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Über dieses Buch

Die Energiewirtschaft wird unter Berücksichtigung der Aspekte Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit sowie Klima- und Umweltschutz in den nächsten Jahrzehnten durch umfassende Veränderungen geprägt sein. Dieses Lehrbuch beschreibt Grundlagen ausgewählter Technologien zur Nutzung regenerativer Energiequellen, denen global langfristig das größte Potenzial eingeräumt wird. Den Schwerpunkt bildet die Umwandlung der Solarstrahlung und der Windenergie. Beide Technologien stellen unverzichtbare Bestandteile einer nachhaltigen Energieversorgung dar. Weiterhin werden die Erzeugung, die Speicherung und der Transport von Wasserstoff sowie Bauarten und Anwendungen von Brennstoffzellen erläutert. Beispielaufgaben und Übungen erleichtern und vertiefen das Verständnis.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zu den globalen Problemen der Menschheit zählen neben der Bereitstellung von Nahrungsmitteln und Trinkwasser in ausreichender Menge und Qualität, die Sicherung der Energieversorgung künftiger Generationen unter Beachtung der Belange des Klima- und Umweltschutzes. Eine nachhaltige Energiewirtschaft berücksichtigt gesellschaftliche und ökonomische Aspekte ebenso wie ökologische. Der sparsame und effiziente Umgang mit fossilen Energieträgern sowie der verstärkte Einsatz regenerativer Energiequellen sind elementare Voraussetzungen, um in den Industrieländern den erreichten Lebensstandard aufrecht zu erhalten sowie in den Entwicklungs- und Schwellenländern die Armut zu überwinden und die Lebensverhältnisse zu verbessern.

Gerhard Reich, Marcus Reppich

2. Grundlagen zur Bewertung von Energiesystemen

Das Ziel der Bewertung von Energiesystemen besteht in einem möglichst umfassenden Vergleich zwischen verschiedenen regenerativen Energiesystemen untereinander sowie zwischen regenerativen und konventionellen Energiesystemen. Die Gegenüberstellung verschiedener Umwandlungstechnologien ist problembehaftet. Es existieren zwar zahlreiche Bewertungskriterien, diese liefern aber nicht immer objektive Ergebnisse. Häufig werden ungeeignete Vergleichsmethoden verwendet oder einzelne Vergleichsparameter zusammenhangslos hervorgehoben. Eine vergleichende Betrachtung kann lediglich zwischen Technologien vorgenommen werden, die die gleiche Art von End- bzw. Nutzenergie bereitstellen, wie elektrische Energie oder Wärme.

Gerhard Reich, Marcus Reppich

3. Nutzung der Solarstrahlung

Die Sonne stellt den Zentralkörper unseres Planetensystems dar. Sie besteht zu etwa 75 % aus Wasserstoff, zu 23 % aus Helium und nur zu ca. 2 % aus schwereren Elementen. Ihr Alter wird auf etwa 4,57 Milliarden Jahre geschätzt. Tab. 3.1 enthält die einige wichtige Daten von Sonne und Erde.

Gerhard Reich, Marcus Reppich

4. Nutzung der Windenergie

Die ungleichmäßige Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche verursacht eine unterschiedliche Erwärmung des Festlandes und der Ozeane sowie der darüber befindlichen Luftmassen. Die resultierenden Dichteunterschiede bewirken eine aufsteigende oder abfallende Luftströmung, die sich in Luftdruckunterschieden äußert. In der Folge entwickeln sich Hoch- und Tiefdruckgebiete. Die ausgleichende Luftströmung, der Wind, die mit einem Stoff- und Energietransport verbunden ist, erfolgt in Bodennähe stets in Richtung des Druckgefälles von Gebieten höheren Luftdrucks zu Gebieten niedrigeren Luftdrucks.

Gerhard Reich, Marcus Reppich

5. Brennstoffzellen

Dieses Kapitel soll den Leser mit Brennstoffzellen vertraut machen. Es wird erklärt, wie eine Brennstoffzelle arbeitet und was ihre wichtigsten Vor- und Nachteile sind. In den nachfolgenden Kapiteln werden die angesprochenen Punkte vertieft, um ein fundamentales Verständnis von Brennstoffzellen zu vermitteln.

Gerhard Reich, Marcus Reppich

6. Wasserstoffherstellung und -speicherung

Wasserstoff wird als Grundstoff in zahlreichen chemischen Prozessen eingesetzt. Jährlich werden in Deutschland ca. 20 Milliarden Normkubikmeter, weltweit 600 Milliarden Normkubikmeter Wasserstoff hergestellt. Dabei fallen rund 40 % des Wasserstoffs als Nebenprodukt bei petrochemischen Prozessen wie der Benzinreformierung und der Ethylen- und Methanol-Herstellung an.

Gerhard Reich, Marcus Reppich

Backmatter

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