Elektrische Energieversorgung: 2 Energiewirtschaft und Klimaschutz, Elektrizitätswirtschaft, Liberalisierung, Kraftwerktechnik und alternative Stromversorgung, chemische Energiespeicherung
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| Format: | Book |
|---|---|
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer
2012
|
| Edition: | 3., bearb. Aufl. |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Nebent.: Energie- und Elektrizitätswirtschaft, Kraftwerktechnik und alternative Stromversorgung |
| Physical Description: | XIX, 576 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 9783642198557 |
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INHALT
TEIL I ENERGIEWIRTSCHAFT, ELEKTRIZITAETSWIRTSCHAFT 1 ENERGIEWIRTSCHAFT
UND KLIMASCHUTZ 3
1 . 1 GRUNDBEGRIFFE, GESCHICHTLICHER RUECKBLICK 3
1.1.1 ENERGIESEKTOR 3
1.1.2 NUTZPROZESSE 5
1.1.3 GESCHICHTLICHER RUECKBLICK 5
1.1.4 PERSPEKTIVEN UND PROBLEME 7
1.2 VERFUEGBARKEIT DER PRIMAERENERGIE 7
1.2.1 NICHT ERNEUERBARE ENERGIEN 8
1.2.2 ERNEUERBARE ENERGIEN 11
1.2.3 POTENTIAL UND NUTZUNG DER WICHTIGSTEN SOLARENERGIEARTEN 14
1.2.4 OEKOLOGISCHE PROBLEME 19
1.3 ENERGIEBEDARF, CC^-EMISSIONEN, INDIKATOREN 21
1.3.1 ALLGEMEINES 21
1.3.2 ENDENERGIE UND VERLUSTE DES ENERGIESEKTORS 21
1.3.3 WELTWEITER PRIMAERENERGIEBEDARF, ENERGIESEKTOR 22 1.3.4 CO2-
EMISSIONEN UND INDIKATOREN 24
1.4 ENERGIEVERBRAUCH UND COS-EMISSIONEN IN EUROPA 25
1.4.1 BEVOELKERUNG UND BRUTTOINLANDSPRODUKT 25
1.4.2 ENERGIEVERBRAUCH PRO KOPF 25
1.4.3 ENERGIEINTENSITAET UND CCH-EMISSIONEN 27
1.4.4 ENDENERGIE UND VERLUSTE DES ENERGIESEKTORS IN DER EU-15 29
1.4.5 LAENDER MIT MEHR ALS 30 MIO. EINWOHNER 29
1.5 WELTWEITER ENERGIEVERBRAUCH 32
1.5.1 ENERGIEVERBRAUCH IN DER VERGANGENHEIT 32
1.5.2 ENERGIEVERBRAUCH, BEVOELKERUNG UND BIP IN 2007 33 1.5.3 PRIMAER- UND
ENDENERGIE UND IHRE VERTEILUNG 2007 36
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1012631168
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALT
1.6 ZUKUENFTIGE ENTWICKLUNG DES WELTENERGIEBEDARFS 46
1.6.1 ENTWICKLUNG DER WELTBEVOELKERUNG 47
1.6.2 ZUNAHME DES BIP (KKP) UND ENERGIENACHFRAGE (IEA-SZENARIEN: WEO
2006, 450-SZENARIO) 49
1.7 CO2 -EMISSIONEN UND KLIMASCHUTZ 50
1.7.1 WELTWEITE ENTWICKLUNG DER CO 2 -EMISSIONEN, IEA-SZENARIEN 50
1.7.2 KLIMASCHUTZ, MITTEL- UND LANGFRISTIGE MASSNAHMEN 52 1.7.3
ELEKTRIZITAETSVERBRAUCH UND KLIMASCHUTZ 54
1.7.4 TRANSPORTBEREICH 57
1.7.5 WAERMEBEREICH 58
WIRTSCHAFTLICHKEITSBERECHNUNGEN 59
2.1 INVESTITIONSRECHNUNG, DISKONTIERUNGSVERFAHREN 60
2.1.1 KAPITALWERTMETHODE 60
2.1.2 ANNUITAETSMETHODE 62
2.2 KOSTEN DER ENERGIE 64
2.2.1 KOSTEN DER ELEKTRISCHEN ENERGIE 64
2.2.2 SPEZIFISCHE ENERGIEKOSTEN AN DEN KRAFTWERKSKLEMMEN 65 2.2.3
SPEZIFISCHE JAHRESKOSTEN DER KRAFTWERKE 66
2.2.4 KOSTEN DER ELEKTRISCHEN ENERGIE AM VERBRAUCHER 67 2.2.5 EINFLUSS
DER EINSPEISUNG VON WINDENERGIE 68
ELEKTRIZITAETSWIRTSCHAFT, LIBERALISIERUNG 69
3.1 VERBRAUCH ELEKTRISCHER ENERGIE 69
3.1.1 STRUKTUR DES ENERGIEVERBRAUCHS 70
3.1.2 SCHWANKUNGEN DES ENERGIEBEDARFS 71
3.2 DECKUNG DES ELEKTRIZITAETSBEDARFS 73
3.2.1 KRAFTWERKARTEN 73
3.2.2 KRAFTWERKEINSATZ 75
3.2.3 WASSERSPEICHERUNG 77
3.2.4 ENERGIEAUSTAUSCH 78
3.3 WASSERKRAFTWERKE 79
3.4 THERMISCHE KRAFTWERKE 81
3.5 WETTBEWERB IM ELEKTRIZITAETSSEKTOR 84
3.5.1 EINFUEHRUNG 84
3.5.2 GRUNDPFEILER DES WETTBEWERBS UND PROBLEME 85
3.5.3 REORGANISATIONSMODELLE 88
3.5.4 PRIVATISIERUNG, REGULIERUNG DER MONOPOLE 92
3.5.5 KONSEQUENZEN DER MARKTOEFFNUNG 92
3.6 STROMPREISGESTALTUNG (PROF. DIPL.-ING. MICHAEL HOECKEL) 93 3.6.1
VERTEILUNG DER SELBSTKOSTEN 94
3.6.2 STROMTARIFE 101
IMAGE 3
INHALT XV
3.7 SCHWEIZER VARIANTE DER LIBERALISIERUNG (NIKIAUS VONTOBEL) 110 3.7.1
ARGUMENTE FUER WETTBEWERB IM ELEKTRIZITAETSSEKTOR 110 3.7.2 VORAUSSETZUNG
FUER EINEN FUNKTIONIERENDEN ELEKTRIZITAETSMARKT 114
3.7.3 SCHWEIZER SPIELART DER LIBERALISIERUNG 121
3.8 FUNKTIONSWEISE LIBERALISIERTER ELEKTRIZITAETSMAERKTE (PROF. DR.-ING.
JOCHEN KREUSEL) 135
3.8.1 MOTIVATION FUER PRIVATISIERUNG UND LIBERALISIERUNG 136 3.8.2 DER
AUFBAU WETTBEWERBLICH ORGANISIERTER ELEKTRIZITAETSMAERKTE 140
3.8.3 DIENSTLEISTUNGSMARKT 146
3.8.4 WETTBEWERBSMARKT 158
3.8.5 BESONDERHEITEN INTERNATIONALER REALISIERUNGEN LIBERALISIERTER
ELEKTRIZITAETSMAERKTE 177
3.8.6 ERFAHRUNGEN IN LIBERALISIERTEN MAERKTEN 182
3.8.7 AUSBLICK AUF ANFORDERUNGEN IN ELEKTRIZITAETSVERSORGUNGSSYSTEMEN MIT
SEHR HOHEM ANTEIL ERNEUERBARER ENERGIEQUELLEN - SMART GRIDS IN
LIBERALISIERTEN MAERKTEN 192
3.9 RISIKOMANAGEMENT IN DER ELEKTRIZITAETSWIRTSCHAFT (DIPL.-ING. THOMAS
PUTZI) 194
3.9.1 ANFORDERUNG AN DIE UNTERNEHMENSFUEHRUNG 195
3.9.2 ENTERPRISE RISK-MANAGEMENT (THEORIE) 195
3.9.3 ENTERPRISE RISK MANAGEMENT (PRAXIS) (PROF. DIPL.-ING. MICHAEL
HOECKEL) 232
TEIL II KRAFTWERKTECHNIK, ENERGIEUMWANDLUNG
4 WASSERKRAFTWERKE 253
4.1 HYDROLOGISCHE PLANUNGSGRUNDLAGEN 253
4.2 LAUFKRAFTWERKE 255
4.2.1 WASSERBEWIRTSCHAFTUNG 258
4.2.2 AUSFUEHRUNG 258
4.2.3 AUSLEGUNG 258
4.3 SPEICHERKRAFTWERKE 259
4.3.1 TAGES- UND WOCHENSPEICHERWERKE 259
4.3.2 JAHRESSPEICHERWERKE (SAISONSPEICHERWERKE) 261 4.3.3
PUMPSPEICHERUNG 264
4.4 WASSERTURBINEN 265
4.4.1 PELTON-TURBINE 266
4.4.2 REAKTIONSTURBINEN 272
4.4.3 TURBINENWAHL 281
4.4.4 KLEINWASSERKRAFTWERKE 283
4.5 DYNAMIK 284
4.5.1 DRUCKSTOLLEN 285
4.5.2 WASSERSCHLOSS 286
IMAGE 4
INHALT
4.5.3 STARRE DRUCKLEITUNG 287
4.5.4 GESAMTMODELL DES HYDRAULISCHEN SYSTEMS 287
4.5.5 ELASTISCHER DRUCKSTOSS 290
4.5.6 GESAMTMODELL DES HYDRAULISCHEN SYSTEMS MIT ELASTIZITAET . .. 294
4.5.7 WASSERTURBINEN- UND WASSERKRAFTWERK-MODELL 295
THERMISCHE KRAFTWERKE, WAERMEPUMPE 303
5.1 DAMPFKRAFTPROZESS 303
5.1.1 RANKINE- UND CLAUSIUS-RANKINE-KREISPROZESS 303 5.1.2
ZWISCHENUEBERHITZUNG UND SPEISEWASSERVORWAERMUNG 306 5.2
GASTURBINENPROZESS 307
5.2.1 EINFACHER OFFENER GASTURBINENPROZESS (JOULE-PROZESS) 308 5.2.2
REKUPERATION 312
5.2.3 CARNOTISIERUNG 313
5.3 KOMBIPROZESSE 314
5.4 WAERME-KRAFT-KOPPLUNG 317
5.4.1 ENTNAHME-KONDENSATIONSSCHALTUNG 317
5.4.2 GEGENDRUCKANLAGE 319
5.4.3 GASTURBINEN 320
5.4.4 BLOCKHEIZKRAFTWERKE 321
5.4.5 WAERME-KRAFT-KOPPLUNG UND CO 2 -PRODUKTION 321 5.5 FOSSILGEFEUERTE
DAMPFKRAFTWERKE 322
5.5.1 LUFT-BRENNSTOFF-RAUCHGAS/ASCHE-KREISLAUF 322 5.5.2
WASSER-DAMPF-KREISLAUF, VERLUSTE 322
5.5.3 KUEHLWASSERKREISLAUF 324
5.5.4 BLOCKREGELUNG 324
5.5.5 DYNAMIK 329
5.6 KERNKRAFTWERKE 332
5.6.1 ENERGIEGEWINNUNG DURCH KERNSPALTUNG 332
5.6.2 REAKTORKONZEPTE 335
5.6.3 DAMPFKREISPROZESS UND REGELUNG 339
5.6.4 REAKTORSICHERHEIT UND BRENNSTOFFKREISLAUF 340
5.6.5 RISIKEN DER KERNKRAFT 343
5.6.6 WIRKUNG DER RADIOAKTIVITAET 345
5.7 KRAFTWERKE MIT KOMBINIERTEM GAS- UND DAMPFPROZESS 348 5.7.1
GUD-KRAFTWERKE 349
5.7.2 GUD- KRAFTWERKE MIT ZUSATZFEUERUNG IM ABHITZEKESSEL 351 5.7.3
VERBUNDKRAFTWERKE 351
5.7.4 KOMBIKRAFTWERK MIT NACHGESCHALTETEM ATMOSPHAERISCHEM DAMPFERZEUGER
352
5.7.5 KRAFTWERKE MIT KOHLEUMWANDLUNG UNTER DRUCK 353 5.7.6 DYNAMISCHES
VERHALTEN 354
IMAGE 5
INHALT XVII
5.8 KRAFTWERKSLEITTECHNIK 355
5.8.1 ENTWICKLUNG 356
5.8.2 AUFBAU 357
5.8.3 AUSBLICK 358
5.9 DIE WAERMEPUMPE 359
5.9.1 ENERGIEWIRTSCHAFTLICHE BEDEUTUNG 359
5.9.2 PRINZIP UND AUFBAU 364
5.9.3 EINSATZ 369
TEIL III ALTERNATIVE STROMERZEUGUNG, CHEMISCHE ENERGIESPEICHER
6 WINDKRAFTWERKE 375
6.1 DIE KINETISCHE ENERGIE DES WINDES 375
6.1.1 THEORETISCHE WINDLEISTUNG 375
6.1.2 WINDGESCHWINDIGKEIT 376
6.1.3 ENERGIEANGEBOT 377
6.1.4 DIE WEIBULL-VERTEILUNG 377
6.2 WINDRADTYPEN UND IHRE LEISTUNG 380
6.3 HORIZONTALACHSIGE WINDROTOREN 383
6.3.1 THEORIE VON BETZ 383
6.3.2 TRAGFLUEGELTHEORIE 385
6.4 MODERNE HORIZONTALACHSIGE WINDTURBINEN 387
6.5 ANDERE WINDRADTYPEN 388
6.5.1 DER DARRIEUS-ROTOR 388
6.5.2 DER SAVONIUSROTOR 392
6.6 BETRIEB UND REGELUNG, AUSLEGUNG 395
6.6.1 LEISTUNG UND BETRIEBSARTEN 395
6.6.2 LEISTUNGSREGELUNG 397
6.6.3 NETZBETRIEB 398
6.6.4 INSELBETRIEB 399
7 PHOTOVOLTAIK 401
7.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN, PHOTOELEKTRISCHER EFFEKT 401 7.1.1
PHOTOLEITUNG 402
7.1.2 DER P-N-UEBERGANG 404
7.2 PHOTOVOLTAISCHER EFFEKT, PHOTOSTROM 406
7.3 SOLARZELLE, GESAMTWIRKUNGSGRAD 413
7.3.1 KENNLINIE UND ERSATZSCHEMA 413
7.3.2 LEERLAUFSPANNUNG 416
7.3.3 FUELLFAKTOR 417
7.3.4 GESAMTWIRKUNGSGRAD 418
7.3.5 MOEGLICHKEITEN ZUR WIRKUNGSGRADVERBESSERUNG 420 7.3.6
SOLARZELLENTYPEN 421
7.4 DIE SONNE ALS ENERGIEQUELLE 423
7.4.1 EXTRATERRESTRISCHE STRAHLUNGSINTENSITAET 423
7.4.2 SCHEINBARE SONNENBEWEGUNG RELATIV ZUR ERDE 424
IMAGE 6
I INHALT
7.4.3 BERECHNUNG DES SONNENSTANDS 427
7.4.4 BERECHNUNG DER STRAHLUNGSINTENSITAET 427
7.4.5 STRAHLUNGSENERGIE PRO TAG 428
7.4.6 WIRKUNG DER ATMOSPHAERE 431
7.4.7 STRAHLUNGSINTENSITAET MIT ATMOSPHAERE 433
7.5 SYSTEMTECHNIK 434
7.5.1 SOLARMODULE UND SOLARGENERATOREN 434
7.5.2 INSELSYSTEME 436
7.5.3 NETZGEKOPPELTE PV-ANLAGEN 436
7.5.4 WECHSELRICHTER 437
7.5.5 MODELLIERUNG DER SOLARMODULE 440
BRENNSTOFFZELLEN 445
8.1 AUFBAU UND TYPEN 445
8.2 PRINZIP UND MODELL 447
8.2.1 ELEKTROCHEMISCHE GRUNDLAGEN 447
8.2.2 LINEARES MODELL 449
8.3 BRENNSTOFFZELLEN FUER STATIONAERE ANWENDUNGEN 451
8.3.1 PHOSPHORSAEURE-BRENNSTOFFZELLE (PAFC) 451
8.3.2 KERAMIK-BRENNSTOFFZELLE (SOFC) 452
8.3.3 SYSTEMTECHNIK 453
8.4 BRENNSTOFFZELLEN FUER MOBILE ANWENDUNGEN (PROF. DIPL.-ING. MICHAEL
HOECKEL) 453
8.4.1 ALKALISCHE BRENNSTOFFZELLEN (AFC) 454
8.4.2 PEM-BRENNSTOFFZELLEN (PEFC) 456
8.4.3 PEM - BRENNSTOFFZELLENSYSTEME 459
CHEMISCHE ENERGIESPEICHER (PROF. DIPL.-ING. MICHAEL HOECKEL/PROF.
DR.-ING. ANDREA VEZZINI) 467 9.1 FUNKTIONSWEISE EINES ELEKTROCHEMISCHEN
ENERGIEWANDLERS (PROF. DIPL.-ING. MICHAEL HOECKEL) 467
9.2 AKKUMULATORTYPEN UND IHRE EINSATZBEREICHE (PROF. DIPL.-ING. MICHAEL
HOECKEL) 472
9.2.1 BLEI-SAEURE-AKKUMULATOREN 473
9.2.2 NICKELMETALLHYDRID-AKKUMULATOREN 474
9.2.3 NATRIUM-NICKELCHLORID-AKKUMULATOREN 475
9.3 LITHIUMIONEN-AKKUMULATOREN (PROF. DR.-ING. ANDREA VEZZINI) 476 9.3.1
EINLEITUNG 477
9.3.2 GRUNDLAGEN DER LITHIUMIONEN-TECHNOLOGIE 477 9.3.3 KENNWERTE DER
LITHIUMIONEN-TECHNOLOGIE 479
9.3.4 LEBENSDAUER 479
9.3.5 BETRIEBSPARAMETER 482
9.3.6 SICHERHEIT 485
9.3.7 ZUSAMMENFASSUNG 487
IMAGE 7
INHALT XIX
10 KERNFUSION 489
10.1 GRUNDLAGEN DES FUSIONSPROZESSES 489
10.1.1 FUSIONSREAKTIONEN 489
10.1.2 ENERGIEVERTEILUNG 490
10.2 DER FUSIONSREAKTOR 491
10.2.1 PRINZIP DES (D,T)-FUSIONSREAKTORS 491
10.2.2 ENERGIEBILANZ DES PLASMAS 494
10.2.3 DAS EINSCHLUSSPROBLEM 498
10.3 STAND UND PERSPEKTIVEN DER KERNFUSION 501
10.3.1 INTERNATIONALES FORSCHUNGSPROGRAMM KERNFUSION 501 10.3.2 VORZUEGE
DER FUSION UND TECHNOLOGISCHE PROBLEME 501
ANHANG A THERMODYNAMIK 503
ANHANG B KERNPHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 519
ANHANG C ENERGIEWIRTSCHAFT DER SCHWEIZ, VERGANGENE ENTWICKLUNG, STAND
2007 UND SZENARIO 2030 531
ANHANG D ENERGIEVERBRAUCH UND CO 2 -EMISSIONEN 2007 DER SECHS
GROESSTEN LAENDER EUROPAS 543
ANHANG E GAMMA-FUNKTION 551
ANHANG F LOESUNG DER AUFGABEN 553
ANHANG G MOLLIER-DIAGRANUN, KAELTEMITTEL 559
LITERATUR 563
SACHVERZEICHNIS 571
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| discipline | Technik Elektrotechnik / Elektronik / Nachrichtentechnik |
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