Energietransport GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport.

Präsentation zum Thema: "Energietransport GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport."—  Präsentation transkript:

1 Energietransport GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

2 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 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

3 Kohletransport Steinkohle
Der höhere Heizwert der Steinkohle rechtfertigt deren Transport über größere Entfernungen mit Bahn und Schiff Der Energieaufwand für den Bahntransport: c ist die Geschwindigkeit über die Entfernung L H1, H2  Höhen am Anfang und Ende der Strecke m  Masse iB  Zahl der nicht planbaren Beschleunigungsvorgänge GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

4 Kohletransport Die Kraft: FR  Laufwiderstand FL  Luftwiderstand
A  Queschnittsfläche des Zuges cL,i  Luftwiderstandsbeiwerte der Lokomotive und Wagen L  Luftdichte c  Transportgeschwindigkeit GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

5 Mineralöltransport GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

6 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% GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

7 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. GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

8 Mineralöltransport Die Gesamtdruckdifferenz in einer Mineralölpipeline: pR Reibungsdruckverlust pst statischer Druck  Dichte c Strömmungsgeschwindigkeit m´ Massestrom  Rohrreibungsbeiwert L Rohrlänge Di Rohrinnendurchmesser p1, p2, H1, H2 Druck und Höhe am Anfang (1) und Ende (2) der Trasse Ai innerer freier Rohrquerschnitt  Zuschlag auf die Rohrleitungslänge zur Berücksichtigung der Druckverlustbeiwerte GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

9 Mineralöltransport Die elektrische Arbeit:
P,M mittlerer Wirkungsgrad von Pumpe und Motor tB gesamte Betriebszeit die spezifischen Transportkosten: kf Jahresfestkosten kv variablen Kosten pE Strompreis ma jährlich transportierte Masse GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

10 Mineralöltransport die spezifischen Transportkosten (für =0 und H1=H2): die optimale Fördermenge m´opt mit minimalen spezifischen Transportkoste: GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

11 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 (pÜ < 10 kPa) und Mitteldruck (10 kPa < pÜ < 100 kPa) für kommunale Verteilungsnetze sowie in Hochdruck (pÜ > 100 kPa) für kommunale und regionale Verteilungsaufgaben und den Ferntransport unterschieden GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

12 Gastransport Die Stoffwerte von Gasen werden häufig auf den Normzustand bei der Temperatur =0oC 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 Di Rohrinnendurchmesser GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

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

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

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

16 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. GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

17 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 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

18 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 GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

19 Elektroenergietransport
Für die Leiterwerkstoffe Kupfer und Aluminium:  spezifischer Leitwert  Temperatur  Temperaturbeiwert RL elektrischer Widerstand AL Querschnitt L Länge die Verlustleistung: PI Stromwärmeverlustleistung Pd dielektrische Verlustleistung GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

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

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

22 Elektroenergietransport
Die von der Stromwärmeverlustleistung PI erhöhte Leitertemperatur (L): U Umgebungstemperatur r1 Leiterradius r2 Außenradius des Kabelmantels h Überdeckungshöhe im Erdreich I, E Wärmeleitkoeffizienten des Isoliermaterials und der umgebenden Erde RI, RE thermische Widerstände GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport

23 Elektroenergietransport
Wirtschaftlichkeit des Transports und der Verteilung von Elektroenergie Transformatoren nutzen das Prinzip der elektromagnetischen Induktion und wandeln eine (Primär-)Wechselspannung U1 in eine (Sekundär-)Wechselspannung U2 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% GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK Energietransport