Grundlagen der Energie- und Kraftwerkstechnik

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1 Professor Dr. Thomas Bohn Dr.-Ing. Walter Bitterlich Grundlagen der Energie- und Kraftwerkstechnik Technischer Verlag Resch Verlag TÜV Rheinland

2 Inhaltsübersicht Seite 1 Einfuhrung Energie- und Kraftwerkstechnik - Gegenstand und Einordnung Bedeutung und Ziele der Energieversorgung Studium und Beruf Historische Entwicklung der Energie- und Kraftwerkstechnik Der Mensch als Energiewandler, seine technischen Energiesklaven, Restriktionen und Epochen weiterer Entwicklung Energietechnik vor der Dampfmaschine Die erste Wärmekraftmaschine, die Dampfmaschine Die Wasserturbine Die Dampfturbine Dampferzeuger Verbrennungsmotoren Die Gasturbine Elektrische Maschinen und Anlagen Elektrizitätskraftwerke und Verbundsysteme Entwicklung der Kernenergienutzung 27 Schrifttum zu Kapitel Energielehre Gegenstand, Einordnung und Allgemeines Die historische Entwicklung des Energiebegriffes Energiebegriff, Hauptklassen der Energieformen, Energiebilanzierung verschiedener begrenzter Systeme 31

3 X Inhaltsverzeichnis 2.4 Fundamentale Energieformen der gespeicherten Energie und Klassifikation der wichtigsten gespeicherten Energieformen Die massengebundenen fundamentalen Energieformen Die ladungsgebundenen fundamentalen Energieformen Energiegesetze im atomaren Bereich Die diskreten Energiezustände im atomaren Bereich, aufgezeigt am Wasserstoffatom Energiezustände von Molekülen Thermische Energie Allgemeines zur thermischen Energie Thermische Energie fester Körper , Thermische Energie von Flüssigkeiten Thermische Energie gasförmiger Stoffe Chemisch gespeicherte Energie Kernenergie Allgemeines zum Aufbau der Kerne Der Massendefekt und die Bindungsenergie Die Kern-Reaktionsenergie Kernspaltungsenergie Kernfusionsenergie Prozeßenergieformen Anwendung des Energieerhaltungssatzes auf ausgewählte Systeme Geschlossene Systeme Offene Systeme Energiewandlung, Entropie und Exergie Konstanten, Daten und Zustandsdiagramme für ausgewählte Stoffe der Energietechnik 75 Schrifttum zu Kapitel 2 88 Formelzeichen zu Kapitel 2 88 Indizes und sonstige Zeichen 91

4 Inhaltsübersicht XI 3 Energetik ausgewählter Anlagen und Komponenten der Energie- und Kraftwerkstechnik Begriffe, Definitionen und Übersicht Energiewandlung Energiewandlungsmaschinen - Übersicht Zustandsänderungen von Fluiden in Energiewandlungsmaschinen Wärme-Antriebsanlagen Verbrennungs-Antriebsanlagen Kältemaschinen und Wärmepumpen Energieübertragung Getriebe Transformatoren Wärmeaustauscher Speicherung Übersicht über Energiespeicher Speicherung sensibler thermischer Energie Änderung des Aggregatzustandes und Energiespeicherung Speicherung mechanischer Energie 130 Schrifttum zu Kapitel Indizes 131 Formelzeichen zu Kapitel Primärenergie Definitionen und Übersicht Fossile Energieträger Entstehung, Klassifikation und Übersicht Steinkohle Braunkohle Erdöl Unkonventionelle Ölvorkommen Erdgas Torf Erschöpfungsprobleme fossiler Energieträger Kernenergieträger 156

5 XII Inhaltsübersicht Kernbrennstoffe - Übersicht Uran und Thorium Erschöpfungsprobleme Regenerative Energie Biomasse Wasserenergie Wind- und Wellenenergie Thermische Umgebungsenergie Solare Strahlung Geothermische Energie Gezeitenenergie, Zusammenfassung 167 Schrifttum zu Kapitel Formelzeichen zu Kapitel Verbrennüngsenergie Verbrennungsvorgang Mengenberechnung bei vollständiger Verbrennung Verbrennungsgleichungen Verbrennung chemisch einheitlicher Gemische Feste und flüssige Brennstoffe Reaktionsenthalpie und Heizwert Reaktionsenthalpie Brennwert und Heizwert eines Brennstoffs Theoretische Verbrennungstemperatur Dissoziation und Ionisation Dissoziation Ionisation Reale Verbrennung Abweichung vom stöchiometrischen Mischungsverhältnis Unvollständige Verbrennung 203 Schrifttum und Quellenverzeichnis zu Kapitel Formelzeichen zu Kapitel Indizes und sonstige Zeichen 205

6 Inhaltsübersicht - XIII 6 Randbedingungen und Umfeld der Energieund Kraftwerkstechnik Allgemeines zu den Umfeldbereichen der Energietechnik Wirtschaftlichkeit von Energieanlagen und Energiekosten Volkswirtschaftliche Aspekte der Energieversorgung Energie und Umwelt 217 Umweltschutzgesetze und Verordnungen 217 Emissionen und Immissionen in der Bundesrepublik Deutschland 219 Schrifttum zu Kapitel Formelzeichen zu Kapitel Aspekte zukünftiger Energieversorgung Energiebedarfsanalyse Weltweite Energie-Bedarfsanalyse (EBA) Energiebedarfsentwicklung in der Bundesrepublik Deutschland Energie-Bedarfsdeckung Deckung des Weltenergiebedarfs Deckung des Energiebedarfs in der Bundesrepublik Deutschland Ausgewählte Begriffe der Energielehre, der Energiewirtschaft und der Energietechnik Energielehre Energietechnik Energiewirtschaft 245 Stichwortverzeichnis 247