Energie in unserer Zeit

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1 Energie in unserer Zeit ein Beitrag aus thermodynamischer Sicht Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Groß TU Bergakademie Freiberg

2 Inhalt - Die Hauptsätze der Thermodynamik - Energieeffizienz in einigen Beispielen - Energieströme Welt, Europa, Deutschland - Die Erneuerbaren Energien - Aktuelle Probleme 2

3 Die Hauptsätze der Thermodynamik Leistung Wärmestrom Zustrom System Quelle, Speicher Abstrom H & Ab H& Zu = Q& + P m E& Sp 1841 Erste Formulierung: Julius Robert Mayer, Arzt aus Heilbronn Q S & & ab S& zu = T + S ~ & irrevers. m S& 1865 Einführung der Entropie: Rudolf Clausius, Physiker aus Köslin Sp 3

4 Energieeffizienz am Beispiel: Waschmaschine Leistung Wärmestrom Zustrom System Quelle, Speicher Abstrom Q & + P = H& H& + Heizung Antrieb Ab Zu Q& Verlust Steigerung der Energieeffizienz durch - Nutzung externer Wärmequellen (z.b. solar) - Vermeidung von Wärmeverlusten - Reduzierung von Reibungsverlusten - Prüfung: Wärmerückgewinnung aus Abwasser - aber natürlich stets: Wirtschaftlichkeit! 4

5 Energieeffizienz am Beispiel: Wohngebäude Leistung Wärmestrom Zustrom System Quelle, Speicher Abstrom Q & + P = H& + Q& ± E& Heizung Elektr. ab,lüftung Verlust Steigerung der Energieeffizienz durch - Vermeidung von Wärme- und Enthalpieverlusten - Reduzierung von Reibungs- und Vermischungsverlusten - Speicherung von Wärme und Elektrizität - intelligente Regelung - Prüfung: ausschließliche Nutzung von Solarenergie für die Wärme- und Strombereitstellung - stets: Wirtschaftlichkeit! Sp 5

6 Energieeffizienz am Beispiel: Energiewandlung im GuD Kraftwerk Leistung Wärmestrom Zustrom System Quelle, Speicher Abstrom P Elektr. = Q& Zu Q& Kühl H& Ab Steigerung der Energieeffizienz durch - maximale Temperatur bei der Wärmezufuhr η Therm = P Q& Elektr. Zu η Carnot = 1 T T Ab Zu - minimale Temperatur bei der Kondensation - Reduzierung von Reibungsverlusten - Vermeidung von Wärme- und Enthalpieverlusten - aber: Auflagen betr. Umwelt 6

7 Energieeffizienz Energiewandlung historisch Zustrom Leistung Wärmestrom System Quelle, Speicher Abstrom η Carnot = 1 T T Ab Zu 1712 Umgebungsdruck (Thomas Newcomen) Wirkungsgrad ca. 0,5 % 7

8 Energieeffizienz Energiewandlung historisch Zustrom Leistung Wärmestrom System Quelle, Speicher Abstrom η Carnot = 1 T T Ab Zu 1712 Umgebungsdruck (Thomas Newcomen) Wirkungsgrad ca. 0,5 % 1769 um 1,3 bar (James Watt) Wirkungsgrad ca. 3 % 8

9 Energieeffizienz Energiewandlung historisch Zustrom Leistung Wärmestrom System Quelle, Speicher Abstrom η Carnot = 1 T T Ab Zu 1712 Umgebungsdruck (Thomas Newcomen) Wirkungsgrad ca. 0,5 % 1769 um 1,3 bar (James Watt) Wirkungsgrad ca. 3 % bis 4 bar (Richard Trevithick) 1824 Theoretische Grundlagen (Carnot) 1841 Erster Hauptsatz (Mayer) 1865 Zweiter Hauptsatz (Clausius) bis 12 bar Wirkungsgrad ca. 15 % 2011 Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (Siemens) Wirkungsgrad 60,75 % max. Temp. ca C 9

10 Energieeffizienz Energiewandlung historisch Siemens AG - Gasturbine Typ SGT5-8000H 10

11 Energieeffizienz in der Produktionstechnik Leistung Wärmestrom Zustrom System Quelle, Speicher Abstrom P Antrieb = Q& + H& Kühl Ab Steigerung der Energieeffizienz durch - Nutzung verlustarmer Antriebssysteme - Reduzierung von Reibungsverlusten - Vermeidung von unnötiger Wärmeverlusten - Prüfung: Wärmerückgewinnung aus Abwasser - natürlich stets: Wirtschaftlichkeit! 11

12 Energieeffizienz Abwärmenutzung Leistung Wärmestrom Zustrom System Quelle, Speicher Abstrom P Betrieb + Q& = Q& + H& Zu Kühl Ab Steigerung der Energieeffizienz durch - Wärmerückgewinnung - kritisch: Wirtschaftlichkeit! BGH Edelstahlwerk Freitag 12

13 Energieeffizienz Abwärmenutzung BGH Edelstahlwerk Freitag Probleme: - Angebot vs. Nachfrage: Temperatur / Energiebilanz - Verwendungsmöglichkeit - Wirtschaftlichkeit! 13

14 Energieströme, Rohöl Welt bp company

15 Energieströme, Erdgas Europa Philippe Rekacewicz, Le Monde diplomatique, 2007 Wintershall

16 Energieströme, Importe Deutschland DIE ZEIT, 8. Oktober

17 Energieströme Deutschland (1995) DIE ZEIT, 8. Oktober

18 Energieströme Deutschland (2012) (in Petajoule) Anteil einzelner Endenergieströme am Primärenergieverbrauch Umwandlungsverluste 23 % Industrie 19 % Verkehr 19 % Haushalte 18 % Gewerbe, Handel, etc. 10 % ag-energiebilanzen.de September

19 Erneuerbare Energien : Wind und Photovoltaik Leistung Wärmestrom Zustrom System Quelle, Speicher Abstrom 19

20 Zum guten Schluss Die wichtigsten energiebezogenen Aspekte in unserer Zeit - Akzeptanz, Ängste der Bevölkerung - Versorgungssicherheit - Umwelt - Energieeffizienz - Energiespeicherung - Chancen: Technologie-Entwicklung und Märkte 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 21

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