Columbia University am 16.3.2021:
How Unprecedented Was the February 2021 Texas Cold Snap?
Valentine’s Day brought Arctic air to the Central and Southern United States and with it, widespread disruption of highly vulnerable energy, electricity, and water systems. Millions lost power and the ability to heat their homes. Roads iced over, pipes burst, and failing water mains left many without safe drinking water.
Infrastructure failed along several modes. Parts and equipment (pumps, valves, pipes, wind turbine blades, etc.) that were not adequately designed and weatherized for these low temperatures malfunctioned. This equipment in turn caused critical energy, power generation and water systems to stop functioning. At the same time, soaring demand for energy (both electricity and gas) to keep buildings warm added stress on the power grid. When parts of the electric grid failed or were purposefully shut off because of insufficient supply, this resulted in further failures or shutoffs of gas and water systems that depend on electricity to operate.
How unexpected and how widespread was this cold snap? What did the steep rise in electric power consumption leading up to near collapse tell us? We have evaluated these questions and submitted our results and recommendations to a peer-reviewed journal for publishing. A brief summary of our findings is below.
For the first question — how unexpected and widespread was this weather event? — we looked at historical data using a measure for how cold it was state-wide. This measure is called heating degrees.
Heating degrees measure the difference between the outside air temperature and a comfortable indoor temperature of 68F. For example, when the outside temperature for a cell is 8F, heating degrees are 60F — an extreme value for Texas. Heating degrees are a good indicator of the electricity and gas demand for heating, as well the gas demand overall, since natural gas is used both to generate electricity and for direct supply for home heating furnaces and boilers. The heating demand in the previous scenario, for example, will be twice that of when the outside temperature is 38F, with 30F heating degrees.
If you think of Texas as a chessboard, we calculated the heating degrees for every grid cell in the state, every winter hour since 1950. We added up heating degrees over the region served by the interconnected grid that supplies most of Texas. We accounted for the varying population in each location. (The higher the population, the higher the total energy demand for heating.) This heating degrees measure is a good proxy for the peak hour heating demand in any hour across the state, given the current population of the state.
To see how the February 2021 event compared to historic storms that have hit Texas, we combined today’s population with the temperature on each day since 1950 — this way, we can see what would be the heating demand if past storms hit Texas today. We examined how severe the temperature deviation was for the most intense cold spell of six hours and of two days during every winter season since 1950. The results are shown below.
Extreme six-hour events can create conditions that could lead to hardware components failing and leading to plant shut-downs. The longer two-day events are even harder on physical infrastructure, and they can be life-threatening for populations as electricity, heating and water systems may start to fail if the systems were not designed for such events.
Weiterlesen bei der Columbia University
+++
Interessantes Paper von Schernikau & Smith 2021:
How Many km2 of Solar Panels in Spain and how much battery backup would it take to power Germany
Germany is responsible for about 2% of global annual CO2 emissions from energy. To match Germany’s electricity demand (or over 15% of EU’s electricity demand) solely from solar photovoltaic panels located in Spain, about 7% of Spain would have to be covered with solar panels (~35.000 km2). Spain is the best-situated country in Europe for solar power, better in fact than India or (South) East Asia. The required Spanish solar park (PV-Spain) will have a total installed capacity of 2.000 GWp or almost 3x the 2020 installed solar capacity worldwide of 715 GW. In addition, backup storage capacity totaling about 45 TWh would be required.
To produce sufficient storage capacity from batteries using today’s leading technology would require the full output of 900 Tesla Gigafactories working at full capacity for one year, not counting the replacement of batteries every 20 years. For the entire European Union’s electricity demand, 6 times as much – about 40 % of Spain (~200.000 km2) – would be required, coupled with a battery capacity 6x higher.
To keep the Solar Park functioning just for Germany, PV panels would need to be replaced every 15 years, translating to an annual silicon requirement for the panels reaching close to 10% of current global production capacity (~135% for one-time setup). The silver requirement for modern PV panels powering Germany would translate to 30% of the annual global silver production (~450% for one-time setup). For the EU, essentially the entire annual global silicon production and 3x the annual global silver production would be required for replacement only.
There are currently not enough raw materials available for a battery backup. A 14-day battery storage solution for Germany would exceed the 2020 global battery production by a factor of 4 to 5x. To produce the required batteries for Germany alone (or over 15% of EU’s electricity demand) would require mining, transportation and processing of 0,4-0,8 billion tons of raw materials every year (7 to 13 billion tons for one-time setup), and 6x more for Europe. The raw materials required include lithium, copper, cobalt, nickel, graphite, rare earths & bauxite, coal, and iron ore for aluminum and steel. The 2020 global production of lithium, graphite anodes, cobalt or nickel would not nearly suffice by a multiple factor to produce the batteries for Germany alone.
Erläuterungen der Autoren:
Lars Schernikau und Prof. William Hayden Smith, Professor für Earth and Planetary Sciences am McDonnell Center for Space Sciences an der Universität Washington (USA), hatten im November vergangenen Jahres den etwas kontroversen Artikel: “How many km2 of solar panels in Spain would it take to power Germany” veröffentlicht.
Der Artikel wurde jetzt im Februar 2021 auf Grundlage weiterer Recherchen und zahlreichem Feedback von Fachkollegen, für das sich Lars und Prof. Smith auf diesem Wege auch nochmals herzlich bedanken, aktualisiert. Der Artikel kann öffentlich bei SSRN und Researchgate (DOI: 10.2139/ssrn.3730155) eingesehen werden.
Die grundlegenden Aussagen des Artikels haben sich nicht geändert. Jedoch diskutieren die beiden Autoren nun auch die Themen Wasserstoff und die Sahara als möglichen Standort für Mega-Solar-Parks. Außerdem wurde in der neuen Fassung auch der Kapazitätsfaktor („capacity factor“) berücksichtigt, der für jede Form von nicht konstant verfügbarer „erneuerbarer“ Energie ein kritischer Faktor ist.
Für Deutschland (1% der Weltgesamtbevölkerung und 2% der weltweiten CO2-Emissionen) lassen sich folgende Aussagen zusammenfassen:
–7% der Fläche Spaniens oder 35.000km2 müssten mit Solarpaneelen bedeckt werden, um Deutschland zu 100% mit Strom versorgen zu können (oder 15% der EU, wobei hier “andere“ Energie wie für Transport und Wärme/Heizung nicht berücksichtigt wurde). Solarpaneelen haben eine durchschnittliche Lebensdauer von 15 Jahren. Somit müssten dauerhaft jedes Jahr 2.300km2 an Solarpaneelen hergestellt werden.
–Etwa das 4,5-fache der weltweiten Silber-Jahresproduktion und etwa 135% der weltweiten Silizium-Jahresproduktion wären erforderlich, um die benötigten Paneele bauen zu können.
–Für die Herstellung eines 14-Tage-Batterie-Backups wären alleine für Deutschland etwa 7-13 Milliarden Tonnen an Rohstoffen nötig, die abgebaut, transportiert und verarbeitet werden müssten. Diese umfassen Lithium, Kupfer, Kobalt, Nickel, Grafit, Seltene Erden & Bauxit, Kohle und Eisenerz (für Aluminium und Stahl). Um die Batterien nur für Deutschland produzieren zu können, würde die weltweite Gesamtproduktion 2020 von Lithium, Grafit, Kobalt und Nickel um ein Vielfaches nicht ausreichen.
–Wasserstoff erweist sich als sinnvollere Lösung für die Speicherung. Allerdings besteht die Herausforderung hier in der niedrigen volumetrischen Energiedichte. Bei 200 bar transportiert ein 40-Tonnen-Truck etwa 3,2 Tonnen Methan, aber nur 320kg Wasserstoff auch aufgrund des Gewichts der Druckbehälter und der Sicherheitsarmaturen.
Die Autoren schlussfolgern:
“Wenn es keinen Sinn macht, den deutschen Strombedarf (oder etwas mehr als 15%
des EU-Bedarfs) durch Solarstrom aus Spanien zu decken, warum ist es dann
sinnvoll, auch nur einen Bruchteil des Strombedarfs von Solaranlagen zu
beziehen, die nördlich von Spanien, in Indien oder in Asien installiert sind,
wo die natürlichen Sonneneinstrahlungsbedingungen noch viel ungünstiger sind
als in Spanien? Und:
“Alternativen zur heute herrschenden Solar-Technologie sowie umfassendere
Forschung vor allem zum Material- und Energieeinsatz sind nötig, damit die
vorgeschlagene Energiewende weg von konventioneller Energie realisierbar wird.
Lars und ich freuen uns wie immer über Ihre Gedanken und auch kritische
Anregungen. Wir sind uns darüber bewusst, dass die Aussagen des Artikels auf
den ersten Blick überraschend und auch kontrovers erscheinen. Der Ausarbeitung
liegt jedoch eine umfassende Analyse zugrunde und es wurden überwiegend
großzügige Annahmen getroffen.
Die Durchsicht des Artikels wird etwa 15-20 Minuten beanspruchen. Meines
Erachtens eine lohnenswert investierte Zeit angesichts der Milliarden an
Steuergeldern und Privatvermögen, die derzeit für den Bau von Mega-Solarparks
weltweit ausgegeben werden. Die deutsche Version reichen wir nach.
+++
Wer den Artikel noch nicht kennt, nochmal der Lestipp aus der Welt vom 26.2.2021:
Was Bill Gates sagt, wird deutschen Klimaaktivisten nicht gefallen
Bill Gates macht globale Erwärmung als das kenntlich, was sie ist: ein komplexes Problem, das gelöst werden kann. Er weiß, dass klimafreundliche Technologien nicht per Moraldekret durchsetzbar sind – und verteidigt Kohle, Benzin und Fleischesser. Um in der Umweltdebatte in Deutschland groß rauszukommen, braucht es Missionierungswillen, Hybris und am besten auch Kenntnislosigkeit. Die unredliche Debatte hat aus dem Klimaproblem einen Generationskonflikt, einen opportunistischen Gut-Böse-Diskurs und ein Distinktionsinstrument für hippe Wohlstandskinder gemacht.
Weiterlesen in der Welt
+++
Abandoned Wind Farm with Destroyed Turbines in Oklahoma
+++
Infosperber am 2.3.2021:
CO2 im Verkehr: Das Problem ist das Auto, nicht sein Antrieb
«Netto null Treibhausgase» und Autos lassen sich nicht miteinander vereinbaren, selbst wenn alle nur noch «Ökostrom» tanken.
Die positiven Entwicklungen vorweg: Die Stromproduktion in Europa verursacht weniger CO2 (Kohlendioxid) als früher, weil ein wachsender Anteil an Elektrizität aus Wind- und Solarkraftwerken den Kohlestrom zurückdrängt. Der Anteil von Autos mit elektrischem Antrieb steigt, allerdings auf tiefem Niveau. Batterien und Elektromotoren werden effizienter produziert und halten länger. Damit hat sich die Klimabilanz von Elektroautos – von der Produktion über den Betrieb bis zur Entsorgung – etwas verbessert.
Weiterlesen auf Infosperber
+++
Nochmal Infosperber, diesmal vom 4.3.2021:
Klimapolitik: Lieber 80 % umsetzen als 100 % ankündigen
Das Auto lässt sich mit dem Klimaziel «netto null» nicht vereinbaren. Dieses Dilemma kann politisch zumindest entschärft werden.
Ein Elektroauto verursacht nur halb so viel Treibhausgase wie ein Benzinauto. Deshalb gilt es als «umweltfreundlich» und wird subventioniert. Doch die Klimapolitik verlangt nicht halb so viele sondern «netto null» Treibhausgase. Darum lässt sich das Auto mit dem Klimaschutz nicht vereinbaren. Diesen – hier zugespitzten – Konflikt habe ich gestern auf Infosperber unter dem Titel «Das Problem ist das Auto, nicht sein Antrieb» mit Daten aus wissenschaftlichen Studien dargestellt.
Weiterlesen auf Infosperber
+++
SPON 5.2.2021:
Chronik eines dramatischen Notfalleinsatzes
Spekulanten bedrohten am 12. Juni 2019 mehrere Stunden lang die deutsche Stromversorgung. Ein junger Ingenieur konnte das System mit großer Not stabil halten. Wie hat er das geschafft?
Weiterlesen auf SPON (kostenpflichtig)
Wenn es noch mehr Energien niedriger Dichte werden, ist ein „Brownout“ wohl unvermeidlich, weil sich bestimmt immer Lücken finden werden, mit der Versorgungssicherheit zu spekulieren.
+++
Science Media Center Germany am 26.2.2021:
Neue Diskussionen um Atomkraftwerke – muss die Welt Kernkraft nutzen, um den Klimawandel zu beschränken?
Zehn Jahre ist der Reaktorunfall im Kernkraftwerk Fukushima in Japan inzwischen her. Ließen sich die unmittelbaren Folgen noch als großflächige, regionale Katastrophe beschreiben, so hatte das Ereignis auch globale Auswirkungen. Denn als Konsequenz des Unfalls wurde in Deutschland der Atomausstieg beschlossen; Ende des kommenden Jahres werden die letzten Atomkraftwerke hierzulande vom Netz genommen. Auch in der Schweiz gab es noch im Jahr 2011 die Entscheidung, dass die Kernkraftwerke im Land nur noch bis zum Ende ihrer Laufzeit betrieben und nicht durch Neubauten ersetzt werden dürfen. Im Jahr 2034 ist dann dort spätestens Schluss. Wurden diese Entscheidungen in beiden Ländern vor allem mit Blick auf Risiko- und Sicherheitsfragen getroffen, so mischt sich in die seit einiger Zeit international wieder aufkommende Diskussion um die Nutzung der Kernenergie eine neue Dimension: der fortschreitende Klimawandel.
Denn die Zeit drängt. Die globalen Treibhausgasemissionen müssen so schnell wie möglich massiv gesenkt werden – in den nächsten zehn Jahren um mindestens 50 Prozent –, um die Pariser Klimaziele erreichen zu können. Und so drängen einige Akteure vermehrt auf eine stärkere Nutzung der nuklearen Energiegewinnung: US-Präsident Joe Biden und Microsoft-Gründer Bill Gates sehen in ihr einen Teil der Lösung des Klimaproblems, konservative Abgeordnete des Europa-Parlaments fordern eine „Renaissance der Kernenergie“, um die europäischen Klimaziele zu erreichen. Die Vereinigten Arabischen Emirate betreiben seit vergangenem Jahr ihren ersten eigenen Atomreaktor, drei weitere sind im Bau; Polen will in die Nutzung der Kernenergie einsteigen; China kooperiert mit mehreren afrikanischen Staaten bei der Planung solcher Projekte und auch im eigenen Land hat sich der Anteil des Stroms aus Kernkraftwerken in den vergangenen Jahren fast verdoppelt. Wir möchten diese Entwicklungen gerne nutzen, um mit Ihnen und drei Experten über dieses Thema zu sprechen.
Weiterlesen beim Science Media Center Germany
+++
Infosperber am 16.3.2021:
Gewissenlose Geschäftsleute verkaufen Regenwald auf Facebook
Eine Undercover-Reportage der «BBC» brachte illegale Landverkäufe in Brasilien ans Licht. Das hat nun Folgen.
Anscheinend fühlten sie sich sehr sicher. Viele Verkäufer gaben freimütig zu, keine Papiere zu besitzen, andere versicherten, dass es kein Risiko einer Kontrolle gebe. Ihr Handelsgut: gestohlenes Land im Amazonasgebiet. Ihre Plattform: Anzeigen im Amazon Marketplace, einem der grössten Online-Märkte der Welt, in dem jeder, der möchte, von Autos bis Dienstleistungen alles inserieren kann. Das Problem: Die zum Teil über 700 Hektaren grossen Grundstücke im brasilianischen Regenwald, die auf Facebook angepriesen werden, gehören zu Naturschutzgebieten oder sind Lebensraum indigener Stämme.
Weiterlesen auf Infosperber
+++
Infosperber am 17.3.2021:
Die EU-Kommission macht den Atom-Bock zum Umwelt-Gärtner
Hinter den Kulissen der EU in Brüssel tobt ein Kampf um die Zukunft der Atomkraft. Auch die atomfreundliche Schweiz mischt mit.
Die Atomenergie in Europa ist in der Defensive, doch das europäische Netzwerk der Atomlobby funktioniert bestens. Das zeigt die aktuelle Diskussion zum europäischen Grünen Deal, insbesondere die Frage, ob die Atomkraft eine nachhaltige Energie ist und folglich wie beispielsweise die Solarenergie gefördert werden soll oder nicht.
Weiterlesen auf Infosperber