Verfügbarkeit: Energietechnik

Energietechnik: Systeme zur konventionellen und erneuerbaren Energieumwandlung : Kompaktwissen für Studium und Beruf

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Bibliographische Detailangaben
Weitere Verfasser:	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:	German
Veröffentlicht:	Wiesbaden Springer Vieweg [2022]
Ausgabe:	9., überarbeitete und ergänzte Auflage
Schriftenreihe:	Lehrbuch
Schlagworte:	Energieumwandlung Energietechnik Kraftwerkstechnik BHKW Biomasse Energiespeicherung Geothermie Gezeitenkraftwerk Hybridsystem Kraftwerkskonzept Kyoto-Protokoll PAFC Photovoltaik Prozesswärme Solartechnik Windenergie Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltstext Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XXXIX, 823 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm
ISBN:	3658348305 9783658348304

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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
adam_txt	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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