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Über dieses Buch

Band 2 des 3teiligen Werkes Elektrische Energieversorgung erscheint nun in der 4. Auflage.

Es wurden insbesondere folgende Themen überarbeitet und auf den neusten Stand gebracht: Energiewirtschaft und Klimaschutz, Elektrizitätswirtschaft und die damit verbundenen Liberalisierungsfragen, Kraftwerktechnik, alternative Stromerzeugung und chemische Energiespeicherung.

Die drei Bände Elektrische Energieversorgung zeichnen sich durch die Synthese von theoretischer Fundierung und unmittelbarem Praxisbezug aus. Sie unterstützen das Verständnis und den Lernerfolg mit Übungsaufgaben, Modellbeispielen und Simulationen. Die Autoren schöpfen inhaltlich aus ihrer langjährigen Erfahrung auf dem Gebiet der Energieversorgung sowie didaktisch aus ihrer Lehrtätigkeit an der Hochschule.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Erratum zu: Elektrizitätswirtschaft, Liberalisierung

Zusammenfassung
Das Kapitel 3 wurde versehentlich vor Druckfreigabe vom Autor veröffentlicht. Das Kapitel wurde jetzt überarbeitet. In der korrigierten Version finden Sie die finale inhaltliche und vom Autor freigegebene Fassung. https://​doi.​org/​10.​1007/​978-3-662-48965-9_​3
Valentin Crastan

Energiewirtschaft, Elektrizitätswirtschaft

Frontmatter

1. Energiewirtschaft und Klimaschutz

Zusammenfassung
In Kap. 1 werden die Grundlagen und die Struktur der Energiewirtschaft dargelegt: Primärenergie, Endenergie, Energieträger, Reserven und Ressourcen, Potential und Nutzung erneuerbarer Energien).
Der Energiebedarf und die CO2-Emissionen werden für alle Weltregionen und wichtigsten Länder veranschaulicht und die zukünftig wünschbare Entwicklung im Hinblick auf den Klimaschutz mit Hilfe der wichtigsten Indikatoren erörtert.
Valentin Crastan

2. Wirtschaftlichkeitsberechnungen

Zusammenfassung
Planung und Betrieb energiewirtschaftlicher Anlagen erfordern umfangreiche Analysen technischer und wirtschaftlicher Art. Die Kosten der Energie werden mit Hilfe der Investitionsrechnung ermittelt. Ebenso werden einige Grundlagen der Strompreisgestaltung und Tarifierung gegeben. Für die Einbettung in die allgemeinen Grundlagen wirtschaftlichen Handelns bei Wettbewerb sei auch auf Kap. 3, Abschn. 3.​53.​8 verwiesen.
Valentin Crastan

3. Elektrizitätswirtschaft, Liberalisierung

Zusammenfassung
Die Abschn. 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4 befassen sich mit der Entwicklung des Verbrauchs und dessen klassische Deckung mit hydraulischen (Kap. 4) und thermischen Kraftwerken (Kap. 5), die heute den weit größten Teil der Elektrizität liefern. Andere Methoden der Stromerzeugung werden in Teil III behandelt. Alle mit der Liberalisierung der Elektrizitätsversorgung zusammenhängenden Aspekte werden in den Abschn. 3.5 bis 3.8 eingehend erörtert.
Valentin Crastan

Kraftwerktechnik, Energieumwandlung

Frontmatter

4. Wasserkraftwerke

Zusammenfassung
Wasserkraft ist eine der wichtigsten Energiequellen zur Stromerzeugung. Sie ist ausserdem ökologisch einwandfrei (kein CO2-Ausstoss), wenn der Anlagenbau (Flussstauwerke, Speicher) Natur und Siedlungen angemessen respektiert. Im Jahr 2012 betrug ihr Anteil an der weltweiten Elektrizitätsproduktion 16.5 %. Kapitel 4 gibt einen Überblick über Planung, Technik und Modellierung hydraulischer Kraftwerke.
Valentin Crastan

5. Thermische Kraftwerke

Zusammenfassung
Ausgehend von den thermodynamischen (Anhang A), kernphysikalischen (Anhang B) und energiewirtschaftlichen Grundlagen (Kap. 1 bis 3), werden in Kap. 5 die Prozesse der wichtigsten thermischen Kraftwerke (fossil und nuklear) sowie deren Aufbau und Modellierung dargelegt.
Valentin Crastan

6. Die Wärmepumpe

Zusammenfassung
Seit ca. 140 Jahren sind technische Verfahren bekannt, Wärme mitttels Arbeit von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau „hochzupumpen“. Die Kältemaschine verwendet diese Verfahren seit langem: sie entzieht dem zu kühlenden Objekt Wärme und pumpt diese auf eine leicht über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur hoch. Analog dazu entzieht die Wärmepumpe der Umgebung Wärme und bringt sie auf eine für Heizungszwecke notwendige Temperatur.
Valentin Crastan

Alternative Stromerzeugung, chemische Energiespeicher

Frontmatter

7. Windkraftwerke

Zusammenfassung
Das Potenzial der Windenergie und die Voraussetzungen für eine wirtschaftliche Nutzung wurden bereits in Abschn. 1.​2.​3 kurz erörtert. In Kap. 7 werden die technischen und wirtschaftlichen Aspekte der Windenergienutzung näher behandelt.
Valentin Crastan

8. Photovoltaik

Zusammenfassung
In Kap. 8 werden die Grundlagen der Photovoltaik (photoelektrischer Effekt) und der Solarzellen (Struktur, Typen, Kennlinien, Wirkungsgrade) gegeben. Deren optimale Nutzung erfordert die Kenntnis der Strahlenintensität und somit die Berechnung der scheinbaren Sonnenbewegung relativ zur Erde. Ebenso wird auf die Probleme der Netzkopplung (Wechselrichter) eingegangen.
Valentin Crastan

9. Brennstoffzellen

Zusammenfassung
Mit Brennstoffzellen lassen sich Wasserstoff sowie Erdgas und andere Kohlenwasserstoffe (z. B. Benzin, Methanol) oder Biogas elektrochemisch direkt in elektrische Energie umwandeln. Gegenüber Wärmekraftmaschinen, die den Umweg über die mechanische Energie nehmen, ergeben sich höhere Wirkungsgrade, und dies ohne rotierende Teile und entsprechende Lärmemissionen. Bereits für kleine Leistungen lassen sich Wirkungsgrade von 50–60 % erreichen, was mit konventioneller Technik nur mit Kombianlagen im 10–100 MW-Bereich möglich ist. Die Umweltbelastung bei Verwendung von Erdgas ist wegen des höheren Wirkungsgrads und der andersartigen Verbrennung (kein Ruß, keine Stickoxide, keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe) geringer als bei konventionellen thermischen Kraftwerken. Die CO2-Emissionen können durch Erhöhung des Wasserstoffanteils weiter reduziert werden.
Valentin Crastan

10. Batterien

Zusammenfassung
Wiederaufladbare Batterien oder auch Akkumulatoren werden derzeit für vielfältige Einsatzgebiete entwickelt bzw. für verschiedenartige Anforderungen optimiert. Grosse Entwicklungsschritte sind dabei bei den Lithium-Ionen Batterien sichtbar. Je nach Elektrodentyp lassen sich heute mit lithiumbasierten Batterien die höchsten gravimetrischen Energiedichten bei hoher Langzeitstabilität erzielen. Da zudem die Preise für Lithium-Ionen Batterien sinken, werden diese wohl in Zukunft eine dominierende Rolle bei mobilen netzunabhängigen Energieanwendungen spielen.
Valentin Crastan

11. Kernfusion

Zusammenfassung
Seit den fünfziger Jahren werden Forschungsanstrengungen unternommen, durch kontrollierte Verschmelzung von Wasserstoffkernenzu Helium Energie zu gewinnen. Obwohl große Fortschritte erzielt worden sind, ist die technische Realisierung noch in weiter Ferne, weshalb die wirtschaftliche Tragbarkeit der Kernfusion heute schwer zu beurteilen ist. Die internationale Gemeinschaft versucht dennoch, die Option Fusion für die Zukunft offen zu halten. Deren Bedeutung in Zusammenhang mit der in Kap. 1 dargelegten Klimaproblematik ist offensichtlich. Zusammen mit der Solarstrahlung ist die Kernfusion langfristig die einzige Energiequelle mit praktisch unbegrenztem Potenzial. Es ist jedoch kaum damit zu rechnen, dass vor Mitte des 21. Jh. die Fusion eine für die Energiewirtschaft nennenswerte Rolle spielen wird.
Valentin Crastan

Backmatter

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