Zwänge, Trends, Hoffnungen 3a. Zukunftsenergie Zwänge, Trends, Hoffnungen

3a. Übersicht Zukunftsenergien .1 Fossile Kraftwerke im zweiten und letzten Frühling .11 Ausgangslage : Stromerzeugung: Hoher Ersatz und Neubaubedarf .12 Strategie für die weitere Entwicklung der „fossilen“ Sromerzeugung .121 Horizont 1: Einsatzfähige technik : state of the art .122 Horizont 2: Weiterentwicklung der Kohlekraftwerkstechnik .123 Horizont 3: Kraftwerke mit CO2 Sequester. „CCS“ .2 Kernenergie – ungeliebter Retter vor dem Klimaschock ? .21 Stromerzeugung aus Atomkraft : Derzeitiger Stand .22 im Bau, geplant, visioniert .23 auch in Deutschland spricht man noch über Kernkraft [ z.B. auf der Jahrestagung der Physiker (DPG)] .3 Kernfusion , die Sonne auf der Erde .4 Sonnenenergie thermische Solarenergie, PV, Biomasse, Wind

Fossile Kraftwerke im zweiten und letzten Frühling .1 Fossile Kraftwerke im zweiten und letzten Frühling

Stopp: Vor dem 2. kommt der 1. Frühling, in unserem Falle: Wichtige Grundlagen der Technischen Thermodynamik Wer Technische Thermodynamik endlich mal richtig, gründlich und gut verständlich lernen will, dem empfehle ich das Lehrbuch: Erich Hahne: „Technische Thermodynamik“, 3.A.,Oldenbourg Verlag München 2000, ISBN=3-486-25397-2, 529 Seiten, viele und gut durchdachte Abbildungen Und natürliche viele andere Lehrbücher und InternetVorlesungen zu diesem Grundlagenfach. Eine kurze, unvollständige und eklektische Auffrischung der wichtigsten Zusammenhänge zum Verständnis von Kraftwerksprozessen in V3aa_TT-Ueberblick.ptt

Entwicklungslinien der Energietechnik 2004 Wir werfen einen Blick auf das, was den mainstream der Experten (VDI-GET) bewegt: Entwicklungslinien der Energietechnik 2004 Expertenforum der VDI-Gesellschaft Energietechnik am 7./8. September 2004 an der Ruhr-Universität Bochum Themengebiete Kraftwerkstechnik und CO2-Abtrennung Erneuerbare Energien Energiesysteme Brennstoffzellen und neue Antriebe Rationelle Energieverwendung Beachte: 1. die Reihenfolge, 2. Keine Kernenergie, keine Fusionsenergie ( political correct ). 3. Hohe, sogar eigenständige Bedeutung der FuelCells (werden nicht unter „Rationelle Energieverwendung“ subsummiert)

Quellen: /VDI-GET_2004Bochum / = Kongress: Entwicklungslinien der Energietechnik 2004 Expertenforum der VDI-Gesellschaft Energietechnik am 2004_0907 an der Ruhr-Universität Bochum: Insbesondere: / ~ _Ewers/ = Dr. Johannes Ewers, RWE Power AG, Essen, Vortrag „ Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“ Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“

Ausgangslage: 1. Steigender Strombedarf weltweit 2. Bestehende Kohle Kraftwerke (weltweit) mit sehr unterschiedlichem Wirkungsgrad Perspektive: 1. es gibt noch Entwicklungspotential für höhere Wirkungsgrade 2. Das Zauberwort: CCS = Carbon Capture and Storage also die Vision des CO2-Sequester

Ausgangslage : Stromerzeugung: Hoher Ersatz und Neubaubedarf .11 Ausgangslage : Stromerzeugung: Hoher Ersatz und Neubaubedarf Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 5

CO2–Emissionen von Kohlekraftwerken [Gt /a] Ausgangslage: Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken (weltweit) CO2–Emissionen von Kohlekraftwerken [Gt /a] Unser Stand vor vielleicht 50 Jahren Unser Stand vor vielleicht 30 Jahren UrQuelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ , Teil von Folie 4. Eigener Kommentar

.12 Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 2

.121

Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie4

.122 Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 11

Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 16

Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 17

.123 Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 18

Merkt euch das Zauberwort: CCS = Carbon Capture and Storage ausführliche Spezialbehandlung in der Vorlesungseinheit 2.5 (V2.5*.ppt) Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 21-oberer Teil

Kernenergie – ungeliebter Retter vor dem Klimaschock ? .2 Kernenergie – ungeliebter Retter vor dem Klimaschock ?

.21 Stromerzeugung aus Atomkraft : Derzeitiger Stand .22 im Bau, geplant, visioniert .23 auch in Deutschland spricht man noch über Kernkraft [ z.B. auf der Jahrestagung der Physiker (DPG)]

.21 Stand Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Kernenergie in Zahlen (weltweit)1) Kommerzieller Betrieb: 440 Leistungsreaktoren mit 359,9 GWe (net) in 31 Ländern Im Bau: 37 Leistungsreaktoren mit 34,0 GWe (net) in 13 Ländern In der Planung: 58 Projekte mit 56,9 GWe (net) in 12 Ländern Strom aus Kernkraftwerken: In 2004 ca. 16% der weltweiten Stromproduktion 1) Stand: Dezember 2004 Quelle: RWE NUKEM GmbH, Januar 2005 2 RWE NUKEM • 15. März 2005 BezugsQuelle: Vortrag 15. März 2005 in Berlin von Dr. Arthur Max, RWE NUKEM GmbH, Alzenau, Folie 2

Kernenergie international keineswegs aufgegeben .22 Vision Kernenergie international keineswegs aufgegeben Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

.23 Kernenergie als Thema Link zum AKE-Archiv: Energievorträge der 67. Physikertagung Hannover 2003 Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: P.W. Philippen: „Der Hochtemperaturreaktor- Sicherheitseigenschaften.“ ;67.Physikertagung,Hannover 2003

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: P.W. Philippen: „Der Hochtemperaturreaktor- Sicherheitseigenschaften.“ ;67.Physikertagung,Hannover 2003

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: P.W. Philippen: „Der Hochtemperaturreaktor- Sicherheitseigenschaften.“ ;67.Physikertagung,Hannover 2003

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: P.W. Philippen: „Der Hochtemperaturreaktor- Sicherheitseigenschaften.“ ;67.Physikertagung,Hannover 2003

Link zum AKE-Archiv: Energievorträge der 68 Link zum AKE-Archiv: Energievorträge der 68. Physikertagung München 2004 Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: U.Krugmann: „Der EPR und sein Sicherheitskonzept“; 68.Physikertagung, München 2004

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: U.Krugmann: „Der EPR und sein Sicherheitskonzept“; 68.Physikertagung, München 2004

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: U.Krugmann: „Der EPR und sein Sicherheitskonzept“; 68.Physikertagung, München 2004

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

SCWR  Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv:  SCWR

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

MA=Minore Actiniden, siehe Einschub Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Einschub: Minore Actiniden Quelle: http://www.sgkyg.ch/projekt2003/pdf/Folien_Wydler.pdf Datei: SGK_Wydler2003_Stofflüsse_imNuklearenBrennstoffkreislauf_ppt.pdf

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005

Kernfusion , die Sonne auf der Erde .3 Kernfusion , die Sonne auf der Erde

Bindungsenergie pro Nukleon Fusion Spaltung Quelle: /Taube 1988 : Materie, Energie..,; Hirzel Verlag; Abb. 6.14; p.235

Das Lawson Kriterium: Tripelprodukt Zur Zündung müssen : ausreichend viele Teilchen [Plasmadichte n ] oft [Energieeinschlusszeit E ] und heftig genug [Temperatur T ] miteinander zusammenstoßen. Zündkriterium (Lawson): n * E * T >= 6* 1016 [cm-3 s MK ] Praktische Zündbedingungen: Plasmadichte ca. 1014 Teilchen pro cm3 Energieeinschlusszeit 1- 2 [s] Plasmatemperatur 100-200 [M K] Quelle:Milch,I.:“Die Sonne auf die Erde holen“, PhiuZ 26 (1995),Heft 2,p.69-74; p7; und IPP 1995; Kernfusion- berichte aus der Forschung; p.9; IPP_Kernfusion1995.ppt

Die zeitliche Entwicklung bei der Annäherung an die Zündbedingung EU + Japan+Russland u.a: ITER: inVorplanung; Zündung (Internationaler Thermonuklearer Experimentalreaktor) JET = Joint European Torus : (Culham GB) Deutschland: (IPP-Garching): ASDEX; ~ upgrade Wendelsstein 7-AS, 7-X (Greifswald) Isar Japan: JT 60; JT 60U USA: TFTR (Princeton) D III D (San Diego) Alcator (Boston) Russland: T3; T10 Quelle: www.IPP „Forschung“- ergänzt unter Benutzung von /Diekmann-Heinloth 97,Abb. 10.2;p291/

ITER 12 m ITER-FEAT beruht auf dem Tokamak Prinzip, also die Verschraubung des Magnetfeldes wird durch einen Strom im Plasma erzeugt. Der Apparat ist wie eine Zwiebel aufgebaut. Die äußere Hülle heißt Kryostat, sie wird benötigt, weil die supraleitenden Magnete in einem Vakuum stehen müssen, sonst würden sie durch das umgebende Gas zu sehr erwärmt. Dann kommen die Magnete. Dann das Vakuumgefäß. Dann die Abschirmung, das Blanket, die erste Wand und zum Schluß das Plasma. Die Größe der Anlage ist beachtlich,

Stand und Aussichten der Kernfusion: Zeitplan JET ITER Advanced ITER-Prototypen TOKAMAK ITER-FDR Materialentwicklung IFMIF DEMO Asdex-Upgrade Wendelstein 7 AS Wendelstein 7 X ... Sicherheitsforschung Sozi-Ökonomiche Forschung heute heute + 15 heute + 30

Wege zur Plasmazündung 1. Magnetischer Einschluss Lange Einschlusszeit bei niedriger Dichte einige m3 Plasma im magnetichen Einschluss für einige Sekunden Tokamak , Stellarator 2. Trägheitseinschluss Kurze Einschlusszeit bei hoher Dichte Laserlicht oder Teilchenstrahlen verdichten Brennstofftröpfchen für kurze Zeit auf sehr hohe Dichte: MikroSonne 3. Schwerkrafteinschluss Sonne und Sterne aber für irdische Verhältnisse sehr ungewöhnliche Betriebsparameter 4. Myonkatalytische Fusion ( noch sehr Phantasie bewehrt) Hüllelektronen durch 210 mal schwerere Myonen ersetzt, dadurch kleinerer Atomdurchmesser ; „Einschnürung auf Fusionsabstände“ Quelle: /Diekmann-Heinloth 97:“Energie“,p.291 +292; 301ff;

Fusion im Himmel und auf Erden 3.1 Hinweis auf meine umfassendere Darstellung der Kernfusion , zu der wir diesmal aus Zeitgründen nicht mehr kommen: Fusion im Himmel und auf Erden Es folgt das Inhaltsverzeichnis der Vorlesungseinheit „Kernfusion“

3. 1 Fusion im Himmel und auf Erden 3 3.1 Fusion im Himmel und auf Erden 3.11 Bindungsenergie und Fusionsreaktionen. 3.12 Aktueller Stand der Plamaphysik: kurz vor der Zündung 3.121 Die Zündbedingung des Plasma 3.13 Wege zur Plasmazündung (Einschluss) 3.131 Magnetischer Einschluss im Torus .1311 Tokamak .1312 weiterführende Einschlusskonzepte: Stellarator ( 3.132 Trägheitseinschluss) ( 3.133 Schwerkrafteinschluss [Sonne]) 3.14 Plasma-Aufheizung 3.15 Auf dem langen Marsch zum Kraftwerk 3.16 Einige technologische Brennpunkte 3.17 Sicherheit der Fusion 3.18 Der Zwischenspurt zum ITER