Skript "Elektrische Energieversorgung" – Professor Nelles

Skript "Elektrische Energieversorgung" – Professor Nelles

1. Einführung

Erzeugung und Verteilung elektrischer Energie

• Elektrizität = Energieträger

• Quelle der Energie = Standort, an dem Mensch "Primärenergie" von Natur übernimmt

• Verbraucher = Betriebsmittel, das elektrische Energie in gewünschte Form umwandelt

• elektrische Energie nicht im Generator erzeugt à wird aus mechanischer Energie umgewandelt (Begriff "Erzeugung" jedoch eingebürgert)

• vom Generator bereitgestellte Energie auf relativ niedrigem Spannungsniveau (10 – 30 kV) à große Ströme (bis 30 kA) à Probleme bei Übertragung

⇒ Transformierung auf höhere Spannungsebene (380 kV) à abzuleitende Ströme wirtschaftlich übertragbar

• Transformatoren in Nähe von Generatoren, Energieübertragung mit Freileitungen

• Gründe für Energieübertragung:

à Wirtschaftliche Gründe (Kraftwerk nahe bei Energiequelle) à Technische Gründe (Wasserkraftwerke nur an Wasserläufen)

à Umweltschutzgründe (wegen Umweltbelastung eher in dünn besiedelten Gebieten)

• in Verbraucherzentren ist Verteilung mit hohen Spannungen unwirtschaftlich/unmöglich

⇒ niedrigere Spannungen

à 110 kV für großflächige Verteilung à 10 bzw. 20 kV für örtliche Verteilung

à 380 V für Verteilung zum einzelnen Verbraucher (regionale Verteilung mit Kabeln)

• Elektrische Energieversorgung betrachtet Weg der Energie vom Generator bis zum Verbraucher

à Unterscheidung zw. Energieübertragung (Erzeugerzentren zu Verbraucherzentren) und Energieverteilung (in Verbraucherzentren)

Grundgrößen der elektrischen Energie

• elektrische Leistung: W(att) oder kW à Energieversorgung: MW

• Energie: kWh oder kJ (kcal)

à Energiewirtschaft: GWh (10⁶ W), TWh (10⁹ W), SKE (Steinkohleeinheiten) (SKE = Energieinhalt in 1 t bzw. 1 kg Steinkohle; 1 t SKE = 8140 kWh)

• auch üblich: jährlicher Energieverbrauch (kWh

a) à eigentlich Dimension Leistung, i.a. Sprachgebrauch aber Energieverbrauch

2. Energiebedarf

Gesamtenergieverbrauch

• Gesamtenergieverbrauch steigt weltweit an

• Anteil der Primärenergieträger am Energieeinsatz hat sich nicht nennenswert geändert

• Fossile Energieträger auch als Rohstoffe für Materialien genutzt (10 %), jedoch üblicherweise als Primärenergieträger gerechnet

• Pro-Kopf-Verbrauch = Energieverbrauch eines Landes bezogen auf Bevölkerungszahl

• großer Teil der Primärenergie wird von kleinem Teil der Weltbevölkerung verbraucht

• BRD: je 1/3 der Primärenergie in Industrie, privatem Bereich (v.a. Heizen, Auto) und Handwerk

• bei Berechnungen sollte Plausibilität geprüft werden (Gründe für Fehler: ungenaue Quellenangaben, Zahlen aus verschiedenen Jahren, unterschiedliche Wertedefinitionen)

• Korrelation:

"Wohlstand eines Landes und dessen Energieverbrauch"

"Wirtschaftswachstum und Zunahme an Energieverbrauch"

à Proportionalität zwischen Bruttosozialprodukt und Energieeinsatz Energievorräte

• nichtregenerative Energieträger à nicht mehr neu von Natur gebildet

• regenerative Energieträger à werden in dem Maße neu erzeugt, wie sie verbraucht werden

• Grenze zw. beiden Gruppen: Pflanzen (vgl. große Abholzung und Zuckerrohranbau)

• nur 1% der auf Erde auftreffende Energie erreicht Erdoberfläche

• Fossile Brennstoffe à Faktoren für Abbau

o Ort der Lagerstätte o Tiefe der Vorkommen o Mächtigkeit der Vorkommen o Reinheit der Vorkommen

• Abbauwürdigkeit

à ökonomisch gewinnbar à technisch gewinnbar

• Reichweite = Zeitraum in dem ökonomisch gewinnbare Rohstoffe aufgebraucht wären

• zur Zeit werden jährlich mehr neue Vorkommen entdeckt als verbraucht Energiefluss

• Deckung des Energiebedarfs in BRD: Öl (51%), Steinkohle (19%), Gas (16%), Braunkohle (9%)

• nur 30% beim Verbraucher als "Nutzenergie" verfügbar à Verluste durch thermodynamischen Wirkungsgrad bei Umwandlungsprozessen

Energieumwandlung

• mehrere Umwandlungsprozesse; i.a.: Verbrennung à Wärme à mechanische Bewegung à elektrische Energie (evtl. über "Umweg" Wasserdampf)

• Kernenergie immer über Wasserdampf, Wind-/Wasserkräfte durch Turbinen in mechan.

Bewegung, Sonnenenergie über Kollektoren und Wasserdampf oder Solarzellen

Verbrauch an elektrischer Energie

• elektrische Energie bequemer und universeller anzuwenden als andere Energieträger

• elektrische Energie schwer speicherbar (à Probleme in Fahrzeugen)

• bei Umwandlung gehen 60 % über Wärmeverluste verloren à Energie als Wärme ist wirtschaftlicher wenn direkt beim Verbraucher umgesetzt

• Industrie ist Hauptabnehmer für elektrische Energie

• Primärenergieträger zur Stromerzeugung: Wasser, Kernerenergie, Braun-/Steinkohle, Öl, Gas, Müll

Bereitstellung der elektrischen Energie

• elektrische Energie nur begrenzt speicherbar à muß zugleich mit Verbrauch bereitgestellt werden à Kenntnis der Netzbelastung als Funktion der Zeit nötig

• Tagesganglinien, Jahresganglinien à Last im zeitlichen Verlauf à charakteristische Größen:

entscheidend für Dynamik der Kraftwerke

Verhältnis Winterspitze zu Wintertal bzw. Sommerspitze zu Sommertal

à entscheidend für Hub, in dem Maschinensätze täglich an- und abgefahren werden

Verhältnis Gesamtkraftwerksleistung zu Grundkraftwerksleistung à Winterspitze zu Sommertal

Verhältnis Winterspitze zu Sommerspitze

à in welchem Maß können Kraftwerke im Sommer zur Wartung abgestellt werden

notwendige Dynamik und mögliche Revisionszeiten aus Spitzen- und Talganglinien ableitbar

• bei Planung: Entscheidung über Kraftwerkstyp à bestimmte Faktoren o Dynamik (Häufigkeit des An- und Abfahrens)

o voraussichtliche jährliche Einsatzdauer à ableitbar aus geordneter Jahresdauerlinie

• Jahresdauerlinie à Tagesganglinien werden (z.B. ¼ Stunden-Raster) so geordnet, dass links hohe Leistungen, rechts niedrige Leistungen aufgetragen

à keine Zuordnung zwischen Zeitpunkt und Leistung mehr möglich

à Informationen über welchen Zeitraum bestimmte Leistung gebraucht wird

• Kraftwerkseinsatz richtet sich nach niedrigsten spezifischen Brennstoffkosten, diese werden ganzen Tag voll ausgefahren

• typische Reihenfolge: Laufwasser – Kernenergie – Braunkohle – Steinkohle – Erdgas, Heizöl – Industrieeinspeisung – Speicher und Pumpspeicher

• zur Reservehaltung muss gesamter Kraftwerkspark immer über höhere Leistung als Spitzenleistung verfügen

• ca. 50 % der Gesamtleistung als Grundlastkraftwerke ständig im Einsatz

• Sommer: Wartungszeit für viele Kraftwerke à Betriebszeit liegt bei 75-85 %

• für vorzuhaltenden Kraftwerksleistung ist Engpassleistung maßgebend Engpassleistung:

à entscheidet sich i.a. nur geringfügig von Nennleistung

à beim Bau durch Messungen ermittelt; bestimmend: Betriebsmittel, welches in Kette Brennstoffzufuhr ... Blocktransformator geringste Dauerleistung erbringen kann

à jedoch nicht volleinsetzbar Gründe:

o zulässige Grenzen durch fehlende Betriebsgenehmigungen, geringe Wasserführung, hohe Fernwärmelieferung, längerfristige Stillsetzung o Reserveleistung

o freie Reserve die wegen Unsicherheit bei Bedarfsermittlung installiert wurde Elektrizitätsversorgungsunternehmen

• Investitionen zur Hälfte in Kraftwerkspark, andere Hälfte in Netz

• Investitionsrückgang wegen Rationalisierung aber auch "Investitionsstau"

• EVU

à Aktiengesellschaften (v.a. in öffentlicher Hand) oder kommunale Betriebe à nach regionalen und aufgabenspezifischen Gesichtspunkten gegliedert

à Aufgaben: Erzeugung, Übertragung, regionale Verteilung, örtliche Verteilung

• deutsches Verbundnetz, europäisches Verbundnetz à Ausgleich Strompreisgestaltung

• ausgehend von Grundpreis und Arbeitspreis à orientiert an Entstehungskosten von Bundesaufsichtsamt genehmigt

• Grundpreis: Abschreibung und Verzinsung der Investitionen

• Arbeitspreis: hauptsächlich Brennstoffkosten

• Haushaltstarife: Kleinstadttarif, Kleintarif, Großtarif Elektroindustrie

• Verhältnis Einfuhr – Ausfuhr etwa konstant

• große Bedeutung der Stromwirtschaft für industrialisierte Volkswirtschaft

3. Wasserkraftwerke

Energiepotential

• potentielle Energie des Wassers wird genutzt (Verdunstung im Tal, Regen in Bergen)

• Wasser in Speicherbecken aufgefangen und durch Turbinen abgearbeitet

• Energieinhalt eines Spe icherbeckens

E= ⋅ ⋅γ V h mit γ = spezifisches Gewicht und ^{1 2} 2 h h

h= + = mittlere Fallhöhe

• Geschwindigkeit an Turbine (Ausströmungsgeschwindigkeit) à v= 2gh à dafür muss Turbine ausgelegt werden

à unterschiedl. Stauhöhen ⇒ v variiert ⇒ Optimierungsprobleme bei Dimensionierung

• Einzugsgebiet = Fläche dessen Entwässerung in Stausee geleitet

• Typen: Pump-Speicher-Kraftwerke, Laufwasserkraftwerke (an Stauwehren) Wasserkraftmaschinen

• früher: Löffelräder, in strömendes Wasser getaucht

• unterschlächtiges Wasserrad

à kinetische Energie des strömenden Wassers ausgenutzt

à Geschwindigkeit nicht voll nutzbar, da Wasser weiterfließen muss ⇒ η ca. 75 %

• oberschlächtiges Wasserrad

à nutzt Fallhöhe à Durchmesser durch Fallhöhe bestimmt à Wirkungsgrad durch nutzbare Höhe begrenzt ⇒ η ca. 70 %

• moderne Wasserturbinen à Strömungsenergie des Wassers à Francis-Turbine

à Pelton-Turbine à Kaplan-Turbine

• um Energie in strömendem/unter Druck stehenden Medium in Drehbewegung umzusetzen

⇒ Kolbenmaschinen, Turbinen

• Vorteil von Turbinen: Drehmoment gleichförmig

• Antriebsmoment dadurch erzeugt, dass strömendes Medium von Turbinenschaufeln umgelenkt ⇒ es entsteht Kraft ⇒ Drehbewegung der Turbine

• bei gegebener Baugröße liegt mit Fallhöhe die Drehzahl fest Spezifische Drehzahl

• geometrischer Aufbau einer Wasserturbine à bestimmt durch Fallhöhe, Drehzahl, Bauleistung

• Einsatzbereich durch spezifische Drehzahl beschrieben: 2 Definitionen (vgl. Skript) à Dynamische spezifische Drehzahl

( )

4 s

PPS

n n

hm

= ⋅

à Kinetische spezifische Drehzahl q ¹ m³ ¹ s

h Q h

n n

h h

= ⋅ ⋅ ⋅

à Zusammenhang n_s =3,65⋅ η⋅n_q

• verschiedene Turbinentypen nur für best. spez. Drehzahl baubar

• optimale Auslegung à η=0,9...0,93

• Wirkungsgrad schlechter, wenn Leistungsabgabe nicht im Bestpunkt

• Regelung durch Wasserdurchsatz Q à Pelton-Turbine: Nadel im Strahlaustritt

à Francis-, Kaplan-, Propellerturbine: Veränderung des Leiterquerschnitts ⇒ Wasserstrom und Strömungsrichtung beeinflusst

à Kaplan-Turbine: zusätzlich Propeller verstellbar ⇒ hoher Wirkungsgrad in weitem Betriebsbereich

Wasserführung

• durch Staumauer wird Entwässerung des gesamten Gebietes dahinter erfasst, evtl.

werden Flüsse aus anderen Tälern angezapft

• falls Erfassungspunkt niedriger als Stausee à Wasser entsprechend hochgepumpt à wirtschaftlich bei geringen Höhenunterschieden

• Krone der Staumauer empfindlich gegen Überlaufen à Überlauf am Rand (Niveau)

• Absenkziel = Höhe bei der Rohre See verlassen

• Rohre i.a. mit geringem Gefälle zum Haupttal, dort steil ins Tal mit Kraftwerkhaus

• Fallrohre müssen erheblichen Druck standhalten

• Schnellschluß (Turbinen plötzlich abgeschaltet) à Stoßbeanspruchung à Wasserschlösser zum Ausgleich

• Drehzahlerhöhung bei Lastabschaltung à Belastung für Turbine und Generator à müssen vorübergehende Drehzahlerhöhung ertragen können à Durchgangsdrehzahl (dann η=0)

• Wasseranfall oft abhängig von Jahreszeit à Schwankungen

• Pump-Speicher-Kraftwerk arbeitet mit Energieverlust beim "Umpumpen" à Wirkungsgrad eines Pumpspeicherkraftwerkes à rentabel wegen Strompreis

4. Dampfkraftwerke (konventionell)

Thermodynamische Grundlagen

• dynamisches Verhalten von Antriebsmaschinen und Steuerungen häufig durch Gasdynamik der zu steuernden Prozesse bestimmt

• Problematik der Wärmekraftkopplung

• i.a. abgeschlossene Gasmenge

• Zustandgrößen eines Gases à Volumen V

à Druck p

à Temperatur T (in K)

• Zustandsgleichung ^{p V} R m T⋅ = ⋅

mit allg. Gaskonstante R=8,31_Kkmol⋅^kJ

• m = Gasmasse in kmol; häufig Volumen bezogen auf Gasmasse ⇒ v ^V

= m

• abgeschlossene Gasmenge à bestimmte Wärmemenge dQ zugeführt à Temperatur erhöht sich um dT à zugeführte Wärmemenge im Gas gespeichert

⇒ innere Energie erhöht sich dU =dQ=c dT_v

• c_v = spezifische Wärmekapazität; abhängig von Gasart, gilt unter Vorraussetzung konstantes Volumen

à abhängig von Anzahl der Freiheitsgrade f cv = ⋅ ⋅ ⋅f ¹₂ R m à es gilt: 2

p 1

v

c

c f

κ = = +

Einatomige Gase à f = 3 à κ =1,333

Zweiatomige Gase à f = 5 à κ =1,4

Dreiatomige Gase à f = 6 à κ =1,667

• Erhöhung der Temperatur verursacht Erhöhung des Druckes p ⇒ es kann äußere Arbeit geleistet werden

à 1. Hauptsatz der Thermodynamik dQ=dU+pdV =c dTv + pdV

• Sonderfälle:

Konstanter Druck (Isobare) o p₁ =p₂ →dp=0 o

12 ( 2 1)

p p

dQ c dT

Q c T T

=

= −

mit spezifischer Wärmekapazität c_p (abhängig von Gasart) o c_p = + ⋅c_v R m

à Wärmekapazität bei konstantem Druck ist größer als Wärmekapazität bei konstantem Volumen, da bei konstantem Druck mechanische Arbeit geleistet wird

Konstantes Volumen (Isochore) o V₁=V₂ →dV =0 o Q₁₂=c T_v( ₂−T₁) Konstante Temperatur (Isotherme)

o T₁ =T₂ →dT =0 o

1

12 1 1

2 a ln

v a

Q E p V V V dQ c dT dE

= = ⋅ ⋅

= +

kein Wärmeaustausch (Adiabaten)

o Q₁₂=0 →dQ=c dT_v +pdV =0 o p V₂⋅ ₂^κ= p V₁⋅ ₁^κ

Carnotscher Kreisprozeß

• kontinuierlich Energie umwandeln à Zustandsübergänge müssen zyklisch durchlaufen werden (Gas muss am Ende wieder seinen Ausgangszustand erreicht haben)

⇒ Kreisprozesse

• Carnot-Prozess

o von Zustand 1 wird Gas isotherm in Zustand 2 entspannt (Wärme zugeführt, äußere Arbeit entnommen)

o von Zustand 2 wird adiabatisch in Zustand 3 entspannt (äußere Arbeit entnommen) o von Zustand 3 wird isotherm in Zustand 4 komprimiert (äußere Arbeit zugeführt,

Wärme abgeführt)

o von Zustand 4 wird adiabatisch in Zustand 1 komprimiert (äußere Arbeit zugeführt) à Punkte so, dass Zyklus geschlossen

à Temperaturen der Isotherme durch äußere Umgebung festgelegt

• bei Bewertung des Energieaustausches müssen zugeführte Wärme Q und abgeführte Arbeit E positiv gezählt werden

à Bilanz à Wirkungsgrad _th ^ab 0,48

zu

E η =Q =

• abgegebene Wärme Q_ab ist nicht mehr nutzbar, da sie bei Umgebungstemperatur anfällt

• allgemeine Bestimmung des Wirkungsgrades

zugeführte Wärme: _{12 1 1} ² ₁ ²

1 1

ln ln

zu

V V

Q Q V p R m T

V V

= = ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ abgegebene mechanische Energie: E_ab =E₁₂+E₂₃+E₃₄+E₄₁

⇒ Wirkungsgrad der Carnot-Maschine ^{1 4}

1

ab zu ab

th

zu zu

E T T T T

Q T T

η = = − = −

Entropie

• Carnot-Maschine: Wirkungsgrad bestimmt durch Temperatur der zugeführten Wärme T_zu und Temperatur der Kühlung T_ab à mehr Wärme in Energie umsetzbar, wenn bei hoher Temperatur T_zu angeboten (T_ab durch Umwelt bestimmt)

à Wärmemenge mit hoher Temperatur "besser" als mit niedriger

⇒ "Qualität" der Wärme = Entropie S ^{dS dQ}

= T à Absolutbetrag über Integration

• Wärme dQ von Körper 1 auf Körper 2 übertragen à Entropie ändert sich

1 2

1 2

dQ dQ

dS dS

T T

= − =

à für Gesamtsystem gilt ^{1 2}

1 2

T T dS dQ

T T

= ⋅ −

⋅

à Wärmetransport nur möglich, wenn T₁ >T₂ ⇒ dS stets positiv

• 2. Hauptsatz der Thermodynamik: "In einem geschlossenen System kann Entropie s nur ansteigen bzw. konstant bleiben" dS≥0

• Temperatur eines Gases durch Bewegungsenergie der Moleküle definiert à statistisch auf einzelne Moleküle verteilt à 2. HS gilt nicht absolut, nur statistisch

• Entropie S = vierte Zustandsgröße

• Änderung der Entropie

Isobare ₁₂ ^{2 2 2}

1 1

1

p p ln

dQ dT T

S c c

T T T

=

∫

∫

Isochore ₁₂ ^{2 2}

1

1

v v ln

dT T

S c c

T T

= ⋅

∫

Isotherme ₁₂ ¹² ₁ ^{1 2 2}

1 1 1

ln ln

dQ Q V V V

S p R m

T T T V V

=

∫

à Adiabate ist auch Isentrope (Entropie konstant)

• Carnot-Prozeß lässt sich sehr einfach in T-S-Diagramm angeben à Rechteckfläche

• Fläche in T-S-Ebene = mechanische Arbeit (wie Fläche in p-V-Ebene)

• Carnot-Prozeß ist optimaler Prozeß à dient als Vergleichsprozeß

• Carnot-Prozeß ist reversibel à Wärmepumpe (Umgebung wird bei niedriger Temperatur Wärme entzogen und durch geringen Einsatz von mechanischer Arbeit auf höheres

Temperaturniveau gebracht à wirtschaftlich bei geringem Temperaturgefälle) Gasturbinenprozess

• vgl. Skript Enthalpie

• Energiebilanz von abgeschlossenem Gasvolumen dQ=dU+ pdV

• in diesem Gasvolumen V kann Druck um dp erhöht werden durch Einschieben bestimmter Gasmenge (z.B. Verdichter, der Arbeit Et leistet)

à zu Wärmezufuhr dQ kommt noch technische Arbeit dEt hinzu à so erhaltene Energie = Enthalpie H dH =dQ+dEt

• bei Kreisprozessen nur Differenzen von zwei Enthalpien interessant Verluste

• Verluste bei Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie spielen bei Auslegung von Anlage wesentliche Rolle

• Umwandlungsvorgänge finden bei hohen Temperaturen statt à Anlagenteile geben Wärme an Umgebung ab (à Verringerung durch Isolation)

• Auswirkung der Wärmeabgabe bei adiabatischer Kompression à in Gleichung p V₂ ⋅ = ⋅₂ⁿ p V_{1 1}ⁿ wird Exponent kleiner ⇒ n<κ

⇒ adiabatische Kompression geht in "polytrope" Kompression über Dampfprozesse

• bisher: Gasprozesse mit annähernd idealen Gasen

• hier: Wasser à Betrachtung des Verhaltens

• Wassermenge wird bei konstantem Druck Wärme zugeführt à Temperatur erhöht sich bis Siedepunkt

• bei weiterer Erwärmung bleibt Temperatur konstant bis gesamtes Wasser verdampft (zunächst: Nassdampfbereich)

• weitere Erwärmung führt zu Erhöhung der Temperatur à Dampf ist trocken (überhitzter Dampf à verhält sich annähernd wie ideales Gas)

• Siedetemperatur nimmt mit wachsendem Druck zu

• notwendige Wärmemenge um Wasser von Siedepunkt S zu Dampfpunkt T zu bringen nimmt mit steigendem Druck ab à wird an kritischem Punkt K Null

(hier gilt: T = 647 K; p = 221 bar)

• Betrachtung der Zustandsdiagramme (mit spezifischen Zustandsgrößen, bezogen auf 1 kg) o Flüssigkeitsbereich: Isotherme sind fast Isochore à Wasser ändert bei

Druckänderungen kaum sein Volumen à bei Komprimierung nur geringe mechanische Energie nötig

o Oberhalb von p = 221 kein Sieden mehr

o Zustände im Nassdampfbereich durch Strich gekennzeichnet, Trockenbereich durch 2 Striche

o Nassdampfbereich: Isobare und Isotherme fallen zusammen

o Isotherme verlaufen in Nähe der Taulinie nicht waagerecht à sind keine Isentropen à Beziehungen für ideale Gase gelten nicht

• einfacher Dampfkraftwerksprozeß: Clausius -Rankine (vgl auch Skript) o Speicherwasserbehälter: Wasser unter Normalbedingungen o wird durch Speisewasserpumpe auf Prozessdruck gebracht

à adiabatische Kompression, nicht sehr energiereich à Wassertemperatur steigt nur minimal

o Wasser wird dann bis auf Siedepunkt erwärmt, wobei Druck konstant bleibt o Speisewasservorwärmung i.a. nicht im Kessel, sondern außerhalb durch

Abwärme

o nun gelangt Wasser in Verdampfer, wird bei gleicher Temperatur verdampft o danach: Überhitzer à maximal mögliche Temperatur wird erreicht

o Arbeitsmedium verlässt Kessel à wird in Turbine entspannt

à wesentlicher Teil: thermische Energie wird in mechanische Umgesetzt

o Entspannung des Dampfes möglich, da hinter Turbine Unterdruck (Nassdampfbereich à starke Beanspruchung der Turbinen)

o im Kondensator wird Dampf vollständig kondensiert (p, T konstant)

o Kondensatorpumpe bringt Druck wieder auf Normalwert (dabei entstehende Temperaturerhöhung ist minimal)

o T-S-Diagramm nicht rechteckförmig à Carnot-Wirkungsgrad nicht erreichbar

o Verbesserung des Wirkungsgrades:

Zwischenüberhitzung

à Turbosatz aus mind. 2 Turbinen, nachdem Dampf 1. Turbine verlassen hat wird er im Kessel wieder erhitzt à Rechteck angenähert

Speisewasservorwärmung

à Teil des Dampfes der Turbine entzogen, bevor abgearbeitet à Speisewasser wird erwärmt

Zusammenfassung thermodynamische Grundlagen Zustandsgrößen (absolute Größen oder bezogen auf Masse)

• Druck p

• Volumen V

• Absolute Temperatur T

• Innere Ene rgie U dU =dQ−pdV

à kann durch Wärmezufuhr oder Verdichtungsarbeit verändert werden

• Entropie S

à Qualität einer Wärmemenge à dS ^dQ

= T

(kann in geschlossenem System nie negativ sein, sonst würde Wärme von kalt zu warm fließen)

• Enthalpie H

à Energiepotential an einer Stelle des Wärmeschaltplans bei Strömungsprozessen à dH =dU +d p V( ⋅ )

à H = +F G

• Exergie F (freie Energie)

à Teil der Enthalpie, der in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann

• Anergie G (gebundene Energie)

à Teil der Enthalpie der nicht in mechanische Arbeit verwandelt werden kann

• Übergang von einem Zustand in einen anderen:

à Isobare dp=0 ^{1 2}

1 2

V V T =T à Isochore dV =0 ^{1 2}

1 2

p p T = T à Isotherme (Isenthalpie) dT =0, dH =0 p V₁⋅ = ⋅₁ p V_{2 2} à Adiabate (Isentrope) dQ=0, dS =0 p V₁⋅ ₁^κ = p V₂⋅ ₂^κ

• bei diesem Vorgängen kann Energieaustausch mit der Umgebung stattfinden:

à Wärmetausch Q dQ=c dT bzw c dT_v . _p à äußere Arbeit EA dE_A = pdV

à durch Volumenänderung einer abgeschlossenen Gasmasse wird mechanisch Arbeit geleistet

à Technische Arbeit Et dE_t =Vdp

à durch Druckabbau in Turbine erzeugt durchströmendes Medium eine mechanische Arbeit

à für Kreisprozess gilt:

Ñ ∫

Ñ ∫

Verbrennung

• Energieträger: Steinkohle, Öl, Erdgas, Braunkohle, Torf, Müll, Biogas

• Energie im wesentlichen durch Oxydation (Verbrennung) freigesetzt

• Zündtemperatur à Reaktion à Bindungsenergie wird frei (innere Energie) (auch Verluste durch mechanische Energie bei Volumen-/Druckänderung; ca. 10%)

• Größe für Energiezustand: Enthalpie H = + ⋅U V p

• Brennwert H_O à Erhöhung der Enthalpie bei chem. Reaktion

• Heizwert HU à Brennwert – Verdampfungswärme (weil Wasser entsteht, das verdampft werden muß)

• vollständige Verbrennung à Kessel mit Luftüberschuß (mehr Luft als eigentlich benötig) Kesselaufbau

• Kohle in Kohlenmühle zu Kohlenstaub zermahlen à mit Frischluft verwirbelt à in Kessel geblasen à verbrannt

• Asche fällt in Sumpf à von dort direkt (Trockenentaschung) oder mit Wasser (Naßentaschung) zu Schlacke verbacken

• hohe Flammtemperatur à starke Materialbeanspruchung im Verdampfer

• Rauchgase in Kessel an Überhitzer und Zwischenüberhitzer vorbei à werden auf Temperaturniveau von Frischdampf abgekühlt

à können noch zu Speisewasservorwärmung und Luftvorwärmung genutzt werden

• Gegenstromprinzip nicht angewendet, da Dampftemperatur 600°C nicht überschreiten darf

⇒ Gleichlaufprinzip à intensive Kühlung bei kleinem Bauvolumen

• Ruß-/Aschereste in Rauchgas à in Elektrofiltern abgezogen

• anschließend Entschwefelung Feuerung

• klassisch: Rostfeuerung à Kohle durchläuft auf beweglichem Rost die Brennkammer

• Transportreaktor

à Kohle-Luft-Gemisch in Brennraum eingeblasen Wirbelschichtfeuerung

à zusätzlich Luft durch Bodendüsen ⇒ Brennmaterial verbrannt intensiv auf Luftbett zirkulierende Wirbelschichtfeuerung

à Rauchgas mehrfach durch Brennraum ⇒ fast 100%-tige Verbrennung bei niedriger Temperatur

• niedrige Temperatur à NOx-Ausstoß geringer; Direktentschwefelung möglich (Kalknebel)

Dampfturbinen

• Nachteil Dampfmaschine: ungleichförmiges Drehmoment, bei Turbinen gleichmäßig

• Dampfmaschine: unter Druck stehender Dampf wird langsam entspannt

• Dampfturbine: potentielle Energie in kinetische Strömungsenergie à Dampfstromgeschwindigkeit aus Enthalpiedifferenz

• optimale Drehzahl von Turbinen größer als von Generatoren à Kopplung über Getriebe

• Turbinenschaufeln müssen im Verlauf immer größer werden, da Dampfvolumen bei Entspannung zunimmt

• Druckabbau in 4 Stufen à Hochdruckteil

à Mitteldruckteil

à Niederdruckteil (2 parallel)

(MD, ND jeweils von Mitte durchströmt um axiale Dampfkräfte aufzuheben)

• Dampf wird in Reihe von Turbinenschaufeln abgearbeitet, dazwischen Leitschaufeln Leitschaufeln à darin sinkt Dampfdruck, Strömungsgeschwindigkeit steigt

Laufschaufeln à Druck konstant, Strömungsrichtung relativ zur Schaufel ändert sich ⇒ Absolutgeschwindigkeit sinkt

• Druck in Laufschaufeln konstant ⇒ Gleichdruckturbine

• Überdruckturbinen (gewisser Druckabbau in Laufschaufeln) à bei gleicher Leistung kleiner

• Niederdruckturbine à Dampf in Kondensator (evtl. Reduzierung des Kondensatordrucks zur besseren Ausnutzung ⇒ größere Bauteile)

• statt Kondensator auch Fernwärmenetz möglich à "Kraft-Wärme-Kopplung"

à Wirkungsgrad steigt, da Teil der Abwärme als Nutzenergie, jedoch geringere elektrische Energieausbeute

• Turbinen die Dampfnetz speisen = Gegendruckturbinen

• Nachteil der Wärmekopplung à schlechte Regulierbarkeit Kühlung

• Kühlmitteltemperatur bestimmt Temperatur und damit Druck im Kondensator

• hoher Wirkungsgrad à Kühlwasser möglichst kalt

• Flusswasser à ökologische Probleme durch die Erwärmung

• Nasskühlung mittels Kühltürmen

• evtl. Mischbetrieb: Vorkühlung in Kühlturm, Nachkühlung durch Flusswasser

• Trockenkühlung à Kühlenergie direkt an Luft abgegeben

à Wirkungsgrad jedoch wegen großer Lüfterleistung und hoher Rücklauftemperatur reduziert

Wirtschaftliche Blockgröße

• kleine Blockgröße

à erhöhte Investitions- und Personalkosten à geringerer Wirkungsgrad

à praktisch keine Einsparung im Versorgungsnetz (Verbundnetz muss aufrechterhalten bleiben)

• kleinere Blöcke interessant bei Fernwärme

5. Gasturbinen und Dieselkraftwerke Gasturbinen

• Kessel von Dampfkraftwerk mit Gas oder Öl geheizt

• Gas und Öl direkt in Brennkammer mit Luft verbrennen à unter Druck stehendes Gemisch in Turbine abarbeiten

à ca. 2/3 der Turbinenleistung gehen verloren als Kompressionsleistung

⇒ Gesamtwirkungsgrad klein, da Gasaustrittstemperatur relativ hoch Kombi-Kraftwerke

• Abgas aus Gasturbine zum zuheizen im Dampfkraftwerk

⇒ guter thermischer Wirkungsgrad

• Brennstoffkosten für Öl und Gas recht hoch à nur Spitzenlastzeiten

• Gasturbinen haben niedrigere Investitionskosten à gut geeignet für Spitzenbetrieb Entwicklungstendenzen

• "Gasturbinen" mit puderartigem zermahlenem Kohlestaub

• Problem: Ruß-/Ascheablagerungen an Turbinenschaufeln

• höherer Wirkungsgrad bei höheren Eingangstemperaturen à Keramik-Schaufeln oder Wasserkühlung nötig

Dieselkraftwerke

• nur in OPEC-Staaten

• hohe Investitionskosten

• hier: als Notstromaggregate wegen kurzer Hochlaufzeit

6. Kernkraftwerke

Physikalische Grundlagen

• Energiegewinnung durch Freisetzung von Bindungsenergie zwischen Nukleonen (Kernbindungskräfte)

à Nukleon in Atomkern ⇒ Bindungsenergie wird frei Kettenreaktion

• im Mittel 2,5 Neutronen für weitere Kernspaltungen

à jedoch sehr schnell à geringe Wahrscheinlichkeit für Einfang und weitere Reaktion

⇒ Abbremsen der Neutronen durch Moderator (durch Stöße wird kinetische Energie abgegeben)

• Moderatoren: Wasser (Leichtwasserreaktor), Schwerwasser (Schwerwasserreaktor), Graphit (Hochtemperaturreaktor)

• Regelung der Kettenreaktion à konstante Neutronenrate erzeugen

à durch einfangen von Neutronen ⇒ Steuermaterial (Steuerstab) muß Neutronen absorbieren

Brennstoffe

• Brennstoffgewinnung aufwendig

• Zerfall eines radioaktiven Stoffes à 0 tT

m m e= ⋅ ⁻

• nur bestimmte Isotope brauchbar à chemische Trennung nicht möglich à Urananreicherung (Massenunterschied wird ausgenutzt)

o Gasdiffusion o Gaszentrifuge o Trenndüse Radioaktivität

• Abgabe von Strahlung

à α-Strahlung (Heliumkerne) à β-Strahlung (Elektron)

à γ-Strahlung (extrem hochfrequente elektromagnetische Wellen) à x-Strahlung (Röntgenstrahlung)

à n-Strahlung (Neutron)

• Ursache: Zerfall von Atomen

à Radioaktivität in Zerfällen je Sekunde (fürα-, β-, n-Strahler)

à Bestrahlungsdosis – Zahl der gebildeten Ionen (für γ-, x-Strahler, da ionisierend)

• Bestrahlungsdosis muß nicht gleich Absorptionsdosis sein à je nachdem was Körper aufnimmt

• absorbierte Energie kein Maß für biologische Wirkung der Strahlung à Qualitätsfaktor

⇒ Äquivalentdosis

• Beurteilung der Schädlichkeit auf Organismus à Äquivalentdosis

Reaktortypen

• wirtschaftlich bedeutendst à Leichtwasserreaktoren (90 % der Kernenergiegewinnung) à Siedewasserreaktor

à Druckwasserreaktor

• außerdem

à Schwerwasserreaktor à Hochtemperaturreaktor à Schneller Brutreaktor à Fusionsreaktor Siedewasserreaktor

• Dampfkreislauf wie bei konventionellem Dampfkraftwerk

• aus Sicherheitsgründen: Temperatur in Reaktor niedriger als Kesseltemperatur

⇒ Kraftwerkswirkungsgrad geringer

• Kühldampf im Reaktor als Arbeitsdampf durch Turbine à Radioaktivität dorthin übertragen ⇒ Turbine in Kontrollbereich einbezogen

• Wasser kann selbst nicht radioaktiv werden à Verunreinigungen als Träger à werden bei Verdampfung weitgehend zurückgehalten à auch bei langem Betrieb nach

Abschaltung gefahrloses Arbeiten Druckwasserreaktor

• Kontrollbereich durch Einsatz von Wärmetauschern klein

• Reaktortemperatur begrenzt, Temperaturgefälle in Wärmetauscher

⇒ geringerer Wirkungsgrad (33 %) als Siedewasserreaktor (36 %)

• Siedewasserreaktor: Reaktortemperatur niedriger als bei Druckwasserreaktor

• Primärkreislauf: Wasser unter Druck (à Druckwasserreaktor) von ca. 150 bar ⇒ keine Verdampfung, Kühlmedium besitzt große Dichte

• Kernstück eines AKW: Reaktordruckgefäß in dem Kettenreaktion abläuft à durch Primärkreislauf gekühlt

• in Wärmetauschern wird Primärmedium gekühlt à Dampf für Sekundärkreis erzeugt

• bedingt durch Wärmetauscher und Sicherheitskonzept à mit wachsender Dampfleistung werden Dampfdruck und Dampftemperatur abgesenkt ⇒ Wirkungsgrad sinkt

• Brennstäbe mit best. Konzentration à sinkt während Betrieb durch Abbrand à jedes Jahr 1/3 der Brennstäbe ersetzt

Schwerwasserreaktor

• Vorteil: keine Urananreicherung notwendig

• Nachteil: hohe Kosten für Schwerwasser

à Kohlendioxid-Gas als Kühlmedium à Wärmetauscher Hochtemperaturreaktor

• Brennstoff: angereichertes Uran und Thorium à in Graphitkugeln eingebracht à Kugeln durchlaufen langsam Reaktorkern

à können im externen Teil des Kreislaufs auf Beschädigungen untersucht werden à kontinuierliche Nachladung möglich

• Kühlung: CO2 oder He à kann man in Turbinen entspannen, muss dann jedoch neu komprimiert werden

⇒ Verdichterleistung benötigt Großteil der Turbinenleistung ⇒ besser: Dampfprozess mit Wärmetauscher

• im Reaktorkern wenig Metall à höhere Prozesstemperaturen

• wesentlicher Vorteil: hohe Temperatur bei der Energie zum Ablauf chemischer Prozesse à Kohle vergasen oder Wasserstoff erzeugen

Schneller Brutreaktor

• Brennelemente ähnlich wie Leichtwasserreaktor à Mischoidtabletten

• Kühlung des Kerns mit Flüssigmetall (Natrium)

à Schäden bei unkontrollierter Stillsetzung möglich, da fest bei ZT

à Vorteil: praktisch Druckloser Kühlkreislauf wegen geringer Siedetemperatur à intensive Kühlung durch hohe spezifische Wärmekapazität

• Probleme: intensive chemische Reaktion von Natrium mit Wasser ⇒ Wärmetauscher zur Sicherheit

Fusionsreaktor

• Probleme bei Realisierung

à Temperatur, Magnetfelder, Neutronenfluß, Radioaktivität des Tritiums, Baugröße

• Bau unwahrscheinlich Entsorgung

• Teilabschnitte

à jährlich 1/3 der Brennstäbe entnommen und ½ Jahr in Lagerbecken des Reaktors gelagert à Radioaktivität geht erheblich zurück

à Transport in Zwischenlager

à Wiederaufbereitungsanlage à Brennelemente in neuen Brennstoff uns Abfall zerlegt (Abfall muß endgelagert werden)

• weiteres Problem: Stilllegung alter Kraftwerke Transport von Kernbrennstoffen

• hohe Sicherheitsanforderungen an Transportbehälter

• Meldepflicht an Innenministerium

• v.a. auf Schiene Zwischenlagerung

• zum Teil in KKW

• in speziellen Trocken- bzw. Nasslagern

• Radioaktivität sinkt auf 1,5 % (1 Jahr) und 0,3 % (5 Jahre) Wiederaufbereitung

• PUREX

à leichter Unterdruck, 130 °C

à Probleme: Radioaktivität der Stoffe ⇒ Anlage hinter Beton automatisch/ferngesteuert

• Brennstäbe mechanisch zerkleinert

• mit Salpetersäure nitriert man Uran und Plutonium à Gase (ausgefiltert oder wieder zugeführt nach chem. Verarbeitung)

• Uran-/Plutoniumnitrate in Wasser gelöst und in mehrstufigen Trennprozessen voneinander geschieden ⇒ neuer Kernbrennstoff à Brennstabfertigung

• Abfallstoffe müssen endgelagert werden

Endlagerung

• Abfallstoffe unterschieden nach

à Aggregatzustand (Gas, Flüssigkeit, Festkörper) à Aktivitätsgehalt (hoch-, mittel-, schwachaktiv)

• Gase durch Filterung oder Auswaschung in flüssige Abfälle verwandelt

• Flüssigkeiten durch Ausdampfung und Filterung in Volumen reduziert und verfestigt (Zementierung, Bitumierung, Einschluß in Kunststoff)

• Versenkung im mehr oder Endlagerung in Gestein bzw. Salzstöcken Stilllegung von Kraftwerken

• Aktivität eines Kraftwerks stark abhängig von Betriebsdauer

• i.a. gesicherter Einschluß

• Großteile der wertvollen Werkstoffe wieder gewonnen

• Kosten für Totalabriss ca. 5 % der Investitionskosten Reaktorsicherheit

Nachzerfallwärme

• betriebsmäßige Stillsetzung: Steuerstäbe einfahren à Über Elektromagnete aufgehängt à bei Störfall fallen sie ein ⇒ Schnellabschaltung

• inhärente Sicherheit à wachsende Temperatur à Uran absorbiert mehr Neutronen

à Kühlwasser dehnt sich aus à moderierende Wirkung nimmt ab ⇒ Kernreaktionen hören auf

• Reaktorschnellabschaltung à Reaktorleistung auf 5 % der Nennleistung à Restleistung durch Radioaktivität des Urans bedingt (Nachzerfallswärme)

• Restwärme nimmt mit Zeit ab à abhängig von Betriebsdauer

à Kern muß gekühlt werden, da Restwärme nicht abgeführt werden kann

• keine Kühlung ⇒ Super-GAU à Kernschmelzen Strahlenbarrieren

• Spaltprodukte in Brennstofftabletten

• Brennstabhüllen gasdicht verschweißt

• Reaktordruckbehälter hält im Primärkreis vorhandene Verschmutzungsstoffe zurück

• Betonschirm absorbiert Strahlung

• Sicherheitsbehälter unter leichtem Unterdruck à hält radioaktive Stoffe zurück

• Stahlbetonhülle verhindert Einwirkungen von außen Störfall

• genauer Ablauf vgl. Skript

• Aufrechterhaltung des Kühlkreislaufes wesentlich à Notspeisepumpen wichtig Strahlenbelastung

• Höchstwerte festgelegt à Grenzen für Einzelorgane, Ganzkörperwert

• Zusammenhang zwischen Strahlendosis und Krebsrate

Gefährdung

• Unterscheidung der Einwirkung auf Umwelt à Normalbetrieb

à Störfall à Entsorgung à Stilllegung

à Nichtverbreitung von Kernkraft

• auch Risiken beachten, die ohne Kernkraft vorhanden wären Bau und Betrieb von Kernkraftwerken

• Leistungsbedarf in 10 Jahren

• Leistungsstruktur (Verteilung des Energiebedarfs über Tages- und Jahreszeit;

Kraftwerkstyp)

• Kraftwerksabgang

• Brennstoffpreise

• Bauzeit à Inbetriebnahmezeitpunkt schwer vorauszusagen Baukosten

• Bauherr ca. 60 %, Lieferfirma ca. 40 %

• hohe Kosten für Genehmigung à hoher Aufwandà generelle Genehmigung für best.

Typen

• Bauzinsen à "Nutzungsausfall" während Bauphase Betriebskosten

• Baukosten auf Betriebskosten umgeschlagen

• weiterhin Arbeitskosten und Brennstoffkosten

• vielseitige Faktoren bestimmen Strompreis Betrieb

• niedrige Brennstoffkosten ⇒ Grundlastbereich

• aus wirtschaftlichen Gründen konstante, möglichst maximale Leistung

• Brennstoffschonprogramme

• An-/Abfahren über Nacht wegen hoher Dauer nicht möglich

• Zuverlässigkeit à ausgedrückt in Verfügbarkeit (Arbeitsverfügbarkeit, Zeitverfügbarkeit)

• KKW im Grundlastbereich entweder Nennleistung oder keine Leistung (Wartung, Störung)

• neben Verfügbarkeit à Ausnutzung

⇒ Unterschied zw. Verfügbarkeit und Ausnutzung à Reserve

7. Alternative Energie

• EVU à Verbraucher kostengünstig und zuverlässig mit Energie versorgen

⇒ Suche nach neuen Energiequellen und Kraftwerken

• müssen wirtschaftlichen Vorteil bringen

• Unternehmensstrategie muss beeinflusst werden à Gesetze, Kostenanreize

• Verringerung der Umweltbelastung

• alternative Energien unterschiedlich beurteilt à nichtkonventionelle Energie, additive Energie

Wasserkraftwerke

• konventionelle Kraftwerke à siehe vorne

• gelten als sehr umweltfreundlich à Probleme durch Entwässerung von Tälern oder anheben des Grundwasserspiegels durch große Stauseen

Depressionskraftwerke

• Stellen auf Erde unter Meerwasserspiegel à Meer kann in Mulden entwässert werden à Gefälle zur Energieversorgung nutzen

Gezeitenkraftwerke

• nutzen Tidenhub der Gezeiten aus à treiben Turbinen an

• Meeresbuchten mit natürlichen Inseln oder auch Abschlussdamm

• 2 Kraftwerke im Gegentakt

• großer Tidenhub von Vorteil Meereswellen

• keine technisch sinnvollen Vorschläge à zu große Fläche Meereswärme

• Temperatur an Meeresboden niedriger als an Wasseroberfläche

• Meereswärme in Dampfkraftwerken mit Ammoniak ausnutzen Windkraftwerke

• Windleistung nicht vollständig nutzbar à Windkraftanlage reduziert Windgeschwindigkeit

• mittlere Geschwindigkeit als Berechnungsgrundlage

• meistens Propeller mit unterschiedlicher Anzahl von Blättern

à viele Blätter ⇒ niedrigere Drehzahl und hohes Anzugsmoment (v.a. Direktantrieb von Pumpen)

à elektrische Energie ⇒ möglichst wenige Blätter (2 oder 3, bei 1 Unwucht)

• Darrieus-Rotor à Auftriebsprinzip (wie Propeller)

• Savonius-Rad à Luftwiderstand genutzt

• bei kleinen und großen Windgeschwindigkeiten kein Betrieb möglich

• Einsatzort à wenn keine öffentliche Energieversorgung à evtl. Rückspeisung ins Netz bei Überschuß

• Verbundbetrieb Generator mit Netz à feste Drehzahl à problematisch (Wirkungsgrad schlechter

⇒ Gleichstromzwischenkreis (Generator – Gleichrichter – Wechselrichter auf 50 Hz)

⇒ doppelt gespeiste Asynchronmaschine

Solarkraftwerke

• Aufbau vgl. Skript (dotiertes Material)

• ohne Licht wie Diode

• bei Lichteinfall à Erzeugung von Ladungsträgern à Spannung an Sperrschicht

• Bestpunkt mit maximaler Leistung

• bessere Ausnutzung durch Spiegel, die Licht bündeln

• Wirkungsgrad Temperaturabhängig à Kühlung notwendig

• Energieversorgung à mehrere Solarzellen in Reihe ⇒ Module à Module zu Gestellrahmen, diese zu Gruppen

• Solarzellen über Schutzdioden angeschlossen um Rückspeisung zu verhindern

• niedrige Spannung à gut geeignet für Elektrolyse à Wasserstoff als Energieträger Sonnenkollektoren

• Wasser in Rohrleitungen erwärmt à Häuser mit Brauchwasser und Heizung versorgen

• keine elektrische Energie erzeugt

• Bündelung von Sonnenlicht mit Spiegeln Solarfarm

• Medium (Leichtöl) in Rohren an Sonnenkollektoren vorbeigeführt und erwärmt à Wärmetauscher à Wasserdampf à Turbine

Solarturm

• bewegliche Spiegel à dem Sonnenstand nachgeführt à reflektieren Sonnenlicht auf Kollektor (auf Turm)

• in Kollektor wird Natrium erhitzt à Wärmetauscher à Wasserdampf à Dampfturbine MHD-Generator

• Medium durch Magnetfeld à Spannung quer zur Strömungsrichtung

• vgl. Skript Brennstoffzelle

• Umkehrung der Elektrolyse à aus Wasserstoff und Sauerstoff entsteht Wasser

• Wirkungsgrad durch Stromverluste bestimmt, außerdem innerer Wirkungsgrad durch Wärmeerzeugung bei chemischer Reaktion

Thermische Direktumwandlung Thermoelektrische Energiewandlung

• Spannung an Grenzschicht zwischen Metallen bei wachsender Temperatur à

"Thermoelement"

Thermoionische Energiewandlung

• erwärmte Elektrode emittiert Elektronen die von 2. kälterer Elektrode eingefangen werden

• radioaktives Material als Wärmequelle

Geothermische Energie

• Wärme im Erdinneren nutzen à nur möglich, wenn heißes Gestein an Erdoberfläche

• Oberflächenwasser durch Rohr ins Erdinnere à in 2. Rohr steigt Dampf auf ⇒ Turbinen Bio-Energie

• Biomasse die in Pflanzen erzeugt wird, wird verbrannt

• Problem das natürlichen Kreislaufs

• Gaserzeugung, Pyrolyse, Alkoholgärung, Biogas-Gärung Sonderfragen

Wärmepumpen

• heben Wärmeenergie von niedriger Temperatur durch mechanische Arbeit (i.a. durch Elektromotoren)

• durch Wärmepumpen wird nicht unbedingt Primärenergie gespart

• interessant, wenn Strom aus minderwertigen Energieträgern Fernwärme

• aus Wasser-Dampf-Kreisprozeß ausgekoppelt à erzeugte elektrische Energie geringer

• Kostenfaktor: Leitungsnetz à nur in Ballungsgebieten

à dezentrale Anordnung kleiner Krafwerke

• Optimierung oft schwierig Batterien

• Energie durch chemische Reaktion Batteriespeicher

• Akku = chemischer Energiespeicher à Kreisprozeß

• unterbrechungsfreie Stromversorgung

• evtl. Momentanreserve Dampfspeicher

• thermische Kraftwerke à gespeicherter Dampf à Energiereserve Magnetspeicher

• Supraleitende Spulen

8. Kraftwerksregelung