Holdings: Energie - Klima - Ressourcen

Energie - Klima - Ressourcen: quantitative Methoden zur Lösungsbewertung von Energiesystemen

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Bibliographic Details
Main Author:	Linow, Sven (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München Hanser [2020]
Subjects:	Nachhaltigkeit Energiepolitik Energieversorgung Bewertung Quantitative Methode Rohstoffreserve Energietechnik Klima Energietechnische Anlage Lehrbuch
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Physical Description:	XIV, 510 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm
ISBN:	9783446462700 3446462708

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adam_text	INHALT VORWORT ..................................................................................................... XIII 1 EINFUEHRUNG .......................................................................................... 1 1.1 ZIELGRUPPE ............................................................................................ 2 1.2 KOMPETENZEN ...................................................................................... 3 1.3 KERNTHESEN .......................................................................................... 7 1.4 AUFBAU ................................................................................................. 8 1.5 DANK ................................................................................................... 11 1.6 LITERATUR ............................................................................................. 13 2 PROBLEME UND LOESUNGEN ................................................................... 15 2.1 PROBLEME ............................................................................................. 16 2.2 DIE WISSENSCHAFTLICHE METHODE .......................................................... 19 2.2.1 DEFINITION ............................................................................... 20 2.2.2 WISSENSCHAFTLICHE TEXTE LESEN UND VERSTEHEN ....................... 21 2.2.3 WAHRSCHEINLICHKEIT UND SICHERHEIT ....................................... 22 2.2.4 VERLAESSLICHE QUELLEN ERKENNEN .............................................. 23 2.2.5 IN DER POLITIK ........................................................................... 28 2.3 GESELLSCHAFTLICHE ASPEKTE TECHNISCHER VERAENDERUNGEN .................. 28 2.4 UMWELT UND TECHNIK ......................................................................... 30 2.5 ANALYSIEREN UND BEWERTEN ................................................................ 33 2.6 ENTSCHEIDUNGSRAEUME ......................................................................... 36 2.7 HALTUNGEN ........................................................................................... 37 2.8 LITERATUR ............................................................................................. 39 3 ENERGIE UND STOFF ................................................................................ 41 3.1 SYSTEME UND SYSTEMGRENZEN ............................................................ 41 3.2 ENERGETISCHE ZUSTANDSGROESSEN ............................................................ 43 3.3 ENERGETISCHE PROZESSGROESSEN .............................................................. 45 3.3.1 ZUSTANDSAENDERUNG .................................................................. 45 3.3.2 ENERGIEERHALTUNG .................................................................... 47 3.3.3 WAERME ...................................................................................... 48 3.3.4 ARBEIT UND LEISTUNG ................................................................ 49 3.3.5 GROESSENORDNUNG UND MASSEINHEIT DER ENERGIE ...................... 50 3.4 ENTROPIE UND ZWEITER HAUPTSATZ ........................................................ 54 3.5 STOFFE BESCHREIBEN .............................................................................. 57 3.5.1 IDEALES GAS .............................................................................. 59 3.5.2 GASE BEI NORMBEDINGUNG ...................................................... 60 3.5.3 IDEALE FLUESSIGKEIT .................................................................... 60 3.6 ENERGIEWANDLUNG ................................................................................ 61 3.6.1 WIRKUNGSGRAD ........................................................................ 61 3.6.2 UMWANDLUNG VON WAERME IN ARBEIT ...................................... 62 3.6.3 UMWANDLUNG VON ARBEIT IN ARBEIT ........................................ 63 3.6.4 UMWANDLUNG VON ARBEIT IN WAERME ...................................... 64 3.6.5 DRUCKVERLUST ............................................................................ 65 3.7 WAERMEUEBERTRAGUNG ............................................................................ 70 3.8 OPTISCHE STRAHLUNG .............................................................................. 71 3.8.1 DEFINITION UND GRUNDLAGEN .................................................... 71 3.8.2 SPEKTRALE EMISSION - PLANCK * SCHES GESETZ .......................... 74 3.8.3 DIE GESAMTE EMISSION - STEFAN-BOLTZMANN-GESETZ .............. 75 3.8.4 WIEN * SCHES VERSCHIEBUNGSGESETZ .......................................... 77 3.8.5 STRAHLUNGSTRANSPORT ................................................................ 77 3.8.6 ABSORPTION UND STREUUNG ...................................................... 79 3.8.7 STRAHLUNG UND ENTROPIE .......................................................... 80 3.9 LITERATUR ............................................................................................. 81 4 INFRASTRUKTUR UND TECHNIK BESCHREIBEN ........................................ 83 4.1 LEBENSWEGBETRACHTUNG ...................................................................... 83 4.1.1 PRODUKTLEBENSWEG UND SYSTEMGRENZE .................................. 83 4.1.2 NUTZUNGSPHASE ........................................................................ 89 4.1.3 LEBENSENDE .............................................................................. 91 4.2 OEKOBILANZ (LCA) ................................................................................. 93 4.3 RESSOURCEN ......................................................................................... 94 4.4 RESSOURCENEINSATZ .............................................................................. 98 4.4.1 RESERVEN UND RESSOURCEN ENDLICHER ROHSTOFFE .................... 99 4.4.2 REICHWEITE ................................................................................ 101 4.4.3 PEAK-X ...................................................................................... 103 4.5 ENTWICKLUNGSSTAND EINER TECHNIK .................................................... 107 4.6 RISIKO ................................................................................................... 110 4.7 LITERATUR ............................................................................................. 115 5 WACHSTUM .......................................................................................... 117 5.1 DEFINITION VON WACHSTUM .................................................................. 117 5.2 KONSTANTE WACHSTUMSRATE .................................................................. 118 5.3 INTEGRALE ............................................................................................. 121 5.4 NAEHERUNG FUER KLEINE AENDERUNGSRATEN .............................................. 121 5.5 WAS KANN WACHSEN? ............................................................................ 124 5.6 KOSTEN-NUTZEN-ANALYSE ...................................................................... 129 5.7 NICHTEXPONENTIELLES WACHSTUM .......................................................... 134 5.8 LITERATUR ............................................................................................. 135 6 ENERGETISCHE KENNZAHLEN ................................................................. 137 6.1 QUALITAET DER ENERGIE ........................................................................... 137 6.2 MAXIMALE LEISTUNG ODER MAXIMALE EFFIZIENZ .................................. 139 6.3 NENNLEISTUNG ....................................................................................... 143 6.4 WIRKUNGSGRAD ..................................................................................... 143 6.5 KENNZAHLEN FUER KRAFTWERKE ERMITTELN .............................................. 144 6.6 NUTZUNGSGRAD ..................................................................................... 147 6.6.1 KRAFTWERKE ............................................................................. 147 6.6.2 FAHRZEUGE ............................................................................... 150 6.7 LEBENSWEG ........................................................................................... 151 6.7.1 EXTRAKTION VON ENERGIEROHSTOFFEN ........................................ 151 6.7.2 VORBEREITUNG FUER DIE AUFBEREITUNG ........................................ 152 6.7.3 RAFFINERIEN UND ANDERE VEREDELUNGSPROZESSE .................... 153 6.7.4 TRANSPORT DER SEKUNDAERENERGIETRAEGER .................................. 154 6.7.5 ENERGIEWANDLUNG UND KRAFTWERKE ........................................ 155 6.7.6 URFORMEN UND HALBZEUGE ..................................................... 156 6.7.7 VERARBEITUNGSPROZESSE ......................................................... 159 6.8 KUMULIERTER ENERGIEAUFWAND (KEA) ................................................. 160 6.8.1 DEFINITIONEN ............................................................................. 160 6.8.2 METHODE ................................................................................... 163 6.8.3 KEA VON KRAFTWERKEN ............................................................. 165 6.8.4 ABBRUCHBEDINGUNGEN BEI DER BERECHNUNG DES KEA .......... 166 6.8.5 EINFACHE KEA-ABSCHAETZUNG .................................................. 166 6.8.6 KEA MENSCHLICHER TAETIGKEITEN .............................................. 167 6.8.7 KEA VON FINANZDIENSTLEISTUNGEN .......................................... 170 6.8.8 MATERIAL-UND ENERGIEFLUSS-ANALYSE .................................... 170 6.9 PRIMAERENERGIE ...................................................................................... 172 6.10 NET-ENERGY .......................................................................................... 173 6.11 ENERGY RETURNED ON ENERGY INVESTED (EROI) .................................. 175 6.11.1 EROI FUER ENERGIETRAEGER ........................................................... 175 6.11.2 METHODE .................................................................................. 176 6.11.3 KRAFTWERK - EROI .................................................................... 178 6.11.4 ENERGY-PAYBACK-ZEIT .............................................................. 180 6.11.5 ZIEL UND ZEITPUNKT DER BERECHNUNG ...................................... 180 6.11.6 INTERPRETATION DES EROI .......................................................... 181 6.11.7 ENERGIEKLIPPE .......................................................................... 190 6.12 ENERGIE UND GELD ................................................................................ 192 6.13 LITERATUR .............................................................................................. 193 7 ENERGIEWENDE UND NACHHALTIGE ENTWICKLUNG - DIE AUFGABE .... 195 7.1 DIE ENERGIEWENDE ................................................................................ 195 7.2 TECHNISCHE HERAUSFORDERUNGEN ........................................................ 201 7.3 BEWERTUNG ZUKUENFTIGER MOEGLICHKEITEN .............................................. 206 7.4 NACHHALTIGE ENTWICKLUNG .................................................................. 209 7.5 SUSTAINABLE DEVELOPMENT GOALS UND ENERGIE .................................. 211 7.5.1 ERSTE EBENE - DIE BIOSPHAERE .................................................. 211 7.5.2 ZWEITE EBENE - MENSCHEN UND DIE GESELLSCHAFT .................. 214 7.5.3 DRITTE EBENE - OEKONOMIE ...................................................... 219 7.5.4 RESIDENZ .................................................................................. 222 7.6 PLANETARE GRENZEN .............................................................................. 224 7.7 PARADIGMEN NACHHALTIGER ENTWICKLUNG ............................................ 226 7.8 NACHHALTIGE ENTWICKLUNG MESSEN .................................................... 229 7.8.1 VERGLEICHENDE BEWERTUNG - VDI 4605 .................................. 229 7.8.2 SYSTEMISCHE BETRACHTUNG ...................................................... 230 7.9 INDUSTRIELLE ERDERWAERMUNG ................................................................ 231 7.10 SUPERBOSHAFTE PROBLEME .................................................................... 237 7.11 DIGITALISIERUNG .................................................................................... 239 7.11.1 SOLUTIONS .................................................................................. 239 7.11.2 DIGITALE TECHNIK ALS SYSTEM .................................................. 240 7.11.3 DIGITALISIERUNG UND EFFIZIENZ ................................................ 244 7.11.4 DIGITALISIERUNG UND SDGS ...................................................... 245 7.11.5 DIGITALE WERKZEUGE ................................................................ 247 7.12 WARUM ENERGIEWENDE JETZT? .............................................................. 251 7.13 ZIELDEFINITION - WANN HABEN WIR DIE ENERGIEWENDE GESCHAFFT? .... 254 7.14 LITERATUR .............................................................................................. 257 8 DAS SYSTEM ERDE .................................................................................. 259 8.1 DIE ERDE ALS PLANET - ENERGIEBILANZ .................................................. 259 8.2 LOKALE SOLARE EINSTRAHLUNG ................................................................ 265 8.3 ERDE ALS SYSTEM - ENTROPIEBILANZ ...................................................... 265 8.4 PROZESSE IN DER ATMOSPHAERE .............................................................. 266 8.5 WASSERKREISLAUF .................................................................................. 271 8.6 TREIBHAUSEFFEKT .................................................................................... 273 8.6.1 SOLARE EINSTRAHLUNG UND ABSTRAHLUNG VOM ERDBODEN ........ 274 8.6.2 DAS NATUERLICHE KLIMAREGIME .................................................. 277 8.6.3 TREIBHAUSGASE ........................................................................ 278 8.6.4 ZEITABHAENGIGKEIT .................................................................... 281 8.7 EFFIZIENZ DER PHOTOSYNTHESE UND PFLANZENWACHSTUM ...................... 286 8.8 ENERGIEBEDARF VON LEBEWESEN .......................................................... 290 8.9 DER MENSCH IM SYSTEM ERDE .............................................................. 291 8.9.1 ANTHROPOZAEN ............................................................................ 291 8.9.2 NAHRUNG UND FLAECHE .............................................................. 292 8.9.3 DIE TECHNOSPHAERE .................................................................... 294 8.9.4 MENSCHLICHE ENTROPIEERZEUGUNG IM SYSTEM ERDE ............... 295 8.10 LITERATUR .............................................................................................. 301 9 BEREITSTELLEN VON WAERME ................................................................... 303 9.1 ANWENDUNG DER WAERME IN DER TECHNIK ............................................ 303 9.2 EINSATZ VON BRENNSTOFFEN UND TECHNISCHE VERBRENNUNG ................ 306 9.2.1 HEIZWERT UND BRENNWERT ........................................................ 306 9.2.2 MAXIMALE TEMPERATUR DER VERBRENNUNG .............................. 309 9.2.3 FEUERUNGSTECHNISCHERWIRKUNGSGRAD .................................. 310 9.2.4 SAUERSTOFFBEDARF UND LUFTBEDARF .......................................... 312 9.3 BRENNSTOFFE .......................................................................................... 316 9.3.1 NUTZUNG DER BRENNSTOFFE ZUR ERZEUGUNG VON ARBEIT .......... 316 9.3.2 ORGANISCHE BRENNSTOFFE - RUECKBLICK .................................... 318 9.3.3 FOSSILE BRENNSTOFFE HEUTE ...................................................... 321 9.3.4 ORGANISCHE BRENNSTOFFE - AUSBLICK ...................................... 327 9.3.5 KUNSTDUENGER ............................................................................ 331 9.4 KERNTECHNIK ........................................................................................ 336 9.4.1 KERNSPALTUNG .......................................................................... 336 9.4.2 KERNFUSION .............................................................................. 338 9.5 SOLARTHERMIE ....................................................................................... 339 9.5.1 KOLLEKTOR OHNE KONZENTRATOR .................................................. 339 9.5.2 SOLARTHERMIE MIT KONZENTRATOR ............................................ 340 9.6 KAELTEMASCHINE UND WAERMEPUMPE .................................................... 344 9.7 GEOTHERMIE UND ERDWAERME ................................................................ 347 9.8 ELEKTROWAERME ..................................................................................... 348 9.9 LITERATUR .............................................................................................. 348 10 UMWANDLUNG MECHANISCHER LEISTUNG ............................................. 351 10.1 WASSERKRAFT ......................................................................................... 351 10.1.1 GRUNDLAGEN ............................................................................. 351 10.1.2 TECHNISCHE LOESUNGEN ............................................................ 354 10.1.3 WASSERKRAFT IM SYSTEM ERDE .................................................. 355 10.1.4 MEERESSTROEMUNGEN ................................................................ 360 10.1.5 GEZEITENKRAFTWERKE ................................................................ 361 10.2 WINDKRAFT ........................................................................................... 365 10.2.1 NUTZBARE KINETISCHE ENERGIE .................................................. 365 10.2.2 AUFSTELLUNG VON WINDRAEDERN ................................................ 368 10.2.3 WIND BESCHREIBEN .................................................................. 370 10.2.4 WOHIN MIT DEN WINDRAEDERN? .................................................. 373 10.2.5 KLEINE ODER GROSSE WINDTURBINEN .......................................... 375 10.3 LITERATUR ............................................................................................. 376 11 DIREKTE ERZEUGUNG VON ARBEIT ODER ELEKTRIZITAET ............................. 377 11.1 THERMODYNAMISCHES LIMIT DER NUTZUNG SOLARER STRAHLUNG ............ 377 11.2 PHOTOVOLTAIK ....................................................................................... 378 11.3 WIRKUNGSGRAD DER PHOTOVOLTAIK ........................................................ 382 11.4 ANFORDERUNGEN AN PHOTOVOLTAIKANLAGEN .......................................... 384 11.5 WICHTIGE VARIANTEN ............................................................................. 385 11.6 EROI DER PHOTOVOLTAIK ........................................................................ 388 11.7 KLEINE ODER GROSSE PV-ANLAGEN .......................................................... 390 11.8 AUFSTELLUNG VON PV-ANLAGEN .............................................................. 390 11.8.1 LOKALE INTENSITAET AUSSERHALB DER ATMOSPHAERE ...................... 390 11.8.2 EINFLUSS DER ATMOSPHAERE ........................................................ 392 11.8.3 REGIONALES KLIMA UND WETTER ................................................ 393 11.8.4 AUSRICHTUNG DER MODULE ........................................................ 394 11.8.5 FLAECHENNUTZUNG ..................................................................... 395 11.9 INTERMITTENZ DER PHOTOVOLTAIK ............................................................ 396 11.10 THERMOELEKTRIK ................................................................................... 399 11.11 LITERATUR ............................................................................................. 403 12 ENERGIE SPEICHERN ................................................................................ 405 12.1 BISHERIGE ENERGIESPEICHER ................................................................. 405 12.2 KENNZAHLEN FUER SPEICHER .................................................................... 407 12.3 SPEICHER UND EROI ............................................................................. 411 12.4 KINETISCHE ENERGIE SPEICHERN ............................................................ 412 12.5 ELEKTRIZITAET SPEICHERN ....................................................................... 412 12.5.1 PUMPSPEICHERKRAFTWERKE ...................................................... 412 12.5.2 DRUCKLUFTSPEICHER .................................................................. 415 12.5.3 BATTERIEN ................................................................................. 420 12.5.4 POWER-TO-X ............................................................................... 421 12.6 SPEICHER, EROI UND CURTAILING .......................................................... 423 12.7 WAERMESPEICHER ................................................................................... 426 12.8 LITERATUR ............................................................................................. 430 13 ABGASREINIGUNG ................................................................................... 433 13.1 EMISSIONEN UND ENERGETISCHE KOSTEN ................................................ 433 13.1.1 STAUB UND ASCHE ................................................................... 433 13.1.2 SCHWEFEL ................................................................................. 435 13.1.3 KOHLENMONOXID ..................................................................... 437 13.1.4 STICKOXIDE ............................................................................... 437 13.1.5 KOHLENWASSERSTOFFE ............................................................... 439 13.1.6 ANDERE ELEMENTE ................................................................... 439 13.1.7 WEITERE VERBINDUNGEN ........................................................... 440 13.2 EMISSIONSGRENZWERTE ......................................................................... 440 13.2.1 MOTIVATION ............................................................................. 440 13.2.2 BEZUGSSAUERSTOFF .................................................................... 441 13.2.3 VERLUST AN LEBENSZEIT (VOLL) ................................................ 441 13.3 TREIBHAUSGASE ...................................................................................... 444 13.4 GEOENGINEERING .................................................................................. 449 13.4.1 DIE EINGESTRAHLTE ENERGIE VERRINGERN .................................. 451 13.4.2 DIE ABSTRAHLUNG ERHOEHEN ...................................................... 457 13.4.3 EMISSIONEN VERHINDERN .......................................................... 458 13.4.4 EMISSIONEN UMWANDELN ........................................................ 459 13.4.5 GEOENGINEERING PLANEN .......................................................... 460 13.5 CARBON CAPTURE AND STORAGE (CCS) .................................................... 461 13.5.1 ENERGETISCHER AUFWAND DES AUFFANGENS VON TREIBHAUSGASEN ...................................................................... 461 13.5.2 ENERGETISCHER AUFWAND FUER DAS EINLAGERN ............................ 462 13.5.3 KOHLENDIOXID EINFANGEN UND ENTSORGEN ................................ 463 13.5.4 TRANSPORT ................................................................................ 464 13.5.5 ROLLE VON CCS .......................................................................... 469 13.6 LITERATUR .............................................................................................. 471 14 WIE GEHT ES WEITER? ............................................................................ 473 14.1 SZENARIEN ............................................................................................ 473 14.2 ERWARTUNGEN AN NEUE TECHNIK .......................................................... 476 14.3 TRANSFORMATION ODER DISRUPTION? ...................................................... 478 14.4 ENERGIEKANNIBALISMUS UND ENERGIEWENDE ...................................... 479 14.5 NACHHALTIGE ENERGIEVERSORGUNG ........................................................ 483 14.6 KRISEN BEWAELTIGEN ............................................................................. 486 14.7 ANFAENGEN ............................................................................................. 489 14.8 LITERATUR ............................................................................................. 490 15 ANHAENGE ................................................................................................ 493 15.1 KONSTANTEN ......................................................................................... 493 15.2 VORSAETZE FUER EINHEITEN ....................................................................... 494 15.3 VORSAETZE FUER KONZENTRATIONEN ........................................................... 494 15.4 FORMELZEICHEN - LATEINISCHE BUCHSTABEN ......................................... 494 15.5 FORMELZEICHEN - GRIECHISCHE BUCHSTABEN ....................................... 497 15.6 DIE ELEMENTE ....................................................................................... 498 INDEX ............................................................................................................ 503
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