Energietechnik

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. 1. Einleitung

   Richard Zahoransky, Carsten Fichter

   Zusammenfassung

   Mit der Beherrschung der Energie, zunächst des Feuers, schaffte sich die Menschheit die Basis zur technischen und wirtschaftlichen Entwicklung. Energie in ihren verschiedenen Erscheinungsformen ist zur Nahrungszubereitung, zum Wohnen, zum Transport, zur Kommunikation, in der Technik, Industrie und in der Freizeit unverzichtbar. Energie gehört zu den Grundbedürfnissen. Dieses Buch konzentriert sich vorwiegend auf die Bereitstellung elektrischer Energie. Sie hat die Aufgabe, den Energiebedarf des Anwenders, umgangssprachlich des Verbrauchers oder Nutzers (Industrie, Gewerbe, Handel, Dienstleistungen, Endverbraucher, Landwirtschaft, Elektromobilität) zu decken. Der Energiebedarf wird durch Kraftwerke, die in den nachfolgenden Kapiteln detailliert beschrieben sind, bereitgestellt. Die Kraftwerke nutzen Primärenergien (siehe Kap. 2), d. h. natürlich vorkommende Energien oder Energieträger und wandeln diese in mehreren Schritten zur nutzbaren elektrischen Energie oder in Wärme um. Beispielhaft ist in Abb. 1.1 der Energiefluss von der solaren Strahlung der Sonne bis zur elektrischen Energie dargestellt. Ein Teil der solaren Strahlung wird in Wind transferiert. Die kinetische Energie des Windes wird am Rotor der Windenergieanlage in mechanische Energie und über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Die Windenergieanlage zusammen mit dem elektrischen Generator ist in diesem Beispiel das Kraftwerk, das hier die natürliche Solar- bzw. Windenergie in elektrische Energie wandelt. Im Anschluss erfolgt die Einspeisung der elektrischen Energie in das elektrische Leitungsnetz.

3. 2. Energietechnische Grundlagen

   Udo Schelling

   Zusammenfassung

   Die Energietechnik wandelt natürliche Energievorkommen in für den Menschen nutzbare Formen um. Die in vier Klassen einteilbaren Energieformen lassen sich alle umwandeln, wie Abb. 2.1 veranschaulicht.

   Energie hat die Einheit Joule J. Energie tritt in verschiedenen Erscheinungsformen auf und kann, beispielsweise gemäß Tab. 2.1, klassifiziert werden. Kinetische und potenzielle Energien zählen zur mechanischen Energie, magnetische, elektromagnetische, elektrische und Strahlungsformen der Energie zur elektrischen Energie. Unter chemischer Energie ist die freisetzbare Energie zu verstehen, die sich durch chemische Reaktionen (meist Verbrennung) ergeben kann, unter Kernenergie diejenige Energiefreisetzung, die bei kerntechnischen Reaktionen (Kernspaltung, Kernfusion, radioaktiver Zerfall) auftritt. Die thermische Energie ist am häufigsten anzutreffen. Umgangssprachlich wird sie oft fälschlich als Wärme bezeichnet, da die Übertragung von Wärme i. d. R. die thermische Energie ändert.

4. 3. Überblick, Energiequellen, Energiebedarfe und Abwärmen

   Richard Zahoransky, Carsten Fichter, Frank Allmendinger, Klaus Rüd

   Zusammenfassung

   Die Energiewirtschaft kann grob als Energieökonomie und Energietechnik zusammengefasst werden und hat die Aufgabe, kostengünstige, sichere, ressourcenschonende und umweltfreundliche Energie bereitzustellen.

   Nahezu alle primären Energiequellen basieren auf der solaren Strahlung der Sonne. Auf dieser Grundlage entsteht der Wind, der natürliche Wasserkreislauf basiert darauf und die Biomasse wächst auf Basis von Photosynthese. Folgeprodukte wie die fossilen Rohstoffe Kohle, Öl und Gas, bildeten sich auf der Grundlage von Biomasse (Photosynthese), werden jedoch den Primärenenergien zugeordnet.

   Lediglich Kernbrennstoffe (Uran, Thorium, Plutonium) für Kernkraftwerke, geothermische Wärme (gebildet durch radioaktiven Zerfall und konvektiven Wärmefluss aus dem Erdinneren), Gezeitenenergie (maßgeblich auf dem Schwerfeld des Mondes beruhend) sowie die Kernfusion (bei welcher Wasserstoffatome zu Heliumatome verschmolzen werden), sind nicht auf die solare Strahlung zurückzuführen.

5. 4. Globaler Klimawandel und die Energiewende

   Mario Hoppema, Carsten Fichter, Richard Zahoransky

   Zusammenfassung

   Seit der industriellen Revolution im 19. Jahrhundert hat sich die mittlere Temperatur der Erdoberfläche um etwa 1,3 bis 1,5 °C erhöht. Die Erderwärmung ist eine der Folgen des globalen Klimawandels, welche auch als Klimakrise bekannt ist. Es gibt drei Hauptparameter, die die globale Temperatur bestimmen. Wenn es um Klimawandel geht, ist der Treibhauseffekt der bedeutendste. Der Anstieg von verschiedenen Treibhausgasen durch menschliche Aktivitäten ist zweifelsfrei nachgewiesen und die physikalisch-chemischen Eigenschaften dieser Gase sind schon seit langen Zeiten erforscht. Die Korrelation zwischen dem globalen Temperaturanstieg und den Emissionen von Kohlendioxid ist eindeutig. Die Emissionen der Gase werden, aufgeschlüsselt nach verschiedenen Ländern und Regionen, analysiert. Die Bestrebungen, Treibhausgase zu reduzieren, bekam einen starken Auftrieb durch das Kyoto-Protokoll. Einige Maßnahmen zur CO₂-Reduzierung, wie der Emissionshandel, Clean Development Mechanism (Emissionsreduktionsprojekte zwischen Industriestaaten und Schwellen-/Entwicklungsländern), Joint Implementation (Emissionsreduktions-projekte zwischen Industriestaaten) werden erläutert. Da bereits zu viel CO₂ in die Atmosphäre emittiert wurde, ist eine aktive CO₂-Entnahme aus der Atmosphäre zukünftig notwendig. Hierzu werden die bekannten Techniken behandelt. Um die Ziele zu erreichen, werden die Energiewende und die nötige Transformation der Gesellschaft geschildert.

6. 5. Dampfbetriebene Prozesse für konventionelle und regenerative Anwendungen

   Richard Zahoransky

   Zusammenfassung

   Das Dampfkraftwerk beruht als thermisches Kraftwerk auf einem thermodynamischen Kreisprozess, der Wärme in technische Arbeit umwandelt. Die Arbeit wird mittels Elektrogenerator als elektrische Energie abgegeben.

   Gegen Ende des 19. Jahrhunderts erreichte die elektrische Energie den Verbraucher, wobei zunächst die Wasserkraft genutzt wurde. Mit der Kolbendampfmaschine begann im 18. Jahrhundert die Nutzung thermischer Prozesse. Anfang des 20. Jahrhunderts setzten sich Dampfturbinen durch. Zwischen 1965 und 1985 erfolgten in Deutschland vor allem Investitionen in Kernkraftwerke. Durch die damaligen Kohleverstromungsgesetze, z. B. [44], mussten danach in Deutschland vorwiegend Kohlekraftwerke gebaut werden. Derzeit ist wegen der Förderung der erneuerbaren Energienutzung in Deutschland der Zubau von Großkraftwerken mit fossilen Energieträgern zum Erliegen gekommen. Die aktuelle ehemalige Ampel-Regierung hat in ihrem Koalitionsvertrag [40] den Ausstieg aus der Kohleverstromung bis zum Jahr 2038 beschlossen, jedoch in der Hoffnung, dieses Ziel schon im Jahr 2030 zu erreichen.

7. 6. Solartechnik

   Elmar Bollin, Daniel Kray

   Zusammenfassung

   Die Erde ist ein Empfänger für kosmische Strahlungen. Sie empfängt nur einen winzigen Bruchteil der von der Sonne ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Dieser Bruchteil ist im Wesentlichen bestimmt durch den Abstand dieser beiden und durch das Verhältnis der Durchmesser von Erde und Sonne. Außerhalb der Erdatmosphäre, also extraterrestrisch, werden vom World Radiation Center WRC je Quadratmeter horizontaler Empfängerfläche 1,367 kW∕m² ± 1 % konstant über das gesamte Jahr gemessen.

   Mit dieser Energie wird auf der Erde eine Vielzahl von Prozessen in Gang gehalten. Von jeher verbinden die Menschen mit der Sonne Gesundheit und Leben. Nicht zuletzt liefert die Sonne Energie für das Gedeihen der Biosphäre. Die Sonne treibt die atmosphärischen Prozesse wie Verdunstung, Wind, Wellen und Meeresströmungen des Planeten Erde an. Sie wirkt über den Treibhauseffekt der Erdatmosphäre direkt auf die Gleichgewichtstemperatur der Erde ein und ermöglicht oder verhindert so Randbedingungen für das menschliche Leben. Schon Echnaton und Nofretete verehrten den Sonnengott Aton als Lebensspender 1350 vor Christus.

8. 7. Windenergie

   Carsten Fichter, Richard Zahoransky

   Zusammenfassung

   Die Windenergie stellt einen zentralen Baustein der Energiewende dar. Das Kapitel behandelt die physikalischen Grundlagen der Windenergienutzung, beginnend mit meteorologischen Aspekten wie Windprofilen und Turbulenzeffekten, bis hin zur aerodynamischen Energieumwandlung durch das Betz’sche Gesetz. Moderne Windenergieanlagen arbeiten als Auftriebsläufer mit Leistungsbeiwerten von bis zu 50%. Der aktuelle technologische Stand umfasst Onshore-Anlagen mit 4-6 MW und Offshore-Anlagen mit 10-15 MW Nennleistung, wobei pitch-geregelte Systeme mit variabler Drehzahl dominieren. Die Anlagenkomponenten, von der aerodynamischen Rotorblattgestaltung über den Antriebsstrang bis zur Netzanbindung, werden detailliert erläutert. Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Lebenszyklus der Anlagen - von der Projektierung über den 20-jährigen Betrieb bis zum Repowering oder Rückbau. Mit spezifischen CO₂-Emissionen von nur 10-18 g/kWh und einer energetischen Amortisationszeit von 5-12 Monaten leistet die Windenergie einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung, wobei aktuelle Herausforderungen wie Flächenverfügbarkeit, Genehmigungsprozesse und das Recycling der Komponenten adressiert werden.

9. 8. Wasserkraftwerke

   Carsten Fichter, Richard Zahoransky

   Zusammenfassung

   Das Kapitel Wasserkraftwerke bietet einen spannenden Einblick in die älteste und vielseitigste Form der erneuerbaren Energie. Von klassischen Laufwasserkraftwerken bis zu innovativen Meeresenergiesystemen wird das enorme Potenzial der Wasserkraft aufgezeigt. Besonders faszinierend ist die Vielfalt der technischen Lösungen: Während Hochdruck-Speicherkraftwerke mit Fallhöhen von bis zu 1000m arbeiten, nutzen Gezeitenkraftwerke die natürliche Dynamik der Meere. Die verschiedenen Turbinentypen - von der effizienten Kaplan-Turbine für große Wassermengen bis zur hochspezialisierten Pelton-Turbine für extreme Gefälle - demonstrieren dabei eindrucksvoll die ingenieurtechnische Entwicklung. Mit Wirkungsgraden von bis zu 90% gehören Wasserkraftwerke zu den effizientesten Energiewandlern überhaupt. Als grundlastfähige, regelbare und CO₂-arme Technologie mit nur 4g CO₂/kWh spielt die Wasserkraft eine Schlüsselrolle in der nachhaltigen Energieversorgung - trotz der Herausforderungen beim Umwelt- und Naturschutz.

10. 9. Energetische Verwertung von Biomasse und Müll

    Richard Zahoransky

    Zusammenfassung

    Etwa 0,1 % der Solarenergie wandelt sich durch Fotosynthese aus dem Kohlendioxid der Luft in Biomasse um. Die Biomassen sind als Festbrennstoff nutzbar oder zu gasförmigen Brennstoffen weiterverarbeitbar. Zwei Arten von Biomassen sind zu unterscheiden:Als anfallende Biomassen gelten Rest- bzw. Abfallhölzer der Forstwirtschaft und holzverarbeitenden Industrie sowie landwirtschaftliche Abfall- und Nebenprodukte wie Stroh und Fäkalien. Langfristige Projekte propagieren den Anbau von Energiepflanzen, die als Festbrennstoff oder als Ausgangsmaterial für flüssige und gasförmige Brennstoffe dienen. Als angebaute Biomassen kommen schnellwachsende Gräser (C4-Pflanzen), Raps sowie Miscanthus in Frage. Anfallende Biomasse, also Abfallbiomasse, ist deutlich preisgünstiger als angebaute Biomasse. Abb. 9.1 gibt den Überblick zur energetischen Nutzung.

    Wegen des geringen volumenbezogenen Heizwertes der Biomassen sind Transportwege zu minimieren. Nur kleine, dezentrale Anlagen am Ort des Biomassenanfalls sind sinnvoll, die Leistungen bis in den unteren Megawattbereich aufweisen.

11. 10. Nutzung geothermischer Energie

    Carsten Fichter, Richard Zahoransky

    Zusammenfassung

    Das Wort Geothermie kommt aus dem Griechischen und setzt sich aus „Geo“ = Erde und „Thermie“ = Wärme zusammen. Bei der Geothermie wird die Wärme des warmen Untergrunds genutzt. Geothermie ist eine regenerative (CO₂-freie), stetig verfügbar, von Witterungseinflüssen, Tages- und Jahreszeiten unabhängige Energiequelle, was sie von anderen regenerativ/erneuerbaren Energien, wie z. B. Wind und Photovoltaik, unterscheidet. Tiefengeothermische Kraftwerke sind grundlastfähig und können andere CO₂ intensive Grundlastkraftwerke wie Steinkohlekraftwerke ersetzen. Es wird die oberflächennahe (0–400 m) und die tiefe Geothermie (> 400 m) unterschieden. Oberflächennahe Geothermie wird zur Wärmeversorgung von Gebäuden eingesetzt. Tiefe Geothermie kommt zur Strom- und Wärmeerzeugung zum Einsatz.

    Mit zunehmender Tiefe (der Bergmann spricht von Teufe, in diesem Dokument wird Tiefe verwendet) nimmt die Erdtemperatur zu. Im inneren Erdkern herrschen Temperaturen von 3000 bis 6000 K. Durch Wärmeleitung entsteht ein Wärmestrom zur kalten Erdoberfläche. Nur an wenigen Stellen in der oberen Erdkruste wird Erdwärme durch Wasser- und Dampfströmungen an die Oberfläche befördert.

12. 11. Brennstoffzellen

    Frank Allmendinger, David Degler, Udo Schelling

    Zusammenfassung

    Brennstoffzellen, insbesondere mit grünem Wasserstoff (Abschn. 11.6) als Brennstoff, sind mit der Vision der Wasserstoffwirtschaft für eine klimaneutrale Gesellschaft in den Fokus der Mobilität und Energieversorgung gerückt. Dabei ist diese Vision nicht neu und Wasserstoff als zukünftiger Energieträger wurde bereits 1874 von Jules Verne (1828–1905) in seinem Buch Die geheimnisvolle Insel beschrieben. Im 19. Jahrhundert, schon vor dem Einsatz der Verbrennungskraftmaschinen und der Erfindung des elektrischen Generators, wurden die Grundlagen der Brennstoffzellentechnologie entdeckt und beschrieben.

    Sir Humphry Davy (1778–1829) experimentierte um 1802 mit galvanischen Elementen und spürte nach dem Experiment einen elektrischen Schlag, ohne diesen Effekt einordnen zu können. Die ersten reproduzierbaren Versuche führte in Basel der deutschstämmige Forscher Christian Friedrich Schönbein (1799–1868) und fast zeitgleich in London Sir William Robert Grove (1811–1896) durch, denen 1838/39 die gezielte Umkehr der H₂∕O₂-Elektrolyse gelang [1, 2]. Die Grove’sche Gasbatterie ist in Abb. 11.1, dargestellt. Diese besteht aus in Reihe geschalteten Brennstoffzellen, in denen Wasserstoff und Sauerstoff in schwefelsaurer Lösung an Platinelektronen zu Wasser umgesetzt werden und dabei ein elektrischer Strom erzeugt wird.

13. 12. Gasturbinen-Kraftwerke

    Richard Zahoransky

    Zusammenfassung

    Das Wort Gasturbine rührt nicht vom Brennstoff her, der gasförmig, flüssig oder sogar fest sein kann, sondern vom gasförmigen Arbeitsmedium, das bei üblichen offenen Gasturbinen Luft und nach der inneren Verbrennung Luft-Rauchgas ist. Der Brennstoff wird dem angesaugten Arbeitsmedium Luft zugeführt, so dass eine innere Verbrennung stattfindet. Das Abgas wird bei den üblichen offenen Gasturbinen wegen den relativ geringen Emissionen – von CO₂ abgesehen – ohne Nachbehandlung in die Atmosphäre abgegeben.

    Stationäre Gasturbinen dienen in der Energieversorgung als Spitzenlastanlagen, zur Kraft-Wärmekopplung und sind integrierter Bestandteil von Kombinationskraftwerken mit einem nachgeschalteten Dampfkraftwerk (siehe Kap. 14). Auch zum deutschen Umbau der Energiewirtschaft auf erneuerbare Energiequellen werden auf absehbare Zeit Gasturbinen zur Abdeckung der Spitzenlasten bzw. bei Flauten von Wind und Sonneneinstrahlung benötigt.

    Derzeit beschäftigen sich die Hersteller mit der Bereitstellung von „H₂-ready“-Gasturbinen [31, 32] zum CO₂-freien Betrieb mit „grünem Wasserstoff“ (siehe Kap. 3). Die neuen Anlagen mit zwei SIEMENS Gasturbinen SGT-800 (je 62 MW elektrischer Leistung) im EnBW-Heizkraftwerk Stuttgart-Münster werden von Anfang an „H₂-ready“ für bis zu 100 % Wasserstoff gebaut (Baubeginn 2023). Doch auch andere Hersteller entwickeln Gasturbinen für den Wasserstoffbetrieb, z. B. [31].

14. 13. Stationäre Kolbenmotoren für energetischen Einsatz

    Maurice Kettner, Richard Zahoransky

    Zusammenfassung

    Kolbenmotoren finden in der Energieversorgung vielfältig Verwendung als Notstromaggregate, als Antrieb für Pumpen in Großkraftwerken und in dezentralen Blockheizkraftwerken (BHKW). Motoren für Notstromaggregate und zum Antrieb von Arbeitsmaschinen werden meist mit Diesel-Kraftstoff betrieben. In BHKW dominieren Gasmotoren, wobei Erdgas, Bio-, Deponie- oder Klärgas als Kraftstoff bevorzugt sind. Die wesentliche Thermodynamik der Otto-, Diesel- und Stirling-Motoren wird in Kürze behandelt, während die Gasmotoren tiefere Behandlung finden. Die Motoren für die Energieversorgung stammen i. Allg. von mobilen Anwendungen ab und werden an die energietechnischen Anwendungen angepasst. Technische Details der Motoren sind in der Fachliteratur zu finden, z. B. [1]. Die Website [2] gibt einen umfassenden Überblick über Hersteller und deren Kolbenmotoren.

    Die hier nicht behandelten, altbekannten Kolbendampfmaschinen finden in der Energietechnik vereinzelt Anwendung bei geringer Leistung und geringen Temperaturniveaus, z. B. in RC- oder ORC-Anlagen oder für die Erdgasentspannung [3, 4].

15. 14. Kombinationskraftwerke

    Richard Zahoransky

    Zusammenfassung

    Die Gründe, aus denen Energieversorgungsunternehmen zunehmend Kombinationskraftwerke aus Gasturbinen und Dampfkraftwerken (auch Kombikraftwerke oder Gas- und Dampfturbinen GuD genannt) beim Zubau von Kraftwerkskapazitäten bevorzugen, sind vielfältig: Höchste thermische/elektrische Wirkungsgrade, einsetzbar für elektrische Spitzen- und Grundlast, geringe Schadstoffemissionen, relativ schnelle Bauzeiten und geringe spezifische Investionskosten. Es sei hier allerdings kritisch angemerkt, dass in Deutschland der Zubau von thermischen Kraftwerken (auch der von Kombinationskraftwerken) wegen den Auswirkungen der Energiewende zum Erliegen gekommen ist (siehe Kap. 4). Demgegenüber wurde im Jahr 2018 in Ägypten von der SIEMENS AG der weltweit größte GuD-Kraftwerkspark mit 14,4 GW fertiggestellt [26].

16. 15. Kernkraftwerke

    Hans-Josef Allelein

    Zusammenfassung

    Zunächst werden die physikalischen Grundlagen der Kernenergie, ebenso wie der prinzipielle Aufbau eines Reaktors vorgestellt, wobei der Reaktorsicherheit besonderes Augenmerk gewidmet ist. Bei der Vorstellung von Reaktorkonzepten wird vertieft auf Druck- und Siedewasserreaktoren eingegangen, die weltweit mit ca. 370 von insgesamt etwa 440 nuklearen Kraftwerksblöcken den Hauptanteil stellen. Andere Konzepte mit Zukunftspotenzial werden ebenfalls vorgestellt. Da in Deutschland Ende März 2023 die letzten Kernkraftwerke abgeschaltet wurden, fokussiert sich das nationale Interesse auf die Endlagerung der radioaktiven Abfallprodukte. Das überarbeitete Kapitel gibt die aktuelle Situation bezüglich des aus Kernkraftwerken stammenden, endzulagernden Materials und die derzeit in Deutschland prioritäre Suche nach einem Standort für das nukleare Endlager wieder. Die Nutzung der Kernenergie ist untrennbar mit dem Element Uran verknüpft. Reines Uran ist ein silberweiß glänzendes, relativ weiches Schwermetall. In der Elementhäufigkeit steht Uran vor Gold, Silber oder Quecksilber.

17. 16. Blockheiz-Kraftwerke, Kälteanlagen, Wärmepumpen und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

    Richard Zahoransky, Maurice Kettner

    Zusammenfassung

    Die thermischen Wirkungsgrade von Kraftwerken zur Stromerzeugung sind relativ gering. Beispielsweise erreichen moderne Kohlekraftwerke heute etwa 45 %, Gasturbinen maximal 40 % sowie Diesel- und Gas-Motoren bis ca. 50 %. Kombinations-Kraftwerke, d. h. Gas- und Dampfturbinen-Prozesse, können über 60 % thermischen Wirkungsgrad bei der Umwandlung der zugeführten Wärme in mechanische bzw. elektrische Energie erzielen. Ein ähnlich hoher Wert wird in Zukunft von den Brennstoffzellen erwartet. Der nicht in Arbeit umgewandelte Anteil der zugeführten Wärme fällt als Abwärme an und geht ungenutzt in die Umgebung. Ein Teil dieser Abwärme lässt sich durch entsprechende Installationen bei allen Kraftwerksprozessen zur Wassererwärmung oder zur Dampferzeugung für industrielle Zwecke nutzen. Für Heiz- und Prozesswärme genügt eine Temperatur der Abwärme von 60 bis 80 °C, während die Erzeugung von Industriedampf deutlich höhere Temperaturen voraussetzt.

18. 17. Energieverteilung

    Harald Schwarz

    Zusammenfassung

    Zur vergleichenden Beurteilung des Energietransports dienen folgende spezifische Kenngrößen:

    • Transportkapazität; förderbarer Energiestrom pro Leitung in kW.
    • Entfernungsspezifischer Wirkungsgrad; abnehmerseitig nutzbare Energie (eingespeiste Energie abzüglich Transportenergie) bezogen auf die eingespeiste Energie und Entfernungseinheit, z. B. in %∕km.
    • Spezifische Förderkosten; Kosten bezogen auf transportierte Energie und Entfernung in Euro∕(kJ · m). Diese spezifischen Förderkosten lassen sich in spezifische Investitions- und Betriebskosten aufschlüsseln.
    • Spezifische Investitionskosten; Baukosten bezogen auf transportierbare bzw. transportierte Energie und Länge in Euro∕(kJ · m).
    • Spezifische Betriebskosten; Kosten des Betriebs (Unterhalt, Wartung, Reparatur, Messung, Energieverluste beim Transport, …) bezogen auf transportierte Energie und Länge in Euro∕(kJ · m).

    Nachfolgend wird zuerst das Elektro-Energiesystems vorgestellt und danach einige Erläuterungen zu Transporttechniken für Wärme und andere Energieträger gegeben.

19. 18. Energiespeicherung

    Carsten Fichter, Richard Zahoransky, David Degler

    Zusammenfassung

    Die Energiespeicherung ist einer der wichtigsten Schlüssel für das Gelingen der Energiewende. In diesem Kapitel lernen Sie die verschiedenen Möglichkeiten kennen, wie überschüssige erneuerbare Energie für Zeiten mit wenig Wind und Sonne gespeichert werden kann. Von klassischen Pumpspeicherkraftwerken über innovative Batterietechnologien bis hin zu zukunftsweisenden Power-to-X Konzepten wird das gesamte Spektrum moderner Speichertechnologien behandelt.

    Besonders interessant ist der Bereich der grünen Wasserstofftechnologie, die eine Schlüsselrolle bei der langfristigen Energiespeicherung und Sektorkopplung spielt. Sie erfahren, wie aus erneuerbarem Strom per Elektrolyse grüner Wasserstoff hergestellt wird und wie dieser als vielseitiger Energieträger in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommen kann - sei es zur Rückverstromung, als Treibstoff für Fahrzeuge oder als Rohstoff für die chemische Industrie.

    Das Kapitel vermittelt nicht nur theoretisches Wissen, sondern zeigt auch konkrete Praxisbeispiele wie aktuelle Pilot- und Demonstrationsanlagen. Sie lernen die technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen kennen und erhalten einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen im Bereich der Energiespeicherung. Als angehende Ingenieurinnen und Ingenieure werden Sie in Ihrem späteren Berufsleben mit hoher Wahrscheinlichkeit mit diesen Technologien in Berührung kommen. Die hier vermittelten Grundlagen sind daher essentiell für alle, die aktiv an der Gestaltung einer nachhaltigen Energiezukunft mitwirken möchten.

20. 19. Lösungen der Übungsaufgaben

    Richard Zahoransky

    Zusammenfassung

    Lösungen der Übungsaufgaben

21. Backmatter