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2022 | Buch

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Elektrische Energieversorgung 2

Energiewirtschaft und Klimaschutz, Elektrizitätswirtschaft und Liberalisierung, Kraftwerktechnik und alternative Stromversorgung, chemische Energiespeicherung

verfasst von: Valentin Crastan, Michael Höckel

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Der hier vorliegende zweite Band des dreiteiligen Werkes „Elektrische Energieversorgung“ widmet sich den Aufgaben der Energiewirtschaft inklusive der Aspekte zum Klimaschutz sowie der Beschaffenheit des Energiemarktes. Kraftwerktechnik sowie Anlagen zur Stromerzeugung aus regenerativen Energiequellen und Energiespeicherung runden diesen Band im Bereich Elektrizitätswirtschaft ab.

Alle 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 bzw. Simulationen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Energiewirtschaft, Elektrizitätswirtschaft

Frontmatter

Kapitel 1. Energiewirtschaft und Klimaschutz

Zusammenfassung

In Kap. 1 werden die Grundlagen und die Struktur der Energiewirtschaft dargelegt: Primärenergie, Endenergie, Energieträger, Reserven und Ressourcen, Potenzial und Nutzung erneuerbarer Energien). Der Energiebedarf und die CO₂-Emissionen werden für alle Weltregionen und wichtigsten Länder veranschaulicht, s. dazu vor allem Abschn. 1.7, und die zukünftig wünschbare Entwicklung im Hinblick auf den Klimaschutz mithilfe der wichtigsten Indikatoren erörtert.)

Valentin Crastan, Michael Höckel

Kapitel 2. Energiewirtschaftliche Grundlagen

Zusammenfassung

Die Abschn. 2.1, 2.2, 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.

Valentin Crastan, Michael Höckel

Kapitel 3. Elektrizitätswirtschaft, Liberalisierung

Zusammenfassung

Die Elektrizitätswirtschaft befindet sich aufgrund der weltweiten Liberalisierung in einer Umbruchphase. Die Abschn. 3.1 und 3.2 befassen sich ausführlich mit den Fragestellungen, welche sich durch den Wettbewerb stellen. Abschn. 3.3 ist der schweizerischen Variante der Strommarktöffnung gewidmet. Ein Land, welches sich zwar im Zentrum der UCTE befindet, aber nicht den Regeln der Europäischen Union untersteht. Mögliche Auswirkungen sowie die Funktionsweise liberalisierter Elektrizitätsmärkte und das damit verbundene Risikomanagement werden in den Abschn. 3.4 und 3.5 besprochen.

Valentin Crastan, Michael Höckel

Kraftwerktechnik, Energieumwandlung

Frontmatter

Kapitel 4. Wasserkraftwerke

Zusammenfassung

Wasserkraft ist die wichtigste erneuerbare Energiequelle zur Stromerzeugung. Sie ist außerdem ökologisch einwandfrei (kein CO₂-Ausstoss), wenn der Anlagenbau (Flussstauwerke, Speicher) Natur und Siedlungen angemessen respektiert. Im Jahr 2018 betrug der Anteil der Wasserkraft an der Elektrizitätsproduktion ist weltweit etwa 16 % (In der OECD 17.8 %, in Europa 16, 1 % (s. für Details. Tab. 4.1), USA 7.1 %, Japan 8.4 %, Canada 60 %, Russland 17.3 %, Mittel-und Südamerika 55 %, Brasilien 65 %, China 17, 1 %, Indien 9, 5 %, Indonesien 7.6 %, Afrika 16, 2 %, Äthiopien 96 %, Nigeria 17, 8 %, Südafrika 2, 2 %, Mittlerer Osten 1.6 %), [www.iea.org/data-and-statistics] I Kap. 4 gibt einen Überblick über Planung, Technik und Modellierung hydraulischer Kraftwerke.

Valentin Crastan, Michael Höckel

Kapitel 5. Thermische Kraftwerke

Zusammenfassung

Ausgehend von den thermodynamischen (Anhang A), kernphysikalischen (Anhang B) und energiewirtschaftlichen Grundlagen (Kap. 2), werden in Kap. 5 die Prozesse der wichtigsten thermischen Kraftwerke (fossil und nuklear) sowie deren Aufbau und Modellierung dargelegt.

Valentin Crastan, Michael CrastanCrastanCrastan

Kapitel 6. Die Wärmepumpe

Zusammenfassung

Seit ca. 150 Jahren sind technische Verfahren bekannt, Wärme mittels 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, Michael Höckel

Alternative Stromerzeugung, chemische Energiespeicher

Frontmatter

Kapitel 7. Windkraftwerke

Zusammenfassung

Das Potenzial der Windenergie und die Voraussetzungen für eine wirtschaftliche Nutzung wurden bereits in Abschn. 1.2.3 kurz erörtert. Dieses Kapitel beschreibt die Methoden zur Ermittlung der Windleistung sowie Windradtypen und deren Leistung.

Valentin Crastan, Michael Höckel

Kapitel 8. Photovoltaik

Zusammenfassung

Die Sonne liefert mit einer Leistung von bis zu 1361 W/m² eine jährliche Energiemenge von 5,6 × 10²⁴ J an die Erdatmosphäre. Davon werden ca. 30 % direkt reflektiert und 70 % in langwellige Strahlung umgewandelt und in Form von Wärme wieder abgestrahlt. Diese Menge an eingestrahlte Sonnenenergie ist 10.000-mal mehr als der derzeitige anthropogene Energieverbrauch.

Valentin Crastan, Michael Höckel

Kapitel 9. Wasserstoff und Brennstoffzellen

Zusammenfassung

Wasserstoff ist ein Energieträger mit der

höchsten gravimetrischen Energiedichte mit einem Brennwert von 141.8 MJ/kg bzw. 39.4 kWh/kg (Man unterschiedet bei wasserstoffhaltigen Energieträgern den (unteren) Heizwert und den Brennwert bzw. oberer Heizwert. Beim oberen Heizwert ist zusätzlich die Energie berücksichtigt, die bei der Kondensation der Verbrennungsprodukte (H₂O) frei wird und entspricht im wesentlichen der Verbrennungsenthalpie des Eduktes. Bei Wasserstoff ist der Heizwert bei Umgebungsbedingungen 120 MJ/kg und somit ca.20 % geringer!),
die bereits bei Umgebungstemperaturen über eine elektrochemische Reaktion mit Sauerstoff direkt und effizient in elektrische Energie transformiert werden kann
und bei der Nutzung keinerlei Schadstoffe emittiert.

Valentin Crastan, Michael Höckel

Kapitel 10. Elektrochemische Energiespeicherung

Zusammenfassung

In elektrochemischen Zellen lassen sich chemische Bindungsenergie und elektrische Energie direkt ineinander umwandeln. Je nach Art der elektrochemischen Zelle unterscheidet man zwischen

galvanische Zellen für die Erzeugung elektrischer Energie oder die Abscheidung von Elementen aus Lösungen,
Elektrolysezellen für die Gewinnung von Metallen, die Erzeugung von hochreinen Gasen oder zur Einspeicherung von elektrischer Energie,
Analysezelle für die Bestimmung von Komponenten in Gasgemischen.

Valentin Crastan, Michael Höckel

Kapitel 11. Kernfusion

Zusammenfassung

Seit den fünfziger Jahren werden Forschungsanstrengungen unternommen, durch kontrollierte Verschmelzung von Wasserstoffkernen zu 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, Michael Höckel

Backmatter

Titel: Elektrische Energieversorgung 2
verfasst von: Valentin Crastan
Michael Höckel
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-65105-6
Print ISBN: 978-3-662-65104-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-65105-6