Energietechnik - Springer978-3-8348-2279-6/1.pdf · V Vorwort zur sechsten Auflage Die politischen...
26
Energietechnik
Transcript of Energietechnik - Springer978-3-8348-2279-6/1.pdf · V Vorwort zur sechsten Auflage Die politischen...
Energietechnik
Energietechnik
Systeme zur Energieumwandlung.
Kompaktwissen für Studium und Beruf
6., überarbeitete und erweiterte Auflage
Mit 370 Abbildungen und 46 Tabellen
Richard A. Zahoransky Hans-Josef Allelein ⋅ Elmar Bollin ⋅Helmut Oehler ⋅Udo Schelling ⋅ Harald Schwarz
(Hrsg.)
ISBN 978-3-8348-1869-0 ISBN 978-3-8348-2279-6 (eBook)DOI 10.1007/978-3-8348-2279-6
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; de-taillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
Springer Vieweg
DiesesWerk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht aus-drücklich vomUrheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmungdes Verlags. Das giltinsbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen,Mikroverfilmungen und die Einspei-cherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk be-rechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne derWarenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermannbenutzt werden dürften.
Lektorat:Thomas Zipsner / Imke Zander
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe SpringerScience+BusinessMediawww.springer-vieweg.de
Prof. Dr.-Ing. Richard A. ZahoranskyHochschule OffenburgDeutschland
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Hans-Josef AlleleinR
achenDeutschland
Prof. Dipl.-Ing. Elmar BollinHochschule OffenburgDeutschland
Dipl.-Ing. Helmut OehlerGasversorgung SüddeutschlandGmbHDeutschland
Prof. Dipl.-Ing. Udo SchellingHochschule KonstanzDeutschland
Prof. Dipl.-Ing. Harald SchwarzBrandenburgische Technische Universität
DeutschlandCottbus
(Hrsg.)
© Springer Fachmedien Wiesbaden 2002,2004,2007, 2009,2010,2013
heinisch-Westf lische Technische Hochschule A
ä
V
Vorwort zur sechsten Auflage
Die politischen Vorgaben zur Energieversorgung haben sich zumindest in Deutschland nach der nuklearen Katastrophe in Fukushima grundlegend geändert. Unter dem Stichwort „Ener-giewende“ wurde ein kurzfristiger Zeitplan zur Abschaltung der deutschen Kernkraftwerke in Zusammenhang mit einer forcierten Nutzung der erneuerbaren Energiequellen eingeleitet. Damit gehen enorme technische und wirtschaftliche Herausforderungen zur sicheren Versor-gung des Industriestandortes Deutschland mit elektrischer Energie einher – diese werden durch die Eurokrise noch verschärft, da die Industriebetriebe im globalen Wettbewerb stehen. Die vorliegende sechste Ausgabe berücksichtigt dies durch die neugefassten und erweiterten Kapitel zur Energieverteilung und Energiespeicherung sowie durch die Analyse des nuklearen Unfalls in Fukushima im Kapitel Kernenergie. Ansonsten wird das anerkannt bewährte Buch-konzept beibehalten, um dem Leser einen gesamten Überblick über die Energietechniken zu bieten und um ihn weiterhin in die politischen Rahmenbedingungen durch Liberalisierung und Kyoto-Protokoll einzuführen. Offenburg, im Oktober 2012 Prof. Dr.-Ing. Richard A. Zahoransky
VII
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Abkürzungen ........................................ XVI
1 Einleitung ..................................................................................................................... 1 Literatur ......................................................................................................................... 4
2 Energietechnische Grundlagen (von Prof. Dr.-Ing. U. Schelling) ............................. 5 2.1 Energieformen ..................................................................................................... 5 2.2 Energieerhaltung .................................................................................................. 6 2.3 Thermodynamische Kreisprozesse ...................................................................... 7
2.3.1 Carnot-Prozess ........................................................................................ 8 2.3.2 Technisch realisierbare Kreisprozesse .................................................... 9 2.3.3 Irreversibilitäten ...................................................................................... 10
2.4 Erschöpfbares und nicht erschöpfbares (regeneratives) Energieangebot ............ 10 2.5 Primär- und Sekundärenergien ............................................................................ 11 2.6 Weltenergiebedarf ............................................................................................... 12 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 12 Literatur ......................................................................................................................... 14 Anhang .......................................................................................................................... 14
3 Überblick ...................................................................................................................... 17 3.1 Nutz- und Prozesswärme ..................................................................................... 18 3.2 Erzeugung elektrischer Energie ........................................................................... 19 3.3 Kraft-Wärme-Kopplung ...................................................................................... 21 3.4 Kombinations-Kraftwerke ................................................................................... 22 3.5 Erneuerbare (regenerative) und unerschöpfbare Energiequellen ........................ 22 3.6 Entwicklungen in der Energietechnik .................................................................. 25 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 26 Literatur ......................................................................................................................... 27
4 Konventionelle Dampfkraftwerke .............................................................................. 28 4.1 Thermodynamische Grundlagen .......................................................................... 29
4.1.1 Clausius-Rankine-Vergleichsprozess ...................................................... 29 4.1.2 Überhitzung des Frischdampfes .............................................................. 30 4.1.3 Zwischenüberhitzung .............................................................................. 31 4.1.4 Regenerative Speisewasser-Vorwärmung ............................................... 31 4.1.5 Exergetische Betrachtung ........................................................................ 33 4.1.6 Wärmeauskopplung ................................................................................. 34 4.1.7 Regelung von Dampfkraftwerken ........................................................... 34
4.2 Aufbau von Dampfkraftwerken DKW ................................................................ 35 4.3 Wasserqualitäten in Dampfkraftwerken .............................................................. 37
4.3.1 Arbeitsfluid (Speisewasser) .................................................................... 39 4.3.2 Rückkühlwasser ...................................................................................... 40 4.3.3 Kühlwasser .............................................................................................. 40 4.3.4 Heizwasser .............................................................................................. 40 4.3.5 Wasseraufbereitung ................................................................................. 40
VIII Inhaltsverzeichnis
4.4 Dampferzeuger .................................................................................................... 42 4.4.1 Allgemeine Zusammenhänge .................................................................. 43 4.4.2 Feuerung .................................................................................................. 45 4.4.3 Strömungsformen .................................................................................... 45 4.4.4 Siedekrise 1. Art ...................................................................................... 47 4.4.5 Großwasserraumkessel GWRK ............................................................... 48 4.4.6 Naturumlauf-Dampferzeuger .................................................................. 48 4.4.7 Zwangumlauf-Dampferzeuger ................................................................ 51 4.4.8 Zwangdurchlauf-Dampferzeuger ............................................................ 51
4.5 Regenerative Speisewasservorwärmung/Vorwärmstrecke .................................. 54 4.5.1 Niederdruckvorwärmer ........................................................................... 54 4.5.2 Mischvorwärmer (Speisewasserbehälter) ................................................ 55 4.5.3 Hochdruckvorwärmer .............................................................................. 56
4.6 Rauchgasreinigung .............................................................................................. 57 4.6.1 Entstickung .............................................................................................. 57 4.6.2 Entstaubung ............................................................................................. 58 4.6.3 Rauchgasentschwefelungsanlage REA ................................................... 59 4.6.4 CO2-Abtrennung und Sequestrierung ...................................................... 61
4.7 Kühlsystem .......................................................................................................... 63 4.7.1 Kondensator ............................................................................................ 63 4.7.2 Kühltürme ................................................................................................ 64
4.7.2.1 Nasskühlturm (Naturzug-Kühlturm) ........................................ 64 4.7.2.2 Trockenkühlturm ...................................................................... 64 4.7.2.3 Hybridkühlturm ........................................................................ 64
4.8 Turbinen ............................................................................................................... 64 4.9 Pumpen ................................................................................................................ 66 4.10 Generatoren, Frequenzhaltung ............................................................................. 66 4.11 Weitere funktionelle Systeme .............................................................................. 67 4.12 Leittechnik in Kraftwerken .................................................................................. 67 4.13 Entwicklungen ..................................................................................................... 69 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 70 Literatur ......................................................................................................................... 73
5 Kernkraftwerke (von Prof. Dr. rer. nat. H. J. Allelein) ............................................... 75 5.1 Kerntechnische Grundlagen ................................................................................. 76
5.1.1 Kernreaktionen ........................................................................................ 76 5.1.2 „Nutzbare“ Energie bei Kernreaktionen .................................................. 79 5.1.3 Thermische und schnelle Neutronen ....................................................... 82 5.1.4 Moderation der Neutronen ...................................................................... 84 5.1.5 Kernbrennstoffe ....................................................................................... 87 5.1.6 Radionuklidbildung in Reaktoren ........................................................... 88
5.2 Prinzipieller Aufbau des Reaktors ....................................................................... 89 5.2.1 Brennelement .......................................................................................... 89 5.2.2 Leistungsverteilung ................................................................................. 92 5.2.3 Reaktordruckbehälter .............................................................................. 94
5.3 Reaktorsicherheit ................................................................................................. 95 5.3.1 Einführung ............................................................................................... 95 5.3.2 Sicherheitskonzept .................................................................................. 96 5.3.3 Fukushima ............................................................................................... 99
Inhaltsverzeichnis IX
5.3.4 Sicherheitsvorkehrungen ......................................................................... 105 5.3.5 Räumliche Trennung ............................................................................... 107 5.3.6 Reaktorsicherheitsforschung ................................................................... 107
5.4 Reaktortypen ........................................................................................................ 108 5.4.1 Übersicht der Reaktortypen ..................................................................... 108 5.4.2 Kernkraftwerk mit Siedewasserreaktor ................................................... 108 5.4.3 Kernkraftwerk mit Druckwasserreaktor .................................................. 113 5.4.4 CANDU-Reaktor ..................................................................................... 116 5.4.5 Schneller Brüter ...................................................................................... 117 5.4.6 Gasgekühlte Reaktoren, Hochtemperaturreaktor .................................... 118 5.4.7 Kernkraftwerke der 4. Generation ........................................................... 120
5.5 Entsorgung, Wiederaufarbeitung, Transport ....................................................... 122 5.5.1 Wiederaufarbeitung ................................................................................. 122 5.5.2 Entsorgung .............................................................................................. 123 5.5.3 Transport ................................................................................................. 124
5.6 Fusionskonzepte .................................................................................................. 125 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 127 Literatur ......................................................................................................................... 130
6 Gasturbinen-Kraftwerke ............................................................................................ 131 6.1 Thermodynamische Grundlagen .......................................................................... 131
6.1.1 Gasturbine mit isochorer Wärmezufuhr .................................................. 131 6.1.2 Gasturbine mit isobarer Wärmezufuhr .................................................... 134 6.1.3 Thermodynamische Varianten ................................................................ 136
6.1.3.1 Zwischenkühlung ..................................................................... 136 6.1.3.2 Zwischenerhitzung ................................................................... 136 6.1.3.3 Luftvorwärmung ...................................................................... 137
6.1.4 Realer Gasturbinen-Prozess .................................................................... 139 6.1.5 Umwelteinflüsse ...................................................................................... 140
6.2 Aufbau moderner stationärer Gasturbinen ........................................................... 140 6.3 Verdichter ............................................................................................................ 142 6.4 Turbine in der Gasturbinenanlage ....................................................................... 142 6.5 Brennkammer ...................................................................................................... 144
6.5.1 Silobrennkammer .................................................................................... 144 6.5.2 Ringbrennkammer ................................................................................... 145 6.5.3 Schadstoffminimierung ........................................................................... 145
6.6 Sonstige Komponenten ........................................................................................ 147 6.7 Jet-Gasturbinen, Aeroderivate ............................................................................. 147 6.8 Mikro-Gasturbinen .............................................................................................. 148 6.9 Gasturbine mit getrennter Nutzleistungsturbine .................................................. 149 6.10 Gasturbinen mit geschlossenem Kreislauf ........................................................... 149 6.11 Gasturbine mit interner Kohleverbrennung ......................................................... 150
6.11.1 Gasturbine mit Kohlestaubfeuerung ........................................................ 151 6.11.2 Gasturbine mit Kohlevergasung .............................................................. 151
6.12 Betriebsverhalten ................................................................................................. 151 6.13 Entwicklungen ..................................................................................................... 152 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 152 Literatur ......................................................................................................................... 155 Anhang .......................................................................................................................... 156
X Inhaltsverzeichnis
7 Kombinationskraftwerke ............................................................................................ 158 7.1 Gas- und Dampfkraftwerke ................................................................................. 158
7.1.1 Schaltungsmöglichkeiten ......................................................................... 159 7.1.2 Prinzipielle Zusammenhänge .................................................................. 160 7.1.3 Eindruckprozess ...................................................................................... 162 7.1.4 Zwei- und Mehrdruckprozesse ................................................................ 165 7.1.5 Einwellenanlagen .................................................................................... 167 7.1.6 Abhitzekessel .......................................................................................... 167 7.1.7 Regelung, Betriebsverhalten ................................................................... 169 7.1.8 Entwicklungen ......................................................................................... 171
7.2 Gasturbine mit interner Abwärmenutzung (Cheng-Cycle) .................................. 172 7.3 Kombination von zwei Dampf-Kraftwerken ....................................................... 174 7.4 Verbrennungsmotor und Dampfkraftwerk ........................................................... 175 7.5 Kombinationen mit ORC-Kraftwerk ................................................................... 175 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 175 Literatur ......................................................................................................................... 177
8 Stationäre Kolbenmotoren für energetischen Einsatz .............................................. 179 8.1 Otto-Motor ........................................................................................................... 179 8.2 Diesel-Motor ........................................................................................................ 184 8.3 Stirling-Motor ...................................................................................................... 187 8.4 Gasmotoren .......................................................................................................... 190
8.4.1 Brenngase ................................................................................................ 190 8.4.2 Technische Besonderheiten des Gasmotors ............................................ 192
8.5 Dual Fuel (Zweistoff-Motor, Feuerstrahl-Motor) ................................................ 195 8.6 Hybridmotoren ..................................................................................................... 196 8.7 Notstromaggregate ............................................................................................... 200 8.8 Emissionsminderung ............................................................................................ 201
8.8.1 Otto-Motor .............................................................................................. 202 8.8.2 Diesel-Motor ........................................................................................... 203 8.8.3 Gasmotoren ............................................................................................. 204
8.9 Motorregelung für energetische Zwecke ............................................................. 206 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 207 Literatur ......................................................................................................................... 208
9 Brennstoffzellen (von Prof. Dr.-Ing. U. Schelling) ...................................................... 211 9.1 Historie der Brennstoffzellen ............................................................................... 211 9.2 Funktionsprinzip und Klassifizierung .................................................................. 213 9.3 Thermodynamische Grundlagen .......................................................................... 214 9.4 Wirkungsgrad von Brennstoffzellen .................................................................... 216 9.5 Typisches Betriebsverhalten ................................................................................ 217 9.6 Anwendungsgebiete und Stand der Entwicklung ................................................ 219
9.6.1 Die Alkalische Brennstoffzelle, Typ AFC .............................................. 221 9.6.2 Die Polymer-Elektrolyt Brennstoffzelle, Typ PEFC ............................... 222 9.6.3 Die Phosphorsaure Brennstoffzelle, Typ PAFC ...................................... 228 9.6.4 Die Schmelzkarbonat Brennstoffzelle, Typ MCFC ................................ 230 9.6.5 Die Oxidkeramische Brennstoffzelle, Typ SOFC ................................... 232
Übungsaufgaben ............................................................................................................ 238 Literatur ......................................................................................................................... 239
Inhaltsverzeichnis XI
10 Kraft-Wärmekopplung und Blockheiz-Kraftwerke BHKW ................................... 241 10.1 Wärmeauskopplung bei Dampfkraftwerken ........................................................ 242
10.1.1 Gegendruckbetrieb .................................................................................. 242 10.1.2 Entnahme- und Anzapfbetrieb ................................................................ 244
10.2 Wärmeauskopplung bei Gasturbinen ................................................................... 246 10.3 Wärmeauskopplung bei Kombikraftwerken (GuD) ............................................ 247 10.4 Wärmeauskopplung bei Kolbenmotoren ............................................................. 248 10.5 Wärmeauskopplung bei anderen Prozessen ........................................................ 250 10.6 Dimensionierung von BHKW ............................................................................. 251 10.7 Klimatisierung (Kälteerzeugung) durch Abwärme und Wärmepumpen ............. 253
10.7.1 Kompressions-Kältemaschinen ............................................................... 255 10.7.2 Absorptions-Kältemaschinen .................................................................. 255
10.8 Wärmepumpen .................................................................................................... 257 10.9 Kraft-Wärme-Kälte-Verbund .............................................................................. 259 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 260 Literatur ......................................................................................................................... 263
11 Wasserkraftwerke ........................................................................................................ 264 11.1 Nutzbare Wasserenergie ...................................................................................... 265 11.2 Laufwasserkraftwerke ......................................................................................... 267 11.3 Turbinen für Wasserkraftwerke ........................................................................... 268
11.3.1 Kaplan-Turbinen ..................................................................................... 270 11.3.2 Ossberger-Turbinen (Banki-Turbinen) ................................................... 272 11.3.3 Francis-Turbinen ..................................................................................... 272 11.3.4 Dériaz-Turbinen ...................................................................................... 273 11.3.5 Pelton-Turbinen ...................................................................................... 273 11.3.6 Turgo-Turbine ......................................................................................... 275 11.3.7 Schrauben- oder Kegelturbine ................................................................. 275
11.4 Gezeiten-Kraftwerke ........................................................................................... 276 11.5 Meereswellen-Kraftwerke ................................................................................... 278 11.6 Meeresströmungs-Kraftwerke ............................................................................. 280 11.7 Ozeanthermische Kraftwerke .............................................................................. 280 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 281 Literatur ......................................................................................................................... 283 Anhang 11.1 Herleitung Euler’sche Turbinenhauptgleichung ..................................... 284 Anhang 11.2 Herleitung der Energie von Meereswellen .............................................. 285
12 Solartechnik (von Prof. Dipl.-Ing. E. Bollin) ............................................................... 286 12.1 Überblick ............................................................................................................. 286 12.2 Solare Strahlung .................................................................................................. 288
12.2.1 Grundlagen .............................................................................................. 288 12.2.2 Das Strahlungsangebot auf die Erde ....................................................... 288 12.2.3 Wichtige Begriffe und Größen im Umgang mit Solarstrahlung ............. 291 12.2.4 Messgeräte zur Erfassung der Globalstrahlung ....................................... 292
12.3 Solarthermische Energienutzung ......................................................................... 294 12.3.1 Übersicht ................................................................................................. 294 12.3.2 Sonnenkollektoren .................................................................................. 295 12.3.3 Charakterisierung von Kollektoren oder die Bestimmung der Nutzleistungen und des Wirkungsgrades von Kollektoren ............... 297
XII Inhaltsverzeichnis
12.3.4 Kollektortestverfahren ............................................................................. 299 12.3.5 Bauarten von Sonnenkollektoren ............................................................ 299 12.3.6 Solarthermische Systeme ......................................................................... 300 12.3.7 Solarthermische Großanlagen zur Trinkwarmwasserbereitung .............. 300 12.3.8 Spezifische Kennwerte von solarthermischen Anlagen zur
Trinkwarmwasserbereitung ..................................................................... 302 12.3.9 Beispiel einer solarthermischen Großanlage zur Trinkwasserbereitung . 304
12.4 Photovoltaik ......................................................................................................... 307 12.4.1 Einführung ............................................................................................... 307 12.4.2 Aufbau und Funktionsweise einer Solarzelle .......................................... 308 12.4.3 Solarzellentechnologie ............................................................................ 308 12.4.4 Leistungsfähigkeit von Solarzellen ......................................................... 309 12.4.5 Verschalten von Solarzellen .................................................................... 311 12.4.6 Photovoltaische Systeme ......................................................................... 315 12.4.7 Netzparallele PV-Anlagen ....................................................................... 315 12.4.8 Evaluation von PV-Systemen .................................................................. 317
12.5 Solarthermische Kraftwerke ................................................................................ 317 12.5.1 Zur Einführung ........................................................................................ 317 12.5.2 Solarturmkraftwerke ................................................................................ 318 12.5.3 Parabolrinnenkraftwerke ......................................................................... 319 12.5.4 Fresnel-Kollektoren ................................................................................. 320 12.5.5 Dish-Stirling-Systeme ............................................................................. 321 12.5.6 Aufwindkraftwerke ................................................................................. 321 12.5.7 Projekt DESERTEC ................................................................................ 322
Übungsaufgaben ............................................................................................................ 325 Literatur ......................................................................................................................... 325
13 Windenergie ................................................................................................................. 327 13.1 Grundlagen .......................................................................................................... 327 13.2 Windleistung und nutzbare Leistung ................................................................... 329 13.3 Bauarten von Windkonvertern ............................................................................. 329
13.3.1 Widerstandsläufer .................................................................................... 329 13.3.2 Auftriebsläufer ........................................................................................ 330 13.3.3 Darrieus-Rotor ......................................................................................... 333
13.4 Charakteristik von Windturbinen ........................................................................ 334 13.5 Regelung und Netzeinbindung ............................................................................ 335
13.5.1 Windnachführung .................................................................................... 335 13.5.2 Optimaler Betrieb .................................................................................... 336 13.5.3 Sicherheitsabregelung ............................................................................. 336 13.5.4 Teillastbetrieb .......................................................................................... 337 13.5.5 Energiewandlung – Netzeinbindung ....................................................... 337
13.6 Windparks ............................................................................................................ 339 13.6.1 Landgebundene Windparks ..................................................................... 340 13.6.2 Off-Shore-Windparks .............................................................................. 341 13.6.3 Netzanbindung von Windparks ............................................................... 342
13.7 Sonstige Konzepte zur Windenergienutzung ....................................................... 343 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 344 Literatur ......................................................................................................................... 347 Anhang ........................................................................................................................... 348
Inhaltsverzeichnis XIII
14 Energetische Verwertung von Biomasse .................................................................... 350 14.1 Thermische Verfahren ......................................................................................... 351
14.1.1 Pyrolyse ................................................................................................... 352 14.1.2 Verbrennung ............................................................................................ 352 14.1.3 Thermische Vergasung ............................................................................ 353
14.2 Bakterielle Vergasung ......................................................................................... 355 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 357 Literatur ......................................................................................................................... 358
15 Geothermie ................................................................................................................... 360 15.1 Potenzial der Geothermie .................................................................................... 360 15.2 Geothermische Kraftwerkskonzepte, Überblick .................................................. 362 15.3 Direkte Dampfentspannung ................................................................................. 364 15.4 Flushprinzip ......................................................................................................... 364 15.5 Binärprinzip: ORC und KALINA ....................................................................... 365
15.5.1 Organic Rankine Cycles ORC ................................................................. 365 15.5.2 Kalina-Prozess ......................................................................................... 368
15.6 Hot-Dry-Rock-Verfahren, HDR .......................................................................... 370 15.7 Geokomprimierte nasse Felder ............................................................................ 371 15.8 Kraft-Wärme-Kopplung mit geothermischer Energiequelle ............................... 372 15.9 Hybridsysteme ..................................................................................................... 372 15.10 Rein geothermische Nutzung ............................................................................... 373 15.11 Umweltaspekte .................................................................................................... 373 15.12 Risiken ................................................................................................................. 373 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 374 Literatur ......................................................................................................................... 376
16 Energetische Müllverwertung .................................................................................... 378 16.1 Müllkraftwerke mit traditionellen Öfen ............................................................... 379 16.2 Pyrolyse ............................................................................................................... 380 16.3 Thermoselect-Verfahren ...................................................................................... 381 16.4 Schwel-Brenn-Verfahren ..................................................................................... 382 16.5 Deponiegas/Klärgas-Kraftwerke ......................................................................... 383 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 385 Literatur ......................................................................................................................... 386
17 Energieverteilung ......................................................................................................... 387 17.1 Elektrische Netze (von Prof. Dr.-Ing. H. Schwarz) ............................................ 387
17.1.1 Grundlagen elektrischer Netze ................................................................ 387 17.1.2 Netzbetrieb vor Liberalisierung des Strommarktes ................................. 394 17.1.3 Netzbetrieb nach Liberalisierung des Strommarktes ............................... 396 17.1.4 Netzbetrieb bei hohem Anteil von EEG-Einspeisungen ......................... 398 17.1.5 Netzbetrieb bei hohem Anteil von Elektromobilität ............................... 399 17.1.6 Zukünftige Herausforderungen für den Netzbetrieb: Netzausbau .......... 401 17.1.7 Speicherung und steuerbare Lasten:
Aktuelle Situation und Ausblick ............................................................. 402 17.1.8 Training des Operativpersonals ............................................................... 404
XIV Inhaltsverzeichnis
17.1.9 Der Beitrag von Hybrid- oder virtuellen Kraftwerken bzw. SMART- oder Micro-Grids .................................................................... 404
17.1.10 Anforderungen an die konventionelle Erzeugung .................................. 408 17.2 Mineralöltransport ............................................................................................... 410 17.3 Erdgastransport .................................................................................................... 410 17.4 Wärmetransport ................................................................................................... 412 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 414 Literatur ......................................................................................................................... 417
18 Energiespeicherung ..................................................................................................... 419 18.1 Systeme zur Speicherung elektrischer Energie (von Prof. Dr. rer. nat. H. J. Allelein) .................................................................. 419
18.1.1 Übersicht und Anwendungsbereiche ....................................................... 419 18.1.2 Systeme und Strukturen der Speicherung elektrischer Energie ............... 421 18.1.3 Systeme für Tageslastausgleich ............................................................... 422
18.1.3.1 Pumpspeicherkraftwerk ............................................................ 422 18.1.3.2 Kraftwerksketten ...................................................................... 425 18.1.3.3 Druckluftspeicherkraftwerke .................................................... 426 18.1.3.4 Batteriespeicher ........................................................................ 428
18.1.4 Systeme für Wochen- und Jahreslastausgleich ........................................ 430 18.1.5 Systeme zur Bereitstellung der Wirkleistungssekundenreserve .............. 432
18.1.5.1 Schwungradspeicher ................................................................ 432 18.1.5.2 Supraleitender magnetischer Energiespeicher SMES .............. 433
18.1.6 Systeme zur Sicherung der unterbrechungsfreien Stromversorgung ...... 435 18.1.6.1 Batteriespeicher ........................................................................ 435 18.1.6.2 Kondensatoren ......................................................................... 435
18.1.7 Vergleich relevanter Speichertechnologien ............................................. 436 18.2 Speicherung der Brennstoffe ............................................................................... 437
18.2.1 Kohlelagerung ......................................................................................... 437 18.2.2 Flüssige Brennstoffe (Erdöl und Mineralölprodukte) ............................. 438 17.2.3 Gasförmige Brennstoffe .......................................................................... 439
18.3 Wärmespeicher .................................................................................................... 441 18.3.1 Speicherung fühlbarer Wärme ................................................................. 441 18.3.2 Speicherung latenter Wärme ................................................................... 443
Übungsaufgaben ............................................................................................................ 444 Literatur ......................................................................................................................... 445
19 Liberalisierung der Energiemärkte (von Dipl.-Ing. H. Oehler) ................................. 446 19.1 Rahmenbedingungen ........................................................................................... 446
19.1.1 Struktur der Stromversorgung in Deutschland ........................................ 446 19.1.2 Änderungen der Rahmenbedingungen seit der Liberalisierung .............. 449 19.1.3 Liberalisierung des Messwesens ............................................................. 452
19.2 Entwicklung auf dem Strommarkt ....................................................................... 456 19.2.1 Preisentwicklung ..................................................................................... 456 19.2.2 Konsequenzen für die Unternehmen ....................................................... 459
19.3 Entwicklung auf dem Gasmarkt .......................................................................... 460 19.4 Ausblick ............................................................................................................... 463 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 463 Literatur ......................................................................................................................... 464
Inhaltsverzeichnis XV
20 Kyoto-Protokoll ........................................................................................................... 467 20.1 Globale Erwärmung und Treibhausgase GHG .................................................... 467 20.2 Geschichte des Kyoto-Protokolls ........................................................................ 469 20.3 Maßnahmen zur GHG Minderung ....................................................................... 471
20.3.1 Emissionshandel ...................................................................................... 471 20.3.2 Allokation der Emissionen ...................................................................... 472 20.3.3 Preis der Emissionszertifikate ................................................................. 472 20.3.4 Joint Implementation (JI) ........................................................................ 473 20.3.5 Clean Development Mechanism (CDM) ................................................. 473 20.3.6 CO2-Senken, Landnutzung: LULUCF .................................................... 474
20.4 Kontrolle und Zertifizierung ................................................................................ 475 20.4.1 Compliance Committee ........................................................................... 475 20.4.2 Ernannte Nationale Autoritäten „Designated National Authorities“ DNA ................................................ 475 20.4.3 Ernannte Operative Organisationen „Designated Operational Entities“ DOE ................................................. 475 20.4.4 Rolle der Weltbank ................................................................................. 476
20.5 Diskussion ........................................................................................................... 476 Übungsaufgaben ............................................................................................................ 477 Literatur ......................................................................................................................... 478 Anhang .......................................................................................................................... 479
Lösungen der Übungsaufgaben ........................................................................................ 480
Sachwortverzeichnis .......................................................................................................... 531
XVI
Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Abkürzungen Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen
Teilweise sind einzelne Formelzeichen doppelt besetzt. Dies lässt sich bei dem weiten Gebiet der Energietechnik kaum vermeiden, wenn nicht auf die übliche Nomenklatur verzichtet wer-den soll. Im Text sind die verwendeten Formelzeichen jeweils erläutert.
Kürzel Erläuterung Einheit A Atommassenzahl kg/kmol A Fläche m2 A1P Annex 1 Parties
(im Anhang 1 aufgeführte Vertragsparteien)
APV Installierte Photovoltaik-Generatorfläche m2 ABZ Alkalische Brennstoffzelle - AFC Alkaline fuel cell - AFM+E Außenhandelsverband Mineralöl und Energie - AM Air Mass 1 a Relative Annuität 1 a Parameter des Windgeschwindigkeitsprofils 1 a Abbremsfaktor 1 aE Energiebezogener Abbrand W/kg aM Massenbezogener Abbrand 1 B Breite m B Magnetische Feldstärke;
magnet. Induktion T = Vs/m2
BE Freiwerdende mittlere Bindungsenergiedifferenz pro Nukleon
eV bzw. J
BDI Bundesverband der Deutschen Industrie - BHKW Blockheizkraftwerk - BKV Bilanzkreisvertrag - BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie - BNA Bundesnetzagentur BNE Bundesverband neuer Energieanbieter b Abbremsfaktor 1 beff Effektiver spezifischer Kraftstoffverbrauch kg/J C Elektrische Kapazität F CP Leistungsbeiwert 1 CPmax Max. Leistungsbeiwert, Betz-Faktor 1 CDM Clean Development Mechanism CER Certified Emission Reduction
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XVII Kürzel Erläuterung Einheit COP Conference of the Parties (Konferenz der Vertragsparteien) CPC Parabolic Concentrator - CR Konversionsrate 1 c Wärmekapazität (nur Tab. 2.1) J/(kgK) cA Auftriebsbeiwert 1 c, ci Geschwindigkeit, Absolutgeschwindigkeit m/s cp Wärmekapazität bei konstantem Druck J/(kgK) cpD Wärmekapazität bei konstantem Druck für Dampf J/(kgK) cpGes Wärmekapazität bei konstantem Druck für Dampf-
Rauchgas-Mischung J/(kgK)
cpRG Wärmekapazität bei konstantem Druck für Rauchgas J/(kgK) cpW Wärmekapazität für Wasser J/(kgK) cu Umfangskomponente der Absolutgeschwindigkeit m/s cv Wärmekapazität bei konstantem Volumen J/(kgK) cvD Wärmekapazität bei konstantem Volumen für Dampf J/(kgK) cvGes Wärmekapazität bei konstantem Volumen für Dampf-
Rauchgas-Mischung J/(kgK)
cvRG Wärmekapazität bei konstantem Volumen für Rauchgas J/(kgK) cW Widerstandsbeiwert 1 D Durchmesser m DMFC Direct methanol fuel cell - DN Nenndurchmesser m DNA Designated National Authority DOE Designated Operational Entities DVG Deutsche Verbundgesellschaft - DZ Solarer Zapf-Deckungsanteil 1 d Abstand M E Energie J E Elektrische Spannung (Kap. 9) V E Elektrisches Feld (Abschn. 4.13) V/m E Strahlungsintensität (Kap. 12) W/m2/ m EEl Elektrische Energie J EFis Spaltungsenergie von Atomen J EFus Fusionsenergie von Atomen J EGes Gesamter Energieinhalt J Ei Energieform, in die umgewandelt werden soll J EKin Kinetische Energie J Emax Maximale Spannung V EPot Potenzielle Energie J
XVIII Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen Kürzel Erläuterung Einheit EQ Elektromagnetische Energie bzw. Strahlungsenergie J EPV,use Nutzbarer Sonnenenergieertrag J ESol Eingestrahlte Sonnenenergie in Modul J ESpeicher Gespeicherte Energie J ERot Rotationsenergie J ETh Thermische Energie J EZ Zündenergie zur Auslösung der Fusion J E0 Solarkonstante E0 = 1,367 kW/m2 +/- 1 % W/m2 E0 Thermodynamisch reversibel erreichbare Zellspannung V Ex Exergie J EEG Erneuerbare Energien Gesetz - EEX European Energy Exchange Leipzig EFET European Federation of Energy Traders - EnWG Energiewirtschafts-Gesetz ERU Emission Reduction Unit ETS Emission Trading System EU Europäische Union EVU Energieversorgungsunternehmen - e massenspezifische Energie, Indizes wie bei o.g. Energie-
termen J/kg
F Kraft N F Faradaykonstante F = 96486 As/mol As/mol FA Auftriebskraft N Fu Umfangskraft N Fx Kraft in x-Richtung N FW Widerstandskraft N FEDV Freier Energiedienstleister Verband - g Beschleunigung eines Körpers, der auf der Erde frei im Va-
kuum fällt. Internationaler Standardwert g = 9,80665 m/s2. Der Wert hängt von der Erdposition ab.
m/s2
GHG Greenhouse Gas, Treibhausgas GWRK Großwasserraumkessel - H Höhe m H Enthalpie J HN Nutzbares Gefälle m Ho Brennwert (früher: oberer Heizwert) J Hu Heizwert (früher: unterer Heizwert) J HU Enthalpie bei unterer Prozesstemperatur (nur Kap. 2) J HVerl Verlusthöhe m
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XIX Kürzel Erläuterung Einheit HD Hochdruck - HDR Hot Dry Rock - HRV Händlerrahmenvertrag h Spezifische Enthalpie J h Höhe m h Planck’sche Konstante; h = 6,625 · 10-34 Js Js I Stromstärke A IMPP Stromstärke im MPP A ISc Kurzschlussstrom A Iu Impuls in Umfangsrichtung kg m/s I0 Investitionskosten € i Spezifische Stromstärke A/m2 IET International Emission Trading IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change J Trägheitsmoment kg m2 J Stromdichte A/m3 JI Joint Implementation K Faktor 1 K Faktor Nm/s K Spezifische Nutzwärmekosten €/kWh KSBZ Karbonatschmelzen Brennstoffzelle - KWK Kraft-Wärme-Kopplung - KWKG Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz ke Effektiver Multiplikationsfaktor für Neutronen im Reaktor-
volumen 1
k1 Kennwert W/K/m2 k2 Kennwert W/K2/m2 L Länge, Breite m L Flächenbezogenes Maß für Neutronenleckage
(nur Abschn. 5.1.3) m-2
L Leistungsdichte (nur Abschn. 5.2.2) W m-3 LLA Laufradschaufellänge m Lmin Mindestluftbedarf (Volumenverhältnis) 1 LCER Longterm Certified Emission Reduction LNG Liquid Natural Gas - LULUCF Land-use, Land-use Exchange and Forestry lA Hebelarm m M Moment Nm M Molmasse mol
XX Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen Kürzel Erläuterung Einheit MA Rotor-Drehmoment Nm MCFC Molten carbonate fuel cell - MHD Magnetohydrodynamischer Generator - MPP Maximum Power Point - MZ Methanzahl 1 m Masse des Körpers kg mB Masse des Brennstoffs kg m = dm/dt Massenstrom m kg/s
Anzm = dmAnz/dt Massenstrom einer Turbinenanzapfung Anzm kg/s Brm = dmBr/dt Massenstrom des Brennstoffs kg/s Dm = dmD/dt Massenstrom des Dampfes kg/s FDm = dmFD/dt Massenstrom des Frischdampfes kg/s Gesm = dmGes/dt Gesamter Massenstrom kg/s Heizm = dmHeiz/dt Dampfmassenstrom für Heizzwecke kg/s idm = dmid/dt Idealer Brennstoff-Massenstrom kg/s realm = dmreal/dt Realer Brennstoff-Massenstrom kg/s RGm = dmRG/dt Massenstrom des Rauchgases kg/s Vm = dmV/dt Verdampfender Massenstromanteil kg/s DTm = dmDT/dt Massenstrom durch Dampfkraftwerk eines Kombikraft-
werks kg/s
GTm = dmGT/dt Massenstrom durch Gasturbine eines Kombikraftwerks kg/s N Systemnutzungsgrad 1 N Anzahl von Atomkernen pro Volumen (nur Abschnitt 5.1.3) m-3 N Anzahl von (instabilen) Atomkernen 1 N0 Anzahl von (instabilen) Atomkernen zum Anfangszeitpunkt 1 NL Avogadro-Zahl Mol-1 NAP Nationaler Allokationsplan NAV Netzanschlussvertrag - NNV Netznutzungsvertrag - NTPA Negotiated Third Party Access - n Drehzahl Hz na Drehzahlgröße Hz nD Durchgangsdrehzahl Hz ne Zahl von freigesetzten Elektronen 1 n0 Nenndrehzahl Hz n Neutron -
Brn = dnBr/dt Molmassenstrom des Brennstoffs mol/s ND Niederdruck - OKBZ Oxidkeramische Brennstoffzelle -
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XXI Kürzel Erläuterung Einheit ORC Organic Rankine Cycle - OTEC Ocean Thermal Energy Conversion - ÖE Öleinheit; 1 ÖE = 42.000 kJ J o.T. Oberer Totpunkt - Peff Effektive Leistung W Pel Elektrische Leistung W Pi Indizierte Leistung W Pkin Kinetische Leistung W Pm Mechanische Leistung W PN Nutzleistung W PPu Antriebsleistung der Pumpe W PPV,peak Installierte Generatorleistung unter STC W PR Performance Ratio 1 PT Leistung der Turbine W Pt (technische) Leistung W Pth thermische Leistung W Pu Umfangsleistung W PV Antriebsleistung des Verdichters W PVerl Verlustleistung W PWEK Leistung des Windenergiekonverters W PZu Zugeführte Leistung W PDT Abgegebene Leistung des Dampfkraftwerks eines Kombi-
kraftwerks W
PGT Abgegebene Leistung der Gasturbine eines Kombikraft-werks
W
PAFC Phosphoric acid fuel cell - PEFC Polymer electrolyte fuel cell - PMBZ Polymer Membran Brennstoffzelle - PSBZ Phosphorsaure Brennstoffzelle - PV Photovoltaik - p Druck Pa pi Drücke in Kreisprozessen Pa pFD Frischdampfdruck Pa pGW Druck des geokomprimierten Wassers Pa pmi Mittlerer indizierter Druck Pa Q Wärme J Q = dQ/dt Wärmestrom W Qab Abgeführte Wärme J Qe Elektrische Ladung C
XXII Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen Kürzel Erläuterung Einheit QNutz Nutzbare Wärme J Qzu Zugeführte Wärme J
AbhQ = dQAbh/dt Nutzbarer Wärmestrom des Abgases W DQ = dQD/dt Wärmestrom des Dampfes W GesQ = dQGes/dt Gesamter Wärmestrom W KollQ = dQKoll/dt Gelieferte Wärmeleistung an Pufferkreis W KühlQ = dQKühl/dt Kälteleistung W KWQ = dQKW/dt Nutzbarer Wärmestrom des Kühlwassers W NQ = dQN/dt Nutzwärmestrom W RGQ = dQRG/dt Rauchgas-Wärmestrom W SQ = dQS/dt Globalstrahlungsleistung auf Kollektorfeld W umgQ = dQumg/dt Von Umgebung durch Wärmepumpe aufgenommener
Wärmestrom W
VerlQ = dQVerl/dt Nicht nutzbarer Wärmestrom W WPQ = dQWP/dt Von Wärmepumpe abgegebener nutzbarer Wärmestrom W zuQ = dQzu/dt Zugeführter Wärmestrom W AbgasQ = dQAbgas/dt Abgas-Wärmestrom der Gasturbine eines Kombikraftwerks W DTQ = dQDT/dt Dem Dampfkraftwerk zugeführter Wärmestrom im
Rahmen eines Kombikraftwerks W
DT DTij ijQ dQ /dt Dem Dampfkraftwerk zugeführte Wärmeströme im
Rahmen eines Kombikraftwerks W
GTQ = dQGT/dt Zugeführter Wärmestrom für Gasturbinenprozess eines Kombikraftwerks
W
q Massenspezifische Wärme J/kg qab Dem Prozess abgeführte spezif. Wärme J/kg qAnz Durch regenerative Speisewasservorwärmung übertragene
spezifische Wärme J/kg
qF Flächenspezifischer Erdwärmestrom W/m2 qK Spez. Konvektionsverlustleistung W/m2 qN Spez. Nutzleistung W/m2 qR,a Spez. Reflektionsverlustleistung am Absorber W/m2 qS Spez. Solarstrahlung auf den Kollektor W/m2 qS,a Spez. Solarstrahlung auf Absorber W/m2 qspez Leistung pro Spaltstoffmasse W/kg qSt Stableistung W/m qStr Spez. Strahlungsverlustleistung W/m2 qT Spez. Transmissionsverlustleistung W/m2 qzu Dem Prozess zugeführte spezif. Wärme J/kg qij Spezifische Wärmen von Kreisprozessen J/kg R Spezielle Gaskonstante J kg-1K-1
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XXIII Kürzel Erläuterung Einheit R Elektrischer Widerstand Ohm R, Ri Radius m R1 Reaktionsrate s-1 R2 Volumenbezogene Reaktionsrate m-3s-1 RBW Radiobiologische Wirksamkeit 1 RMU Removal Units RTPA Regulated Third Party Access - r Radiale Koordinate m r Spezifische Verdampfungsenthalpie J/kg rem Roentgen Equivalent Man rem rpm Umdrehungen pro Minute (revolutions per minute) min-1 S Stromzahl (Kap. 10) 1 Si Schwerpunkt - S Entropie J/K SU Entropie bei unterer Prozesstemperatur J/K SDV Spezifischer Dampfverbrauch kg/J SKE Steinkohleneinheit; 1 kg SKE = 29,3 MJ J SLV Stromliefervertrag - SOFC Solide oxide fuel cell - STC Standard Test Conditions - ST-2000 Projekt Solarthermie 2000 des BMWi - s Massenspezifische Entropie J/(kgK) s Weg (nur Gl. 2.1) m T Temperatur K (°C) T Periodendauer s TFD Frischdampftemperatur K TU Umgebungstemperatur K T1/2 Halbwertszeit s Ti Temperaturen in Kreisprozessen K TiD Dampftemperatur K TiGes Mischtemperatur K TiRG Rauchgastemperatur K Tmin Minimale Prozesstemperatur K Tmax Maximale Prozesstemperatur K TiDT Temperaturen des Dampfkraftwerksprozesses eines
Kombikraftwerks K
TiGT Temperaturen des Gasturbinenprozesses eines Kombikraftwerks
K
T0 Bezugstemperatur K
XXIV Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen Kürzel Erläuterung Einheit TCER Temporary Certified Emission Reduction TPA Third Party Access - t Zeit s td Messperiode s t0 Bezugszeit s x Bezogene Kollektorübertemperatur m2K/W U Umlaufzahl (nur Abschnitte 4.4.6-4.4.8) 1 U Elektrische Spannung V U Innere Energie J Uges Mittlerer Wärmedurchgangskoeffizient W/m2/K UMPP Spannung im MPP V U0 Nullpunkt der inneren Energie
(bei T = 273 K und p = 1013 mbar) J
U0C Leerlaufspannung V UCTE Union for the Coordination of Transmission of Electricity ULEV Ultra low emission vehicule UNEP United Nations Environment Program UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change u Umfangsgeschwindigkeit m/s uSp Umfangsgeschwindigkeit der Flügelspitze m/s u.T. Unterer Totpunkt V Volumen m3 Vh Hubvolumen m3 Vi Volumen in einzelnen Punkten von Kreisprozessen in
Kolbenmotoren m3
Vk Restvolumen bzw. schädliches Volumen m3 VOberfl Volumen des Oberbeckens m3 Vp Vollbelegungsperson 1
DV dVD/dt Volumenstrom von Dampf m3/s RGV dVRG/dt Volumenstrom von Rauchgas m3/s PV (t) Volumenstrom während Pumpphase m3/s TV (t) Volumenstrom während Turbinenphase m3/s
VDEW Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke e.V. - VDN Verband der Netzbetreiber VIK Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft - VKU Verband Kommunaler Unternehmen - VNB Verteilnetzbetreiber - VV Verbändevereinbarung - v Spezifisches Volumen m3/kg
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XXV Kürzel Erläuterung Einheit v´´ Spezifisches Volumen des gesättigten Dampfes m3/kg v Geschwindigkeit m/s v10 Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe m/s W Arbeit J WMB Wärmemehrbedarf 1 Weff Effektive Nutzarbeit J Wel Elektrische Arbeit J Wel,rev Reversible elektrische Arbeit J Wi Indizierte Arbeit J WMech Mechanische Arbeit J WN Nutzarbeit J Wo Wobbe-Zahl 1 WP Pumpenarbeit J WT Turbinenarbeit J WT,s Turbinenarbeit bei isentroper Zustandsänderung J Wt Technische Arbeit J Wth Arbeit des idealen Vergleichsprozesses J WV Volumenänderungsarbeit J WZu Zugeführte Arbeit J WEK Windenergiekonverter - WRC World Radiation Center - WÜ Wärmeübertrager - wi Relativgeschwindigkeit m/s wi, wij Spezifische Arbeit von Kreisprozessen J/kg wN Massenspezifische Nutzarbeit J/kg wPumpe Spezifische Antriebsarbeit für Pumpe J/kg wTurb Spezifische Arbeit der Turbine J/kg wt Massenspezifische technische Arbeit J/kg wt, id Ideale, verlustfreie spez. technische Arbeit J/kg wu Massenspezifische Umfangsarbeit J/kg wverl Durch Verluste nicht nutzbare spezifische technische Arbeit J/kg Yf Spezifischer Ertrag 1 y, yi Koordinate, Abstand m Z Realgasfaktor 1 ZEV Zero emission vehicule - z, zi Höhenlage; vertikale Position m z Axiale Koordinate m z Anzahl der Zylinder (Kap. 8) 1 z Anzahl der Wicklungen (Kap. 18) 1
XXVI Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen Kürzel Erläuterung Einheit
Flügel-Anstellwinkel Grad -Strahlung (He-Kerne) - s Höhenwinkel der Sonne Grad s,max Maximaler Höhenwinkel der Sonne Grad S,s Absorptionskoeffizient der Absorberfläche 1 i Winkel Grad , - -Strahlung (Elektronen-Strahlung) - Empfängerflächen-Azimutwinkel Grad -Strahlung (Röntgen-Strahlung) - S Sonnen-Azimutwinkel Grad Deklinationswinkel Grad Differenz (Operator) - e Differenz der spezifischen Exergie J/kg G Änderung der Gibbs´schen freien Energie J G0 Änderung der Gibbs´schen freien Energie im chemischen
Standardzustand J
H Reaktionsenthalpie J H0 Reaktionsenthalpie im chemischen Standardzustand J hs Spezifische Enthalpiedifferenz einer isentropen Zustands-
änderung J/kg
hT,s Spezifische Enthalpiedifferenz einer isentropen Zustands-änderung in Turbine
J/kg
TRG-D Grädigkeit eines Abhitzekessels zwischen den wärmeüber-tragenden Fluiden Rauchgas und Dampf
K
TRG-fl Grädigkeit eines Abhitzekessels zwischen den wärmeüber-tragenden Fluiden Rauchgas und Flüssigkeit
K
Winkelinkrement Grad Energie, die bei vollständiger Spaltung von 1 g U-235 frei-
gesetzt wird (Kap. 5) J
Verdichtungsverhältnis 1 Leistungszahl (Leistungsziffer) 1 0 Elektrische Feldkonstante; Permittivität A s/(V m) C Ideale Leistungszahl 1 K Leistungszahl für Kühlprozesse 1 max Maximale Leistungszahl 1 r Dielektrische Leitfähigkeit; Permittivitätszahl F/m W Leistungszahl für Wärmepumpe 1 Wirkungsgrad 1 AK Abwärmenutzungsgrad des Abhitzekessels eines Kombi-
kraftwerks 1
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XXVII Kürzel Erläuterung Einheit
Bst Brennstoffnutzungsgrad 1 C Carnot Wirkungsgrad 1 eff Effektiver Wirkungsgrad 1 el Auf elektrische Leistung bezogener Wirkungsgrad 1 el,Sys Elektrischer Systemwirkungsgrad 1 F Faraday-Wirkungsgrad 1 G Generator-Wirkungsgrad 1 Ges Gesamter Wirkungsgrad 1 GT Wirkungsgrad für Generator und Transformator 1 g Gütegrad 1 i Indizierter Wirkungsgrad 1 K Kollektorwirkungsgrad 1 Koll Kollektorkreisnutzungsgrad 1 L Leitungsbeiwert 1 Modul Modulwirkungsgrad 1 m Mechanischer Wirkungsgrad 1 Mot Motorwirkungsgrad 1 O Optischer Wirkungsgrad 1 P Pumpenwirkungsgrad 1 RL Wirkungsgrad Rohrleitung 1 s Isentroper Wirkungsgrad 1 T Turbinenwirkungsgrad 1 th Thermischer Wirkungsgrad 1 thermod Thermodynamischer Wirkungsgrad 1 th,Ges Gesamter thermischer Wirkungsgrad des Kombikraftwerks 1 DT Wirkungsgrad des Dampfkraftwerks eines Kombikraft-
werks, bezogen auf die gesamte Abwärme der vorgeschalte-ten Gasturbine
1
thDT Thermischer Wirkungsgrad des Dampfkraftwerks eines Kombikraftwerks
1
thGT Thermischer Wirkungsgrad der Gasturbine eines Kombi-kraftwerks
1
Um Umwandlungswirkungsgrad 1 2 Zweiter Hauptsatz-Wirkungsgrad 1 z Zenitwinkel der Sonne Grad Temperatur K a Mittlere Absorbertemperatur K a,0 Stillstandstemperatur K WW Tatsächliche Warmwassertemperatur K
XXVIII Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen Kürzel Erläuterung Einheit
u Umgebungstemperatur K KW Tatsächliche Kaltwassertemperatur K Isentropenexponent 1 M Isentropenexponent der Mischung 1 Zerfallskonstante (Kap. 5) s-1 Stöchiometriefaktor (Luftverhältnis) 1 Wellenlänge m Schnelllaufzahl 1 Rohrreibungsbeiwert 1 0 Magnetische Feldkonstante N/A2 r Permeabilitätszahl; Relative Permeabilität 1 Frequenz des Strahlers (nur Kap. 2) Hz Anzahl von freigesetzten Neutronen bei Spaltung
(nur Abschn. 5.1.3) 1
Druckverhältnis 1 Dichte kg/m3 L Dichte der Luft kg/m3 R Reaktivität 1 S,a Reflektionsgrad des Absorbers 1 Kernquerschnitt (Kern-Wirkungsquerschnitt) m-2 a Effektiver Kernquerschnitt für Neutronenabsorption m-2 el Effektiver Kernquerschnitt für elastische Neutronen-
streuung m-2
f Effektiver Kernquerschnitt für Spaltung durch Neutronen m-2 in Effektiver Kernquerschnitt für inelastische Neutronen-
streuung m-2
S,s Transmissionsgrad der Kollektorabdeckung 1 Breitengradwinkel Grad Neutronenfluss m-2s-1 max Höchstwert des Neutronenflusses m-2s-1 Verbrennungsvolumenverhältnis 1 Formfaktor 1 Verbrennungsdruckverhältnis 1 Winkelgeschwindigkeit s-1 Stundenwinkel Grad
