Kraftwerkstechnik: zur Nutzung fossiler, nuklearer und regenerativer Energiequellen
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg [u.a.]
Springer
2013
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| Ausgabe: | 6. aktualisierte Aufl. |
| Schriftenreihe: | VDI-Buch
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| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XV, 522 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3642325823 9783642014307 9783642325823 |
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
TEIL I G R U N D L A G E N
1 EINFUEHRUNG 3
1.1 ENERGIESTROEME DER ERDE 12
1.1.1 DAS ENERGIESYSTEM ERDE 13
1.1.2 KOHLENDIOXIDEMISSION, AUSWIRKUNGEN AUF DAS KLIMA . . . 17 1.2
KRAFTWERKE UND UMWELT 22
1.3 ENERGIEUMWANDLUNG 24
1.4 ENERGIEVERBRAUCH BEI DER ENERGIEGEWINNUNG 25
1.5 VERBUNDNETZ, ANFORDERUNGEN AN KRAFTWERKE 27
1.6 FAZIT 33
LITERATUR 34
2 ENERGIEQUELLEN 35
2.1 FOSSILE BRENNSTOFFE 38
2.1.1 KOHLEN 39
2.1.2 ERDOEL 44
2.1.3 ERDGAS 46
2.1.4 UMWELTBELASTUNG DURCH DIE NUTZUNG FOSSILER BRENNSTOFFE 47 2.2
NUKLEARE BRENNSTOFFE 51
2.2.1 RESSOURCEN AN KERNBRENNSTOFFEN 52
2.2.2 BRENNSTOFFKREISLAUF FUER LEICHTWASSERREAKTOREN 53
2.2.3 UMWELTBELASTUNGEN DURCH DIE NUTZUNG DER KERNENERGIE 55 2.3
GEOTHERMIE 56
2.3.1 UMWELTBELASTUNGEN DURCH DIE NUTZUNG DER ERDWAERME. 59 2.4
SONNENENERGIE 60
2.4.1 UMWELTBELASTUNGEN DURCH DIE NUTZUNG VON WIND UND SONNE 64
2.5 FAZIT 64
LITERATUR 65
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IMAGE 2
X INHALTSVERZEICHNIS
3 U M W A N D L U N G V O N W AE R M E IN A R B E I T 67
3.1 DER DAMPFKRAFTPROZESS 71
3.1.1 DER IDEALE CLAUSIUS-RANKINE-PROZESS 71
3.1.2 IRREVERSIBLE ZUSTANDSAENDERUNGEN 76
3.2 MASSNAHMEN ZUR VERBESSERUNG DES THERMISCHEN WIRKUNGSGRADES 78 3.2.1
GRUNDSAETZLICHE GESICHTSPUNKTE 78
3.2.2 ERHOEHUNG DES FRISCHDAMPFZUSTANDES 79
3.2.3 ZWISCHENUEBERHITZUNG 80
3.2.4 REGENERATIVE SPEISEWASSERVORWAERMUNG 83
3.2.5 EINFLUSS DES KONDENSATORDRUCKES 87
3.2.6 KRAFT-WAERME-KOPPLUNG 88
3.3 KREISPROZESSE MIT HOMOGENEN MEDIEN - GASTURBINENPROZESS . . . 89
3.3.1 DER JOULE-PROZESS 89
3.3.2 VERBESSERUNGSMOEGLICHKEITEN FUER DEN JOULE-PROZESS 92 3.3.3
SONDERFORNIEN DES GASTURBINENPROZESSES 96
3.4 FAZIT 97
LITERATUR 98
TEIL II N U T Z U N G FOSSILER B R E N N S T O F F E
4 DAMPFKRAFTWERKE 101
4.1 STOFF- UND ENERGIESTROEME IN EINEM DAMPFKRAFTWERK 105
4.2 AUFBAU EINES KRAFTWERKSBLOCKS 107
4.2.1 AUFGABENSTELLUNG 107
4.2.2 GESAMTANORDNUNG 107
4.2.3 AUSFUEHRUNGSBEISPIEL EINES DAMPFKRAFTPROZESSES 109 4.3 REALISIERUNG
UND KOSTEN 112
4.4 FAZIT 114
LITERATUR 114
5 G R U N D L A G E N DER VERBRENNUNGSTECHNIK 115
5.1 ENERGIEBILANZ DER VERBRENNUNG 117
5.2 STOFFBILANZ DER VERBRENNUNG 117
5.2.1 ELEMENTARE VERBRENNUNGSRECHNUNG 117
5.2.2 STATISTISCHE VERBRENNUNGSRECHNUNG 123
5.2.3 STOFFDATEN FUER RAUCHGAS 124
5.3 ANMERKUNGEN ZUM VERBRENNUNGSABLAUF 128
5.4 FAZIT 132
LITERATUR 132
6 F E U E R U N G S S Y S T E M E U N D -ANLAGEN 133
6.1 FEUERUNGSSYSTEME FUER FESTE BRENNSTOFFE 135
6.1.1 ROSTFEUERUNGEN 135
6.1.2 STAUBFEUERUNGEN 140
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS XI
6.1.3 WIRBELSCHICHTFEUERUNGEN 170
6.2 FEUERUNGSSYSTENIE FUER OL UND GAS 180
6.3 VERLUSTE BEI DER VERBRENNUNG 183
6.4 FAZIT 183
LITERATUR 184
7 DAMPFERZEUGER 185
7.1 DAMPFERZEUGERSYSTEME 186
7.1.1 EINLEITUNG 186
7.1.2 NATURUMLAUF 186
7.1.3 ZWANGUINLAUF 193
7.1.4 ZWANGDURCHLAUF 194
7.1.5 ZWANGDURCHLAUF MIT VOLLASTUMWIILZUNG 198
7.2 DER VERDAMPFUNGSPROZESS 200
7.2.1 STROEMUNGSFORMEN UND WAERMEUEBERGANG IN DEN VERDAMPFERROHREN 200
7.2.2 DURCHFLUSS UND MASSENSTROMDICHTE IM VERDAMPFER 205 7.2.3
WASSER/DANIPFTRENNUNG * 206
7.3 KONVEKTIVHEIZFLAECHEN 211
7.3.1 ALLGEMEINES 211
7.3.2 WAERMEUEBERGANG 212
7.3.3 ROHRWANDTEINPERATUREN 214
7.3.4 UEBERHITZER 215
7.3.5 ZWISCHENUEBERHITZER 217
7.4 UBERHITZERANORDNUNG UND KESSELBAUART 219
7.5 ENERGIEBILANZ UND WIRKUNGSGRAD 222
7.5.1 BEGRIFFSBESTIMMUNGEN 223
7.5.2 WAERMETECHNISCHE AUSLEGUNG 227
7.6 REGELUNG VON DAMPFERZEUGERANLAGEN 228
7.6.1 EINLEITUNG 228
7.6.2 DAS MEHRGROESSENSYSTEM ZWANGDURCHLAUFDAMPFERZEUGER . 229 7.6.3
DAMPFTEMPERATURREGELUNG 233
7.6.4 BESONDERHEITEN BEIM TROMMELKESSEL 235
7.6.5 ANDERE DAMPFERZEUGER-REGELKREISE 236
7.7 FESTIGKEITSBERECHNUNG VON DRUCKTEILEN 236
7.7.1 WERKSTOFFE 236
7.7.2 FESTIGKEITSNACHWEIS 239
7.7.3 WAERNIESPANNUNGEN 241
7.8 FAZIT 246
LITERATUR 247
IMAGE 4
X I I INHALTSVERZEICHNIS
8 D A M P F T U R B I N E N 249
8.1 ELEMENTARE THEORIE AXIALER STROEMUNGSMASCHINEN 251
8.2 OPTIMALE GESCHWINDIGKEITSVERHAELTNISSE, STUFENZAHL 258
8.3 VERLUSTE UND WIRKUNGSGRAD 260
8.4 BETRIEBSWEISE UND REGELUNG VON DAMPFTURBINEN 261
8.4.1 FESTDRUCKBETRIEB 262
8.4.2 GLEITDRUCKBETRIEB 263
8.4.3 MODIFIZIERTER GLEITDRUCK 264
8.5 AUFBAU EINER DAMPFTURBINE 265
8.6 SICHERHEITSEINRICHTUNGEN, UMLEITSTATION, ANFAHREN 268
8.7 FAZIT 269
LITERATUR 270
9 K UE H L S Y S T E M 271
9.1 SYSTEMAUFBAU EINER KONDENSATORANLAGE 272
9.2 KONDENSATORBAUARTEN 273
9.2.1 MISCHKONDENSATOREN 273
9.2.2 OBERFLAECHENKONDENSATOREN 275
9.3 RUECKKUEHLANLAGEN 278
9.3.1 ABLAUFKUEHLUNG 278
9.3.2 KREISLAUFKUEHLUNG 282
LITERATUR 282
10 SPEISEWASSERVERSORGUNG 283
10.1 SPEISEWASSER 283
10.2 SCHUTZSCHICHTBILDUNG 286
10.3 VORWAERMER 287
10.4 SPEISEPUMPEN 291
LITERATUR 292
11 RAUCHGASREINIGUNG 293
11.1 ENTSTAUBUNG 293
11.1.1 KENNZEICHNUNG DES FLUGSTAUBES 293
11.1.2 ENTSTAUBUNGSSYSTEME 294
11.2 ENTSCHWEFELUNG 298
11.3 STICKOXIDREDUKTION 302
11.4 ENTSORGUNG DER RUECKSTAENDE 303
11.5 FAZIT 304
LITERATUR 304
12 D Y N A M I K DER M W - E R Z E U G U N G IN DAMPFKRAFTWERKEN 305
12.1 MODELLBILDUNG 306
12.1.1 ALLGEMEINES 306
12.1.2 D -THEORIE 307
12.1.3 KESSELMODELLE 312
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS XIII
12.1.4 MODELL DES DAMPFERZEUGERS MIT TURBOGRUPPE 319
12.2 FAZIT 321
LITERATUR 322
13 D I E L E T Z T E HERAUSFORDERUNG FUER KOHLEGEFEUERTE KRAFTWERKE:
CO2-SEQUESTRIERUNG 323
13.1 C02-ABTRENNUNG 324
13.1.1 ABSCHEIDEANLAGEN 324
13.1.2 VERBRENNUNG MIT SAUERSTOFF 326
13.1.3 BRENNSTOFFUMWANDLUNG 327
13.2 TRANSPORT, SPEICHERUNG, RISIKEN 328
13.3 FAZIT 331
LITERATUR 332
14 N U T Z U N G FOSSILER BRENNSTOFFE IN GAS- U N D
DAMPFTURBINENKRAFTWERKEN 333
14.1 KOHLEVERGASUNG 335
14.1.1 AUFBAU EINER GASTURBINE 339
14.2 KOMBINIERTE KRAFTWERKSPROZESSE MIT GAS- UND DAMPFTURBINEN 343
14.2.1 GAS- UND DAMPFTURBINENPROZESS MIT NICHTBEFEUERTEM ABHITZEKESSEL
343
14.3 KOMBIKRAFTWERKE MIT AUFGELADENER FEUERUNG UND HEISSGASREINIGUNG 352
14.3.1 ALLGEMEINES 352
14.3.2 ANLAGEN MIT AUFGELADENER WIRBELSCHICHT 353
14.3.3 ANLAGEN MIT AUFGELADENEN STAUBFEUERUNGEN 354
14.4 ANDERE VORSCHALTPROZESSE 354
14.4.1 ALLGEMEINES 354
14.4.2 ZWEISTOFF-KRAFTWERKSPROZESSE MIT KALIUM UND WASSER . . 356 14.5
ENERGIESPEICHERUNG MIT LUFTSPEICHER-GASTURBINENKRAFTWERKEN . 357 14.6
FAZIT 359
LITERATUR 359
15 ALTERNATIVE P R O Z E S S E ZUR N U T Z U N G FOSSILER BRENNSTOFFE
361
15.1 BRENNSTOFFZELLEN 361
15.1.1 GRUNDLAGEN 361
15.1.2 THERMODYNAMIK DER BRENNSTOFFZELLE 363
15.1.3 TYPENVIELFALT 367
15.1.4 AUFBAU EINES BRENNSTOFFZELLENKRAFTWERKS 372
15.1.5 FAZIT 373
15.2 MAGNETOHYDRODYNAMISCHE ENERGIEWANDLER 374
15.2.1 GRUNDLAGEN 374
15.2.2 MHD-KRAFTWERKE 381
15.2.3 FAZIT 383
LITERATUR 383
IMAGE 6
X I V INHALTSVERZEICHNIS
TEIL III N U T Z U N G NUKLEARER U N D REGENERATIVER E N E R G I E N
16 K E R N S P A L T U N G 387
16.1 GRUNDLAGEN 387
16.1.1 KERNAUFBAU, KERNREAKTIONEN 387
16.1.2 INDUZIERTE KERNSPALTUNG 393
16.1.3 KETTENREAKTION 396
16.1.4 SPALTREAKTIONEN 397
16.1.5 NACHWAERINE 407
16.1.6 KONVERSION UND BRUETEN 407
16.2 AUFBAU VON KERNREAKTOREN 408
16.2.1 ALLGEMEINES 408
16.2.2 REAKTOREN FUER KRAFTWERKE 410
16.3 GRUNDZUEGE DER REAKTORWAERMETECHNIK 412
16.3.1 LEISTUNGSDICHTE 412
16.3.2 DRUCKWASSERREAKTOR 415
16.3.3 SIEDEWASSERREAKTOR 417
16.3.4 BRUTREAKTOREN 420
16.3.5 HOCHTEMPERATURREAKTOREN 421
16.4 ENTSORGUNG 423
16.5 SICHERHEIT UND RISIKEN 425
16.5.1 VORBEMERKUNG 425
16.5.2 REAKTORSICHERHEIT 425
16.6 FAZIT 429
LITERATUR 430
17 KERNFUSION 431
17.1 FUSIONSREAKTOREN 434
17.1.1 MAGNETISCHER EINSCHLUSS 434
17.1.2 TRAEGHEITSEINSCHLUSS 441
17.2 FAZIT 442
LITERATUR 442
18 N U T Z U N G ERNEUERBARER ENERGIEQUELLEN 443
18.1 WASSERKRAFT 444
18.1.1 LAUFWASSERKRAFTWERKE UND SPEICHERKRAFTWERKE 445 18.1.2
GEZEITENKRAFTWERKE 449
18.1.3 WELLENENERGIE 452
18.1.4 FAZIT 456
18.2 SONNENENERGIE 456
18.2.1 WAERNIETRANSPORT DURCH STRAHLUNG 461
18.2.2 TECHNISCHE NUTZUNG DER SONNENENERGIE 465
18.2.3 THERMISCHE SOLARKRAFTWERKE 470
18.2.4 PHOTOVOLTAISCHE ENERGIEUMWANDLUNG 474
IMAGE 7
INHALTSVERZEICHNIS X V
18.2.5 FAZIT 482
18.3 WINDENERGIE 482
18.3.1 GRUNDLAGEN 484
18.3.2 WINDENERGIENUTZUNG 486
18.3.3 BETRIEB VON WINDANLAGEN 491
18.3.4 AUFWINDKRAFTWERK 492
18.3.5 FAZIT 494
18.4 FOLGERUNGEN FUER DIE NUTZUNG REGENERATIVER ENERGIEQUELLEN . . . .
495 LITERATUR 495
TEIL I V ZUKUNFTSPERSPEKTIVEN
19 STATUS UNSERER ENERGIEVERSORGUNG 499
19.1 GEGENWAERTIGER STAND 499
19.1.1 BEVOELKERUNGSEXPLOSION 501
19.1.2 WARUM VERBRAUCHEN MODERNE GESELLSCHAFTEN SOVIEL ENERGIE? 501
19.1.3 DIE FOSSILEN ENERGIEQUELLEN GEHEN IHRER ERSCHOEPFUNG ENTGEGEN 503
19.1.4 GIBT ES ERSATZ FUER DIE FOSSILEN ENERGIEQUELLEN? 504
19.1.5 DIE EMISSION DER TREIBHAUSGASE MUSS VERMINDERT WERDEN 507
19.2 MOEGLICHE ENTWICKLUNGEN 508
LITERATUR 511
A A N H A N G 513
A.L /I,S-DIAGRAINNI FUER WASSER 514
A.2 /T,P-DIAGRANNN FUER WASSER 515
A.3 T,S-DIAGRANNN FUER WASSER 516
A.4 DEZIMALFAKTOREN 517
A.5 PHYSIKALISCHE KONSTANTEN 517
A.6 EINHEITEN 518
A.6.1 BASISEINHEITEN 518
A.6.2 ABGELEITETE EINHEITEN 518
SACHVERZEICHNIS 519 |
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