Energiewende – Chancen und Herausforderungen
Energiewende – Chancen und Herausforderungen
Einleitung
Energiewende – Chancen und Herausforderungen bedeutet: Wir verändern unsere Energieversorgung. Weniger Kohle, Erdöl und Erdgas sollen genutzt werden. Mehr Energie soll aus Sonnenenergie, Windenergie und Wasserkraft kommen. Gleichzeitig müssen wir Energie sparen und sie klug verteilen.
Windkraftanlagen wandeln die Bewegung der Luft in elektrische Energie um.
Lernziele
Nach diesem aiMOOC kannst Du erklären, wie erneuerbare Energiequellen funktionieren. Du kannst wichtige Chancen und Probleme der Energiewende nennen. Du kannst einfache Energieumwandlungen beschreiben und eigene Lösungen bewerten.
Physik der Energiewende
Energie geht nicht verloren. Sie wird nur umgewandelt. Das beschreibt der Energieerhaltungssatz.
Die Leistung zeigt, wie schnell Energie umgewandelt wird:
Leistung = Energie : Zeit
Eine hohe Leistung bedeutet: In kurzer Zeit wird viel Energie umgewandelt. Für das Stromnetz ist wichtig, dass Erzeugung und Verbrauch in jedem Moment zusammenpassen.
Windenergie
Der Wind besitzt Bewegungsenergie. Er dreht die Rotorblätter. Ein Generator wandelt die Drehbewegung in elektrische Energie um.
Animation: Der Rotor einer Windkraftanlage dreht sich.
Sonnenenergie
Eine Solarzelle wandelt Licht direkt in elektrische Energie um. Dieser Vorgang heißt Photovoltaik. Bei Dunkelheit liefert die Anlage keinen Solarstrom.
Das Schema zeigt eine einfache Photovoltaikanlage am Haus.
Wasserkraft und Generator
Wasser in großer Höhe besitzt Lageenergie. Beim Herabfließen wird daraus Bewegungsenergie. Eine Turbine treibt einen Generator an.
Warum Speicher und Netze wichtig sind
Sonne und Wind sind nicht immer gleich stark. Deshalb braucht die Energiewende verschiedene Kraftwerke, gute Stromnetze, Speicher und einen flexiblen Verbrauch.
Eine Batterie speichert Energie chemisch. Ein Pumpspeicherkraftwerk speichert Energie als Lageenergie von Wasser. Wasserstoff kann Energie chemisch speichern, doch bei jeder Umwandlung wird ein Teil der Energie in schwer nutzbare Wärme umgewandelt. Der Wirkungsgrad beschreibt den nutzbaren Anteil.
Animation: Ein Speicher nimmt Energie auf und gibt sie später an das Stromnetz ab.
Chancen und Herausforderungen
| Chancen | Herausforderungen |
|---|---|
| Weniger Treibhausgase beim Betrieb von Wind- und Solaranlagen | Stromerzeugung schwankt mit Wetter und Tageszeit |
| Sonne und Wind werden nicht aufgebraucht | Netze und Speicher müssen ausgebaut werden |
| Neue Technik kann Energie effizienter nutzen | Anlagen brauchen Flächen, Rohstoffe und Akzeptanz |
| Energie kann näher am Verbrauchsort erzeugt werden | Bau, Umbau und Rückbau kosten Geld und Energie |
Die Grafik zeigt den Ausbau der Photovoltaik in Deutschland bis 2025.
Was Du tun kannst
Auch kleine Schritte helfen: Geräte ganz ausschalten, Wege zu Fuß oder mit dem Fahrrad zurücklegen, Räume nicht unnötig heizen und Strom dann nutzen, wenn viel erneuerbare Energie vorhanden ist. Wichtig ist nicht nur Verzicht. Gute Technik, kluge Regeln und gemeinsames Handeln gehören ebenfalls zur Energiewende.
Lernbereiche
- Energieumwandlung: Energieformen erkennen und Energieketten beschreiben.
- Elektrische Leistung: Energie pro Zeit vergleichen.
- Erneuerbare Energien: Wind, Sonne und Wasser physikalisch erklären.
- Energiespeicher: Batterie, Pumpspeicher und Wasserstoff unterscheiden.
- Stromnetz: Erzeugung und Verbrauch ausgleichen.
- Bewertungskompetenz: Chancen, Kosten und Konflikte abwägen.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Was ist ein wichtiges Ziel der Energiewende? (Fossile Energieträger durch erneuerbare Energie und mehr Effizienz ersetzen) (!Mehr Kohle verbrennen) (!Nur größere Stromverbraucher bauen) (!Alle Stromnetze abschalten)
Welche Energie besitzt bewegte Luft? (Bewegungsenergie) (!Lageenergie) (!Kernenergie) (!Chemische Energie)
Was macht eine Solarzelle? (Sie wandelt Licht in elektrische Energie um) (!Sie wandelt Strom in Wind um) (!Sie erzeugt Energie aus dem Nichts) (!Sie speichert Wasser in großer Höhe)
Welche Aufgabe hat ein Generator? (Er wandelt eine Drehbewegung in elektrische Energie um) (!Er erzeugt Sonnenlicht) (!Er vernichtet Wärme) (!Er speichert ausschließlich Wasser)
Warum braucht ein Energiesystem Speicher? (Weil Erzeugung und Verbrauch zeitlich verschieden sein können) (!Weil Energie immer verloren geht) (!Weil Windräder nachts verboten sind) (!Weil Strom nur in Kohle gespeichert werden kann)
Welche Energieform nutzt ein Pumpspeicherkraftwerk zum Speichern? (Lageenergie von Wasser) (!Schallenergie) (!Kernenergie) (!Lichtenergie)
Was beschreibt der Wirkungsgrad? (Den Anteil der nutzbaren Energie) (!Die Farbe einer Solarzelle) (!Die Höhe eines Strommasts) (!Die Zahl der Haushalte in einer Stadt)
Welche Aussage zum Stromnetz ist richtig? (Erzeugung und Verbrauch müssen ständig ausgeglichen werden) (!Strom kann ohne Leitungen überall fließen) (!Das Wetter hat nie Einfluss auf die Erzeugung) (!Ein Stromnetz braucht keine Regelung)
Welche Chance bietet die Energiewende? (Weniger Treibhausgase bei der Stromerzeugung) (!Unendlich hoher Energieverbrauch) (!Keine technischen Anlagen mehr) (!Mehr Abhängigkeit von Kohle)
Welche Herausforderung gehört zur Energiewende? (Netze und Speicher müssen ausgebaut werden) (!Die Sonne muss künstlich erzeugt werden) (!Elektrische Energie darf nicht gemessen werden) (!Generatoren funktionieren nur ohne Bewegung)
Memory
| Photovoltaik | Licht wird zu elektrischem Strom |
| Windkraft | Bewegte Luft treibt einen Rotor an |
| Generator | Drehbewegung wird zu elektrischer Energie |
| Batterie | Energie wird chemisch gespeichert |
| Pumpspeicher | Wasser speichert Lageenergie |
| Wirkungsgrad | Anteil der nutzbaren Energie |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Energieumwandlung |
|---|---|
| Sonnenlicht | Photovoltaik |
| Bewegte Luft | Windkraftanlage |
| Wasser in großer Höhe | Pumpspeicherkraftwerk |
| Chemische Energie | Batterie |
| Drehbewegung | Generator |
Kreuzworträtsel
| Solarzelle | Welches Bauteil wandelt Licht direkt in elektrische Energie um? |
| Generator | Welches Gerät wandelt eine Drehbewegung in elektrische Energie um? |
| Batterie | Welcher Speicher nutzt chemische Energie? |
| Windkraft | Welche Technik nutzt bewegte Luft? |
| Stromnetz | Welches System verbindet Erzeuger und Verbraucher? |
| Wirkungsgrad | Welche Größe beschreibt den Anteil der nutzbaren Energie? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Energiekette: Zeichne die Energieumwandlung bei einer Windkraftanlage mit Pfeilen.
- Photovoltaik: Erkläre in fünf einfachen Sätzen, wie eine Solarzelle Strom erzeugt.
- Energiesparen: Finde drei Stromverbraucher in Deinem Alltag und notiere eine Sparidee zu jedem Gerät.
- Medienanalyse: Wähle eine Animation aus dem Kurs und beschreibe, was sich darin bewegt oder verändert.
Standard
- Elektrische Leistung: Lies die Leistung von drei Geräten ab und ordne sie vom kleinsten zum größten Wert.
- Windrad: Baue ein kleines Papierwindrad und untersuche, wie Form oder Größe der Flügel die Drehung verändern.
- Solarenergie: Plane einen einfachen Versuch mit einer kleinen Solarzelle. Vergleiche helles Licht, Schatten und verschiedene Winkel.
- Rollenspiel: Führt eine Diskussion über einen neuen Windpark. Verteilt Rollen wie Anwohner, Naturschutz, Gemeinde und Energieunternehmen.
Schwer
- Energiespeicher: Vergleiche Batterie, Pumpspeicher und Wasserstoff nach Energieform, Vorteil und Nachteil.
- Schule: Entwickle einen Plan, wie Deine Schule Strom sparen und selbst erneuerbaren Strom erzeugen könnte.
- Datenkompetenz: Untersuche eine Grafik zur Energiewende. Erkläre, welche Aussage sicher ist und welche Information noch fehlt.
- Erklärvideo: Produziere ein kurzes Video zur Frage: Wie kann Strom auch bei wenig Sonne und Wind verfügbar bleiben?
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Lernkontrolle
- Versorgungssicherheit: Eine Woche ist windarm und bewölkt. Entwickle einen Energiemix, der Haushalte trotzdem zuverlässig versorgt. Begründe jede Komponente.
- Inselnetz: Plane die Stromversorgung einer kleinen Insel mit Sonne, Wind, Speicher und Reserve. Erkläre den Energiefluss am Tag und in der Nacht.
- Schulprojekt: Die Schule möchte Solarmodule kaufen. Entwickle Kriterien für eine Entscheidung und berücksichtige Ertrag, Kosten, Fläche und Recycling.
- Wirkungsgrad: Vergleiche zwei Wege vom Sonnenlicht bis zum fahrenden Fahrzeug. Erkläre, an welchen Stellen Energie nicht mehr nutzbar ist.
- Interessenkonflikt: Ein Windpark liefert klimafreundlichen Strom, verändert aber die Landschaft. Formuliere einen begründeten Kompromiss.
Lernnachweis
Für Deinen Lernnachweis solltest Du eine Energieumwandlung korrekt darstellen, Chancen und Herausforderungen abwägen, die Rolle von Netzen und Speichern erklären und eine eigene Lösung begründen. Geeignet sind ein Versuchsprotokoll, ein Modell, ein Poster, eine Präsentation oder ein kurzes Erklärvideo.
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