Energie. Begriffsbildung (+einleitende Gedanken) Regenerative Energiequellen, Technik der Energieumwandlung. Energieträger und Speicherung

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1 Alternative oder Erneuerbare oder Regenerative oder Nachhaltige Energie Begriffsbildung (+einleitende Gedanken) Regenerative Energiequellen, Technik der Energieumwandlung Energieträger und Speicherung Potentialabschätzung (Einige Beispiele)

2 Der Energietechniker bewertet Energie unter einem pragmatischen Aspekt (Allerdings ist für jene Form der Energie, die sich für den Menschen in nützliche Arbeit umsetzen läßt, im physikalischen System kein Begriff vorgesehen): Daher Energie = Exergie + Anergie Beachte: exergie is what most mean when they say energy Wirkungsgrad bei Energieumwandlung: η = Erzeugte Energie / Ausgangsenergie Erntefaktor (EF), Amortisationszeit

3 Technische Begriffe Beispiel (Auto) Erdöl (chemische Energie) Benzin (synthet. Brennstoff) Steckdose Lampe Licht (Verlust: Wärme) Benzin an Tankstelle Vom Motor in mechanische Energie umgewandelt Gefahrene Kilometer Zum Schauen (z.b. Lesen) genutzter Lichtanteil

4 Solarzelle Verlustmechanismen/Wirkungsgrad Füllfaktor Beispiel : Handelsübliche Si-p/n-Solarzelle: Nicht absorbierte Photonen (gemäß Absorptionsgesetz; siehe oben: Optische Verluste durch Absorption / Transmission) Thermalisierung (bei Absorption von hochenergetischen Photonen) Bandlücke: Keine Absorption von niederenergetischen Photonen Technologisch beeinflußbare Verluste (siehe obiges Bild) Wirkungsgrad 15.5 % (vor Anpassung an

5 Solar-Kollektor Vakuumröhrenkollektor 10-kW-Dish-Stirling-Anlage in Spanien

6 Windenergie (Rotor horizontale und vertikale Welle) Maximaler Wirkungsgrad η Betz = 59 % Darrieus Rotor (vertikal) Savonius Rotor (vertikal)

7 Bioenergie Der Wirkungsgrad biologischer Systeme ( = Umwandlung solarer Energie in biochemische Energie in Pflanzen) ist maximal 5 % (Mais, Zuckerrüben, Algen). Allerdings stellt die Biomasse einen Energiespeicher dar, aus dem die benötigte Sekundärenergie gewonnen werden kann. Aufbaugleichung der Biomasse: (StWP. Stoffwechselprodukte) hν + xco 2 + yh 2 O + ano 3 + bso 4 + cpo 4 = C n H m O r + O 2 + StWP Anteile im Biogas Schwankungsbreite Durchschnitt Methan % 60 % Kohlendioxid % 35 % Wasserdampf 0 10 % 3,1 % Stickstoff 0,01 5 % 1 % Sauerstoff 0,01 2 % 0,3 % Wasserstoff 0 1 % < 1 % Ammoniak 0,01 2,5 mg/m³ 0,7 mg/m³ Schwefelwasserstoff mg/m³ 500 mg/m³ <<<<<<<<<< Biokraftstoffe: Biodiesel (Umesterung aus Rapsöl, Sojaöl, Palmöl), Pflanzenöl, Bioethanol, Biomethan, BtL-Kraftstoff (Biomass to Liquid, synthetischer Kraftstoff), Bio-Kerosin

8 Erdaufbau Geothermie Hot-Dry-Rock-Verfahren Kruste (0-30km): Radioaktiver Zerfall Mantel (30km 2900km) Kern ( km): C

9 Wasser- (Gezeiten-, Staudamm-, Wellen-) kraftwerk

10 Energiespeicherung prinzipiell Kondensator, Akku Wirkungsgrad η 75 %

11 ^ ^ Photolyse ^ Elektrolyse >>>>> Solar - Wasserstoff - Wirtschaft

12 Thermische Wasserspaltung Thermolyse: Temp. > 2600 K Derzeit gibt es noch keine gute Technologie zur Trennung des mit- bzw. nebeneinander entstehenden H und O Thermochemischer Kreisprozess ZnO >> Zn + ½ O 2 Zn + H 2 O >> ZnO + H 2 Karbothermische ZnO - Reduktion (Schritt 1 bei ~ 1000 K möglich) durch Zugabe von Kohle ZnO + C >> Zn + CO oder Erdgas ZnO + CH 4 >> Zn + CO + 2 H 2 Reformierung ( ~ 1400 K) C x H y + xh 2 O >> (y/2 + x)h 2 + xco CO + H 2 O >> CO 2 + H 2 Kracken 2C x H y >> 2xC + yh 2

13 Welt - Primärenergieverbrauch

14 Windenergie -- Daten

15 Solares Potential in Wien Josefstadt

16 Solare Einstrahlung

17 Grosstechnologische solare Energieversorgung 1 >>>>>> >>>>> Solar ~ 20 m 3 H2 / m 2 a ~ 60 kwh / m 2 a

18 Grosstechnologische solare Energieversorgung 2 Weltprimärenergieverbrauch (2008) ~ 462 EJ ca. 1/3 Verluste (mind 20 %) Welt Endenergiebedarf 300 EJ bis 370 EJ EU Endenergiebedarf ~ 50 EJ 50 EJ / a ~ kwh / a ~ (14 / 60) m 2 Mögliche Produktion: 60 kwh / m 2 a Flächenbedarf Welt ~ 1.6 Mio. km 2 ~ 1300 x 1300 km Flächenbedarf EU ~ 0.25 Mio. km 2 ~ 500 x 500 km 1.9 Mio. km 2 gute und sehr gute Flächen 0,7 EJ vorhandene Erdgasleitung + möglicher Anschluß

19 ERDGAS Diskussionbeitrag zur aktuellen Situation Analyse bis Ludwig Bölkow Institut: Eigenproduktion sinkt auf 180 Mrd.m 3 Bedarf 2020: 530Mrd.m 3 Zusätzlicher Importbedarf von 220 Mrd.m 3 Kann LNG fehlende Lieferung wettmachen? (Liquified Natural Gas)