Verfügbarkeit: Energietechnik

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Bibliographische Detailangaben
Titel:	Energietechnik Systeme zur konventionellen und erneuerbaren Energieumwandlung : Kompaktwissen für Studium und Beruf
Von:	Richard Zahoransky (Hrs.) ; unter Mitarbeit von Hans-Josef Allelein, Elmar Bollin, Udo Schelling, Harald Schwarz, Dominik Wörsdörfer, Carsten Fichter, Frank Allmendinger, David Degler und Maurice Kettner
Person:	Zahoransky, Richard Allelein, Hans-Josef Bollin, Elmar Schelling, Udo Schwarz, Harald Wörsdörfer, Dominik Fichtner, Carsten Allmendinger, Frank Degler, David Kettner, Maurice 1952- 1954- 1957- 1986- 1968-
Weitere Personen:	Zahoransky, Richard 1952- (HerausgeberIn), Allelein, Hans-Josef 1952- (MitwirkendeR), Bollin, Elmar 1954- (MitwirkendeR), Schelling, Udo (MitwirkendeR), Schwarz, Harald 1957- (MitwirkendeR), Wörsdörfer, Dominik 1986- (MitwirkendeR), Fichtner, Carsten (MitwirkendeR), Allmendinger, Frank 1968- (MitwirkendeR), Degler, David 1986- (MitwirkendeR), Kettner, Maurice (MitwirkendeR)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Wiesbaden Springer Vieweg [2022]
Ausgabe:	9., überarbeitete und ergänzte Auflage
Schriftenreihe:	Lehrbuch
Schlagworte:	Kraftwerkstechnik Energieumwandlung Energietechnik BHKW Biomasse Energiespeicherung Geothermie Gezeitenkraftwerk Hybridsystem Kraftwerkskonzept Kyoto-Protokoll PAFC Photovoltaik Prozesswärme Solartechnik Windenergie Lehrbuch
Online-Zugang:	http://deposit.dnb.de/cgi-bin/dokserv?id=9fd27bbdcc7a408ba94e788dcd7f5e82&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=033043627&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA
Beschreibung:	XXXIX, 823 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm
ISBN:	3658348305 9783658348304

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MARC


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adam_text	1 EINLEITUNG ............................................................................................................ 1 RICHARD ZAHORANSKY LITERATUR ................................................................................................................ 4 2 ENERGIETECHNISCHE GRUNDLAGEN ........................................................................ 5 UDO SCHELLING 2.1 ENERGIEFORMEN ............................................................................................ 5 2.2 PRIMAER UND SEKUNDAERENERGIEN..................................................................... 8 2.3 ENERGIEERHALTUNG ........................................................................................ 10 2.4 THERMODYNAMISCHE KREISPROZESSE ............................................................. 11 2.4.1 CARNOT-PROZESS ............................................................................... 12 2.4.2 TECHNISCH REALISIERBARE KREISPROZESSE ........................................... 14 2.4.3 IRREVERSIBILITAETEN ............................................................................. 15 2.5 ERSCHOEPFBARES UND NICHT ERSCHOEPFBARES (REGENERATIVES) ENERGIEANGEBOT. . . 16 2.6 PRIMAER UND SEKUNDAERENERGIEN.................................................................... 17 2.7 WELTENERGIEBEDARF ...................................................................................... 18 LITERATUR ................................................................................................................ 22 3 UEBERBLICK, ENERGIEQUELLEN UND ENERGIEBEDARF .............................................. 25 RICHARD ZAHORANSKY 3.1 ENERGIEQUELLEN ............................................................................................ 25 3.1.1 FOSSILE ENERGIETRAEGER: STEIN UND BRAUNKOHLE, ERDOEL, ERDGAS ........ 25 3.1.2 KERNBRENNSTOFFE .............................................................................. 28 3.1.3 ERNEUERBARE ENERGIEQUELLEN ............................................................ 29 3.2 ENERGIEBEDARF .............................................................................................. 30 3.3 NUTZ UND PROZESSWAERME ............................................................................ 32 3.4 ERZEUGUNG ELEKTRISCHER ENERGIE .................................................................. 32 3.5 KRAFT-WAERME-KOPPLUNG.............................................................................. 35 3.6 KOMBINATIONS-KRAFTWERKE ........................................................................... 36 3.7 ERNEUERBARE (REGENERATIVE) UND UNERSCHOEPFBARE ENERGIEQUELLEN ................. 37 3.8 ENTWICKLUNGEN IN DER ENERGIETECHNIK ........................................................ 40 LITERATUR ................................................................................................................ 43 XXV XXVI INHALTSVERZEICHNIS 4 KONVENTIONELLE DAMPFKRAFTWERKE .................................................................... 45 RICHARD ZAHORANSKY 4.1 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN ................................................................ 46 4.1.1 CLAUSIUS-RANKINE-VERGLEICHSPROZESS.............................................. 46 4.1.2 UEBERHITZUNG DES FRISCHDAMPFES ..................................................... 48 4.1.3 ZWISCHENUEBERHITZUNG ...................................................................... 49 4.1.4 REGENERATIVE SPEISEWASSER-VORWAERMUNG ..................................... 50 4.1.5 EXERGETISCHE BETRACHTUNG ............................................................. 52 4.1.6 WAERMEAUSKOPPLUNG ......................................................................... 53 4.1.7 REGELUNG VON DAMPFKRAFTWERKEN ................................................... 53 4.2 AUFBAU VON DAMPFKRAFTWERKEN DKW ......................................................... 55 4.3 WASSERQUALITAETEN IN DAMPFKRAFTWERKEN ....................................................... 57 4.3.1 ARBEITSFLUID (SPEISEWASSER) ............................................................ 59 4.3.2 RUECKKUEHLWASSER ............................................................................... 59 4.3.3 KUEHL WASSER ....................................................................................... 60 4.3.4 HEIZWASSER ....................................................................................... 60 4.3.5 WASSERAUFBEREITUNG .............................................................................. 60 4.4 DAMPFERZEUGER ............................................................................................. 63 4.4.1 ALLGEMEINE ZUSAMMENHAENGE ........................................................... 64 4.4.2 FEUERUNG ......................................................................................... 66 4.4.3 STROEMUNGSFORMEN ............................................................................. 66 4.4.4 SIEDEKRISE 1. ART ............................................................................... 69 4.4.5 GROSSWASSERRAUMKESSEL GWRK ....................................................... 70 4.4.6 NATURUMLAUF-DAMPFERZEUGER ........................................................... 71 4.4.7 ZWANGUMLAUF-DAMPFERZEUGER ......................................................... 72 4.4.8 ZWANGDURCHLAUF-DAMPFERZEUGER ..................................................... 74 4.5 REGENERATIVE SPEISEWASSERVORWAERMUNG/VORWAERMSTRECKE........................... 77 4.5.1 NIEDERDRUCKVORWAERMER ................................................................... 77 4.5.2 MISCHVORWAERMER (SPEISEWASSERBEHAELTER) ....................................... 78 4.5.3 HOCHDRUCKVORWAERMER ..................................................................... 79 4.6 EMISSIONEN UND RAUCHGASREINIGUNG ........................................................... 79 4.6.1 EMISSIONEN UND DEREN GESETZLICHE VORSCHRIFTEN............................... 79 4.6.2 ENTSTICKUNG (DENO, ANLAGE) ........................................................... 82 4.6.3 ENTSTAUBUNG ..................................................................................... 83 4.6.4 RAUCHGASENTSCHWEFELUNGSANLAGE REA ........................................... 85 4.6.5 CO 2 -ABTRENNUNG UND SEQUESTRIERUNG ............................................. 86 4.7 KUEHLSYSTEM ................................................................................................. 89 4.7.1 KONDENSATOR ..................................................................................... 89 4.7.2 KUEHLTUERME ....................................................................................... 90 4.7.2.1 NASSKUEHLTURM (NATURZUG-KUEHLTURM) ................................. 90 4.7.2.2 TROCKENKUEHLTURM ............................................................... 90 4.7.2.3 HYBRIDKUEHLTURM ................................................................. 90 INHALTSVERZEICHNIS XXVII 4.8 TURBINEN .................................................................................................... 91 4.9 PUMPEN .................................................................................................... 92 4.10 GENERATOREN, FREQUENZHALTUNG ................................................................... 92 4.11 WEITERE FUNKTIONELLE SYSTEME ................................................................... 94 4.12 LEITTECHNIK IN KRAFTWERKEN ............................ 94 4.13 ENTWICKLUNGEN .......................................................................................... 96 LITERATUR ................................................................................................................ 100 5 KERNKRAFTWERKE.................................................................................................. 103 HANS-JOSEF ALLELEIN 5.1 KERNTECHNISCHE GRUNDLAGEN ........................................................................ 104 5.1.1 YYNUTZBARE ENERGIE BEI KERNREAKTIONEN .......................................... 108 5.1.2 THERMISCHE UND SCHNELLE NEUTRONEN ............................................. 111 5.1.3 MODERATION DER NEUTRONEN ............................................................. 115 5.1.4 KERNBRENNSTOFFE ............................................................................. 117 5.1.5 RADIONUKLIDBILDUNG IN REAKTOREN ................................................. 120 5.2 PRINZIPIELLER AUFBAU DES REAKTORS .............................................................. 121 5.2.1 BRENNELEMENT ................................................................................. 121 5.2.2 LEISTUNGSVERTEILUNG ....................................................................... 124 5.2.3 REAKTORDRUCKBEHAELTER ..................................................................... 127 5.3 REAKTORSICHERHEIT ........................................................................................ 130 5.3.1 EINFUEHRUNG ..................................................................................... 130 5.3.2 SICHERHEITSKONZEPT ............................................................................ 131 5.3.3 FUKUSHIMA ........................................................................................ 134 5.3.4 SICHERHEITS VORKEHRUNGEN ............................................................... 138 5.3.5 RAEUMLICHE TRENNUNG ........................................................................ 140 5.3.6 REAKTORSICHERHEITSFORSCHUNG ......................................................... 140 5.4 REAKTORTYPEN .............................................................................................. 141 5.4.1 UEBERSICHT DER REAKTORTYPEN ........................................................... 141 5.4.2 KERNKRAFTWERKMITSIEDEWASSERREAKTOR ......................................... 142 5.4.3 KERNKRAFTWERK MIT DRUCKWASSERREAKTOR......................................... 148 5.4.4 CANDU REAKTOR ........................................................................... 153 5.4.5 SCHNELLE BRUETER .................................................................................. 154 5.4.6 GASGEKUEHLTE REAKTOREN, HOCHTEMPERATURREAKTOR .............................. 155 5.4.7 KERNKRAFTWERKE DER 4. GENERATION ................................................. 158 5.4.8 KLEINE UND/ODER MODULARE REAKTORKONZEPTE .................................... 160 5.5 WIEDERAUFBEREITUNG, TRANSPORT UND ENDZULAGERNDES MATERIAL/ENTSORGUNG . . 164 5.5.1 WIEDERAUFBEREITUNG ....................................................................... 164 5.5.2 TRANSPORT ....................................................................................... 166 5.5.3 ENDZULAGERNDES MATERIAL/ENTSORGUNG ........................................... 166 5.6 FUSIONSKONZEPTE .......................................................................................... 171 LITERATUR .................................................................................................................. 181 XXVII INHALTSVERZEICHNIS 6 GASTURBINEN-KRAFTWERKE .................................................................................. 185 RICHARD ZAHORANSKY 6.1 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN ................................................................ 186 6.1.1 GASTURBINE MIT ISOCHORER WAERMEZUFUHR ........................................... 186 6.1.2 GASTURBINE MIT ISOBARER WAERMEZUFUHR ............................................. 188 6.1.3 THERMODYNAMISCHE VARIANTEN ......................................................... 191 6.1.3.1 ZWISCHENKUEHLUNG ............................................................ 191 6.1.3.2 ZWISCHENERHITZUNG ........................................................... 192 6.1.3.3 LUFTVORWAERMUNG .............................................................. 192 6.1.4 REALER GASTURBINEN-PROZESS ............................................................. 195 6.1.5 UMWELTEINFLUESSE............................................................................... 195 6.2 AUFBAU MODERNER STATIONAERER GASTURBINEN ................................................. 196 6.3 VERDICHTER ................................................................................................... 198 6.4 TURBINE IN DER GASTURBINENANLAGE ............................................................. 199 6.5 BRENNKAMMER ............................................................................................... 201 6.5.1 SILOBRENNKAMMER ............................................................................... 201 6.5.2 RINGBRENNKAMMER ............................................................................. 201 6.5.3 SCHADSTOFFMINIMIERUNG ..................................................................... 201 6.6 SONSTIGE KOMPONENTEN ............................................................................... 204 6.7 JET-GASTURBINEN, AERODERIVATE ..................................................................... 205 6.8 MIKRO-GASTURBINEN ....................................................................................... 205 6.9 GASTURBINE MIT GETRENNTER NUTZLEISTUNGSTURBINE ......................................... 206 6.10 GASTURBINEN MIT GESCHLOSSENEM KREISLAUF ................................................... 208 6.11 GASTURBINE MIT INTERNER KOHLEVERBRENNUNG ................................................. 209 6.11.1 GASTURBINE MIT KOHLESTAUBFEUERUNG ................................................ 209 6.11.2 GASTURBINE MIT KOHLEVERGASUNG........................................................ 209 6.12 GASTURBINE MIT FESTEN BRENNSTOFFEN BEFEUERT ............................................... 210 6.13 ALLEM CYCLE ................................................................................................. 210 6.14 BETRIEBSVERHALTEN ......................................................................................... 211 6.15 ENTWICKLUNGEN ............................................................................................. 212 LITERATUR .................................................................................................................. 217 7 KOMBINATIONSKRAFTWERKE ..................................................................................... 219 RICHARD ZAHORANSKY 7.1 GAS-UND DAMPFKRAFTWERKE .......................................................................... 219 7.1.1 SCHALTUNGSMOEGLICHKEITEN ................................................................... 221 7.1.2 PRINZIPIELLE ZUSAMMENHAENGE ............................................................. 222 7.1.3 EINDRUCKPROZESS ................................................................................. 225 7.1.4 ZWEI UND MEHRDRUCKPROZESSE ......................................................... 229 7.1.5 EINWELLENANLAGEN ............................................................................... 230 7.1.6 ABHITZEKESSEL ..................................................................................... 231 7.1.7 REGELUNG, BETRIEBSVERHALTEN ............................................................. 234 INHALTSVERZEICHNIS XXIX 7.2 GASTURBINE MIT INTERNER ABWAERMENUTZUNG (CHENG-CYCLE) ......................... 235 7.3 KOMBINATION VON ZWEI DAMPF-KRAFTWERKEN ............................................... 238 7.4 VERBRENNUNGSMOTOR UND DAMPFKRAFTWERK ................................................... 239 7.5 KOMBINATIONEN MIT ORC-KRAFTWERK ........................................................... 239 7.6 ENTWICKLUNGEN ............................................................................................. 240 LITERATUR .................................................................................................................. 243 8 STATIONAERE KOLBENMOTOREN FUER ENERGETISCHEN EINSATZ ....................................... 247 MAURICE KETTNER UND RICHARD ZAHORANSKY 8.1 OTTO-MOTOR .................................................................................................... 248 8.1.1 MILLER-VERFAHREN ............................................................................... 254 8.1.2 EINSATZ VON MOTOREN IN DER KRAFT-WAERME-KOPPLUNG ....................... 255 8.2 DIESEL-MOTOR ............................................................................................... 256 8.3 STIRLING-MOTOR ............................................................................................. 261 8.4 GASMOTOREN ................................................................................................. 264 8.4.1 BRENNGASE ......................................................................................... 264 8.4.2 TECHNISCHE BESONDERHEITEN DES GASMOTORS ..................................... 267 8.5 DUAL FUEL (ZWEISTOFF-MOTOR, ZUENDSTRAHL-MOTOR) ......................................... 274 8.6 HYBRIDMOTOREN ........................................................................................... .... 8.7 NOTSTROMAGGREGATE ....................................................................................... 280 8.8 EMISSIONSMINDERUNG ................................................................................... 281 8.8.1 OTTO-MOTOR ....................................................................................... 284 8.8.2 DIESEL-MOTOR ................................................................................... 284 8.8.3 GASMOTOREN ..................................................................................... 286 8.9 MOTORREGELUNG FUER ENERGETISCHE ZWECKE ..................................................... 291 LITERATUR .................................................................................................................. 294 9 BRENNSTOFFZELLEN .................................................................................................... 299 DAVID DEGLER, UDO SCHELLING UND FRANK ALLMENDINGER 9.1 HISTORIE ......................................................................................................... 299 9.2 FUNKTIONSPRINZIP UND KLASSIFIZIERUNG ......................................................... 302 9.3 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN ................................................................. 305 9.4 WIRKUNGSGRAD ............................................................................................... 307 9.5 TYPISCHES BETRIEBSVERHALTEN ....................................................................... 309 9.6 WASSERSTOFF ALS BRENNSTOFF ........................................................................... 311 9.6.1 GRAUER WASSERSTOFF ........................................................................... 311 9.6.2 BLAUER WASSERSTOFF ........................................................................... 312 9.6.3 TUERKISERWASSERSTOFF ........................................................................ 312 9.6.4 GRUENER WASSERSTOFF........................................................................... 313 9.7 ANWENDUNGSGEBIETE UND STAND DER ENTWICKLUNG ....................................... 313 9.7.1 DIE ALKALISCHE BRENNSTOFFZELLE, TYP AFC ....................................... 315 9.7.2 DIE PROTONENAUSTAUSCHMEMBRAN-BRENNSTOFFZELLE, TYP PEMFC ... 318 9.7.3 DIE PHOSPHORSAURE BRENNSTOFFZELLE, TYP PAFC ............................... 325 XXX INHALTSVERZEICHNIS 9.7.4 DIE SCHMELZKARBONAT BRENNSTOFFZELLE, TYP MCFC ........................... 327 9.7.5 DIE OXIDKERAMISCHE BRENNSTOFFZELLE, TYP SOFC ............................... 331 LITERATUR .................................................................................................................. 338 10 BLOCKHEIZ-KRAFTWERKE, KAELTEANLAGEN, WAERMEPUMPEN UND KRAFT-WAERME-KAELTE KOPPLUNG .......................................................................... 341 RICHARD ZAHORANSKY UND MAURICE KETTNER 10.1 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI DAMPFKRAFTWERKEN .............................................. 343 10.1.1 GEGENDRUCKBETRIEB ........................................................................ 343 10.1.2 ENTNAHME-UND ANZAPFBETRIEB ...................................................... 346 10.2 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI GASTURBINEN .......................................................... 348 10.3 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI KOMBIKRAFTWERKEN (GUD) .................................... 349 10.4 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI KOLBENMOTOREN .................................................... 350 10.5 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI ANDEREN PROZESSEN ................................................ 353 10.6 BETRIEBSWEISE UND DIMENSIONIERUNG VON BHKW ....................................... 354 10.7 KLIMATISIERUNG (KAELTEERZEUGUNG) DURCH ABWAERME .................................... 358 10.7.1 KOMPRESSIONS-KAELTEMASCHINEN ...................................................... 360 10.7.2 ABSORPTIONS-KAELTEMASCHINEN ........................................................ 360 10.7.3 ADSORPTIONS-KAELTEANLAGEN .............................................................. 362 10.8 WAERMEPUMPEN ............................................................................................ 364 10.9 KRAFT-WAERME-KAELTE-VERBUND ...................................................................... 368 10.10 DRUCKLUFT - KWK ...................................................................................... 369 10.11 ABGASNUTZUNG FUER ....................................................................................... 370 LITERATUR .................................................................................................................. 374 11 WASSERKRAFTWERKE ................................................................................................ 377 RICHARD ZAHORANSKY 11.1 NUTZBARE WASSERENERGIE .............................................................................. 378 11.2 LAUFWASSERKRAFTWERKE ............................................................................... 381 11.3 TURBINEN FUER WASSERKRAFTWERKE .................................................................. 383 11.3.1 KAPLAN-TURBINEN ............................................................................ 385 11.3.2 OSSBERGER-TURBINEN (BANKI-TURBINEN) ......................................... 387 11.3.3 FRANCIS-TURBINEN ........................................................................... 387 11.3.4 DERIAZ-TURBINEN ........................................................................... 388 11.3.5 PELTON-TURBINEN .............................................................................. 388 11.3.6 TURGO-TURBINE ............................................................................... 390 11.3.7 SCHRAUBEN-ODER KEGELTURBINE ..................................................... 391 11.4 GEZEITEN-KRAFTWERKE .................................................................................. 391 11.5 MEERESWELLEN-KRAFTWERKE ......................................................................... 394 11.6 MEERESSTROEMUNGS-KRAFTWERKE ................................................................... 397 11.7 OZEANTHERMISCHE KRAFTWERKE ..................................................................... 397 LITERATUR .................................................................................................................. 401 INHALTSVERZEICHNIS XXXI 12 SOLARTECHNIK ................................................................................................................ 403 ELMAR BOLLIN 12.1 UEBERBLICK ..................................................................................................... 403 12.2 SOLARE STRAHLUNG ........................................................................................... 404 12.2.1 GRUNDLAGEN .................................................................................... 404 12.2.2 DAS STRAHLUNGSANGEBOT AUF DIE ERDE .............................................. 405 12.2.3 WICHTIGE BEGRIFFE UND GROESSEN IM UMGANG MIT SOLARSTRAHLUNG . . . 407 12.2.4 MESSGERAETE ZUR ERFASSUNG DER GLOBALSTRAHLUNG ............................ 408 12.3 SOLARTHERMISCHE ENERGIENUTZUNG ................................................................. 410 12.3.1 UEBERSICHT ........................................................................................ 410 12.3.2 SONNENKOLLEKTOREN ........................................................................ 411 12.3.3 CHARAKTERISIERUNG VON KOLLEKTOREN ODER DIE BESTIMMUNG DER NUTZLEISTUNGEN UND DES WIRKUNGSGRADES VON KOLLEKTOREN ... 413 12.3.4 KOLLEKTORTESTVERFAHREN................................................................... 416 12.3.5 BAUARTEN VON SONNENKOLLEKTOREN ................................................. 417 12.3.6 SOLARTHERMISCHE SYSTEME ............................................................. 418 12.3.7 SOLARTHERMISCHE GROSSANLAGEN ZUR TRINKWARMWASSERBEREITUNG ... 419 12.3.8 SPEZIFISCHE KENNWERTE VON SOLARTHERMISCHEN ANLAGEN ZUR TRINKWARMWASSERBEREITUNG............................................................ 420 12.3.9 BEISPIEL EINER SOLARTHERMISCHEN GROSSANLAGE ZUR TRINKWASSERBEREITUNG .................................................................... 423 12.4 PHOTOVOLTAIK ................................................................................................ 425 12.4.1 EINFUEHRUNG ................................................................................... 425 12.4.2 AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE EINER SOLARZELLE ............................... 427 12.4.3 SOLARZELLENTECHNOLOGIE ................................................................. 428 12.4.4 LEISTUNGSFAEHIGKEIT VON SOLARZELLEN ............................................... 429 12.4.5 VERSCHALTEN VON SOLARZELLEN ......................................................... 431 12.4.6 PHOTOVOLTAISCHE SYSTEME ............................................................... 434 12.4.7 NETZPARALLELE PV-ANLAGEN............................................................. 435 12.4.8 EVALUATION VON PV-SYSTEMEN ....................................................... 437 12.5 SOLARTHERMISCHE KRAFTWERKE ...................................................................... 438 12.5.1 ZUR EINFUEHRUNG ............................................................................. 438 12.5.2 SOLARTURMKRAFTWERKE ..................................................................... 439 12.5.3 PARABOLRINNENKRAFTWERKE ............................................................... 440 12.5.4 FRESNEL-KOLLEKTOREN ..................................................................... 441 12.5.5 DISH-STIRLING-SYSTEME ................................................................... 442 12.5.6 AUFWINDKRAFTWERKE ....................................................................... 444 12.5.7 PROJEKT DESERTEC ..................................................................... 444 LITERATUR .................................................................................................................. 448 XXXII INHALTSVERZEICHNIS 13 WINDENERGIE .......................................................................................................... 449 CARSTEN FICHTER 13.1 EINLEITUNG WINDENERGIETECHNIK ................................................................... 449 13.2 HISTORIE WINDENERGIEANLAGENTECHNIK ........................................................... 450 13.3 METEOROLOGISCHE GRUNDLAGEN ....................................................................... 451 13.4 LEISTUNG IM WIND - ENERGIEUMWANDLUNG ................................................... 460 13.5 KLASSIFIKATION VON WINDENERGIEANLAGEN....................................................... 468 13.5.1 STROEMUNGSMECHANISCHE (AERODYNAMISCHE) WIRKUNGSWEISE .... 470 13.5.1.1 WIDERSTANDSLAEUFER ......................................................... 470 13.5.1.2 AUFTRIEBSLAEUFER ............................................................... 472 13.5.2 BAUFORMEN VON WINDENERGIEANLAGEN ............................................ 481 13.5.2.1 VERTIKALACHSER (VAWT) ................................................. 481 13.5.2.2 HORIZONTALACHSER (HAWT)............................................. 482 13.5.2.3 KOMPONENTEN DER HORIZONTALACHSER ............................. 483 13.5.2.4 SONDERFORMEN VON WINDENERGIEANLAGEN ....................... 489 13.6 LEISTUNGSKENNLINIE UND REGELUNG DER WINDENERGIEANLAGEN ....................... 493 13.7 NETZANBINDUNG VON WINDENERGIEANLAGEN ................................................... 496 13.8 LASTEN AN WINDENERGIEANLAGEN ................................................................... 498 13.9 LEBENSZYKLUS DER WINDENERGIEANLAGEN ....................................................... 499 13.9.1 PROJEKTENTWICKLUNG ........................................................................ 499 13.9.2 VERGUETUNG DER STROMLIEFERUNGEN AUS WINDENERGIEANLAGEN .......... 500 13.9.3 BETRIEB VON WINDENERGIEANLAGEN UND WINDPARKS .......................... 501 13.9.4 REPOWERING, RUECKBAU, WEITERBETRIEB ............................................ 505 13.10 ONSHORE VS. OFFSHORE WIND ......................................................................... 507 13.11 CO 2 BILANZ ONSHORE UND OFFSHORE WINDENERGIEANLAGEN ............................. 510 13.12 NORMEN UND GESETZE ................................................................................... 511 LITERATUR .................................................................................................................. 516 14 ENERGETISCHE VERWERTUNG VON BIOMASSE ............................................................ 521 RICHARD ZAHORANSKY 14.1 THERMISCHE VERFAHREN ................................................................................. 523 14.1.1 PYROLYSE ......................................................................................... 523 14.1.2 VERBRENNUNG ................................................................................. 523 14.1.3 THERMISCHE VERGASUNG ................................................................. 525 14.2 BAKTERIELLE VERGASUNG ................................................................................. 528 14.3 BIOMASSE-VERFLUESSIGUNG............................................................................... 530 14.3.1 PFLANZENOELE ................................................................................... 531 14.3.2 PFLANZENOELESTER ............................................................................. 531 14.3.3 TIERISCHE FETTE ............................................................................... 531 14.3.4 FISCHER-TROPSCH-VERFAHREN ........................................................... 531 14.3.5 DIREKTE BIOMASSE-VERFLUESSIGUNG UNTER ATMOSPHAERENDRUCK MIT KATALYSATOR .............................................................................. 532 14.3.6 DIREKTE BIOMASSE-VERFLUESSIGUNG UNTER HOCHDRUCK ....................... 532 INHALTSVERZEICHNIS XXXIII 14.3.7 HYDRO THERMAL UPGRADING HTU ................................................... 532 14.3.8 BEZEICHNUNGEN WEITERER VERFAHREN ............................................... 533 LITERATUR .................................................................................................................. 534 15 NUTZUNG GEOTHERMISCHER ENERGIE ...................................................................... 537 CARSTEN FICHTER UND RICHARD ZAHORANSKY 15.1 POTENZIAL DER GEOTHERMIE ........................................................................... 538 15.2 ERSCHLIESSUNGSKONZEPTE FUER GEOTHERMISCHE ANLAGEN ................................. 541 15.3 GEOTHERMISCHE KRAFTWERKSKONZEPTE ....... ................................................. 542 15.3.1 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN .................................................... 542 15.3.2 AUFBAU TIEFENGEOTHERMISCHER KRAFTWERKE ...................................... 543 15.3.3 PRODUKTIONS-UND INJEKTIONSBOHRUNG.............................................. 545 15.3.4 SCHLUESSEL-KOMPONENTEN ................................................................ 547 15.3.5 SEKUNDAERER KREISLAUF DER TIEFENGEOTHERMISCHEN KRAFTWERKSANLAGE .......................................................................... 548 15.3.6 TERTIAERER KREISLAUF DER TIEFENGEOTHERMISCHEN KRAFTWERKSANLAGE . . 549 15.4 DIREKTE DAMPFENTSPANNUNG ....................................................................... 549 15.5 FLUSHPRINZIP .............................................................................................. 550 15.6 BINAERPRINZIP: ORC UND KALINA ............................................................. 551 15.6.1 ORGANIC RANKINE CYCLES ORC ...................................................... 551 15.6.2 KALINA-PROZESS .............................................................................. 554 15.7 HOT-DRY-ROCK-VERFAHREN, HDR ................................................................. 556 15.8 GEOKOMPRIMIERTE NASSE FELDER ................................................................. 558 15.9 KRAFT-WAERME-KOPPLUNG MIT GEOTHERMISCHER ENERGIEQUELLE ..................... 558 15.10 HYBRIDSYSTEME .......................................................................................... 559 15.11 ERDWAERMESONDEN - OBERFLAECHENNAHE GEOTHERMIE ..................................... 559 15.12 THERMALQUELLEN ......................................................................................... 560 15.13 UMWELTASPEKTE .......................................................................................... 560 15.14 RISIKEN ...................................................................................................... 560 LITERATUR .................................................................................................................. 563 16 ENERGETISCHE MUELL VERWERTUNG ............................................................................ 565 RICHARD ZAHORANSKY 16.1 MUELLKRAFTWERKE MIT TRADITIONELLEN OEFEN ....................................................... 566 16.2 PYROLYSE ...................................................................................................... 568 16.3 THERMOSELECT-VERFAHREN............................................................................... 568 16.4 SCHWEL-BRENN-VERFAHREN ............................................................................. 569 16.5 DEPONIEGAS/KLAERGAS-KRAFTWERKE ................................................................. 570 LITERATUR.................................................................................................................. 573 17 ENERGIEVERTEILUNG ................................................................................................ 575 HARALD SCHWARZ 17.1 ELEKTRISCHE NETZE ........................................................................................ 576 17.1.1 GRUNDLAGEN ELEKTRISCHER NETZE ...................................................... 576 XXXV INHALTSVERZEICHNIS 17.1.2 NETZBETRIEB VOR LIBERALISIERUNG DES STROMMARKTES ...................... 583 17.1.3 NETZBETRIEB NACH LIBERALISIERUNG DES STROMMARKTES .................... 585 17.1.4 NETZBETRIEB BEI HOHEM ANTEIL VON EEG-EINSPEISUNGEN .............. 587 17.1.5 NETZBETRIEB BEI HOHEM ANTEIL VON ELEKTROMOBILITAET ...................... 605 17.1.6 ZUKUENFTIGE HERAUSFORDERUNGEN FUER DEN NETZBETRIEB: NETZAUSBAU .................................................................................... 609 17.1.7 SPEICHERUNG UND STEUERBARE LASTEN: AKTUELLE SITUATION UND AUSBLICK ........................................................................................ 610 17.1.8 AUSBILDUNG FUER SYSTEMFUEHRER UND TRAINING DES OPERATIVPERSONALS .......................................................................... 615 17.1.9 DER BEITRAG VON HYBRID ODER VIRTUELLEN KRAFTWERKEN BZW. SMART ODER MICRO-GRIDS ............................................................ 616 17.1.10 ANFORDERUNGEN AN DIE KONVENTIONELLE ERZEUGUNG .......................... 619 17.2 MINERALOELTRANSPORTE ..................................................................................... 621 17.3 ERDGAS-TRANSPORT ......................................................................................... 622 17.3.1 TRANSPORT VON GASFOERMIGEM ERDGAS ............................................... 622 17.3.2 TRANSPORT VON FLUESSIGEM ERDGAS .................................................... 624 17.4 WAERMETRANSPORTE ......................................................................................... 624 LITERATUR .................................................................................................................. 628 18 ENERGIESPEICHERUNG .............................................................................................. 631 RICHARD ZAHORANSKY UND CARSTEN FICHTER 18.1 SPEICHERUNG ELEKTRISCHER ENERGIE ................................................................. 632 18.1.1 UEBERSICHT UND ANWENDUNGSBEREICHE .............................................. 632 18.1.2 SYSTEME UND STRUKTUREN DER ENERGIESPEICHERUNG ......................... 633 18.1.3 SYSTEME FUER TAGESLASTAUSGLEICH ................................................... 635 18.1.3.1 PUMPSPEICHERKRAFTWERK .................................................... 635 18.1.3.2 LAGE-ENERGIESPEICHER ...................................................... 640 18.1.3.3 DIABATER DRUCKLUFTSPEICHER .............................................. 645 18.1.3.4 ADIABATER DRUCKLUFTSPEICHER ............................................ 647 18.1.3.5 THERMISCHE SPEICHERUNG ELEKTRISCHER ENERGIE ............. 650 18.1.3.6 AKKUMULATOREN/BATTERIESPEICHER ...................................... 654 18.1.3.7 REDOX-FLOW BATTERIEN ...................................................... 655 18.1.4 SYSTEME FUER WOCHEN UND JAHRESLASTAUSGLEICH - SEKTORKOPPLUNG .............................................................................. 658 18.1.4.1 SEKTORKOPPLUNG VERGANGENHEIT UND HEUTE ...................... 659 18.1.4.2 SEKTORKOPPLUNG TRANSFORMATIONSPHASE UND ZUKUNFT - POWER TO X .................................................... 660 18.1.4.3 GRUENE ENERGIETRAEGER .......................................................... 662 18.1.4.4 ELEKTROLYSE UND WASSERSTOFFSPEICHER ................................ 663 18.1.4.5 KOSTEN FUER GRUENEN WASSERSTOFF .......................................... 671 18.1.4.6 KOPPELPRODUKTE WASSERELEKTROLYSE .................................. 672 INHALTSVERZEICHNIS XXXV 18.1.4.7 WASSERSTOFFBEIMISCHUNG INS ERDGASNETZ ........................ 673 18.1.4.8 POWER TO X - METHANISIERUNG ........................................ 673 18.1.5 SYSTEME ZUR BEREITSTELLUNG DER WIRKLEISTUNGSSEKUNDENRESERVE. . . 674 18.1.5.1 SCHWUNGRADSPEICHER ...................................................... 674 18.1.5.2 SUPRALEITENDER MAGNETISCHER ENERGIESPEICHER SMES. . . 677 18.1.6 SYSTEME ZUR SICHERUNG DER UNTERBRECHUNGSFREIEN STROMVERSORGUNG ............................................................................ 678 18.1.6.1 AKKUMULATOREN/BATTERIEN .............................................. 678 18.1.6.2 KONDENSATOREN ................................................................ 679 18.1.7 VERGLEICH RELEVANTER SPEICHERTECHNOLOGIEN: LEISTUNGS UND ENERGIESPEICHER .............................................................................. 680 18.2 SPEICHERUNG DER BRENNSTOFFE ...................................................................... 681 18.2.1 KOHLELAGERUNG ............................................................................... 681 18.2.2 FLUESSIGE BRENNSTOFFE (ERDOEL UND MINERALOELPRODUKTE) ..................... 682 18.2.3 GASFOERMIGE BRENNSTOFFE ............................................................... 684 18.2.3.1 OBERIRDISCHE GASSPEICHER .............................................. 685 18.2.3.2 UNTERIRDISCHE GASSPEICHER .............................................. 685 18.2.3.3 FLUESSIGGAS-SPEICHER ........................................................ 686 18.3 WAERMESPEICHER ............................................................................................ 687 18.3.1 SPEICHERUNG FUEHLBARER WAERME ..................................................... 687 18.3.2 SPEICHERUNG LATENTER WAERME ......................................................... 688 18.3.2.1 RUTHS-SPEICHER ................................................................ 688 18.3.2.2 FEST-FLUESSIG LATENTWAERMESPEICHER (SCHMELZWAERMESPEICHER) ................................................ 689 18.3.2.3 CHEMISCHE SPEICHER ........................................................ 689 LITERATUR................................................................................................................. 692 19 MARKTLIBERALISIERUNG UND ENERGIEWENDE .............................................................. 695 DOMINIK WOERSDOERFER 19.1 LIBERALISIERUNG DER ENERGIEMAERKTE.............................................................. 696 19.1.1 ENTWICKLUNG DES ENERGIEWIRTSCHAFTSGESETZES (ENWG) ................. 696 19.1.2 STRUKTUR DER HEUTIGEN STROMVERSORGUNG ....................................... 701 19.1.3 ENTWICKLUNG AUF DEM STROMMARKT ............................................... 703 19.1.3.1 PREISENTWICKLUNG ............................................................ 703 19.1.3.2 KONSEQUENZEN DER LIBERALISIERUNG FUER DIE ENERGIEVERSORGUNGSUNTERNEHMEN.................................... 706 19.1.4 ENTWICKLUNG AUF DEM GASMARKT .................................................... 708 19.2 ENERGIEWENDE .............................................................................................. 711 19.2.1 DEFINITION ..................................................................................... 711 19.2.2 ZIELE ............................................................................................. 711 19.2.3 ZIELERREICHUNGSGRAD ..................................................................... 713 19.2.4 STROM WENDE ................................................................................. 715 XXX INHALTSVERZEICHNIS 19.2.4.1 ENTWICKLUNG DES ERNEUERBARE-ENERGIEN-GESETZES (EEG) .............................................................................. 715 19.2.4.2 ERNEUERBARER ENERGIEMIX ................................................... 721 19.2.4.3 EEG-KOSTEN ...................................................................... 722 19.2.5 WAERME-UND VERKEHRSWENDE .......................................................... LITERATUR .................................................................................................................. 727 20 GLOBALE ERWAERMUNG UND KLIMAPOLITIK .............................................................. 735 RICHARD ZAHORANSKY 20.1 GLOBALE ERWAERMUNG UND TREIBHAUSGASE GHG .......................................... 735 20.2 GESCHICHTE DES KYOTO-PROTOKOLLS ................................................................ 738 20.3 MASSNAHMEN ZUR GHG MINDERUNG ............................................................. 742 20.3.1 EMISSIONSHANDEL ........................................................................... 742 20.3.2 ALLOKATION DER EMISSIONEN ........................................................... 743 20.3.3 PREIS DER EMISSIONSZERTIFIKATE ....................................................... 744 20.3.4 JOINT IMPLEMENTATION (JI) ............................................................. 745 20.3.5 CLEAN DEVELOPMENT MECHANISM (CDM) ..................................... 745 20.3.6 CO 2 -SENKEN, LANDNUTZUNG: LULUCF ......................................... 746 20.4 KONTROLLE UND ZERTIFIZIERUNG ...................................................................... 747 20.4.1 COMPLIANCE COMMITTEE ............................................................... 747 20.4.2 ERNANNTE NATIONALE AUTORITAETEN YYDESIGNATED NATIONAL AUTHORITIES DNA .......................................................................... 748 20.4.3 ERNANNTE OPERATIVE ORGANISATIONEN YYDESIGNATED OPERATIONAL ENTITIES DOE ............................................................ 748 20.4.4 ROLLE DER WELTBANK ....................................................................... 748 20.5 DISKUSSION .................................................................................................. 748 LITERATUR .................................................................................................................. 751 21 LOESUNGEN DER UEBUNGSAUFGABEN .......................................................................... 753 RICHARD ZAHORANSKY 21.1 LOESUNGEN KAP. 2 ........................................................................................ 753 21.2 LOESUNGEN KAP. 3 ........................................................................................ 755 21.3 LOESUNGEN KAP. 4 ........................................................................................ 757 21.4 LOESUNGEN KAP. 5 ........................................................................................ 763 21.5 LOESUNGEN KAP. 6 ........................................................................................ 767 21.6 LOESUNGEN KAP. 7 ........................................................................................ 771 21.7 LOESUNGEN KAP. 8 ........................................................................................ 777 21.8 LOESUNGEN KAP. 9 ........................................................................................ 781 21.9 LOESUNGEN KAP. 10 ...................................................................................... 783 21.10 LOESUNGEN KAP. 11 ...................................................................................... 786 21.11 LOESUNGEN KAP. 12 ...................................................................................... 788 21.12 LOESUNGEN KAP. 13 ...................................................................................... 790 21.13 LOESUNGEN KAP. 14 ...................................................................................... 794 INHALTSVERZEICHNIS XXX 21.14 LOESUNGEN KAP. 15 ..................................................................................... 796 21.15 LOESUNGEN KAP. 16 ...................................................................................... 800 21.16 LOESUNGEN KAP. 17 ...................................................................................... 801 21.17 LOESUNGEN KAP. 18 ...................................................................................... 803 21.18 LOESUNGEN KAP. 20 ...................................................................................... 810 STICHWORTVERZEICHNIS .................................................................................................. 813
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