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GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Nutzung der Strahlungsenergie i sc = 1,367 kW/m 2 1% 5 GW.

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Präsentation zum Thema: "GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Nutzung der Strahlungsenergie i sc = 1,367 kW/m 2 1% 5 GW."—  Präsentation transkript:

1 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Nutzung der Strahlungsenergie i sc = 1,367 kW/m 2 1% 5 GW

2 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Nutzung der Strahlungsenergie i dir direkte Strahlung i dif difuse Strahlung (~30 %) Globalstrahlung: i gl = i dir + i dif

3 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Nutzung der Strahlungsenergie Karlsruhe: i gl = 1100 kWh/m 2 a Sahara, Kalifornien: kWh/m 2 a

4 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN in Äquatornähe: die höchste Jahressumme Nutzung der Strahlungsenergie

5 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Nutzung der Strahlungsenergie Umwandlung in Wärme mit Sonnenkollektoren (aktive Systeme) Umwandlung in Wärme durch architektonische gestaltete Bauelemente (passive Nutzung)

6 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Nutzung der Strahlungsenergie Direkte Umwandlung in elektrische Energie mit photovoltaischen Solarzellen Direkte Umwandlung in chemische Energie durch Photolyseeinrichtungen (noch im Forschungsstadium)

7 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Wasserkraft An der Elektroenergieerzeugung in der Welt hatten Wasserkräfte 2006 einen Anteil von 19 % Die lagen damit noch über der Kernenergie, die mit 16 % zur Elektroenergieerzeugung beitrug Als Vorteil der Wasserkraftnutzung ist das bei den meisten Anlagen nutzbare Speicherverhalten zu nennen Es wurden auch Wasserkraftanlagen errichtet, die bei Bedarf als Pumpspeicherwerk arbeiten können

8 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Wasserkraft Der Nutzungsgrad des Wasserkraftpotentials ist in den Ländern sehr unterschiedlich Am höchsten ist er in den industriell entwickelten Ländern Die größten Reserven liegen in den Entwicklungsländern Asiens, Afrikas und Südamerikas Wasserkraft ist die einzige regenerative Energiequelle, die gegenwärtig eine wesentlichen Anteil an der kommerziellen Energieversorgung der Menschheit hat Ihr Ausbau und ihre Anwendung sind aber auch mit bedeutenden Risiken verbunden

9 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Windenergie

10 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Windenergie m Masse Kreisfrequenz v Geschwindigkeit Die Corioliskraft: horizontale Komponente der Corioliskraft Druckgradientkraft

11 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Die auftretenden Windgeschwindigkeiten sind zeitlich und räumlich sehr unterschiedlich Hohe Windgeschwindigkeiten mit Jahresmittelwerten von 5 bis 8 m/s in 10 m Höhe treten an Meeresküsten auf Bis ins Innere großer Kontinente fallen sie auf unter 3,6 m/s ab Die Absolutwerte der Windgeschwindigkeit liegen auf dem Festland zwischen 0 und 40 m/s und auf dem Meer zwischen 0 und 60 m/s Für die Energieausbeute eines Windenergiekonverters ist die Häufigkeit des Auftretens der verschiedenen Windgeschwindigkeiten von Bedeutung

12 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Verteilungsdichte der Windgeschwindigkeiten nach einer RAYLEIGH-Verteilung:

13 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Das gesamte Potential der Windenergie beträgt ein vielfaches des gegenwärtigen Primärenergieverbrauchs Nutzbar davon ist nur ein geringer Anteil Standorte für Windkraftanlagen müssen auf dem Festland oder in Küstennähe im flachen Wasser liegen (Offshore Aufstellung) Technische, ökonomische und Standortprobleme führen zu weiteren Einschränkungen In Deutschland erreichte 2003 der Anteil der Windenergie an der gesamten Stromerzeugung 3,3 %

14 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Biomasse Biomasse wird durch Photosynthese von Pflanzen erzeugt Der Jahresnutzungsgrad ist der jährlich produzierte Heizwert der Biomasse geteilt durch die jährliche Globalstrahlung und erreicht 0,1 bis 1% Der spezielle Anbau von Pflanzen zur Energiegewinnung dient der Erzeugung von Holz, Öl, Zucker oder Stärke Neben der Verwendung von Holz als Brennstoff ist die Gewinnung von Kraftstoffen (Biodiesel, Biogas und Alkohol) von Bedeutung Wirtschaftlich sind diese Verfahren gegenwärtig meistens nicht Für Deutschland kann von einem zukünftig, erschließbaren Potential in der Größe von bis zu 2 % des gegenwärtigen Primärenergieverbrauchs ausgegangen werden.

15 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Geothermische Energie Im Inneren der Erde eine Temperatur von ca °C herrscht Aus radioaktivem Zerfall (von Uran 238 und Thorium 232 zu Blei) resultiert ein in der Erdkruste nach außen gerichteter Wärmestrom von 25 mW/m 2 Insgesamt wird ein mittlerer Erdwärmestrom von 62,5 mW/m 2 gemessen Örtlich treten Werte von 30 bis über 100 mW/m 2 auf Der Wärmetransport erfordert ein Temperaturgefälle von dT/dx = 30 K/km, wenn man im Mittel eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 2,1 W/mK voraussetzt, was etwa der von Granit entspricht Messungen des Temperaturverlaufs liegen bis in m Tiefe vor und bestätigen diesen mittleren Temperaturgradienten in den meisten Gebieten der Erde

16 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Geothermische Energie Aus wasserdurchlässigen Gesteinsschichten ist Wärme günstiger abzuleiten, wenn ein Wasserstrom durch das Gestein gedrückt werden kann die Kontaktflächen sind groß Verbreitet existieren auch unter Druck stehende Reservoire mit heißem Wasser Sie ermöglichen hohe Förderraten pro Bohrung ohne zusätzlichen Energieaufwand zur Förderung

17 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Geothermische Energie Gegenwärtig sind in der Welt ca. 10 GW an elektrischer Leistung installiert Das älteste geothermale Kraftwerk in Larderello (Oberitalien) liefert seit 1913 Elektroenergie Zur Wärmenutzung sind in der Welt Anlagen mit ebenfalls ca. 10 GW installiert Auch in Deutschland ist die direkte Nutzung (Wärmepumpenheizung) schon verbreitet und hat hohe Zuwachsraten (14% pro Jahr) Im Jahr ,04 % des Primärenergie- verbrauchs in Deutschland wurde durch Geothermie gedeckt, d.h. 180 MW

18 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Gravitationsenergie

19 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Gravitationsenergie Allerdings sind die vom Mond ausgeübten Kräfte 2,18 mal so groß wie die von der Sonne hervorgerufenen Addieren sich die durch den Mond und die Sonne hervorgerufenen Kräfte (bei Neumond und Vollmond, d. h. Sonne, Erde und Mond befinden sich auf einer Geraden), ergibt sich die Springflut Wirken die Kräfte gegeneinander Nippflut Die Differenz zwischen Niedrigwasser und Hochwasser wird als Tidenhub bezeichnet Entsprechend der relativen Umlaufzeit des Mondes um die Erde von 24 h 50 min werden gleiche Extremwerte (Niedrigwasser oder Hochwasser) alle 12 h 25 min erreicht

20 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEFORMEN und ENERGIEQUELLEN Gravitationsenergie Genutzt werden können in bestimmten Küstenregionen auftretende hohe Tidenhübe von über 5 m Höhe Für die Nutzung sind Buchten günstig, in denen mit vertretbarem Aufwand Stau- mauern errichtet werden können Die größte Anlage, inzwischen stillgelegt, mit einer Leistung von 240 MW wurde 1966 in Frankreich und in der Mündung der Rance in Betrieb genommen

21 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR Energieverbrauch in der Bundesrepublik Deutschland

22 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR Der Pro-Kopf-Verbrauch an Energie: 6,0 t SKE Dies entspricht fast dem Dreifachen des weltweiten Durchschnitts Der Energieverbrauch: rund 232 kg SKE pro Bruttoinlandsprodukt Im weltweiten Durchschnitt ist dieser spezifische Energieverbrauch doppelt so hoch In Deutschland wird die Energie sehr effizient genutzt Importenergien decken 61 % des Energieverbrauchs Die Devisenrechnung für die Energieimporte (netto) betrug rd. 34,1 Mrd. Statistische Werte, Deutschland 2003

23 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR Mineralöl

24 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR Die Nachfrage nach Ottokraftstoffen wird sich bis 2020 um etwa ein Drittel vermindern Bestimmungsfaktoren: - Rückgang des Bestands an benzinbetriebenen PKW - eine kontinuierliche Verringerung des spezifischen Verbrauchs Der Verbrauch an Dieselkraftstoff steigt in den nächsten Jahren aufgrund eines zunehmenden Bestandes an PKW mit Dieselantrieb, sinkt aber in den Folgejahren und dürfte 2020 unter dem im Jahr 2003 erreichten Niveau liegen Der Bedarf an leichtem und an schwerem Heizöl dürfte 2020 um etwa ein Fünftel geringer sein als 2003 Demgegenüber wird bei Flugkraftstoff künftig noch mit einer leichten Zunahme der Nachfrage gerechnet

25 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR Erdgas 18% 82% 32% 26% 17% 7%

26 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR Steinkohle 26 3% 9% 28% 60% 42% Polen Südafrika Kolumbien Australien

27 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR Braunkohle 159TWh 26,6% J 2020: 180TWh 30%

28 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR Strom 27% 25% 28% 10% 8% 4% Import: 45,8 TWh Export: 53,8 TWh Brutto: 589 TWh Netzverluste: 4% 46% 27%

29 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR es wird erwartet, dass der Verbrauch künftig noch wachsen wird, in der Größenordnung von unter einem Prozent pro Jahr die deutsche Stromwirtschaft steht vor einer umfassenden Modernisierung und Erneuerung ihres Kraftwerkparks - ab 2010 sind voraussichtlich verstärkt fossil gefeuerte Kraftwerke mit dem Ende ihrer technischen Lebensdauer zu ersetzen die politisch beschlossene Beendigung der Nutzung der Kernenergie erfordert die Bereitstellung von Ersatzkapazitäten in der Dekade 2010 bis 2020 sind bis Megawatt Kraftwerksleistung zu errichten

30 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIKENERGIEVERBRAUCH und BEDARFSSTRUKTUR Erneuebare Energien EFD2004.pdf S45 von TWh 8% EEG 65%


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