die Reinigung von Geräten, während Wasserkraft Wasser durch Verdunstung aus den Stauseen verbraucht. Der Wasserverbrauch ist für Stromerzeugungssysteme oft von großer Bedeutung, da die Bevölkerung zunimmt und Dürren zu einem Problem werden. Darüber hinaus können Veränderungen der Wasserressourcen die Zuverlässigkeit der Stromerzeugung beeinträchtigen. Der Energiesektor in den Vereinigten Staaten entnimmt mehr Wasser als jeder andere Sektor und ist stark von den verfügbaren Wasserressourcen abhängig. Nach Angaben des US Geological Survey machten die Wasserentnahmen zur thermoelektrischen Stromerzeugung im Jahr 2005 41 Prozent (201 Bgal/d) aller Süßwasserentnahmen aus. Nahezu das gesamte Wasser, das für die Thermoelektrik entnommen wurde, war Oberflächenwasser, das für die Durchlaufkühlung in Kraftwerken verwendet wurde. Die Entnahmen für Bewässerung und öffentliche Versorgung betrugen im Jahr 2005 37 % bzw. 13 % aller Süßwasserentnahmen. Hier werden wahrscheinliche zukünftige Trends beim Wasserverbrauch behandelt.

Diskussionen über den Wasserverbrauch bei der Stromerzeugung unterscheiden zwischen Wasserentnahme und Wasserverbrauch. Laut USGS ist "Entzug" definiert als die Wassermenge, die aus dem Boden entfernt oder aus einer Wasserquelle zur Verwendung abgeleitet wird, während sich "Verbrauch" auf die Wassermenge bezieht, die verdunstet, transpiriert, in Produkte oder Pflanzen aufgenommen wird. oder anderweitig aus der unmittelbaren Wasserumgebung entfernt. Sowohl die Wasserentnahme als auch der Wasserverbrauch sind wichtige Umweltauswirkungen, die es zu bewerten gilt.

Allgemeine Zahlen für den Frischwasserverbrauch verschiedener Stromquellen sind unten aufgeführt.

  Wasserverbrauch (gal/MW-h)
Energiequelle Niedriges Gehäuse Mittlerer/durchschnittlicher Fall Hoher Fall
Atomkraft 100 (einmalige Kühlung) 270 Durchfahrt, 650 (Turm und Teich) 845 (Kühlturm)
Kohle 58 500 1.100 (Kühlturm, generische Verbrennung)
Erdgas 100 (einmaliger Zyklus) 800 (Dampfkreislauf, Kühltürme) 1.170 (Dampfkreislauf mit Kühltürmen)
Wasserkraft 1.430 4.491 18.000
Solarthermie 53 (Trockenkühlung) 800 1.060 (Trog)
Geothermie 1.800 4.000
Biomasse 300 480
Solar - Photovoltaik 0 26 33
Windkraft 0 0 1

Dampfkraftwerke (Kernkraft, Kohle, Erdgas, Solarthermie) benötigen viel Wasser zur Kühlung, um die Wärme an den Dampfkondensatoren abzuführen. Mit steigenden Kesseltemperaturen wird die benötigte Wassermenge bezogen auf die Anlagenleistung reduziert . Kohle- und gasbefeuerte Kessel können hohe Dampftemperaturen erzeugen und sind daher effizienter und benötigen im Verhältnis zur Leistung weniger Kühlwasser. Die Dampftemperatur von Kernkesseln ist durch Materialbeschränkungen begrenzt, und Solaranlagen sind durch die Konzentration der Energiequelle begrenzt.

Thermische Kreislaufanlagen in Meeresnähe haben die Möglichkeit, Meerwasser zu nutzen . Ein solcher Standort wird keine Kühltürme haben und wird durch Umweltbedenken hinsichtlich der Austrittstemperatur viel weniger eingeschränkt sein, da das Ableiten von Wärme einen sehr geringen Einfluss auf die Wassertemperaturen hat. Dadurch wird auch das für andere Zwecke verfügbare Wasser nicht erschöpft. Atomkraft in Japan zum Beispiel verwendet überhaupt keine Kühltürme, weil alle Kraftwerke an der Küste liegen. Wenn Trockenkühlsysteme verwendet werden, wird kein nennenswertes Wasser aus dem Grundwasserspiegel verwendet. Es gibt auch andere, neuartigere Kühllösungen, wie die Abwasserkühlung im Kernkraftwerk Palo Verde .

Die Hauptursache für die Wassernutzung durch Wasserkraft ist sowohl die Verdunstung als auch das Versickern in den Grundwasserspiegel.

Referenz: Factsheet des Nuclear Energy Institute unter Verwendung von EPRI-Daten und anderen Quellen.

Wertschöpfungskette der Elektrizitätswirtschaft (inkl. Gas & flüssige Brennstoffe) – Wasserverbrauch, Ökobilanz- Emissionsintensität & Kapazitätsfaktor
Rohstoff/ Brennstoff/ Ressource Rohstoffproduktion
L/MW·h
[L/GJ] 		Fermentation / Verarbeitung / Raffination
L/MW·h
[L/GJ] 		Stromerzeugung  mit geschlossenem Kühlkreislauf Gesamtwasserverbrauch
L/MW·h 		CO 2 -eq
kg/MW·h e
 SO 2
kg/MW·h
 NO x
kg/MW·h
 H 2 S
kg/MW·h
 Partikel
kg/MW·h
 Cd
mg/MW·h
 Hg
mg/MW·h
 Unfalltote vor Ort
/TW·yr
 Durchschnittlicher Kapazitätsfaktor
%
Traditionelles Öl 10,8–25,2
[3–7] 		90–234
[25–65] 		1.200 ~ 1.300,8–1.459,2 893 814 43,3 9 60 ~
Verbesserte Ölrückgewinnung 180-32.400
[50-9.000] 		90–234
[25–65] 		1.200 ~ 1.470–33.834 893 814 43,3 9 60 ~
Ölsand 252-6.480*
[70-1.800*] 		90–234
[25–65] 		1.200 ~ 1.542–7.914 893 814 43,3 9 60 ~
Biokraftstoffe :
Mais 		32.400–360.000
[9.000–100.000] 		169,2–180
Ethanol :[47-50] 		1.200 ~ 33.769,2–361.380 893 ~ 814 ~ 9 ~ 52 ~
Biokraftstoffe :
Sojabohnen 		180.000–972.000
[50.000–270.000] 		50.4
Biodiesel :[14] 		1.200 ~ 181.250,4–973.250.4 893 ~ 814 ~ 9 ~ 52 ~
Kohle 20–270
[5–70] 		504–792
-zu-Flüssigkeiten:[140-220] 		200-2.000 Kohle-zu-Flüssigkeit:NC
220-2.270 		B:863–941
Br:1175 		4.71 1,95 0 1.01 H: 3,1-
L: 6,2 		14-
61 		342 70–90
Traditionelles Gas Minimal 25.2
[7] 		700 725.2 577 :cc
(491–655) 		550 0,2 0,1-
0,6 		85 60 ~
Erdgas :
Schiefergas 		129,6–194,4
[36–54] 		25.2
[7] 		700 854,8–919.6 751 :oc
(627–891) 		550 0,2 0,1-
0,6 		85 60 ~
U nuklear 170–570 Siehe:Rohstoff 2.700 2.870-3.270 60–65 (10–130) 0,5 8 86,8-92
Wasserkraft 17.000 :Evap.Avg 17.000 fünfzehn 0,03 883 42
Geothermie Frisch:0–20
5.300 		Frisch:0–20
5.300 		T L 0-1
T H 91-122 		0,16 0 0,08 0 73-90+
Konz. Solar- 2.800–3.500 2.800–3.500 40 ±15# 56,2–72,9
Photovoltaik Minimal Minimal 106 0,3–0,9 14-19
Windkraft Minimal Minimal 21 271 21-40
Gezeitenkraft Minimal 55.917,68 26,3 0,0622 0,159 0,032 46
Rohstoff/ Brennstoff/ Ressource Rohstoffproduktion
L/MW·h
[L/GJ] 		Fermentation/ Verarbeitung/ Raffination
L/MW·h
[L/GJ] 		Stromerzeugung mit geschlossenem Kühlkreislauf L/MW·h Gesamtwasserverbrauch
L/MW·h 		CO 2 -eq
kg/MW·h e 		SO 2
kg/MW·h 		NO x
kg/MW·h 		H 2 S
kg/MW·h 		Partikel
kg/MW·h 		Cd
mg/MW·h 		Hg
mg/MW·h 		Tödliche Unfälle vor Ort
Tote/TW·Jahr 		Durchschnittlicher Kapazitätsfaktor
%

Quelle(n): Angepasst von US Department of Energy, Energy Demand on Water Resources. Bericht an den Kongress über die Interdependenz von Energie und Wasser, Dezember 2006 (sofern nicht anders angegeben).
*Schätzung von Cambridge Energy Research Associates (CERA). #Angemessene Schätzung.
Wasserbedarf für bestehende und neue Technologien für thermoelektrische Kraftwerke. US Department of Energy, National Energy Technology Laboratory, August 2008.
Anmerkung(en): 3,6 GJ = Gigajoule(n) == 1 MWh = Megawattstunde(n), also 1 L/GJ = 3,6 L/MW· h. B = Steinkohle (überkritisch)-(neu unterkritisch), Br = Braunkohle (neu unterkritisch), H = Steinkohle, L = Braunkohle, cc = kombinierter Kreislauf, oc = offener Kreislauf, T L  = Niedertemperatur/geschlossen- Kreislauf (geothermisches Dublett), T H  = Hochtemperatur/offener Kreislauf.

Fossile Brennstoffe

Hauptartikel: Fossiler Brennstoff
Siehe auch: Umweltauswirkungen der Ölschieferindustrie

Der größte Teil des Stroms wird heute durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Erzeugung von Dampf erzeugt, der dann zum Antrieb einer Dampfturbine verwendet wird , die wiederum einen elektrischen Generator antreibt .

Mit solchen Systemen kann Strom dort erzeugt werden, wo er gebraucht wird, da fossile Brennstoffe gut transportiert werden können. Sie nutzen auch die Vorteile einer großen Infrastruktur, die darauf ausgelegt ist, Consumer- Automobile zu unterstützen . Das weltweite Angebot an fossilen Brennstoffen ist groß, aber endlich. Die Erschöpfung kostengünstiger fossiler Brennstoffe wird erhebliche Folgen für die Energieträger sowie für die Herstellung von Kunststoffen und vielem mehr haben. Es wurden verschiedene Schätzungen berechnet, wann genau es erschöpft sein wird (siehe Peak Oil ). Es werden immer wieder neue Quellen für fossile Brennstoffe entdeckt, obwohl sich die Entdeckungsrate verlangsamt und gleichzeitig die Schwierigkeit der Gewinnung zunimmt.

Ernster sind die Bedenken hinsichtlich der Emissionen, die aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe resultieren . Fossile Brennstoffe stellen eine bedeutende Quelle für tief unter der Erde vergrabenen Kohlenstoff dar . Bei ihrer Verbrennung wird dieser Kohlenstoff in Kohlendioxid umgewandelt , das dann in die Atmosphäre freigesetzt wird. Der geschätzte CO2-Ausstoß der weltweiten Stromindustrie beträgt jährlich 10 Milliarden Tonnen. Dies führt zu einem Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids der Erde, was den Treibhauseffekt verstärkt und zur globalen Erwärmung beiträgt . Der Zusammenhang zwischen erhöhtem Kohlendioxid und globaler Erwärmung ist allgemein anerkannt, obwohl die Hersteller fossiler Brennstoffe diese Ergebnisse energisch bestreiten.

Abhängig vom jeweiligen fossilen Brennstoff und der Verbrennungsmethode können auch andere Emissionen erzeugt werden. Häufig werden Ozon , Schwefeldioxid, NO 2 und andere Gase sowie Feinstaub freigesetzt . Schwefel- und Stickoxide tragen zu Smog und saurem Regen bei . In der Vergangenheit haben Anlagenbesitzer dieses Problem durch den Bau sehr hoher Rauchgaskaminen gelöst , damit die Schadstoffe in der Atmosphäre verdünnt werden. Während dies dazu beiträgt, die lokale Kontamination zu reduzieren, hilft es bei globalen Problemen überhaupt nicht.

Fossile Brennstoffe, insbesondere Kohle , enthalten auch verdünntes radioaktives Material, dessen Verbrennung in sehr großen Mengen dieses Material in die Umwelt freisetzt, was zu einer geringen lokalen und globalen radioaktiven Kontamination führt , die ironischerweise höher ist als bei einer Atomkraft Station, da ihre radioaktiven Schadstoffe kontrolliert und gespeichert werden.

Kohle enthält auch Spuren giftiger schwerer Elemente wie Quecksilber , Arsen und andere. Quecksilber, das im Kessel eines Kraftwerks verdampft wird, kann in der Atmosphäre schweben und um die Welt zirkulieren. Während in der Umwelt ein beträchtlicher Quecksilberbestand vorhanden ist, werden Kraftwerksemissionen zu einem erheblichen Teil der verbleibenden Emissionen, da andere vom Menschen verursachte Quecksilberemissionen besser kontrolliert werden. Die Quecksilberemissionen von Kraftwerken in den Vereinigten Staaten werden im Jahr 2003 auf etwa 50 Tonnen pro Jahr und in China auf mehrere Hundert Tonnen pro Jahr geschätzt . Kraftwerksplaner können Kraftwerke mit Ausrüstungen ausstatten, um Emissionen zu reduzieren.

Laut Environment Canada:

„Der Stromsektor ist einzigartig unter den Industriesektoren in seinem sehr großen Beitrag zu den Emissionen im Zusammenhang mit fast allen Luftproblemen. Die Stromerzeugung verursacht einen großen Anteil der kanadischen Stickoxid- und Schwefeldioxidemissionen, die zu Smog und saurem Regen sowie zur Bildung von Feinstaub beitragen Feinstaub. Es ist die größte unkontrollierte industrielle Quelle von Quecksilberemissionen in Kanada. Mit fossilen Brennstoffen betriebene Elektrizitätswerke emittieren auch Kohlendioxid, das zum Klimawandel beitragen kann. Darüber hinaus hat der Sektor erhebliche Auswirkungen auf Wasser, Lebensräume und Arten. Insbesondere Staudämme und Übertragungsleitungen haben erhebliche Auswirkungen auf Wasser und Biodiversität."

Zu den Kohlebergbaupraktiken in den Vereinigten Staaten gehörten auch der Tagebau und das Abtragen von Berggipfeln . Mühlenrückstände bleiben blank und wurden in lokale Flüsse ausgelaugt, was dazu führte, dass die meisten oder alle Flüsse in Kohle produzierenden Gebieten das ganze Jahr über rot mit Schwefelsäure liefen, die alles Leben in den Flüssen tötet.

Die Effizienz einiger dieser Systeme kann durch Kraft-Wärme-Kopplung und Geothermie ( Kraft-Wärme-Kopplung ) verbessert werden. Prozessdampf kann aus Dampfturbinen gewonnen werden. Die Abwärme von Wärmekraftwerken kann zur Raumheizung benachbarter Gebäude genutzt werden. Durch die Kombination von Stromerzeugung und Heizung wird weniger Brennstoff verbraucht, wodurch die Umweltauswirkungen im Vergleich zu getrennten Wärme- und Stromsystemen reduziert werden.

Umstellung von Kraftstoffen auf Strom

Elektroautos verbrennen kein Erdöl, wodurch die Umweltbelastung vom Autofahrer auf den Stromversorger verlagert wird. In Südafrika wird ein Elektroauto mit Kohlestrom betrieben und belastet die Umwelt. In Norwegen wird ein Elektroauto mit Wasserkraft betrieben und ist ungefährlich. Elektroautos allein sind weder nützlich noch schädlich, es kommt darauf an, wie Ihre Region Strom erzeugt.

Hausbesitzer können mit Erdgas eine Effizienz von 90 % erzielen, um ihr Haus zu heizen. Wärmepumpen sind sehr effizient und verbrennen kein Erdgas, wodurch die Umweltbelastung von Hausbesitzern auf Stromversorger verlagert wird. Bei der Umstellung von Erdgas auf Strom in Alberta, Kanada, werden Erdgas und Kohle mit einem Wirkungsgrad von etwa 40 % verbrannt, um die Wärmepumpe zu versorgen. In Quebec, Kanada, wo elektrische Widerstandsheizungen üblich sind, verbraucht die Wärmepumpe 70 % weniger Strom aus Wasserkraft. Wärmepumpen können für die Umwelt von Vorteil sein oder nicht, es hängt davon ab, wie Ihre Region Strom erzeugt.

Atomkraft

Das Kernkraftwerk Onagawa – eine Anlage, die durch direkte Nutzung von Meerwasser kühlt und keinen Kühlturm benötigt
Hauptartikel: Umweltauswirkungen der Atomkraft
Siehe auch: Atomkraft-Debatte

Kernkraftwerke verbrennen keine fossilen Brennstoffe und emittieren daher nicht direkt Kohlendioxid; Aufgrund der hohen Energieausbeute von Kernbrennstoffen ist der Kohlendioxidausstoß während des Abbaus, der Anreicherung, der Herstellung und des Transports von Brennstoffen im Vergleich zu dem Kohlendioxidausstoß fossiler Brennstoffe mit ähnlichem Energieertrag gering.

Ein großes Kernkraftwerk kann Abwärme an ein natürliches Gewässer abgeben; Dies kann zu einem unerwünschten Anstieg der Wassertemperatur mit negativen Auswirkungen auf Wasserlebewesen führen.

Die Emission von Radioaktivität aus einem Kernkraftwerk wird durch Vorschriften kontrolliert. Ein anormaler Betrieb kann zur Freisetzung von radioaktivem Material in einer Größenordnung von geringfügig bis schwerwiegend führen, obwohl diese Szenarien sehr selten sind.

Der Abbau von Uranerz kann die Umgebung der Mine stören. Die Entsorgung abgebrannter Brennelemente ist umstritten, und viele vorgeschlagene Langzeitlagersysteme werden intensiv geprüft und kritisiert. Die Umleitung frischer oder abgebrannter Brennelemente zur Waffenproduktion birgt die Gefahr der nuklearen Proliferation . Schließlich wird die Struktur des Reaktors selbst radioaktiv und erfordert eine jahrzehntelange Lagerung, bevor er wirtschaftlich demontiert und als Abfall entsorgt werden kann.

Erneuerbare Energie

Erneuerbare Energietechnologien können erhebliche Vorteile für die Umwelt haben. Im Gegensatz zu Kohle und Erdgas , können sie erzeugen Strom und Kraftstoffe ohne Freisetzung erhebliche Mengen an CO2 und anderen Treibhausgasen , die zum Klimawandel beitragen, aber die Treibhausgaseinsparungen von einer Reihe von Biokraftstoffen gefunden wurden , viel geringer als ursprünglich erwartet, da diskutiert in dem Artikel Indirekte Landnutzungsänderungen Auswirkungen von Biokraftstoffen .

Sowohl Solar als auch Wind wurden aus ästhetischer Sicht kritisiert. Es gibt jedoch Methoden und Möglichkeiten, diese erneuerbaren Technologien effizient und unauffällig einzusetzen: Fest installierte Sonnenkollektoren können als Lärmschutzwände entlang von Autobahnen dienen, und derzeit stehen umfangreiche Fahrbahnen, Parkplätze und Dachflächen zur Verfügung; amorphe Photovoltaikzellen können auch zum Tönen von Fenstern und zur Energiegewinnung verwendet werden. Befürworter erneuerbarer Energien argumentieren auch, dass die derzeitige Infrastruktur ästhetisch weniger ansprechend ist als Alternativen, aber aus der Sicht der meisten Kritiker weiter entfernt liegt.

Wasserkraft

Hauptartikel: Wasserkraft § Vorteile_und_Nachteile

Der große Vorteil der konventionellen Wasserdämme mit Stauseen ist ihre Fähigkeit , für die spätere elektrische Produktionspotential Energie zu speichern. Die Kombination aus natürlicher Energieversorgung und bedarfsgerechter Produktion hat die Wasserkraft zur mit Abstand größten erneuerbaren Energiequelle gemacht. Weitere Vorteile sind eine längere Lebensdauer als bei kraftstoffbefeuerter Erzeugung, niedrige Betriebskosten und die Bereitstellung von Einrichtungen für Wassersport. Einige Staudämme arbeiten auch als Pumpspeicherkraftwerke, die Angebot und Nachfrage im Erzeugungssystem ausgleichen. Insgesamt kann Wasserkraft günstiger sein als Strom aus fossilen Brennstoffen oder Kernenergie, und Gebiete mit reichlich Wasserkraft ziehen die Industrie an.

Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen gibt es jedoch bei Staudämmen, die große Reservoirs bilden, mehrere Nachteile . Dazu können gehören: Vertreibung von Menschen, die dort leben, wo die Stauseen geplant sind, Freisetzung erheblicher Mengen Kohlendioxid beim Bau und Überflutung der Talsperre, Störung der aquatischen Ökosysteme und der Vogelwelt, negative Auswirkungen auf die Flussumwelt, potenzielle Sabotage- und Terrorismusrisiken , und in seltenen Fällen katastrophales Versagen der Staumauer.

Manche Staudämme erzeugen nur Strom und dienen keinem anderen Zweck, aber vielerorts werden große Stauseen zum Hochwasserschutz und/oder zur Bewässerung benötigt, das Hinzufügen eines Wasserkraftanteils ist eine übliche Zahlungsmethode für einen neuen Stausee. Hochwasserschutz schützt Leben/Eigentum und Bewässerung unterstützt eine verstärkte Landwirtschaft. Ohne Kraftturbinen würde sich die Umgebung des Flusses stromabwärts in mehrfacher Hinsicht verbessern, die Bedenken hinsichtlich Damm und Reservoir würden jedoch unverändert bleiben.

Kleine Wasserkraft und Laufwasser sind zwei wirkungsarme Alternativen zu Wasserkraftwerken, obwohl sie aufgrund eines Mangels an gespeichertem Wasser zeitweise Strom erzeugen können.

Gezeiten

Weitere Informationen: Gezeitenkraft § Umweltbelange
Gezeitenturbinen

Landeinschnürungen wie Meerengen oder Meeresarme können an bestimmten Stellen hohe Geschwindigkeiten erzeugen, die mit dem Einsatz von Turbinen erfasst werden können. Diese Turbinen können horizontal, vertikal, offen oder kanalisiert sein und werden normalerweise in der Nähe des Bodens der Wassersäule platziert.

Das größte Umweltproblem bei der Gezeitenenergie ist mit dem Auftreffen der Schaufeln und dem Verfangen von Meeresorganismen verbunden, da Hochgeschwindigkeitswasser das Risiko erhöht, dass Organismen in die Nähe oder durch diese Geräte getrieben werden. Wie bei allen erneuerbaren Offshore-Energien gibt es auch Bedenken, wie sich die Entstehung von EMF und akustischen Emissionen auf Meeresorganismen auswirken kann. Da sich diese Geräte im Wasser befinden, kann die akustische Leistung höher sein als bei Offshore-Windenergie. Abhängig von der Frequenz und Amplitude des von den Gezeitenenergiegeräten erzeugten Schalls kann diese akustische Ausgabe unterschiedliche Auswirkungen auf Meeressäuger haben (insbesondere auf diejenigen, die Echoortung zur Kommunikation und Navigation in der Meeresumwelt verwenden, wie Delfine und Wale). Der Abbau von Gezeitenenergie kann auch Umweltprobleme verursachen, wie die Verschlechterung der Wasserqualität im Fernfeld und die Störung von Sedimentprozessen . Je nach Größe des Projekts können diese Auswirkungen von kleinen Spuren von Sedimentablagerungen in der Nähe des Gezeitengeräts bis hin zu schwerwiegenden Auswirkungen auf küstennahe Ökosysteme und Prozesse reichen.

Gezeitensperre

Gezeitensperren sind Dämme, die über dem Eingang zu einer Bucht oder einem Mündungsgebiet gebaut werden und die potenzielle Gezeitenenergie mit Turbinen einfangen, die einem herkömmlichen hydrokinetischen Damm ähneln. Die Energie wird gesammelt, während der Höhenunterschied zu beiden Seiten des Damms bei Ebbe oder Flut am größten ist. Eine minimale Höhenschwankung von 5 Metern ist erforderlich, um den Bau zu rechtfertigen, daher wurden weltweit nur 40 Standorte als machbar identifiziert.

Die Installation einer Staustufe kann die Küstenlinie innerhalb der Bucht oder Mündung verändern und ein großes Ökosystem beeinträchtigen, das vom Wattenmeer abhängt. Durch die Hemmung des Wasserflusses in und aus der Bucht kann es auch zu einer geringeren Spülung der Bucht oder der Mündung kommen, was zu zusätzlicher Trübung (Schwebstoffe) und weniger Salzwasser führt, was zum Tod von Fischen führen kann, die als lebenswichtige Nahrungsquelle dienen zu Vögeln und Säugetieren. Wanderfische haben möglicherweise auch keinen Zugang zu Brutströmen und versuchen möglicherweise, die Turbinen zu passieren. Die gleichen akustischen Bedenken gelten für Gezeitensperren. Die abnehmende Zugänglichkeit der Schifffahrt kann zu einem sozioökonomischen Problem werden, obwohl Schleusen hinzugefügt werden können, um eine langsame Durchfahrt zu ermöglichen. Das Sperrfeuer kann jedoch die lokale Wirtschaft verbessern, indem der Landzugang als Brücke verbessert wird. Ruhigeres Wasser kann auch eine bessere Erholung in der Bucht oder Mündung ermöglichen.

Biomasse

Weitere Informationen: Biomasse § Umweltbelastung

Elektrische Energie kann erzeugt werden, indem alles verbrannt wird, was brennt. Ein Teil der elektrischen Energie wird durch das Verbrennen von Pflanzen erzeugt, die speziell für diesen Zweck angebaut werden. Normalerweise geschieht dies durch Fermentieren von Pflanzenmaterial, um Ethanol zu produzieren , das dann verbrannt wird. Dies kann auch geschehen, indem man organisches Material zersetzen lässt, wodurch Biogas entsteht , das dann verbrannt wird. Außerdem ist Holz, wenn es verbrannt wird, eine Form von Biomasse-Brennstoff.

Die Verbrennung von Biomasse verursacht viele der gleichen Emissionen wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Allerdings bindet der Anbau von Biomasse Kohlendioxid aus der Luft, so dass der Nettobeitrag zum globalen atmosphärischen Kohlendioxidgehalt gering ist.

Der Prozess des Biomasseanbaus unterliegt den gleichen Umweltbelangen wie jede Art der Landwirtschaft . Es verbraucht viel Land, und Düngemittel und Pestizide können für ein kostengünstiges Wachstum erforderlich sein. Biomasse, die als Nebenprodukt der Landwirtschaft anfällt, ist vielversprechend, aber der größte Teil dieser Biomasse wird derzeit verwendet, um nicht zuletzt als Dünger in den Boden zurückzupflügen.

Windkraft

Hauptartikel: Umweltauswirkungen der Windkraft

Onshore-Wind

Windkraft nutzt mechanische Energie aus dem konstanten Luftstrom über die Erdoberfläche. Windkraftanlagen bestehen im Allgemeinen aus Windparks , Feldern von Windkraftanlagen an Standorten mit relativ starkem Wind. Ein vorrangiges Werbethema in Bezug auf Windkraftanlagen sind ihre älteren Vorgänger, wie die Altamont Pass Wind Farm in Kalifornien. Diese älteren, kleineren Windkraftanlagen sind ziemlich laut und dicht aufgestellt, was sie für die lokale Bevölkerung sehr unattraktiv macht. Die windabgewandte Seite der Turbine stört lokale schwache Winde. Moderne große Windturbinen haben diese Bedenken gemildert und sind zu einer kommerziell wichtigen Energiequelle geworden. Viele Hausbesitzer in Gebieten mit starkem Wind und teurem Strom stellen kleine Windturbinen auf, um ihre Stromrechnung zu senken.

Ein moderner Windpark hat auf landwirtschaftlichen Flächen eine der geringsten Umweltauswirkungen aller Energieträger:

  • Es nimmt weniger Landfläche pro erzeugter Kilowattstunde (kWh) Strom ein als jedes andere System zur Umwandlung erneuerbarer Energie und ist mit Weiden und Ackerbau kompatibel.
  • Es erzeugt die Energie, die für seinen Bau benötigt wird, innerhalb von nur wenigen Monaten nach dem Betrieb.
  • Die durch den Bau verursachten Treibhausgasemissionen und Luftverschmutzung sind gering und gehen zurück. Durch den Betrieb entstehen keine Emissionen oder Verschmutzungen.
  • Moderne Windkraftanlagen drehen sich so langsam (in Umdrehungen pro Minute), dass sie selten eine Gefahr für Vögel darstellen.

Landschafts- und Kulturerbefragen können für bestimmte Windparks ein wichtiges Thema sein. Wenn jedoch geeignete Planungsverfahren befolgt werden, sollten die Risiken für das Erbe und die Landschaft minimal sein. Einige Leute mögen Windparks immer noch ablehnen, vielleicht aus ästhetischen Gründen, aber es gibt immer noch die unterstützenden Meinungen der breiteren Gemeinschaft und die Notwendigkeit, sich den Bedrohungen durch den Klimawandel zu stellen.

Offshore-Wind

Offshore-Wind ist vergleichbar mit terrestrischen Windtechnologien, da eine große windmühlenartige Turbine in einer Süß- oder Salzwasserumgebung aufgestellt wird. Durch Wind drehen sich die Rotorblätter, die dann in Strom umgewandelt und mit Kabeln an das Stromnetz angeschlossen werden. Die Vorteile von Offshore-Wind sind, dass die Winde stärker und beständiger sind, sodass Turbinen von viel größerer Größe von Schiffen errichtet werden können. Die Nachteile sind die Schwierigkeiten, eine Struktur in einer dynamischen Meeresumgebung zu platzieren.

Die Turbinen sind oft skalierte Versionen bestehender Landtechnologien. Die Fundamente sind jedoch einzigartig für Offshore-Wind und sind unten aufgeführt:

Monopile-Fundament

Monopile-Fundamente werden bei Anwendungen in geringer Tiefe (0–30 m) verwendet und bestehen aus einem Pfahl, der je nach Bodenbeschaffenheit unterschiedlich tief in den Meeresboden (10–40 m) gerammt wird. Der Bauprozess der Rammarbeiten ist ein Umweltproblem, da der erzeugte Lärm unglaublich laut ist und sich weit im Wasser ausbreitet, selbst nach Minderungsstrategien wie Blasenschilden, langsamem Start und akustischer Verkleidung. Der Fußabdruck ist relativ klein, kann aber dennoch Scheuerstellen oder künstliche Riffe verursachen . Übertragungsleitungen erzeugen auch ein elektromagnetisches Feld, das für einige Meeresorganismen schädlich sein kann.

Stativ fester Boden

Dreibeinige Fundamente mit festem Boden werden bei Anwendungen in Übergangstiefen (20–80 m) verwendet und bestehen aus drei Beinen, die mit einer zentralen Welle verbunden sind, die die Turbinenbasis trägt. Jedes Bein hat einen Pfahl, der in den Meeresboden gerammt wird, obwohl aufgrund des breiten Fundaments weniger Tiefe erforderlich ist. Die Umweltauswirkungen sind eine Kombination aus denen von Monopile- und Schwerkraftfundamenten.

Schwerkraft-Stiftung

Schwerkraftfundamente werden bei Anwendungen in geringer Tiefe (0–30 m) verwendet und bestehen aus einer großen und schweren Basis aus Stahl oder Beton, die auf dem Meeresboden aufliegt. Der Fußabdruck ist relativ groß und kann bei der Einführung zu Scheuern, künstlichen Riffen oder physischer Zerstörung des Lebensraums führen. Übertragungsleitungen erzeugen auch ein elektromagnetisches Feld, das für einige Meeresorganismen schädlich sein kann.

Schwerkraftstativ

Schwerkraft-Tripod-Fundamente werden in Übergangstiefenanwendungen (10–40 m) verwendet und bestehen aus zwei schweren Betonstrukturen, die durch drei Beine verbunden sind, wobei eine Struktur auf dem Meeresboden sitzt, während die andere über dem Wasser liegt. Ab 2013 nutzen derzeit keine Offshore-Windparks dieses Fundament. Die Umweltbedenken sind identisch mit denen von Schwerkraftfundamenten, obwohl die Scheuerwirkung je nach Konstruktion weniger signifikant sein kann.

Schwimmende Struktur

Schwimmende Strukturfundamente werden in tiefen Tiefen (40–900 m) verwendet und bestehen aus einer ausgewogenen schwimmenden Struktur, die mit festen Kabeln am Meeresboden verankert ist. Die schwimmende Struktur kann durch Auftrieb, Festmacherleinen oder Ballast stabilisiert werden. Die Festmacherleinen können zu geringfügigen Scheuern oder Kollisionsgefahr führen. Übertragungsleitungen erzeugen auch ein elektromagnetisches Feld, das für einige Meeresorganismen schädlich sein kann.

Ökologische Auswirkungen der Windenergie

Ein großes Umweltproblem von Windkraftanlagen sind die Auswirkungen auf die Tierwelt. Windturbinen und die dazugehörige Infrastruktur – insbesondere Stromleitungen und Türme – gehören zu den am schnellsten wachsenden Bedrohungen für Vögel und Fledermäuse in den Vereinigten Staaten und Kanada. Wenn die Tiere mit den Turbinenschaufeln kollidieren, kommt es häufig zum Tod von Vögeln und Fledermäusen. Sie werden auch durch Kollisionen und Stromschläge mit Übertragungsleitungen geschädigt. Auch wenn der Standort von Windenergieanlagen vor dem Bau gründlich geprüft wird, können sie eine Ursache für den Verlust von Lebensräumen sein.

Es gibt auch Bedenken, wie sich die Windenergie auf das Wetter und den Klimawandel auswirkt. Obwohl Windenergie im Vergleich zu anderen Stromerzeugern den geringsten Beitrag zum Klimawandel leisten könnte, besteht noch Verbesserungspotenzial. Windturbinen können das Wetter in ihrer unmittelbaren Umgebung beeinflussen und die Temperatur und den Niederschlag beeinflussen. Es gibt auch Studien, die darauf hindeuten, dass große Windparks die Temperaturen erhöhen könnten. Der Einsatz von Windkraftanlagen zur Deckung von 10 Prozent des weltweiten Energiebedarfs im Jahr 2100 könnte zu einem Temperaturanstieg von einem Grad Celsius in den Regionen an Land führen, in denen die Windparks installiert sind, einschließlich einer geringeren Zunahme der Gebiete außerhalb dieser Regionen.

Geothermie

Hauptartikel: Geothermie

Geothermie ist die Wärme der Erde, die in Kraftwerken zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Aus geothermischen Quellen gewonnenes warmes Wasser kann für Industrie, Landwirtschaft, Baden und Reinigung genutzt werden. Wo unterirdische Dampfquellen angezapft werden können, wird der Dampf zum Betrieb einer Dampfturbine verwendet. Geothermische Dampfquellen haben eine begrenzte Lebensdauer, da das Grundwasser erschöpft ist. Anordnungen, die Oberflächenwasser durch Gesteinsformationen zirkulieren lassen, um heißes Wasser oder Dampf zu erzeugen, sind in einer für den Menschen relevanten Zeitskala erneuerbar.

Ein Geothermiekraftwerk verbrennt zwar keinen Brennstoff, es entstehen aber dennoch Emissionen durch andere Stoffe als Dampf, die aus den Geothermiebrunnen aufsteigen. Diese können Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid umfassen. Einige geothermische Dampfquellen enthalten unlösliche Mineralien, die aus dem Dampf entfernt werden müssen, bevor er zur Erzeugung verwendet wird; Dieses Material muss ordnungsgemäß entsorgt werden. Jedes (geschlossene) Dampfkraftwerk benötigt Kühlwasser für Kondensatoren ; Die Ableitung von Kühlwasser aus natürlichen Quellen und seine erhöhte Temperatur bei der Rückführung in Bäche oder Seen können erhebliche Auswirkungen auf lokale Ökosysteme haben.

Der Abbau von Grundwasser und die beschleunigte Abkühlung von Gesteinsformationen können Erdbeben verursachen. Enhanced Geothermal Systems (EGS) zerbrechen unterirdisches Gestein, um mehr Dampf zu produzieren; solche Projekte können Erdbeben verursachen. Bestimmte Geothermieprojekte (wie eines in der Nähe von Basel, Schweiz im Jahr 2006) wurden aufgrund von bedenklicher Seismizität, die durch die geothermische Gewinnung verursacht wurde, ausgesetzt oder abgebrochen. Die Risiken im Zusammenhang mit "durch Hydrofrakturierung induzierter Seismizität sind jedoch im Vergleich zu natürlichen Erdbeben gering und können durch sorgfältiges Management und Überwachung reduziert werden" und "sollten nicht als Hindernis für die weitere Entwicklung der geothermischen Energiequelle Hot Rock angesehen werden".

Solarenergie

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Derzeit wird Photovoltaik vor allem in Deutschland und Spanien genutzt, wo die Regierungen finanzielle Anreize bieten. In den USA bietet auch der Staat Washington finanzielle Anreize. Photovoltaik ist, wie zu erwarten, auch in Gebieten mit reichlich Sonnenlicht verbreitet.

Es funktioniert durch die Umwandlung der Sonnenstrahlung in Gleichstrom (DC) unter Verwendung von Photovoltaikzellen . Dieser Strom kann dann in den üblicheren Wechselstrom umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist werden .

Photovoltaik bietet aufgrund ihrer Sauberkeit und Versorgung eine praktikable Alternative zu fossilen Brennstoffen, wenn auch zu hohen Produktionskosten. Zukünftige technologische Verbesserungen sollen diese Kosten auf einen wettbewerbsfähigeren Bereich senken.

Die negativen Auswirkungen auf die Umwelt liegen in der Herstellung von Solarzellen, die hauptsächlich aus Siliziumdioxid (aus Sand) bestehen, und die Gewinnung von Silizium aus Siliziumdioxid kann den Einsatz fossiler Brennstoffe erfordern, obwohl neuere Herstellungsverfahren die CO 2 -Produktion eliminiert haben . Solarstrom verursacht durch die Produktion Vorlaufkosten für die Umwelt, bietet jedoch während der gesamten Lebensdauer der Solarzelle saubere Energie.

Die großflächige Stromerzeugung mit Photovoltaik erfordert aufgrund der geringen Leistungsdichte der Photovoltaik viel Land . Der Landverbrauch kann durch die Installation auf Gebäuden und anderen bebauten Flächen reduziert werden, was jedoch die Effizienz verringert.

Konzentrierte solarenergie

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Auch als Solarthermie bekannt , verwendet diese Technologie verschiedene Arten von Spiegeln, um das Sonnenlicht zu konzentrieren und Wärme zu erzeugen. Diese Wärme wird zur Stromerzeugung in einer Standard- Rankine-Cycle- Turbine verwendet. Wie bei der meisten thermoelektrischen Stromerzeugung wird Wasser verbraucht. Dies kann ein Problem sein, da Solarkraftwerke aufgrund des Bedarfs an Sonnenlicht und großer Landflächen am häufigsten in einer Wüstenumgebung stehen. Viele konzentrierte Solarsysteme verwenden auch exotische Flüssigkeiten, um Wärme zu absorbieren und zu sammeln, während sie bei niedrigem Druck bleiben. Diese Flüssigkeiten können beim Verschütten gefährlich sein.

Negawatt-Leistung

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Negawatt-Leistung bezieht sich auf Investitionen zur Reduzierung des Stromverbrauchs und nicht auf Investitionen zur Erhöhung der Versorgungskapazität. Auf diese Weise können Investitionen in Negawatt als Alternative zu einem neuen Kraftwerk betrachtet und Kosten und Umweltaspekte verglichen werden.

Zu den Negawatt-Investitionsalternativen zur Reduzierung des Verbrauchs durch Verbesserung der Effizienz gehören:

  • Kunden mit energieeffizienten Lampen versorgen – geringe Umweltbelastung
  • Verbesserte Wärmedämmung und Luftdichtheit für Gebäude – geringe Umweltbelastung
  • Ersatz älterer Industrieanlagen – geringe Umweltbelastung. Kann sich durch reduzierte Emissionen positiv auswirken.

Zu den Negawatt-Investitionsalternativen zur Reduzierung der elektrischen Spitzenlast durch zeitversetzte Nachfrage gehören:

Beachten Sie, dass die Zeitverschiebung weder den Gesamtenergieverbrauch noch die Systemeffizienz reduziert; es kann jedoch verwendet werden, um den Bau eines neuen Kraftwerks zur Bewältigung einer Spitzenlast zu vermeiden.

Siehe auch

Verweise

Externe Links