Übung Nummer 1.0 Schätzen Sie den ca. Strom- und Gasverbrauch eines Ein- Zwei-, Dreiund Vierpersonenhaushaltes ab.
Übung Nummer 1.0 Haushalt Jahresstrombedarf Jahresgasbedarf Personen kwh/a kwh/a 1 1.500 30m² 4.000 2 2.800 50m² 6.500 3 3.500 100m² 14.000 4 4.000 125m² 20.000 5 5.000 180m² 30.000 6 6.000 240m² 38.000
Übung Nummer 1.0 Der private Haushalt
Übung Nummer 1.1 Anteile der Energieträger am Primärenergieverbrauch in Deutschland im Jahre 2010 gesamt: 3.905 TWh 14.044 PJ 479,6 Mio. t SKE Vorjahr in Klammern
Übung Nummer 1.1 Erdgas ist ein ungiftiges, brennbares, farb- und in der Regel geruchloses Gas mit einer Zündtemperatur von rund 600 C. Es ist leichter als Luft. Zur Verbrennung von 1 m³ Erdgas werden ungefähr 10 m³ Luft benötigt. Um eventuell austretendes Erdgas orten zu können, wird es mit einem Duftstoff versehen. Diese Duftstoffe sind für den klassischen Gasgeruch verantwortlich. Je nach Herkunft des Erdgases kann sich darin ein erheblicher Anteil an organischen Schwefelverbindungen befinden, die eine Beseitigung dieser äußerst intensiv riechenden Erdgasbegleiter notwendig machen. Man unterscheidet die Erdgasqualitäten L (low) und H (high). Erdgas H hat einen höheren Methangehalt (87 bis 99 Vol. %), während Erdgas L bei Methananteilen von 80 bis 87 Vol. % größere Mengen an Stickstoff und Kohlendioxid enthält. Energiedichte (Erdgas L - Erdgas H) Brennwert Hs (früher Ho) Masse : 10-14 kwh/kg = 36-50 MJ/kg Brennwert Hs (früher Ho) Volumen: 8,2-11,1 kwh/m³ = 30-40 MJ/m³ Der Heizwert Hi (früher Hu) liegt jeweils etwa 10 % unter diesen Werten. Dichte ρ= 0,700-0,840 kg/m³ (Erdgas H - Erdgas L) Siedepunkt = -161 C.
Übung Nummer 1.1 Brennwert Wer schon einmal versucht hat, durch eine Diät lästige Pfunde abzunehmen, dem ist in Jouleund Kalorientabellen sicherlich auch der Begriff "Brennwert" aufgefallen. Jeder Energieträger, ganz gleich, ob Lebensmittel oder Brennstoff, hat seinen spezifischen Brennwert. Der Brennwert ist immer die Wärmemenge, die bei vollständiger Verbrennung frei wird. Heizwert Im Zusammenhang mit herkömmlichen Wärmeerzeugern und Energieträgern wie Öl und Gas ist der Begriff "Heizwert" eher bekannt. Das ist der Wert für die Wärmemenge, die von herkömmlichen Heizgeräten genutzt wird, um sogenannte "fühlbare" Wärme zu erzeugen. Aber: Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase enthalten auch heißen Wasserdampf, der ungenutzt durch den Schornstein entweicht. Die Brennwerttechnik macht es möglich, auch die im heißen Wasserdampf enthaltene Energie für das Heizsystem zu nutzen, indem sie durch Kondensation des Wasserdampfes wertvolle, zusätzliche Wärme gewinnt. Bei den einzelnen Energieträgern ist die Differenz zwischen Heizwert und Brennwert unterschiedlich groß. Bei Öl beträgt dieser Unterschied ca. 6%, bei Erdgas hingegen rund 11 %. Der Grund dafür liegt in der chemischen Zusammensetzung des Erdgases, bei dessen Verbrennung mehr Wasserdampf entsteht, als es bei Öl der Fall ist. Damit ist der Zugewinn, der durch Brennwerttechnik bei Gas erreicht werden kann, deutlich größer.
Übung Nummer 1.1 http://www.volker-quaschning.de/datserv/faktoren/index.php
Übung Nummer 1.1 Gasverbrauch und Gaseinheiten Jedes Jahr benötigt Deutschland 479,6 Mio. t SKE, davon werden 22% aus Erdgas gewonnen. Aufgabe: 1. Errechne, wieviel Erdgas in MWh Deutschland jedes Jahr benötigt 2. Errechne, wieviel m3 Erdgas Deutschland jedes Jahr benötigt 3. Errechne, wieviel kg Erdgas Deutschland jedes Jahr benötigt 4. Errechne, wieviel Erdgas in MJ Deutschland jedes Jahr benötigt
Übung Nummer 1.1 1.Errechne, wieviel Erdgas in MWh Deutschland jedes Jahr benötigt a. 22% von 479,6 Mio. t SKE = 105,512 Mio. t SKE b. 105,512 x 1.000.000 x 1.000 kg SKE x 8,14 kwh/kg SKE = 858.867.860.000 kwh = 858.867.860 MWh = 858.867,9 GWh = 858,9 TWh 2. Errechne, wieviel m³ Erdgas Deutschland jedes Jahr benötigt a. 105,512 x 1.000.000 x 1.000 kg SKE x 0,923 m³/kg SKE = 97.387.576.900 m³ = 97.387 Mio. m³ = 97 Mrd. m³
Übung Nummer 1.1 3. Errechne, wieviel kg Erdgas Deutschland jedes Jahr benötigt a. 97.387.576.900 m³ x 0,7 kg/m³ (H-Gas) = 68.171.303.200 kg = 68.171.303 t = 68 Mt 4. Errechne, wieviel Erdgas in MJ Deutschland jedes Jahr benötigt a. 105,512 x 1.000.000 x 1.000 kg SKE x 29.308kJ/kg SKE = 3.092.345.696.000.000 kj = 3.092.345.696.000 MJ = 3.092.345.696 GJ = 3.092.346 TJ = 3.092 PJ
Übung Nummer 1.1 Ölverbrauch und Öleinheiten Jedes Jahr benötigt Deutschland 479,6 Mio. t SKE, davon werden 33% aus Rohöl gewonnen. Aufgabe: 5. Errechne, wieviel Rohöl in MWh Deutschland jedes Jahr benötigt 6. Errechne, wieviel t Rohöl Deutschland jedes Jahr benötigt 7. Errechne, wieviel Barrel Rohöl Deutschland jedes Jahr benötigt 8. Errechne, wieviel Rohöl in MJ Deutschland jedes Jahr benötigt
Übung Nummer 1.1 5. Errechne, wieviel Rohöl in MWh Deutschland jedes Jahr benötigt a. 33% von 479,6 Mio. t SKE = 158,268 Mio. t SKE b. 158,268 x 1.000.000 x 1.000 kg SKE x 8,14 kwh/kg SKE = 1.288.301.520.000 kwh = 1.288.301.520 MWh = 1.288.301 GWh = 1.288 TWh 6. Errechne, wieviel t RÖE Deutschland jedes Jahr benötigt a. 158,268 x 1.000.000 x 1.000 kg SKE x 0,7 kg RÖE/kg SKE = 110.787.600.000 kg RÖE = 110.787.600 t RÖE = 110,787 Mt RÖE
Übung Nummer 1.1 7. Errechne, wieviel Barrel RÖE Deutschland jedes Jahr benötigt a. 110.787.600.000 kg RÖE x 1/(0,85 kg/l) = 130.338.352.941 l = 819.154.872 bbl. (Imp.) á 159,1132 Liter = 819.803.550 bbl. (U.S.) á 158,9873 Liter 8. Errechne, wieviel Röhöl in MJ Deutschland jedes Jahr benötigt a. 158,268 x 1.000.000 x 1.000 kg SKE x 29.308kJ/kg SKE = 4.638.518.544.000.000 kj = 4.638.518.544.000 MJ = 4.638.518.544 GJ = 4.638.518 TJ = 4.638 PJ
Übung Nummer 1.2 DIE ZEIT, 1.9.2011 Nr. 36, Stromspeicher Norwegen, der Akku Europas Pumpspeicherwerke an den Fjorden würden Windkraft in Deutschland ideal ergänzen. Doch es regt sich grüner Widerstand. Wasser, so weit das Auge reicht. Blåsjø, Norwegens größter Stausee, dehnt sich als künstliche Seenplatte über eine Fläche von fast 100 Quadratkilometern. Die von Eiszeitgletschern abgehobelte Felslandschaft ist menschenleer, auf gut tausend Meter Höhe bietet nur der Sommer eine kurze, schneefreie Phase, schon im September kann der Frost zurückkehren. Inzwischen sind Unmengen Schmelzwasser in den Stausee geströmt, 14 Dämme halten es zurück. Vollständig gefüllt, fasst Blåsjø genug Wasser, um tief unten in den zugehörigen Kraftwerken so viel Strom zu erzeugen, wie ganz Deutschland an fünf Tagen verbraucht (7,8 TWh).»In Norwegen verfügen wir über die Hälfte der gesamten europäischen Speicherkapazität für Wasserkraftwerke«, sagt Kristian Løksa, Sprecher des staatlichen Energieunternehmens Statkraft.»Damit könnten wir die schwankende Erzeugung erneuerbarer Energie in Mitteleuropa ausgleichen.«produziert Deutschland, etwa bei starkem Wind, überschüssigen Strom, dann ließe sich damit Wasser hochpumpen in die Speicherseen auf den norwegischen Fjells, den baumlosen Hochflächen. Bei Strommangel, etwa wegen Flaute, schießt das Wasser wieder hinab durch die Turbinen und hilft, die Lücken im deutschen Stromnetz zu füllen.»norwegen wird zum Akku Europas«, verkünden unisono Energieunternehmen und die Regierung in Oslo. Tatsächlich haben einige deutsche Studien die nordischen Speicherkapazitäten längst in die Energieszenarien für den Atomausstieg eingeplant. Doch ob sie tatsächlich erschlossen werden können, ist noch keineswegs sicher. Am leichtesten lösbar sind noch die technischen Probleme. Schwerer wiegen Umweltbedenken und unklare wirtschaftliche Rahmenbedingungen. Außerdem sind längst nicht alle Norweger begeistert von der Idee, ihr Land in den Akku Europas zu verwandeln. Gegen jede der hierzu notwendigen neuen Hochspannungstrassen kämpft eine Bürgerinitiative. Wer sich zwischen Fjells und Fjorden umhört, stößt schnell auf eine Konfliktlinie, die auch in Deutschland immer sichtbarer wird: ökologisch motivierte Großprojekte treffen vor Ort auf ökologisch begründeten Widerstand Grün streitet gegen Grün. http://www.zeit.de/2011/36/energie-deutschland-norwegen
Übung Nummer 1.2
Übung Nummer 1.2 Verlust- und Verlustenergieabschätzung für das 380-kV-Leitungsbauvorhaben Wahle Mecklar, in der Ausführung als Freileitung oder Drehstromkabelsystem, Prof. Dr.-Ing. habil. B. R. Oswald Die Übertragungsverluste betragen etwa 6 % je 100 km bei einer 110-kV-Leitung und lassen sich mit 800 kv Höchstspannungsleitungen auf etwa 0,5 % je 100 km reduzieren. http://de.wikipedia.org/wiki/hochspannungsleitung
Übung Nummer 1.2 http://de.wikipedia.org/wiki/wirkungsgrad
Übung Nummer 1.2 Grundsätzlich wird in jedem Pumpspeicherkraftwerk mehr Strom zum Hochpumpen benötigt, als beim Herunterfließen wieder zurückgewonnen werden kann. Verluste entstehen beim Lade- und beim Entladevorgang durch die Reibungsverluste des fließenden Wassers (Flüssigkeiten haben einen Strömungswiderstand; bei Wasser spricht man auch von Wasserwiderstand und hydraulischen Verlusten), durch den Wirkungsgrad der Pumpe (Ladevorgang) bzw. Turbine (Entladevorgang), durch den Wirkungsgrad des Motors bzw. des Generators sowie durch Trafoverluste und in geringem Maße auch durch Eigenbedarf des Pumpspeicherwerkes. Der Gesamtwirkungsgrad eines Pumpspeicherkraftwerkes liegt heute in der Regel bei 75 80 %, in Ausnahmefällen etwas höher.
Übung Nummer 1.2 800 kv Höchstspannungsleitung 100 % Wind 1,0 50 % Strom aus Windkraft 0,5 9 % Übertragungsverluste LA-N 0,455 80 % Pumpspeicherkraftwerk 0,364 9 % Übertragungsverluste N-LA 50 % Elektroherd 0,33124 0,16562 Faktor 6 Wunschdenken
Übung Nummer 1.2 380 kv Leitung ca. 1% je 100km 100 % Wind 50 % Strom aus Windkraft 1,0 0,5 6 % Übertragungsverluste 110 kv 0,47 17 % Übertragungsverluste LA-N 80 % Pumpspeicherkraftwerk 17 % Übertragungsverluste N-LA 0,39 0,31 0,26 6 % Übertragungsverluste 110 kv 0,244 50 % Elektroherd 0,122 Faktor 8,2 Realität
Übung Nummer 1.2 Warum werden solche Ideen diskutiert? Nennen Sie 3 Argumente für und 3 gegen diese Idee