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GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport. GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Kohletransport Braunkohle Der transport von Braunkohle.

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Präsentation zum Thema: "GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport. GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Kohletransport Braunkohle Der transport von Braunkohle."—  Präsentation transkript:

1 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

2 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Kohletransport Braunkohle Der transport von Braunkohle ist aufgrund ihres geringen Heizwertes über größere Entfernungen unwirtschaftlich Sie wird deshalb bevorzugt in Grubennähe verstromt bzw. in Brikettfabriken weiterverarbeitet Transport mit Förderbändern

3 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Kohletransport Steinkohle Der Energieaufwand für den Bahntransport: Der höhere Heizwert der Steinkohle rechtfertigt deren Transport über größere Entfernungen mit Bahn und Schiff c ist die Geschwindigkeit über die Entfernung L H 1, H 2 Höhen am Anfang und Ende der Strecke m Masse i B Zahl der nicht planbaren Beschleunigungsvorgänge

4 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Kohletransport Die Kraft: F R Laufwiderstand F L Luftwiderstand A Queschnittsfläche des Zuges c L,i Luftwiderstandsbeiwerte der Lokomotive und Wagen L Luftdichte c Transportgeschwindigkeit

5 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Mineralöltransport

6 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Mineralöltransport Vor dem Beginn des Tankertransports 1886 wurde das Öl in 159-l-Fässern (159 l entsprechen 1 Barrel) transportiert Der Antrieb größerer Schiffe erfolgt mit Gasturbinen ( bis zu 30%), im unteren Bereich ist der Dieselmotor ( bis zu 40%) wirtschaftlich einsetzbar Die sogennanten Supertanker mit einer Tragfähigkeit von ca t erreichen bezüglich des Treibstoffverbrauchs und der Personalkosten eine hohe Wirtschaftlichkeit, können aber nicht in jedem Hafen gelöscht werden Die Energiebilanz (EB) eines Tankers stellt das Verhältnis des Energieeinsatzes für Bau und Betrieb des Schiffes zur transportierten Energiemenge dar; z.B.: Entfernung L=4 600 km, EB=0,16...1,6%; L= km, EB=3,2...4,4%

7 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Mineralöltransport Nachdem im Jahr 1865 in den USA die erste Mineralölpipeline mit einer Länge von ca. 8 km und einem Tagesdurchsatz von 250 t in Betrieb genommen wurde, setzte sich diese Transporttechnik in Europa zu Beginn dieses Jahrhunderts durch Beispiele: Die Südeuropäische Pipeline (SEPL) von Marseille nach Karlsruhe überbrückt eine Entfernung von 782 km. Die Rohrdurchmesser betragen 0,64 bis 1 m und die Fördermengen 10 bis 25 Mill. t/a Die Trans-Alaska-Pipeline (TAP) hat eine Länge von 1280 km bei einem Durchmesser von 1,2 m, und es können bis zu 100 Mill. t/a befördert werden.

8 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Mineralöltransport Die Gesamtdruckdifferenz in einer Mineralölpipeline: p R Reibungsdruckverlust p st statischer Druck Dichte c Strömmungsgeschwindigkeit m´ Massestrom Rohrreibungsbeiwert L Rohrlänge D i Rohrinnendurchmesser p 1, p 2, H 1, H 2 Druck und Höhe am Anfang (1) und Ende (2) der Trasse A i innerer freier Rohrquerschnitt Zuschlag auf die Rohrleitungslänge zur Berücksichtigung der Druckverlustbeiwerte

9 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Mineralöltransport Die elektrische Arbeit: P,M mittlerer Wirkungsgrad von Pumpe und Motor t B gesamte Betriebszeit die spezifischen Transportkosten: k f Jahresfestkosten k v variablen Kosten p E Strompreis m a jährlich transportierte Masse

10 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Mineralöltransport die spezifischen Transportkosten (für =0 und H 1 =H 2 ): die optimale Fördermenge m´ opt mit minimalen spezifischen Transportkoste:

11 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Gastransport Leitungen DN 900 (Innendurchmeser = 900 mm) mit maximalen Betriebsdruck von 67,5 bar ermöglichten einen wirtschaftlichen Transport über Entfernungen von mehreren hundert Kilometern Seit Beginn der 80er Jahre konnten mit Rohren DN 1400 und PN 80 (maximalen Betriebsdruck = 80 bar) die interkontinentalen Trassen errichtet und betrieben werden Für Entfernungen von mehr als 3000 km bzw. bei der Überbrückung von Meeren stellt der Schiffstransport verflüssigten Erdgases eine Alternative dar die Etapen Verflüssigung, Transport und Wiederdampfung relativ hohe energetische Verluste im Bereich von 12 bis 20% der transportierten Energie verursachen Japan wird überwiegend auf diese Weise versorgt Die Druckstufen werden in Niederdruck (p Ü 100 kPa) für kommunale und regionale Verteilungsaufgaben und den Ferntransport unterschieden

12 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Gastransport Die Stoffwerte von Gasen werden häufig auf den Normzustand bei der Temperatur =0 o C und dem Druck p=101,325 kPa bezogen Die Gasdichte wird in der Praxis indirekt angegeben als Dichteverhältnis zur Luft: Der Druckverlust (im Niederdruckbereich): G Gasdichte c Strömungsgeschwindigkeit L Rohrlänge Rohrreibungsbeiwert D i Rohrinnendurchmesser

13 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Gastransport Der Rohrreibungsbeiwert: Re REYNOLDS-Zahl k Rohrrauhigkeitsbeiwert (mm) Oberhalb der kritischen REYNOLDS-Zahl Re krit =2320 beginnt der Übergangsbereich zur ausgebildeten turbulenten Strömung Im allgemein befindet man sich im Bereich der ausgebildeten turbulenten Strömung

14 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Gastransport Da in Hochdruckleitungen das Gesetz für ideale Gase nur bedingt anwendbar ist Korrektur mit der mittleren Kompressibilitätszahl K m bis zu einem Druck von p=70 bar: p m mittlerer absoluter Druck

15 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Gastransport Die minimale Rohrwanddicke: Während n die Qualität von Schweißnähten bewertet, werden Korrosion und Fertigungstoleranzen durch Zuschläge auf die errechnete Mindestwanddicke berücksichtigt p maximaler Innendruck D a äußeren Rohrdurchmesser zul maximal zulässige Materialspannung n Verschwächungsbeiwert

16 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Gastransport Verdichterstationen und Druckregelanlagen Die Verdichterstationen sind zur Überwindung des Reibungsdruckverlusts beim Ferntransport (Transport- verdichtung) oder zur Erzeugung des relativ hohen Drucks für unterirdische Gasspeicher (Speicherverdichtung) erforderlich Die Druckregelanlagen stellen die Verbindung der Abnehmer oder Netze zu Versorgungssystemen höherer Druckstufe dar und haben die Aufgabe, den Ausgangsdruck bei schwankendem Eingangsdruck und wechselnder Belastung auf möglichst konstantem Niveau zu halten.

17 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Elektroenergietransport Der Transport und Verteilung von Elektroenergie erfolgt mit dreiphasigem Wechselstrom bzw. Drehstrom unterschiedlicher Spannung: Niederspannung (bis 1 kV) Hochspannung (oberhalb von 1 kV) Mittelspannung (3 bis 30 kV) für Großabnehmer, städtische und regionale Verteilung Hochspannung (60 und 110 kV) für regionale und überregionale Verteilung sowie für den Ferntransport Ab 220 kV Höchstspannung für Großraumversorgung und Verbundwirtschaft Die Netzfrequenz beträgt in Europa 50 Hz; in den USA und Kanada 60 Hz

18 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Elektroenergietransport Für extrem große Entfernungen: die Entwicklung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) So können ohne Übereinstimmung von Frequenz und Phasenlage Drehstromnetze asynchron miteinander verbunden werden Die Verbundnetze UCPTE Union für die Koordination der Erzeugung und des Transports elektrischer Energie über 300 Millionen Menschen werden aus einer installierten Kraftwerksleistung von mehr als 400 GW versorgt Eine zukünftige Verbindung von Systemen in Ost-West- Richtung über mehrere Tausend km mittels HGÜ-Trassen könnte die tageszeitlichen Verschiebungen der Spitzenbelastung durch entsprechenden Energieaustausch kompensieren, Wasserkraftreserven Rußlands bis nach Sibirien nutzen und damit trotz nicht zu vernachlässigender Übertragungsverluste große Vorteile bringen

19 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Elektroenergietransport Für die Leiterwerkstoffe Kupfer und Aluminium: spezifischer Leitwert Temperatur Temperaturbeiwert R L elektrischer Widerstand A L Querschnitt L Länge die Verlustleistung: P I Stromwärmeverlustleistung P d dielektrische Verlustleistung

20 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Elektroenergietransport Für ein Drehstromnetz: P Wirkleistung; S Scheinleistung; W V,I Stromwärmeverluste Die dimensionslose Jahresdauerlinie für die Stromstärke: Die jährlichen Stromwärmeverluste: d Arbeitsverlustgrad

21 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Elektroenergietransport Der Arbeitsverlustgrad: Für überschlägige Berechnungen:

22 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Elektroenergietransport Die von der Stromwärmeverlustleistung P I erhöhte Leitertemperatur ( L ): U Umgebungstemperatur r 1 Leiterradius r 2 Außenradius des Kabelmantels h Überdeckungshöhe im Erdreich I, E Wärmeleitkoeffizienten des Isoliermaterials und der umgebenden Erde R I, R E thermische Widerstände

23 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport Elektroenergietransport Wirtschaftlichkeit des Transports und der Verteilung von Elektroenergie Transformatoren nutzen das Prinzip der elektromagnetischen Induktion und wandeln eine (Primär- )Wechselspannung U 1 in eine (Sekundär-)Wechselspannung U 2 gleicher Frequenz um Die Stromverluste: in der Niederspannungsebene: ca. 2% im Netz und 1,5% in den Transformatoren in den Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsnetzen ca. 1% und in den zugehörigen Trafostationen 0,5%


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