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

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

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Bibliographische Detailangaben
Weitere Verfasser: Zahoransky, Richard 1952- (HerausgeberIn)
Format: Buch
Sprache:German
Veröffentlicht: Wiesbaden Springer Vieweg [2019]
Ausgabe:8., überarbeitete und ergänzte Auflage
Schriftenreihe:Lehrbuch
Schlagworte:
Energietechnik
TH ; BISAC Subject Heading
Biomasse
Energiespeicherung
Geothermie
Gezeitenkraftwerk
Hybridsystem
Kraftwerkskonzept
Kyoto-Protokoll
Photovoltaik
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adam_text INHALTSVERZEICHNIS 1 E IN LEITU N G............................................................................................................ 1 RICHARD ZAHORANSKY LITERATUR................................................................................................................. 4 2 ENERGIETECHNISCHE GRUNDLAGEN ....................................................................... 5 UDO SCHELLING 2.1 ENERGIEFORM EN......................................................................................... 5 2.2 PRIMAER- UND SEKUNDAERENERGIEN .............................................................. 8 2.3 ENERGIEERHALTUNG...................................................................................... 10 2.4 THERMODYNAMISCHE KREISPROZESSE ........................................................ 11 2.4.1 CARNOT-PROZESS ..................... 13 2.4.2 TECHNISCH REALISIERBARE KREISPROZESSE...................................... 14 2.4.3 IRREVERSIBILITAETEN ........................................................................ 14 2.5 ERSCHOEPFBARES UND NICHT ERSCHOEPFBARES (REGENERATIVES) ENERGIEANGEBOT 15 2.6 PRIMAER- UND SEKUNDAERENERGIEN .............................................................. 17 2.7 W ELTENERGIEBEDARF................................................................................... 17 LITERATUR................................................................................................................. 22 3 UEBERBLICK, ENERGIEQUELLEN UND E NERGIEB ED ARF ........................................... 23 RICHARD ZAHORANSKY 3.1 ENERGIEQUELLEN......................................................................................... 23 3.1.1 FOSSILE ENERGIETRAEGER: STEIN- UND BRAUNKOHLE, ERDOEL, ERDGAS . 23 3.1.2 KERNBRENNSTOFFE......................................................................... 27 3.1.3 ERNEUERBARE ENERGIEQUELLEN . . ................................................... 27 3.2 ENERGIEBEDARF........................................................................................... 28 3.3 NUTZ- UND PROZESS W AE RM E......................................................................... 30 3.4 ERZEUGUNG ELEKTRISCHER E NERGIE.............................................................. 30 3.5 KRAFT-WAERME-KOPPLUNG ......................................................................... 32 3.6 KOMBINATIONS-KRAFTWERKE...................................................................... 34 3.7 ERNEUERBARE (REGENERATIVE) UND UNERSCHOEPFBARE ENERGIEQUELLEN .... 35 3.8 ENTWICKLUNGEN IN DER ENERGIETECHNIK................................................... 37 LITERATUR................................................................................................................. 39 4 KONVENTIONELLE D AM PFKRAFTW ERKE.................................................................... 41 RICHARD ZAHORANSKY 4.1 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN ........................................................... 42 4.1.1 CLAUSIUS-RANKINE-VERGLEICHSPROZESS ...................................... 42 4.1.2 UEBERHITZUNG DES FRISCHDAMPFES .............................................. 44 4.1.3 ZWISCHENUEBERHITZUNG................................................................. 45 4.1.4 REGENERATIVE SPEISEWASSER-VORWAERMUNG ................................ 46 4.1.5 EXERGETISCHE B ETRACHTUNG......................................................... 49 4.1.6 WAERMEAUSKOPPLUNG.................................................................... 50 4.1.7 REGELUNG VON D AM PFKRAFTW ERKEN ........................................... 50 4.2 AUFBAU VON DAMPFKRAFTWERKEN D K W ................................................... 51 4.3 WASSERQUALITAETEN IN DAMPFKRAFTWERKEN................................................. 54 4.3.1 ARBEITSFLUID (SPEISEW ASSER)...................................................... 55 4.3.2 RUECKKUEHLWASSER ..................................................... 56 4.3.3 K UEHLW ASSER................................................................................. 56 4.3.4 H EIZW ASSER................................................................................. 56 4.3.5 WASSERAUFBEREITUNG ........................ 56 4.4 DAMPFERZEUGER......................................................................................... 59 4.4.1 ALLGEMEINE ZUSAM M ENHAENGE ................................................... 60 4.4.2 FEUERUNG .................................................................................... 63 4.4.3 STROEMUNGSFORMEN ...................................................................... 63 4.4.4 SIEDEKRISE 1. A R T ......................................................................... 65 4.4.5 GROSSWASSERRAUMKESSEL G W R K ................................................. 66 4.4.6 NATURUMLAUF-DAMPFERZEUGER ................................................... 67 4.4.7 ZWANGUMLAUF-DAMPFERZEUGER................................................. 69 4.4.8 ZWANGDURCHLAUF-DAMPFERZEUGER.............................................. 70 4.5 REGENERATIVE SPEISEWASSERVORWAERMUNG/VORWAERMSTRECKE ................... 73 4.5.1 NIEDERDRUCKVORWAERMER .............................................................. 73 4.5.2 MISCH VORWAERMER (SPEISEWASSERBEHAELTER) ..................... 74 4.5.3 HOCHDRUCKVORWAERMER................................................................. 75 4.6 EMISSIONEN UND RAUCHGASREINIGUNG...................................................... 76 4.6.1 EMISSIONEN UND DEREN GESETZLICHE VORSCHRIFTEN...................... 76 4.6.2 ENTSTICKUNG (DENOX A NLAGE) ................................................... 78 4.6.3 ENTSTAUBUNG................................................................................. 80 4.6.4 RAUCHGASENTSCHWEFELUNGSANLAGE R E A ................................... 81 4.6.5 CO 2 -ABTRENNUNG UND SEQUESTRIERUNG...................................... 83 4.7 K UEHLSYSTEM .............................................................................................. 85 4.7.1 K ONDENSATOR.............................................................................. 85 4.7.2 KUEHLTUERME.................................................................................... 86 4.7.2.1 NASSKUEHLTURM (NATURZUG-K UEHLTURM ) ...................... 86 4 . 12.2 TROCKENKUEHLTURM ....................................................... 87 4.7.2.3 HYBRIDKUEHLTURM ......................................................... 87 4.8 T URBINEN.................................................................................................... 87 4.9 PUMPEN .................................................................................................... 88 4.10 GENERATOREN, FREQUENZHALTUNG................................................................. 89 4.11 WEITERE FUNKTIONELLE S Y STE M E ................................................ 90 4.12 LEITTECHNIK IN KRAFTWERKEN...................................................................... 90 4.13 E NTW ICKLUNGEN......................................................................................... 92 LITERATUR................................................................................................................. 97 5 K E RN K RA FTW E RK E ................................................................................................. 99 HANS-JOSEF ALLELEIN 5.1 KERNTECHNISCHE G RUNDLAGEN ...................................................................... 100 5.1.1 KERNREAKTIONEN .............................................................................. 101 5.1.2 *NUTZBARE* ENERGIE BEI KERNREAKTIONEN ...................................... 104 5.1.3 THERMISCHE UND SCHNELLE NEUTRONEN ........................................... 107 5.1.4 MODERATION DER NEUTRONEN............................................................111 5.1.5 KERNBRENNSTOFFE............................................................................113 5.1.6 RADIONUKLIDBILDUNG IN R E A K TO RE N .............................................. 115 5.2 PRINZIPIELLER AUFBAU DES R E A K TO RS ............................................................116 5.2.1 BRENNELEMENT ........... ......................................................................116 5.2.2 LEISTUNGSVERTEILUNG...................................................................... 120 5.2.3 REAKTORDRUCKBEHAELTER....................................................................123 5.3 REAKTORSICHERHEIT. . . . .......................... 125 5.3.1 E INFUEHRUNG....................................................................................125 5.3.2 SICHERHEITSKONZEPT ...................................................................... 126 5.3.3 F U K U SH IM A................................................................................... 130 5.3.4 SICHERHEITSVORKEHRUNGEN.............................................................. 133 5.3.5 RAEUMLICHE T RENNUNG................................................................... 135 5.3.6 REAKTORSICHERHEITSFORSCHUNG...................................................... 136 5.4 R EAKTORTYPEN........................................................ 137 5.4.1 UEBERSICHT DER REAKTORTYPEN.........................................................137 5.4.2 KERNKRAFTWERK MIT SIEDEWASSERREAKTOR...................................... 138 5.4.3 KERNKRAFTWERK MIT DRUCKWASSERREAKTOR................ 144 5.4.4 CANDU R E A K TO R.........................................................................149 5.4.5 SCHNELLE B RUETER.............................................................................. 150 5.4.6 GASGEKUEHLTE REAKTOREN, HOCHTEMPERATURREAKTOR......................151 5.4.7 KERNKRAFTWERKE DER 4. G ENERATION.............................................. 153 5.5 ENTSORGUNG, WIEDERAUFBEREITUNG, T RA N SP O RT........................ 156 5.5.1 WIEDERAUFBEREITUNG...................................................................... 156 5.5.2 E NTSORGUNG....................................................................................158 5.5.3 T RA N SP O RT...................................................................................... 159 5.6 FUSIONSKONZEPTE.........................................................................................160 LITERATUR. ........................................................................................................... 170 6 G A STU RB IN E N -K RA FTW ERK E................................................................................. 173 RICHARD ZAHORANSKY 6.1 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN .............................................................. 174 6.1.1 GASTURBINE MIT ISOCHORER WAERMEZUFUHR ...................................... 174 6.1.2 GASTURBINE MIT ISOBARER WAERMEZUFUHR ...................................... 177 6.1.3 THERMODYNAMISCHE VARIANTEN ....................................................179 6.1.3.1 ZWISCHENKUEHLUNG .......................................................... 179 6.1.3.2 ZWISCHENERHITZUNG........................................................180 6.1.3.3 LUFTVORWAERMUNG .......................................................... 181 6.1.4 REALER GASTURBINEN-PROZESS................................................. .. . 183 6.1.5 UMWELTEINFLUESSE............................................................................184 6.2 AUFBAU MODERNER STATIONAERER GASTURBINEN.................................................185 6.3 V ERDICHTER.................................................................................................... 187 6.4 TURBINE IN DER GASTURBINENANLAGE ........................................ 187 6.5 BRENNKAMMER...............................................................................................189 6.5.1 SILOBRENNKAM M ER......................................................................... 189 6.5.2 RINGBRENNKAMMER......................................................................... 190 6.5.3 SCHADSTOFFMINIMIERUNG ................................................................. 191 6.6 SONSTIGE KOM PONENTEN...............................................................................193 6.7 JET-GASTURBINEN, AERODERIVATE....................................................................193 6.8 MIKRO-GASTURBINEN.......................................................................................194 6.9 GASTURBINE MIT GETRENNTER NUTZLEISTUNGSTURBINE ...................................... 195 6.10 GASTURBINEN MIT GESCHLOSSENEM KREISLAUF.................................................. 196 6.11 GASTURBINE MIT INTERNER KOHLEVERBRENNUNG ............................................... 197 6.11.1 GASTURBINE MIT KOHLESTAUBFEUERUNG ........................................... 197 6.11.2 GASTURBINE MIT KOHLEVERGASUNG .................................................198 6.12 GASTURBINE MIT FESTEN BRENNSTOFFEN B E FE U E RT............................................198 6.13 BETRIEBSVERHALTEN......................................................................................... 199 6.14 E NTW ICKLUNGEN............................................................................................ 199 LITERATUR................................................................................................................. 205 7 K O M B IN ATIO N SKRAFTW ERKE................................................................................. 207 RICHARD ZAHORANSKY 7.1 GAS-UND DAMPFKRAFTWERKE ....................................................................... 207 7.1.1 SCHALTUNGSMOEGLICHKEITEN ........................................................... 209 7.1.2 PRINZIPIELLE ZUSAM M ENHAENGE......................................................210 7.1.3 EINDRUCKPROZESS ........................................................................... 213 7.1.4 ZWEI-UND M EHRDRUCKPROZESSE ................................................... 217 7.1.5 EINWELLENANLAGEN.........................................................................219 7.1.6 ABHITZEKESSEL.................................................................................219 7.1.7 REGELUNG, BETRIEBSVERHALTEN.........................................................222 7.1.8 ENTWICKLUNGEN.............................................................................. 224 7.2 GASTURBINE MIT INTERNER ABWAERMENUTZUNG (CHENG-CYCLE)......................225 7.3 KOMBINATION VON ZWEI DAMPF-KRAFTWERKEN ........................................... 228 7.4 VERBRENNUNGSMOTOR UND DAMPFKRAFTWERK.................................................229 7.5 KOMBINATIONEN MIT ORC-KRAFTWERK ..................................... 229 LITERATUR....................................................................................................................232 8 STATIONAERE KOLBENMOTOREN FUER ENERGETISCHEN E IN S A TZ ................................... 235 RICHARD ZAHORANSKY 8.1 O TTO -M O TO R.................................................................................................236 8.2 D IESEL-M OTOR.............................................................................................. 242 8.3 STIRLING-MOTOR ............................. 246 8.4 G ASM OTOREN.................................................................................................249 8.4.1 BRENNGASE...................................................................................... 249 8.4.2 TECHNISCHE BESONDERHEITEN DES GASMOTORS ................................ 252 8.5 DUAL FUEL (ZWEISTOFF-MOTOR, FEUERSTRAHL-M OTOR) ................................... 255 8.6 HYBRIDM OTOREN ........................................................................................... 256 8.7 NOTSTROMAGGREGATE...................................................................................... 259 8.8 EMISSIONSMINDERUNG .................................................................................262 8.8.1 O TTO-M OTOR................................................................................... 263 8.8.2 DIESEL-M OTOR.................................................................................264 8.8.3 GASMOTOREN................................................................................... 265 8.9 MOTORREGELUNG FUER ENERGETISCHE ZWECKE ................................................... 267 LITERATUR................................................................................................................... 270 9 B REN NSTOFFZELLEN................................................................................................... 273 UDO SCHELLING 9.1 HISTORIE DER BRENNSTOFFZELLEN ................................................................... 273 9.2 FUNKTIONSPRINZIP UND K LASSIFIZIERUNG......................................................276 9.3 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN ..............................................................277 9.4 WIRKUNGSGRAD VON BRENNSTOFFZELLEN ........................................................ 279 9.5 TYPISCHES BETRIEBSVERHALTEN......................................................................281 9.6 ANWENDUNGSGEBIETE UND STAND DER E NTW ICKLUNG ................................... 283 9.6.1 DIE ALKALISCHE BRENNSTOFFZELLE, TYP A F C ................................ 286 9.6.2 DIE POLYMER-ELEKTROLYT-BRENNSTOFFZELLE, TYP P E F C ................ 288 9.6.3 DIE PHOSPHORSAURE BRENNSTOFFZELLE, TYP P A F C ........................ 294 9.6.4 DIE SCHMELZKARBONAT BRENNSTOFFZELLE, TYP M C F C ................... 296 9.6.5 DIE OXIDKERAMISCHE BRENNSTOFFZELLE, TYP S O F C ..................... 299 LITERATUR ..................................... 307 10 BLOCKHEIZ-KRAFTWERKE BHKW, KAELTEANLAGEN,W AERMEPUM PEN UND KRAFT-W AERM E-KAELTE-KOPPLUNG ......................................................................... 309 RICHARD ZAHORANSKY 10.1 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI DAMPFKRAFTWERKEN ........................................... 311 10.1.1 G EGENDRUCKBETRIEB ...................................................................... 311 10.1.2 ENTNAHME- UND A NZAPFBETRIEB ................................................... 314 10.2 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI GASTURBINEN.........................................................315 10.3 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI KOMBIKRAFTWERKEN (G U D ) ................................ 317 10.4 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI KOLBENMOTOREN ................................................... 318 10.5 WAERMEAUSKOPPLUNG BEI ANDEREN PROZESSEN..............................................320 10.6 DIMENSIONIERUNG VON B H K W ................................................................... 321 10.7 KLIMATISIERUNG (KAELTEERZEUGUNG) DURCH A B W AE RM E ................................ 324 10.7.1 KOMPRESSIONS-KAELTEMASCHINEN ................................................... 326 10.7.2 ABSORPTIONS-KAELTEMASCHINEN ................................ 326 10.7.3 ADSORPTIONS-KAELTEANLAGEN ........................................................... 328 10.8 W AERM EPUM PEN............................................................................................331 10.9 KRAFT-WAERME-KAELTE-VERBUND ....................................................................333 LITERATUR.................................................................................................................... 338 11 W ASSERKRAFTW ERKE ........................ 339 RICHARD ZAHORANSKY 11.1 NUTZBARE WASSERENERGIE ............................................................................340 11.2 LAUFWASSERKRAFTWERKE................................................................................. 343 11.3 TURBINEN FUER W ASSERKRAFTWERKE ................................................................ 345 11.3.1 KAPLAN-TURBINEN............................................................................347 11.3.2 OSSBERGER-TURBINEN (BANKI-TURBINEN) ......................................349 11.3.3 FRANCIS-TURBINEN .......................................................................... 349 11.3.4 DERIAZ-TURBINEN............................................................................350 11.3.5 PELTON-TURBINEN............................................................................350 11.3.6 TURGO-TURBINE .............................................................................. 352 11.3.7 SCHRAUBEN- ODER KEGELTURBINE..................................................... 353 11.4 GEZEITEN-KRAFTWERKE ................................................................................. 354 11.5 MEERESWELLEN-KRAFTWERKE......................................................................... 357 11.6 MEERESSTROEMUNGS-KRAFTWERKE....................................................................359 11.7 OZEANTHERMISCHE K RAFTW ERK E ................................................................... 359 LITERATUR.................................................................................................................... 364 12 S OLARTECHNIK . ........................................................................................................... 367 ELMAR BOLLIN 12.1 UE B E RB LIC K ....................................................................................................367 12.2 SOLARE S TRAH LU N G ......................................................................................... 368 12.2.1 GRUNDLAGEN............................................... 368 12.2.2 DAS STRAHLUNGSANGEBOT AUF DIE E RD E ........................................... 369 12.2.3 WICHTIGE BEGRIFFE UND GROESSEN IM UMGANG MIT SOLARSTRAHLUNG 371 12.2.4 MESSGERAETE ZUR ERFASSUNG DER G LOBALSTRAHLUNG ........................ 373 12.3 SOLARTHERMISCHE ENERGIENUTZUNG.............................................................. 374 12.3.1 UE B E RSICH T...................................................................................... 374 12.3.2 SONNENKOLLEKTOREN ...................................................................... 375 12.3.3 CHARAKTERISIERUNG VON KOLLEKTOREN ODER DIE BESTIMMUNG DER NUTZLEISTUNGEN UND DES WIRKUNGSGRADES VON KOLLEKTOREN. . . 377 12.3.4 KOLLEKTORTESTVERFAHREN.................................................................379 12.3.5 BAUARTEN VON SONNENKOLLEKTOREN.................................................380 12.3.6 SOLARTHERMISCHE SYSTEME ........................................................... 381 12.3.7 SOLARTHERMISCHE GROSSANLAGEN ZUR TRINKWARMWASSERBEREITUNG 382 12.3.8 SPEZIFISCHE KENNWERTE VON SOLARTHERMISCHEN ANLAGEN ZUR TRINKWARM WASSERBEREITUNG.........................................................383 12.3.9 BEISPIEL EINER SOLARTHERMISCHEN GROSSANLAGE ZUR TRINK WASSERBEREITUNG ........................................................... 386 12.4 PHOTOVOLTAIK.................................................................................................388 12.4.1 E INFUEHRUNG................................................................................... 388 12.4.2 AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE EINER SOLARZELLE ........................... 390 12.4.3 SOLARZELLENTECHNOLOGIE ................................................................ 391 12.4.4 LEISTUNGSFAEHIGKEIT VON SOLARZELLEN..............................................392 12.4.5 VERSCHALTEN VON SOLARZELLEN .*......................................................394 12.4.6 PHOTOVOLTAISCHE SYSTEM E................................ 395 12.4.7 NETZPARALLELE PV-ANLAGEN........................................................... 397 12.4.8 EVALUATION VON PV-SYSTEM EN......................................................399 12.5 SOLARTHERMISCHE K RAFTW ERKE......................................................................399 12.5.1 ZUR EINFUEHRUNG..............................................................................399 12.5.2 SOLARTURM KRAFTWERKE...................................................................400 12.5.3 PARABOIRINNENKRAFTWERKE..............................................................401 12.5.4 FRESNEL-KOLLEKTOREN......................................................................403 12.5.5 DISH-STIRLING-SYSTEME ................................................................ 403 12.5.6 AUFWINDKRAFTWERKE......................................................................404 12.5.7 PROJEKT DESERTEC......................................................................405 LITERATUR.................................................................................................................408 13 WINDENERGIE ...................................................................................................... 409 RICHARD ZAHORANSKY 13.1 G RU NDLAGEN................................................................................................ 410 13.2 WINDLEISTUNG UND NUTZBARE LEISTUNG ........................................................ 412 13.3 BAUARTEN VON WINDKONVERTERN...................................................................413 13.3.1 WIDERSTANDSLAEUFER ........................................................................ 413 13.3.2 AUFTRIEBSLAEUFER..............................................................................414 13.3.3 DARRIEUS-ROTOR..............................................................................419 13.4 CHARAKTERISTIK VON W INDTURBINEN.............................................................. 420 13.5 REGELUNG UND NETZEINBINDUNG....................................................................421 13.5.1 W INDNACHFUEHRUNG.........................................................................421 13.5.2 OPTIMALER B E TRIE B ........... .. . . ...................................................422 13.5.3 SICHERHEITSABREGELUNG .................................................................423 13.5.4 TEILLASTBETRIEB .............................................................................. 424 13.5.5 ENERGIEWANDLUNG - NETZEINBINDUNG........................................... 425 13.6 W INDPARKS....................................................................................................427 13.6.1 LANDGEBUNDENE W INDPARKS.........................................................427 13.6.2 OFF-SHORE-WINDPARKS....................................................................428 13.6.3 NETZANBINDUNG VON W INDPARKS................................................... 430 13.7 SONSTIGE KONZEPTE ZUR W INDENERGIENUTZUNG........................................... 431 LITERATUR.................................................................................................................... 439 14 ENERGETISCHE VERWERTUNG VON B IOM ASSE............................................................ 441 RICHARD ZAHORANSKY 14.1 THERMISCHE VERFAHREN................................................................................. 443 14.1.1 PYROLYSE......................................................................................... 443 14.1.2 V ERBRENNUNG.................................................................................443 14.1.3 THERMISCHE VERGASUNG.................................................................445 14.2 BAKTERIELLE VERGASUNG................................................................................. 447 14.3 BIOMASSE-VERFLUESSIGUNG ............................................................................450 14.3.1 PFLANZENOELE....................................................................................450 14.3.2 PFLANZENOELESTER.............................................................................. 450 14.3.3 TIERISCHE F E TTE .............................................................................. 451 14.3.4 FISCHER-TROPSCH-VERFAHREN .........................................................451 14.3.5 DIREKTE BIOMASSE-VERFLUESSIGUNG UNTER ATMOSPHAERENDRUCK MIT KATALYSATOR.............................................................................. 451 14.3.6 DIREKTE BIOMASSE-VERFLUESSIGUNG UNTER H OCHDRUCK .................... 452 14.3.7 HYDRO THERMAL UPGRADING H T U ................................................ 452 14.3.8 BEZEICHNUNGEN WEITERER VERFAHREN..............................................452 LITERATUR.................................................................................................................... 453 15 NUTZUNG GEOTHERMISCHER E N E R G IE .......................................................................455 RICHARD ZAHORANSKY 15.1 POTENZIAL DER GEOTHERMIE............................................................................455 15.2 GEOTHERMISCHE KRAFTWERKSKONZEPTE, UE BERBLICK......................................458 15.3 DIREKTE DAM PFENTSPANNUNG...................................................................... 460 15.4 FLUSHPRINZIP................................................................................................. 461 15.5 BINAERPRINZIP: ORC UND KALINA.............................................................. 462 15.5.1 ORGANIC RANKINE CYDES ORC ...................................................462 15.5.2 KALINA-PROZESS..............................................................................465 15.6 HOT-DRY-ROCK-VERFAHREN, H D R .................................................................467 15.7 GEOKOMPRIMIERTE NASSE F E L D E R .................................................................468 15.8 KRAFT-WAERME-KOPPLUNG MIT GEOTHERMISCHER ENERGIEQUELLE . .................. 469 15.9 H YBRIDSYSTEM E........................................................................................... 470 15.10 REIN GEOTHERMISCHE N U TZ U N G ................................................................... 471 15.11 UM WELTASPEKTE........................................................................................... 471 15.12 R ISIK EN .........................................................................................................472 LITERATUR....................................................................................................................475 16 ENERGETISCHE MUELL V ERW ERTU N G ............................................................................ 477 RICHARD ZAHORANSKY 16.1 MUELLKRAFTWERKE MIT TRADITIONELLEN OE F E N ................................................... 478 16.2 P Y RO LY SE ...................................................................................................... 480 16.3 THERMOSELECT-VERFAHREN ........................................................................... 480 16.4 SCH WEL-BRENN-VERFAHREN........................................................................... 481 16.5 DEPONIEGAS/KLAERGAS-KRAFTWERKE..............................................................482 LITERATUR................................................................................................................... 485 17 E N ERG IEV ERTEILU NG.................................................................................................487 HARALD SCHWARZ 17.1 ELEKTRISCHE N ETZE ........................................................................................ 488 17.1.1 GRUNDLAGEN ELEKTRISCHER N E TZ E ...................................................488 17.1.2 NETZBETRIEB VOR LIBERALISIERUNG DES STROM MARKTES ................... 495 17.1.3 NETZBETRIEB NACH LIBERALISIERUNG DES STROM M ARKTES ................ 496 17.1.4 NETZBETRIEB BEI HOHEM ANTEIL VON EEG-EINSPEISUNGEN .... 499 17.1.5 NETZBETRIEB BEI HOHEM ANTEIL VON ELEKTROM OBILITAET ................ 501 17.1.6 ZUKUENFTIGE HERAUSFORDERUNGEN FUER DEN NETZBETRIEB: N ETZAUSBAU................................................................................... 503 17.1.7 SPEICHERUNG UND STEUERBARE LASTEN: AKTUELLE SITUATION UND A USBLICK ................................................................................ 505 17.1.8 AUSBILDUNG FUER SYSTEMFUEHRER UND TRAINING DES OPERATIVPERSONALS ........................................................................ 509 17.1.9 DER BEITRAG VON HYBRID- ODER VIRTUELLEN KRAFTWERKEN BZW. SMART-ODER MICRO-GRIDS . . ..................................................... 510 17.1.10 ANFORDERUNGEN AN DIE KONVENTIONELLE ERZEUGUNG......................513 17.2 M INERALOELTRANSPORTE .................. 515 17.3 LNG-TERMINALS........................................................................ 516 17.3.1 TRANSPORT VON GASFOERMIGEM E RD G A S ........................................... 516 17.3.2 TRANSPORT VON FLUESSIGEM ERDGAS ................................................ 518 17.4 WAERMETRANSPORTE ........................................................................................ 518 LITERATUR. . ................................................................................................................ 522 18 E NERGIESPEICHERUNG............................................................................................525 RICHARD ZAHORANSKY UND HANS-JOSEF ALLELEIN 18.1 SPEICHERUNG ELEKTRISCHER E N ERG IE .............................................................. 526 18.1.1 UEBERSICHT UND ANWENDUNGSBEREICHE ........................................... 526 18.1.2 SYSTEME UND STRUKTUREN DER ENERGIESPEICHERUNG......................527 18.1.3 SYSTEME FUER TAGESLASTAUSGLEICH ................................................... 529 18.1.3.1 PUMPSPEICHERKRAFTWERK ...................................... .. . 529 18.1.3.2 LAGE-ENERGIESPEICHER.................................................535 18.1.3.3 DIABATER DRUCKLUFTSPEICHER.........................................537 18.1.3.4 ADIABATER D RUCKLUFTSPEICHER......................................540 18.1.3.5 THERMISCHE SPEICHERUNG ELEKTRISCHER ENERGIE. . . . 542 18.1.3.6 BATTERIESPEICHER ........................................................... 543 18.1.4 SYSTEME FUER WOCHEN-UND JAHRESLASTAUSGLEICH ........................... 545 18.1.4.1 ELEKTROLYSE UND WASSERSTOFFSPEICHER . ........................ 545 18.1.4.2 POWER-TO-GAS UND METHANISIERUNG ........................... 547 18.1.5 SYSTEME ZUR BEREITSTELLUNG DER WIRKLEISTUNGSSEKUNDENRESERVE 549 18.1.5.1 SCHWUNGRADSPEICHER ................................................... 549 18.1.5.2 SUPRALEITENDER MAGNETISCHER ENERGIESPEICHER SMES 551 18.1.6 SYSTEME ZUR SICHERUNG DER UNTERBRECHUNGSFREIEN STROMVERSORGUNG ......................................................................... 553 18.1.6.1 BATTERIESPEICHER ........................................................... 553 18.1.6.2 KONDENSATOREN.............................................................. 553 18.1.7 VERGLEICH RELEVANTER SPEICHERTECHNOLOGIEN: LEISTUNGS- UND E NERGIESPEICHER............................................................................554 18.2 SPEICHERUNG DER BRENNSTOFFE ...................................................................... 556 18.2.1 K OHLELAGERUNG .............................................................................. 556 18.2.2 FLUESSIGE BRENNSTOFFE (ERDOEL UND MINERALOELPRODUKTE) ................ 556 18.2.3 GASFOERMIGE B RENNSTOFFE.............................................................. 559 18.2.3.1 OBERIRDISCHE G ASSPEICHER ........................ 559 18.2.3.2 UNTERIRDISCHE GASSPEICHER ........................................... 560 18.2.3.3 FLUESSIGGAS-SPEICHER ................................................... 561 18.3 W AERMESPEICHER............................................................................................561 18.3.1 SPEICHERUNG FUEHLBARER W AE R M E ................................................... 561 18.3.2 SPEICHERUNG LATENTER W AE R M E ...................................................... 563 18.3.2.1 RUTHS-SPEICHER ........................................................... 563 18.3.2.2 FEST-FLUESSIG LATENTWAERMESPEICHER (SCHMELZWAERMESPEICHER) ........................................... 563 18.3.2.3 CHEMISCHE S P E IC H E R ................................................... 564 LITERATUR................................................................................................................. 566 19 M ARKTLIBERALISIERUNG UND E N ERG IEW EN D E......................................................569 DOMINIK WOERSDOERFER 19.1 LIBERALISIERUNG DER ENERGIEM AERKTE...................................................... .. 569 19.1.1 ENTWICKLUNG DES ENERGIEWIRTSCHAFTSGESETZES (ENW G ) ........... 570 19.1.2 STRUKTUR DER HEUTIGEN STROMVERSORGUNG......................................574 19.1.3 ENTWICKLUNG AUF DEM STROM M ARKT..............................................576 19.1.3.1 PREISENTW ICKLUNG.........................................................577 19.1.3.2 KONSEQUENZEN DER LIBERALISIERUNG FUER DIE ENERGIEVERSORGUNGSUNTERNEHMEN ................................ 579 19.1.4 ENTWICKLUNG AUF DEM G A SM A RK T ................................................ 581 19.2 ENERGIEWENDE.............................................................................................. 584 19.2.1 D EFINITION ............................................................ 584 19.2.2 Z I E L E .............................................................................................. 585 19.2.3 ZIELERREICHUNGSGRAD......................................................................587 19.2.4 STROM W E N D E ............................................................................ 588 19.2.4.1 ENTWICKLUNG DES ERNEUERBARE-ENERGIEN-GESETZES (E E G )........................................................................... 589 19.2.4.2 ERNEUERBARER ENERGIEM IX ........................................... 593 19.2.4.3 EEG -K OSTEN ................................................................ 594 19.2.5 WAERME-UND VERKEHRS W E N D E ......................................................595 LITERATUR................................................................................................................... 599 20 K Y O TO -P RO TO K O LL................................................................................................... 607 RICHARD ZAHORANSKY 20.1 GLOBALE ERWAERMUNG UND TREIBHAUSGASE G H G ................................ 607 20.2 GESCHICHTE DES KYOTO-PROTOKOLLS..............................................................609 20.3 MASSNAHMEN ZUR GHG M IN D ERU N G ........... .. ............................................. 613 20.3.1 EMISSIONSHANDEL........................................................................... 613 20.3.2 ALLOKATION DER EMISSIONEN...........................................................614 20.3.3 PREIS DER EMISSIONSZERTIFIKATE ..................................... 615 20.3.4 JOINT IMPLEMENTATION (JI) ........................................................... 615 20.3.5 CLEAN DEVELOPMENT MECHANISM (C D M ) ................................... 615 20.3.6 CC 2 -SENKEN, LANDNUTZUNG: LULUCF ......................................617 20.4 KONTROLLE UND ZERTIFIZIERUNG......................................................................618 20.4.1 COMPLIANCE C O M M ITTEE..............................................................618 20.4.2 ERNANNTE NATIONALE AUTORITAETEN *DESIGNATED NATIONAL AUTHORITIES* D N A ............................................................... 618 20.4.3 ERNANNTE OPERATIVE ORGANISATIONEN *DESIGNATED OPERATIONAL ENTITIES* D O E ..............................................................................618 20.4.4 ROLLE DER W ELTBANK......................................................................619 20.5 DISKUSSION................................................................................................... 619 LITERATUR. . ................................................................................................................ 621 21 LOESUNGEN DER UE BUNGSAUFGABEN ...................................................................... 623 RICHARD ZAHORANSKY 21.1 LOESUNGEN KAP. 2 .....................................................................................623 21.2 LOESUNGEN KAP. 3 .....................................................................................625 21.3 LOESUNGEN KAP. 4 ......................... 627 21.4 LOESUNGEN KAP. 5 .....................................................................................635 21.5 LOESUNGEN KAP. 6 .....................................................................................640 21.6 LOESUNGEN KAP. 7 .....................................................................................644 21.7 LOESUNGEN KAP. 8 .....................................................................................652 21.8 LOESUNGEN KAP. 9 .....................................................................................656 21.9 LOESUNGEN KAP. 1 0 ..................................................................................... 657 21.10 LOESUNGEN KAP. 1 1 ..................................................................................... 661 21.11 LOESUNGEN KAP. 1 2 ............................................................................ 663 21.12 LOESUNGEN KAP. 1 3 ..................................................................................... 665 21.13 LOESUNGEN KAP. 1 4 ..................................................................................... 669 21.14 LOESUNGEN KAP. 1 5 ..................................................................................... 671 21.15 LOESUNGEN KAP. 1 6 ..................................................................................... 676 21.16 LOESUNGEN KAP. 1 7 ..................................................................................... 677 21.17 LOESUNGEN KAP. 1 8 ..................................................................................... 680 21.18 LOESUNGEN KAP. 1 9 ..................................................................................... 688 21.19 LOESUNGEN KAP. 20 .................................................................................. 688 SACHVERZEICHNIS 691
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