VDI-Lexikon Energietechnik

Transkript

1 Energietechnik

2 VDI-Lexikon Energietechnik Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Helmut Schaefer VDI SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH

3 Die Deutsche Bibliothek - ClP-Einheitsaufnahme Schaefer, Helmut: VDI-Lexikon Energietechnik / hrsg. von Helmut Schaefer. Düsseldorf: VDl-Verl., 1994 ISBN ISBN (ebook) DOI / NE: HST Lektorat: Siegfried Binder unter Mitarbeit von Dipl.-Ing. Heinz Gerlach Graphische Darstellungen: Peter Lübke, Wachenheim Gesamtherstellung: Bonner Universitäts-Buchdruckerei Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1994 Ursprünglich erschienen bei VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1994 Softcover reprint ofthe hardcover 1st edition 1994 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen photomechanischen Wiedergabe (Photokopie, Mikrokopie) und das der Übersetzung, vorbehalten. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

4 Vorwort Die Energietechnik ist für den Menschen ein unverzichtbares Mittel zur Ver- und Entsorgung mit Gütern und Dienstleistungen und zur Schaffung von als human empfundenen Lebensbedingungen. Der dafür zu deckende Bedarf an den Nutzenergiearten Licht, Wärme und Kälte, mechanischer Energie und Nutzelektrizität ist auslösendes Moment von vielfach sehr komplexen Ketten von Prozessen, die sehr unterschiedliche Disziplinen berühren. Sie beginnen mit der Exploration, dem Verfügbarmachen und Gewinnen von Primärenergiequellen und -trägem, führen über z. T. mehrere Stufen von Aufbereitung bzw. Umwandlung zu Sekundärenergieträgern sodann unter Einschluß von Energietransport, -Verteilung und -Speicherung in technisch großer Variationsbreite zur Endenergie, die von den letztverbrauchenden Sektoren Haushalt, Kleinverbrauch, Industrie und Verkehr mit den dort installierten Anwendungstechniken in die gewünschten Nutzenergien umgesetzt werden. Alle diese technischen Einzelprozesse haben umweltrelevante Wirkungen, deren Minderung durch Umweltschutztechniken zwingender Bestandteil energietechnischer Systeme in Erzeugung, Umwandlung und Anwendung ist bzw. werden muß. Eine lexikographische Behandlung des Themas Energietechnik stellt eine sehr große Herausforderung dar, weil die unterschiedlichsten Fachdisziplinen mit diesem Begriff in komplexer Weise verknüpft sind. Dementsprechend vielfältig und zahlreich mußten die für das geplante Werk zu gewinnenden Verfasser sein, die aus ihrem Arbeitsgebiet die relevanten Fakten zusammenstellen, und dementsprechend umfangreich wurde mit über Seiten und rd Stichwörtern das vorliegende Lexikon. Es wird mit seinen Texten, Bildern und z. T. umfangreichen Tabellen hoffentlich dazu beitragen, den Kenntnisstand über energietechnische Sachverhalte zu erhöhen, Mißverständnisse zu beseitigen und Fehlinterpretationen zu verhindern. Leider ließ sich die ursprüngliche Planung des Lexikons, die im Interesse einer umfassenden Stoffdarstellung auch die Behandlung energietechnischer Randgebiete vorsah, nicht verwirklichen. Um das Werk noch handhaben zu können, war- auch mit Rücksicht auf den Preis des Werkes- eine Beschränkung auf rd. eineinhalbtausend Seiten zwingend erforderlich. Aus diesem Grund wurde auf die Darstellung folgender Gebiete verzichtet: Geochemie, Elektrizität, Plasmaphysik, Kernphysik und -chemie, Radiochemie, thermische Verfahrenstechnik, technische Zuverlässigkeit, Vereine und Verbände, Wärmetechnik, technische Regelwerke, Gesetze und Verordnungen, Meß- und Regelungstechnik, Leittechnik, Werkstoffe sowie energietechnische Hauptstichwörter der Physik und Chemie. Begriffe aus diesen Bereichen kann der Leser v. a. im Lexikon "Ingenieurwissen- Grundlagen", aber auch in den Fachlexika "Meß- und Automatisierungstechnik" und "Werkstofftechnik" nachschlagen. Am Schluß dieses Lexikons sind als Informationen aus Energietechnik und -Wirtschaft bedeutsame Anzeigen bekannter Firmen abgedruckt. Sie wollen dem Leser u. a. industrielle Ausführungsformen nahebringen und Bezugsmöglichkeiten aufzeigen. Sie tragen außerdem dazu bei, den Preis des Lexikons auf einem annehmbaren Niveau zu halten. Zu danken ist allen Verfassern für ihre Mitarbeit: Sowohl ihr jahrelanger Einsatz als auch ihre Geduld bei der aufwendigen und langwierigen Entstehung verdienen uneingeschränkte Anerkennung. Dank gebührt aber auch den zahlreichen Mitarbeitern des Verlages, den genannten wie den ungenannten, für ihre engagierte Mitwirkung an diesem Werk, das- wiewohl notwendigerweise unvollkommen - so doch hoffentlich als vollständig empfunden wird., im April 1994 Helmut Schaefer V

5 Der Herausgeber Prof Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Helmut Schaefer VDI, Jahrgang 1926, studierte Elektrotechnik an der Technischen Hochschule Karlsruhe und promovierte dort 1957 mit einer Arbeit über den Energiebedarf von Werkzeugmaschinen wurde ihm die Ehrendoktorwürde der Technischen Hochschule Zittau verliehen. Seit 1969 ist Prof. Schaefer Inhaber des Lehrstuhles für Energiewirtschaft und Kraftwerkstechnik der Technischen Universität, zugleich Mitglied des Vorstandes der Gesellschaft für Praktische Energiekunde e. V. und Wissenschaftlicher Leiter der Forschungsstelle für Energiewirtschaft,. Schwerpunkte seiner Arbeit in Lehre und Forschung liegen auf den Gebieten der rationellen Energienutzung, der Energiebedarfsanalyse und der ganzheitlichen Lebenszyklusbewertung energietechnischer Prozesse. Den Vorsitz der VDI-Gesellschaft Energietechnik führt Prof. Schaefer seit Die Autoren Dr. rer. nat. Dipl.-Geol. Manfred Albertsen DGMK Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e. V., Harnburg G. Hartmut Altenmüller Freier Journalist, Königswinter Dipl.-Ing. Michael Bade Umweltbundesamt, Berlin Dr. rer. nat. Herber! Baumann und Prüfung mbh, Institut für Kokserzeugung und Brennstofftechnik, Essen Dr.-Ing. Klaus-D. Beccu Battelle-Europa, Forschungszentrum Genf/Schweiz Dipl.-Ing. Rolf Beckers Umweltbundesamt, Berlin Dr.-Ing. R. D. Rehling vorm. DGMK Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e. V., Harnburg Dr.-Ing. Hans-Georg Bittner Heimsoth Keramische Öfen, Leitung Forschung und Entwicklung, Hildesheim Dr.-Ing. lürgen Blumenberg Institut für Thermodynamik, Technische Universität Dr.-lng. Roland Börner vorm. Institut für Wasserbau, Technische Hochschule Darmstadt Prof Dr.-Ing. Thomas Bohn Fachbereich Energie- und Kraftwerkstechnik, Universität - Gesamthochschule Essen Prof Dr. Manfred Claassen Lehrstuhl für allgemeine Elektrotechnik und augewandte Elektronik, Technische Universität Dr.-Ing. Wilfried Erdmann und Prüfung mbh, Institut für Rohstoffe und Aufbereitung, Essen Prof Dr.-Ing. Ernst Fiala vorm. Volkswagen AG, Leitung Forschung und Entwicklung, Wolfsburg Dipl.-Ing. Hans-Christian Ficke! BMW AG, Abt. Forschung Energiesysteme, Dipl.-Ing. Klaus Forster Vorstandsmitglied der Überlandwerk Unterfranken AG, Würzburg Dr. Frank Friedrich und Prüfung mbh, Institut für Chemische Umwelttechnologie, Essen Dipl.-Ing. Martin Fuchs Solar-Wasserstoff Bayern GmbH, Dipl.-Ing. Ralph Gill Bayerisches Staatsministerium für Landesentwicklung und Umweltfragen, VI

6 Dr.-Ing. Peter Gillmann Institut für Umweltverfahrenstechnik, Universität Essen Dr.-Ing. Ewald Gödde Pipeline Engineering GmbH, Essen; Project Management Team Leader des "Natural Gas Project, Greece" Dr. rer. nat. Franz Cross Neckargemünd Dr. Wolf Grüner Siemens AG, Bereich Energieerzeugung (KWU), Erlangen Dr. rer. nat. Diethard Habermehl DMT-Gesellschaft für Lehre und Bildung mbh, Institut für Unternehmensführung und Fortbildung, Bochum Prof Dr.-Ing. Peter E. Halbach Fachrichtung Rohstoff- und Umweltgeologie, Fachbereich Geowissenschaften, Freie Universität Berlin Dipl.-Ing. Erich Hau ETAPLAN Ingenieurbüro für energietechnische Analysen und Planung GmbH, Prof Dr.-Ing. Hans-fürgen Hentschel Technische Universität ; vorm. Siemens AG, Bereich Antriebs-, Schaltund Installationstechnik, Geschäftsgebiet Beleuchtungstechnik, Traunreut Dr.-Jng. Wilfried Hinrichs Amt!. Materialprüfungsanstalt für Steine und Erden, Clausthal-Zellerfeld Dr. rer. nat. Werner Hodek und Prüfung mbh, Institut für Kokserzeugung und Brennstofftechnik, Essen Dipl.-lng. Gerhard Hoffmann Ruhrgas AG, Essen Prof Dipl.-Phys. Hans-Joachim /sken Fachbereich Ernährung und Hauswirtschaft, Fachhochschule Niederrhein, Krefeld Prof Dr.-Ing. Dr.-lng. E. h. Rudolf Jeschar Institut für Energieverfahrenstechnik, Technische Universität Clausthal Dr.-Ing. Ulrich Kaier Geschäftsführer, Energieconsulting Beideiberg GmbH, Beideiberg Dr. Oskar Kappelmeyer Geothermik-Consult GmbH, Hannover Markscheider Dipl.-lng. Rolf Kaulfuss vorm. Bergbau-Forschung GmbH, Essen Prof Dr. D. Kelletat Fachbereich Bio- und Geowissenschaften, Universität- Gesamthochschule Essen Prof Dr.-Ing. K. F Knoche Institut für Technische Thermodynamik, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen Dr.-Ing. Wolfgang Köhler Kraftwerk Union AG, Erlangen Privatdozent Dr. Siegfried Kokoschka Lichttechnisches Institut, Universität Karlsruhe Prof Dr. Peter H. Koske Institut für Angewandte Physik, Universität Kiel Dipl.-Ing. Bernd Krause Umweltbundesamt, Berlin Dipl.-Ing. G. Krause Verband der Technischen Überwachungs Vereine e. V., Essen Dr.-Ing. K.-H. Kubitzat vorm. Deutsche Montan-Technologie, Essen Prof Dr.-lng. Peter Kuh/mann Laboratorium für Kolbenmaschinen, Universität der Bundeswehr, Harnburg Prof Dr. Dipl.-Phys. Hajo Kztiper Physikalisches Institut, Universität Erlangen-Nürnberg Dipl.-Ing. Heinz Kundelt vorm. Steinkohlenbergbauverein, Essen Dipl.-Ing. Helmut K. Kusterer Fichtner Development Engineering, Bereich Sonderverfahrenstechnik, Stuttgart Dr.-lng. Joachim Lehmann vorm. und Prüfung mbh, Institut für Rohstoffe und Aufbereitung, Essen Dr.-Ing. D. Leiningert vorm. und Prüfung mbh, Institut für Rohstoffe und Aufbereitung, Essen Dipl.-lng. Ernst Lieb! Rheinbraun AG, Abt. Betriebstechnik und Umweltschutz Tagebaue, Köln Dr.-lng. Friedrich Lindner Deutsche Forschungsanstalt für Luftund Raumfahrt e. V. (DLR), Stuttgart Dipl.-lng. Ulf Dietmar Link Fichtner GmbH & Co. KG, Stuttgart VII

7 Dr.-Ing. Bernd Marzilger und Prüfung mbh, Essen Prof. Dr.-Ing. Michael Meliß Fachbereich Kern- und Biotechnik, Fachhochschule Aachen, Abt. Jülich Prof. Dr. rer. nat. Erich Merz Institut für Chemische Technologie, Forschungszentrum Jülich GmbH, KF A Regierungsbaumeister Prof. Dipl.-Ing. Wilfried Muth Versuchsanstalt für Wasserbau, Fachhochschule Karlsruhe Dr. Heinz-Jürgen Mühlen und Prüfung mbh, Institut für Kokserzeugung und Brennstofftechnik, Essen Prof. Dr.-Ing. Dieter Nelles Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgung, Universität Kaiserslautern Dipl.-Ing. Horst P. Oeckenpöhler und Prüfung mbh, Institut für Rohstoffe und Aufbereitung, Essen Dr.-Ing. Konrad Paul vorm. Bergbau-Forschung GmbH, Essen Dr.-Ing. Franz Petert vorm. ASEA Brown Boveri Kraftwerke AG, Mannheim o. Univ.-Prof. Dr. techn. Franz Pischinger Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen Dr.-Ing. Vojtech Plzak Fachbereich Elektrochemische und Chemische Wasserstofftechnik, Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Stuttgart/Ulm Dipl.-Ing. Albert Pützer Rheinbraun AG, Köln Dr.-Ing. Herbert Rentzsch vorm. ASEA Brown Boveri AG, Baden/Schweiz Dr.-Ing. Henrik Ritzmann Siemens AG, Bereich Energieerzeugung (KWU), Erlangen Dr.-Ing. Manfred Rudolph Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Kraftwerkstechnik, Technische Universität Prof. Dr. lürgen Rullkötter Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM), Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg Prof. Dr. rer. nat. Walter Rühl RWE-DEA AG, Hamburg; vorm. Technische Universität Berlin-Charlottenburg Dipl.-Ing. Kar/ W. Sedlacek Beratender Ingenieur Mineralölindustrie, Weybridge/England Prof. Dr.-Ing. Andreas Seeliger Institut für Bergwerks- und Hüttenmaschinenkunde, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen Dr. Heinrich Seewald und Prüfung mbh, Institut für Rohstoffe und Aufbereitung, Essen Dr.-Ing. Werner Sirnon Europäisches Entwicklungszentrum für die Binnenschiffahrt e. V., Duisburg Dr.-Ing. habil. Eckehard Specht Institut für Energieverfahrenstechnik, Technische Universität Clausthal Prof. Dr.-/ng. Dr.-Ing. E. h. Helmut Schaefer Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Kraftwerkstechnik, Technische Universität Prof. Dr. rer. nat. Alfred K. Schatz Institut für Kernenergetik und Energiesysteme, Universität Stuttgart Dr.-Ing. Kar/ Schmillen FEV Motorentechnik GmbH & Co. KG, Aachen Prof. Dr. Dieter Schmitt Lehrstuhl für Energiewirtschaft, Universität - Gesamthochschule Essen Prof. Dipl.-Ing. Otto Sehrnoch Mülheim a. d. Ruhr; vorm. Siemens AG, Bereich Energieerzeugung (KWU), Erlangen Dr. rer. nat. Hans-fürgen Schröter CarboTech-Industrieservice GmbH, Essen Dr.-Ing. Frieder Schuh Industrie- und Handelskammer, Prof. Dr.-Ing. Wolf-Dieter Schuppe KABEL RHEYDT AG, Duisburg Prof. Dr.-Ing. Wulf Schwanhäußer Ver kehrswissenschaftliches Institut, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen VIII

8 Dipl.-Ing. Wolfgang Strobl BMW AG, Abt. Forschung Energiesysteme, Dipl.-Ing. Heinz Stüben Hirschberg a. d. B.; vorm. ASEA Brown Boveri AG, Fachber. Antriebstechnik, Mannheim Dr.-Ing. Gereon Thomas Rheinbraun AG, Köln Prof Dr.-Ing. Roger Thull Institut für Experimentelle Zahnmedizin, Universität Würzburg Dr.-Ing. Alfred Uhde vorm. Deutsche Transalpine Gelleitung GmbH (TAL), Dr.-Ing. Joachim Voß Deutsche Montan-Technologie für Rohstoff, Energie, Umwelt; Bochum Dipl.-Ing. Johann Waldmann Siemens AG, Bereich Energieerzeugung (KWU), Erlangen Dr. rer. nat. Wolfgang Wanzl und Prüfung mbh, Institut für Kokserzeugung und Brennstofftechnik, Essen Prof Dr.-Ing. Ekkehard Weber Institut für Umweltverfahrenstechnik, Universität- Gesamthochschule Essen Dipl.-Ing. Volker Weiss Umweltbundesamt, Berlin Dr. Gert Wemmer Osram Sylvania Ltd., Mississauga/Kanada Prof Dr. rer. nat. Dr.-Ing. habil. Elsbeth Wendler-Kalsch Institut für Werkstoffwissenschaften, Universität Erlangen-Nürnberg Prof Dr. rer. nat. Hartmut Wendt Institut für Chemische Technologie, Technische Hochschule Darmstadt Prof Dr.-lng. Peter Wolf Fachgebiet Flughafenwesen, Rheinisch Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen IX

9 Erläuterungen zur Benutzung Die zahlreichen Gebiete der Energietechnik sind in rd Stichwörter aufgegliedert. Unter einem aufgesuchten Stichwort ist - je nach inhaltlicher Gewichtung in längerer oder kürzerer Form oder als Übersichtsbeitrag - seine erläuternde Erklärung zu finden, die dem Benutzer das entsprechende Wissen vermittelt. Die zahlreichen fettgedruckten Einzel-Verweise führen entweder zu einem synonymen oder übergeordneten Begriff, unter dem das entsprechende Stichwort abgehandelt ist. Die Querverweise (~)im Text sollen durch Aufsuchen anderer, verwandter oder ergänzender Stichwörter zu einer Vertiefung des Themas verhelfen. Der Verweisungspfeil ~fordert dazu auf, das dahinterstehende Wort nachzuschlagen, um weitere Auskunft zu finden. Die Stichwörter folgen einander alphabetisch. Diese Reihenfolge ist - auch wenn ein Stichwort aus zwei zusammengesetzten Substantiven besteht oder bei Abkürzungen - strikt eingehalten: Bei mit Bindestrich zusammengesetzten Substantiven ist das Stichwort als ein Wort, d. h. zusammengezogen, alphabetisiert; ein zusammengesetztes Stichwort, wenn es z. B. mit einem Adjektiv verbunden ist, wurde vorwiegend unter dem Substantiv eingeordnet. Auch sind die Substantive in der Regel im Singular aufgeführt. Ausnahmen sind nur zur besseren Handhabung gemacht worden, wobei auf die übliche Ausdrucksweise geachtet wurde (Adjektiv vor Substantiv, weil ausschlaggebend beim Aufsuchen). Die Umlaute ä, ö und ü sind, den traditionellen Alphabetisierungsregeln folgend, unter ae, oe und ue eingeordnet. Die zahlreichen Illustrationen und Tabellen zu den einzelnen Stichwörtern sind in der Regel im Anschluß an den Absatz, in welchem sie erwähnt oder erläutert wurden, angeordnet. In Einzelfällen kann es aber vorkommen, daß diese - besonders bei zweispaltigen Zeichnungen oder Tabellen - erst auf der nächsten Seite stehen. Durch das Wiederholen des Stichwortes in der Bildunterschrift bzw. Tabellenüberschrift ist die Zuordnung zum Text jedoch gewährleistet; zusätzlich finden sich an der betreffenden Textstelle entsprechende Seitenhinweise. Literaturangaben sind knapp gehalten und auf die wichtigsten Veröffentlichungen beschränkt. Deutschsprachige Literatur wurde - soweit vorhanden - bevorzugt. Düsseldorf, im April 1994 Lektorat Informationen aus Energietechnik und -wirtschaft Die Stichwortartikel in dem vorliegenden Lexikon enthalten in Form von Werkbildern und technischen Angaben naturgemäß zahlreiche Hinweise auf energietechnische Erzeugnisse und -komponenten. Dem Leser sollen hiermit ergänzend zur Erklärung der grundlegenden Zusammenhänge auch konstruktive und verfahrenstechnische Lösungen aus der Industriepraxis gezeigt werden. Am Schluß dieses Werkes sind Informationen aus Energietechnik und -wirtschaft als Anzeigenteil angeordnet, der eine schnelle Informationsübersicht über einschlägige und renommierte Unternehmen vermittelt. Der Verlag X