Nutzung regenerativer Energien: Vorlesungsskript
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Herrsching
E & M, Energie-&-Management-Verl.-Ges.
2009
|
| Ausgabe: | 10., vollst. überarb. Aufl. |
| Schriftenreihe: | IfE-Schriftenreihe
1 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverz. S. 375 - 385 |
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EINFUEHRUNG 1
1.1 GRUNDSAETZLICHE VORBEMERKUNGEN ZUR NUTZUNG REGENERATIVER ENERGIE 1
1.2 EINTEILUNG DER NUTZUNGSSYSTEME REGENERATIVER ENERGIE 2
1.3 RAHMENDATEN ZUM ENERGIEBEDARF UND SEINER DECKUNG 3
1.3.1 ENERGIEBILANZ DER ERDE 3
1.3.2 WELTWEITER ENERGIEBEDARF 10
1.3.3 ENERGIEVERBRAUCH IN DEUTSCHLAND 13
1.4 POTENZIALE REGENERATIVER ENERGIEN IN DEUTSCHLAND 18
1.4.1 POTENZIALBEGRIFFE REGENERATIVER ENERGIEN 19
1.4.2 POTENZIALE VERSCHIEDENER ENERGIETRAEGER 20
1.4.2.1 WASSERKRAFT 20
1.4.2.2 WINDKRAFT 21
1.4.2.3 PHOTOVOLTAIK 22
1.4.2.4 NIEDERTEMPERATURWAERMEGEWINNUNG AUS SOLARSTRAHLUNG 23
1.4.2.5 ERDWAERME 23
1.4.2.6 HOLZNUTZUNG 25
1.4.2.7 RESTSTROHNUTZUNG 26
1.4.2.8 BIOGASERZEUGUNG 27
1.4.2.9 ENERGIEGEWINNUNG DURCH ENERGIEPFLANZEN 28
1.4.2.10 ENERGETISCHE MUELLVERWERTUNG 29
1.4.2.11 GESAMTE POTENZIALE 29
THERMISCHE NUTZUNG DER SOLARENERGIE UND UMWELTWARME 31 2.1
BEGRIFFSBESTIMMUNGEN UND ENERGIEANGEBOT 31
2.2 PASSIVE THERMISCHE NUTZUNG DER SOLARENERGIE FUER DIE RAUMHEIZUNG 37
2.2.1 SYSTEMATISCHE EINTEILUNG DER SOLARENERGIESYSTEME 37
2.2.2 ENERGIEBILANZ VON GEBAEUDEN 38
2.2.3 MITTEL ZUR PASSIVEN NUTZUNG DER SOLARENERGIE 40
2.2.3.1 FENSTER ALS SONNENKOLLEKTOREN 40
2.2.3.2 WIRKUNGSMECHANISMUS TRANSPARENTER DAEMMSCHICHTEN 42
2.2.3.3 GLASVORBAUTEN 43
2.2.4 ERMITTLUNG DES JAHRESHEIZWAERMEBEDARFS 45
2.3 ABSORBER- UND KOLLEKTORSYSTEME 50
2.3.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 50
2.3.2 SYSTEME DER SOLARTHERMISCHEN WAERMENUTZUNG 53
2.3.3 NICHTKONZENTRIERENDE SYSTEME 54
2.3.3.1 ABSORBER 54
2.3.3.2 FLACHKOLLEKTOREN 56
2.3.3.3 WEITERE BAUFORMEN VON SOLARKOLLEKTOREN 62
2.3.3.4 KOLLEKTORKENNUENIEN 66
2.3.3.5 SYSTEM FUER SOLARE RAUMHEIZUNG UND WARMWASSERBEREITUNG 68
2.3.4 KONZENTRIERENDE KOLLEKTOREN 71
2.3.4.1 PARABOLRMNENANLAGEN 73
2.3.4.2 SOLARTURMANLAGEN 75
2.3.4.3 PARABOLSPIEGELSYSTEME (DISH-SYSTEME) 76
2.3.4.4 EINSATZ VON THERMISCHEN SPEICHERN IN SOLARTHERMISCHEN
KRAFTWERKEN 78 2.4 WAERMEPUMPEN 78
2.4.1 WAERMEQUELLEN ZUR NUTZUNG DER UMGEBUNGSWAERME 78
2.4.2 FUNKTIONSPRINZIP UND BEGRIFFSBESTIMMUNGEN 84
2.4.3 BETRIEBSWEISE 89
2.4.4 PRIMAERENERGIE- UND CCH-BILANZ VON WAERMEPUMPEN 94
2.4.5 NEUE ENTWICKLUNGEN 95
2.4.6 SYSTEM EINER SOLAREN RAUMHEIZUNG MIT WARMWASSERBEREITUNG MITTELS
WAERMEPUMPE....96
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/99958572X
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
3 PHOTOVOLTAIK. 99
3.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 99
3.1.1 BAENDERMODELL UND INNERER PHOTOELEKTRISCHER EFFEKT IN UNDOTIERTEN
HALBLEITERN 99 3.1.2 SOLARZELLEN MIT P/N-UEBERGANG 101
3.1.2.1 STOERSTELLENLEITUNG 101
3.1.2.2 VERHALTEN DES P/N-UEBERGANGS BEI BESTRAHLUNG 102
3.1.2.3 DUNKELKENNLINIE DER SOLARZELLE 102
3.1.2.4 ERSATZSCHALTBILD UND KENNLINIE DER BESTRAHLTEN SOLARZELLE 104
3.1.2.5 EINFIUSS VON EINSTRAHLLEISTUNG UND TEMPERATUR 106
3.1.2.6 FUELLFAKTOR UND WIRKUNGSGRAD 108
3.2 TECHNOLOGIE DER SOLARZELLEN UND -MODULE I LL
3.2.1 SOLARZELLENTYPEN UND IHRE EIGENSCHAFTEN 111
3.2.1.1 PRINZIPIELLER AUFBAU VON SOLARZELLEN 111
3.2.1.2 UEBERSICHT UEBER SOLARZELLENTYPEN 111
3.2.1.3 MONOKRISTALLINE SILIZIUM-SOLARZELLEN 112
3.2.1.4 POLYKRISTALLINE SOLARZELLEN 113
3.2.1.5 AMORPHE SILIZIUMZELLEN 115
3.2.1.6 CIS-DUENNSCHICHTZELLEN 116
3.2.1.7 CADMIUM-TELLURID-ZELLE 117
3.2.1.8 GALLIUM-ARSENID-ZELLE 117
3.2.1.9 SILIZIUMNITRID-INVERSIONSSCHICHT-SOLARZELLEN 118
3.2.1.10 WEITERE SOLARZELLENTYPEN 119
3.2.2 SOLARMODULE 120
3.2.3 TEMPERATURVERHALTEN UND WIRKUNGSGRAD IN DER PRAXIS 122
3.3 KOMPONENTEN PHOTOVOLTAISCHER SYSTEME 125
3.3.1 WECHSELRICHTER 125
3.3.2 MPP-REGELUNG 131
3.3.3 ENERGIESPEICHER 133
3.3.4 LADEREGLER 138
3.4 AUSLEGUNGSKRITERIEN FUER PHOTOVOLTAISCHE KLEINSYSTEME 139
3.4.1 PRINZIPIELLER AUFBAU VON AUTARKEN PHOTOVOLTAISCHEN KLEINSYSTEMEN
139 3.4.2 NACHFUEHRSYSTEME 143
3.4.3 KENNGROESSEN ZUR BEURTEILUNG EINER PHOTOVOLTAIKANIAGE 146
3.4.4 NENNLEISTUNG UND BATTERIEGROESSE 147
3.5 BEISPIELE FIIR PHOTOVOLTAISCHE ANLAGEN 148
3.5.1 PROJEKT SONNE IN DER SCHULE 149
3.5.2 SOLARDACH MUENCHEN-RIEM 151
3.5.3 GEBAEUDEINTEGRIERTE PV-ANLAGE AN DER FORTBILDUNGSAKADEMIE IN HERNE
152 3.5.4 SOLARPARK POCKING 153
3.6 VERGLEICH VERSCHIEDENER SOLARSTROMTECHNOLOGIEN 154
4 GRUNDLAGEN ELEKTRISCHER MASCHINEN 157
4.1 DREHSTROM-SYNCHRONGENERATOREN 157
4.1.1 ALLGEMEINES 157
4.1.2 ZEIGERDIAGRAMM UND BETRIEHSZUSTAENDE DER VOLLPOLSYNCHRONMASCHINE L
58 4.2 ASYNCHRONGENERATOREN 159
5 WASSERKRAFT 163
5.1 BEGRIFFSBESTIMMUNG UND ENERGIEANGEBOT 163
5.2 TURBINEN FUER WASSERKRAFT WERKE 163
5.2.1 KAPLANTURBINE 165
5.2.2 FRANCISTURBINE 167
5.2.3 PELTONTURBINE 167
5.2.4 DURCHSTROEMTURBINE , 169
5.3 SCHUTZ DER TURBINE ITO
IMAGE 3
5.4 NUTZUNG DER POTENZIELLEN UND KINETISCHEN ENERGIE DER BINNENGEWAESSER
171
5.4.1 BESTIMMUNG DER NUTZBAREN LEISTUNG , 171
5.4.2 LAUFWASSERKRAFTWERKE 174
5.4.3 SPEICHERKRAFTWERKE 178
5.4.4 PUMPSPEICHERKRAFTWERKE 180
5.4.5 KRAFTWERKSKETTEN 181
5.5 STAND DER WASSERKRAFTNUTZUNG 182
5.6 NUTZUNG DER MEERESENERGIE 185
5.6.1 GEZEITENKRAFTWERKE 185
5.6.1.1 ENTSTEHUNG DER GEZEITEN 185
5.6.1.2 GEEIGNETE REGIONEN ZUR NUTZUNG DER GEZEITENENERGIE 186
5.6.1.3 BETRIEBSWEISEN VON GEZEITENKRAFTWERKEN 187
5.6.1.4 BEISPIELE FUER GEZEITENKRAFTWERKE 189
5.6.2 MEERESSTROEMUNGSKONVERTER 190
5.6.2.1 NUTZUNG VON MEERESSTROEMUNGEN 190
5.6.2.2 BEISPIELE FUER MEERESSTROEMUNGSKONVERTER 192
5.6.3 WELLENKRAFTWERKE 193
5.6.3.1 ENERGIE UND LEISTUNG VON MEERESWELLEN 194
5.6.3.2 UEBERSICHT UEBER DIE ARTEN VON WELLENENERGIEKONVERTERN 196
5.6.3.3 WELLENENERGIEKONVERTER PELAMIS 197
5.6.3.4 WELLENENERGIEKONVERTER ARCHIMEDES 199
5.6.3.5 WELLENKRAFTWERKE NACH DEM OWC-PRINZIP 200
5.6.3.6 WELLENKRAFTWERK NACH DEM TAPCHAN-PRINZIP 203
5.6.3.7 VORTEILE UND NACHTEILE DER WELLENENERGIENUTZUNG 204
5.6.4 OSMOSEKRAFTWERKE 205
6 WINDENERGIE 207
6.1 BEGRIFFSBESTIMMUNGEN UND ENERGIEANGEBOT 207
6.2 BAUFORMEN VON WINDENERGIEANLAGEN 212
6.3 GRUNDLAGEN DER WINDENERGIENUTZUNG FUER STATIONAERE WINDKRAFTANLAGEN
213 6.3.1 RANDBEDINGUNGEN FUER DIE NUTZUNGSMOEGLICHKEITEN DER WINDENERGIE
213 6.3.2 WINDLEISTUNG 214
6.3.2.1 BERECHNUNG DER WINDLEISTUNG 214
6.3.2.2 THEORETISCHE GRENZE DER NUTZBAREN LEISTUNG 215
6.3.2.3 WIDERSTANDSPRINZIP FUER WINDKRAFTANLAGEN 219
6.3.2.4 AUFTRIEBSPRINZIP FUER WINDKRAFTANLAGEN MIT HORIZONTALER DREHACHSE
222 6.3.2.5 AUFTRIEBSPRINZIP FUER WINDKRAFTANLAGEN MIT VERTIKALER
DREHACHSE 226 6.3.3 TECHNISCHE EINSCHRAENKUNGEN DER WINDENERGIENUTZUNG
227
6.3.4 KENNLINIEN VON WINDENERGIEANLAGEN 230
6.3.4.1 DREHMOMENT 230
6.3.4.2 LEISTUNGSBEIWERT 231
6.3.4.3 LEISTUNGSKENNLIMEN 232
6.3.5 SONDERFORMEN DER WINDENERGIENUTZUNG 233
6.4 KOMPONENTEN VON WINDENERGIEANLAGEN 234
6.4.1 ROTOR 234
6.4.1.1 ROTORBLAETTER 234
6.4.1.2 NABE MIT ROTORBLATTVERSTELLUNG 236
6.4.2 MASCHINENGONDEL 238
6.4.3 TURM 238
6.4.4 FUNDAMENT UND GRUENDUNG 239
6.4.5 REGELUNGS-, MESS- UND SICHERHEITSEINRICHTUNGEN 240
6.5 ENERGIEWANDLUNG UND NETZEINBINDUNG 241
6.6 LEISTUNGSSCHWANKUNGEN BEIM BETRIEB VON WINDKRAFTANLAGEN 244
6.7 ANWENDUNGSBEISPIELE VON WINDKRAFTANLAGEN 246
6.7.1 LANGSAMLAEUFER 246
IMAGE 4
6.7.2 SCHNEULAEUFER 246
6.8 EINSPEISEVERGUETUNG 248
6.9 ENTWICKLUNG DER WINDENERGIENUTZUNG IN DEUTSCHLAND UND EUROPA 249
6.9.1 HISTORISCHE ENTWICKLUNG DER WINDENERGIENUTZUNG 249
6.9.2 ENTWICKLUNGSTENDENZEN DER WINDKRAFTNUTZUNG 251
7 GEOTHERMIE 253
7.1 DEFINITION UND BESCHREIBUNG DER GEOTHERMIE 253
7.1.1 DEFINITION 253
7.1.2 ENTSTEHUNG UND BESCHREIBUNG DER GEOTHERMIE 254
7.1.3 GEOTHERMIE ALS REGENERATIVE ENERGIEQUELLE 255
7.2 GEOLOGISCHE FORMATIONEN IN DEUTSCHLAND 256
7.3 KLASSIFIZIERUNG DER GEOTHERMIE 258
7.4 ERSCHLIESSUNG DES UNTERGRUNDS 259
7.4.1 PRINZIPIELLE ERSCHLIESSUNGSMOEGLICHKEITEN 259
7.4.2 STIMULATION UND AUFSCHLUSSVERFAHREN 260
7.4.2.1 HYDROTHERMALE GEOTHERMIE 260
7.4.2.2 HDR-VERFAHREN 260
7.4.3 BOHRTECHNIK UND FUENDIGKEITSRISIKO 261
7.5 TECHNISCHE NUTZUNG DER GEOTHERMIE 265
7.5.1 NUTZUNG DER GEOTHERMIE ZUR WAERMEVERSORGUNG 265
7.5.2 NUTZUNG DER GEOTHERMIE ZUR STROMERZEUGUNG 266
7.5.2.1 GEOTHERMISCHE KRAFTWERKE MIT DIREKTER NUTZUNG DES THERMALFLUIDES
267 7.5.2.2 GEOTHERMISCHE KRAFTWERKE MIT SEKUNDAERKREISLAUF 270
7.6 AKTUELLE NUTZUNG DER GEOTHERMIE 274
7.6.1 ANLAGEN ZUR NUTZUNG DER GEOTHERMIE IN DEUTSCHLAND 274
7.6.2 GEOTHERMISCHE ANLAGEN ZUR DIREKTEN WAERMENUTZUNG WELTWEIT 276 7.6.3
GEOTHERMISCHE ANLAGEN ZUR ELEKTRISCHEN ENERGIEERZEUGUNG WELTWEIT 276
7.6.4 BEISPIELE GEOTHERMISCHER ANLAGEN 278
7.6.4.1 HYDROTHERMALE GEOTHERMIE ZUR WAERMEVERSORGUNG IN UNTERSCHLEISSHEIM
278 7.6.4.2 HDR-PILOTKRAFTWERK IN SOULTZ-SOUS-FORETS, FRANKREICH 278
7.7 VOR- UND NACHTEILE DER GEOTHERMIE 279
8 BIOMASSE - 281
8.1 EINFUEHRUNG 281
8.1.1 UEBERBUECK UEBER NUTZUNGSPFADE 281
8.1.2 BEDEUTUNG DER BIOENERGIE FUER DIE ENERGIEVERSORGUNG IN DEUTSCHLAND
282 8.2 BEREITSTELLUNG DER BIOMASSE 283
8.2.1 PRIMAERE BIOMASSE 283
8.2.2 SEKUNDAERE BIOMASSE 284
8.3 FESTBRENNSTOFFE 285
8.3.1 AUFBEREITUNG ZU FESTEN BRENNSTOFFEN 285
8.3.2 NUTZUNG BIOGENER FESTBRENNSTOFFE 289
8.3.3 ENERGIE-UND OEKOBILANZ 292
8.3.4 HERAUSFORDERUNGEN AN DIE ZUKUENFTIGE ENTWICKLUNG 294
8.4 FLUESSIGE KRAFTSTOFFE 295
8.4.1 VERFAHREN ZUR KRAFTSTOFFERZEUGUNG 295
8.4.1.1 ETHANOLKRAFTSTOFFE AUS ZUCKER, GETREIDE UND CELLULOSE 296
8.4.1.2 PFLANZENOEL UND BIODIESEL 303
8.4.1.3 FT-KRAFTSTOFFE (SYNFUEL) 306
8.4.2 NUTZUNG FLUESSIGER KRAFTSTOFFE 311
8.4.3 ENERGIE-UND OEKOBILANZ 312
8.4.4 ENTWICKLUNG DER BIOKRAFTSTOFFPRODUKTION 313
8.4.5 FAZIT 314
8.5 GASFOERMIGE BRENNSTOFFE 314
IMAGE 5
8.5.1 EINSATZSTOFFE ZUR BIOGASPRODUKTION 315
8.5.2 BIOGASERZEUGUNG 317
8.5.2.1 NASSFERMENTATION 317
8.5.2.2 TROCKENFERMENTATION 319
8.5.2.3 GASZUSAMMENSETZUNG 320
8.5.2.4 SYNTHESEGAS 321
8.5.3 EINSATZ VON BIOGAS 321
8.5.3.1 GASTHERME 321
8.5.3.2 VERBRENNUNGSMOTORISCHE STROMERZEUGUNG OHNE UND MIT WAERMENUTZUNG
322 8.5.3.3 EINSPEISUNG INS ERDGASNETZ 323
8.5.4 EMISSIONEN 323
8.5.5 ERZEUGUNG UND POTENZIAL 324
8.5.6 VOR- UND NACHTEILE DER BIOGASNUTZUNG 325
8.5.7 HERAUSFORDERUNGEN UND ZUKUENFTIGE ENTWICKLUNG 326
8.5.8 ANLAGENBEISPIELE 326
8.6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 328
9 EINBINDUNG REGENERATIVER ENERGIEQUELLEN IN DIE ENERGIEVERSORGUNG 329
9.1 PROBLEMATIK DER EINBINDUNG 329
9.2 ENERGIESPEICHERUNG 331
9.2.1 SCHWUNGRADSPEICHER 332
9.2.2 SUPRALEITENDER MAGNETFELDSPEICHER 333
9.2.3 DRUCKLUFTSPEICHER 334
9.2.4 ELEKTROCHEMISCHE SPEICHER 335
9.2.5 WASSERSTOFFSYSTEME 337
9.2.5.1 EINFUEHRUNG 337
9.2.5.2 KOMPONENTEN EINES WASSERSTOFFSYSTEMS 338
9.2.5.3 VOR- UND NACHTEILE EINER WASSERSTOFFWIRTSCHAFT 346
10 VERGLEICHENDE WERTUNG 347
10.1 VERFUEGBARKEIT, AUSNUTZUNGSDAUER UND WIRKUNGSGRADE 347
10.2 FLAECHENBEDARF 349
10.3 MATERIALBEDARF. 349
10.4 KUMULIERTER ENERGIEAUFWAND 350
10.5 VERGLEICHENDE ENERGETISCHE KENNZAHLEN 351
10.6 VERGLEICHENDE WERTUNG AM BEISPIEL VON
WASSERSTOFFBEREITSTELLUNGSPFADEN 353 10.7 KOSTEN DER ***-VERMEIDUNG
DURCH OFFSHORE-WINDENERGIEANLAGEN 359 10.7.1 BERECHNUNG DER
VERMEIDUNGSKOSTEN 359
10.7.2 RAHMENBEDINGUNGEN FUER DIE BEISPIELRECHNUNG 360
10.7.3 ERGEBNISSE FUER OFFSHORE-WINDENERGIEANLAGEN 361
10.7.4 KOSTENVERGLEICH VERSCHIEDENER METHODEN DER CO2-VERMEIDUNG 365
10.8 VERGLEICH VON STROMERZEUGUNGSSYSTEMEN 369
10.8.1 PRIMAERENERGIEAUFWAND FUER DIE STROMERZEUGUNG IN DEUTSCHLAND 369
10.8.2 KOSTENVERGLEICH VON KRAFTWERKEN ZUR STROMERZEUGUNG 369
11 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 373
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