Universität Stuttgart IER Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Vorlesungsmanuskript Energiewirtschaft und Energieversorgung (Energiesysteme I) Band 3 Prof. Dr.-Ing. A. Voß. Januar 2011
Energiewirtschaft und Energieversorgung (Energiesysteme I) Band 3 Skript zur Vorlesung von Prof. Dr.-Ing. A. Voß überarbeitet von: C. Kruck (Kapitel 10) K. Gallmeister, S. Rath-Nagel (Kapitel 11) S. Rath-Nagel, P. Neuser (Kapitel 12)
Inhaltsverzeichnis I INHALTSVERZEICHNIS Band 3 10 REGENERATIVE ENERGIETRÄGER... 10.1 Charakteristika der regenerativen Energiequellen... 10.2 Nutzung der Wasserkraft... 10.2.1 Wasserangebot... 10.2.2 Prinzipielle Nutzungsmöglichkeiten... 10.2.3 Turbinenarten... 10.2.4 Derzeitige Nutzung und Entwicklungsperspektiven... 10.3 Nutzung der Windkraft... 10.3.1 Windenergieangebot... 10.3.2 Physikalische Grundlagen... 10.3.3 Technischer Aufbau... 10.3.4 Leistungskennlinien... 10.3.5 Derzeitige Nutzung und Entwicklungsperspektiven... 10.4 Nutzung der Sonnenenergie... 10.4.1 Solares Strahlungsangebot... 10.4.2 Prinzipielle Nutzungsmöglichkeiten... 10.4.3 Solarthermische Nutzung... 10.4.4 Derzeitige Nutzung und Entwicklungsperspektiven... 10.4.4.1 Niedertemperatursysteme... 10.4.4.2 Konzentrierende Systeme... 10.4.5 Photovoltaische Energieerzeugung... 10.4.6 Derzeitige Nutzung und Entwicklungsperspektiven... 10.5 Geothermische Energie... 10.5.1 Energieangebot... 10.5.2 Technische Nutzungsmöglichkeiten... 10.5.3 Derzeitige Nutzung und Entwicklungsperspektiven... 10.6 Nutzung der Meeresenergie... 10.6.1 Gezeitenenergie... 10.6.2 Wellenenergie... 10.6.3 Energie der Meeresströmung... 10.6.4 Nutzung der Meereswärme... 10.6.5 Derzeitiger Nutzungsstand und Entwicklungsperspektiven... 10.7 Nutzung der Biomasse... 10.7.1 Vorkommen... 10.7.2 Technische Nutzungsmöglichkeiten... 10.7.3 Derzeitige Nutzung und Entwicklungsperspektiven...
II Inhaltsverzeichnis 10.8 Gegenwärtige Nutzung erneuerbarer Energiequellen in der BR Deutschland... 10.9 Literatur... 11 ELEKTRIZITÄTS- UND FERNWÄRMEWIRTSCHAFT... 11.1 Thermodynamische Grundlagen... 11.1.1 Prinzip der Energieumwandlung in Kraftwerken... 11.1.2 Der Dampfkraftprozess... 11.1.2.1 Einfacher Dampfkraftprozess... 11.1.2.2 Wirkungsgradverbesserungen beim Dampfkraftprozess... 11.1.2.3 Technischer Stand bei Dampfturbinenprozessen... 11.1.3 Der Gasturbinenprozess... 11.1.3.1 Wirkungsgradverbesserung beim Gasturbinenprozess bzw. Joule-Prozess... 11.1.4 Kombinierte Gas-Dampfturbinenprozesse (GUD-Prozesse)... 11.1.4.1 GUD-Anlagen ohne Zusatzfeuerung... 11.1.4.2 GUD-Anlagen mit Zusatzfeuerung... 11.1.4.3 GUD-Anlagen mit Kohlevergasung.... 11.1.4.4 Verbrennungsmotoranlage (Blockheizkraftwerk)... 11.1.4.5 Kenngrößen der Kraft-Wärme-Kopplung.... 11.2 Wärmekraftwerke... 11.2.1 Aufbau von Wärmekraftwerken... 11.2.2 Feuerungssysteme... 11.2.3 Dampferzeuger... 11.2.4 Dampfturbine... 11.2.5 Kühlsystem... 11.2.6 Speisewasservorwärmung... 11.2.7 Wirkungsgradberechnung von Wärmekraftwerken... 11.2.8 Beispiele... 11.3 Begriffe der Elektrizitäts- und Fernwärmewirtschaft... 11.3.1 Leistungsbegriffe für die Elektrizitäts- und Fernwärmewirtschaft... 11.3.2 Arbeits- / Wärmebegriffe der Elektrizitäts- und Fernwärmewirtschaft... 11.3.3 Ganglinie / Dauerlinie... 11.4 Die Elektrizitätswirtschaft der Bundesrepublik Deutschland... 11.4.1 Erzeugungsstruktur der Elektrizitätswirtschaft... 11.4.2 Der rechtliche Rahmen der Elektrizitätswirtschaft... 11.4.3 Struktur der Elektrizitätswirtschaft... 11.4.4 Strompreise und Stromhandel... 11.5 Die Fernwärmewirtschaft... 11.5.1 Fernwärme im Wärmemarkt... 11.5.2 Fernwärmeerzeugung...
Inhaltsverzeichnis III 11.5.3 Fernwärme im internationalen Vergleich... 11.6 Literatur... 12 ENERGIE UND UMWELT... 12.1 Umweltbelastungen durch Energienutzung... 12.2 Emission, Ausbreitung, chemische Umwandlung, Deposition und Wirkungen von Luftschadstoffen... 12.2.1 Emissionen von Luftschadstoffen und Treibhausgasen... 12.2.2 Transmission von Luftschadstoffen... 12.2.3 Umwandlung in der Atmosphäre... 12.2.4 Immissionsbelastungen... 12.2.5 Deposition der Schadstoffe... 12.2.6 Wirkungen... 12.2.6.1 Gesundheitliche Beeinträchtigungen... 12.2.6.2 Korrosion von Materialien... 12.2.6.3 Waldschäden... 12.2.6.4 Beeinflussung des Klimas (Treibhauseffekt)... 12.3 Techniken und Maßnahmen zur Minderung von Luftschadstoffemissionen... 12.3.1 Minderung von SO 2 -Emissionen... 12.3.2 Minderung von NOx-Emissionen... 12.3.3 Minderung von Staubemissionen... 12.3.4 Gesamtüberblick über Rauchgasreinigung im Kraftwerk... 12.3.5 Abgasreinigung bei Fahrzeugmotoren... 12.3.6 CO 2 -arme fossile Kraftwerke Carbon Capture and Storage (CCS)... 12.4 Umweltschutzpolitik... 12.4.1 Gesetzliche Auflagen und Regelungen... 12.4.2 Kosten von SO 2 -, NOx- und Staub-Minderungstechniken... 12.5 Zusammenfassung... 12.6 Literatur... Anhang: Emissionen Deutschland... 13 ANHANG A Einheiten B Umrechnungsfaktoren C Heizwerte für verschiedene Energieträger D Größenordnungen natürlicher und technischer Energieströme E Physikalische Konstanten und Größen F Graphische Symbole in Wärmekraftanlagen (DIN 2481)
IV Inhaltsverzeichnis Band 1 1 ENERGIE: ENTWICKLUNG UND BEDEUTUNG... 2 GRUNDLAGEN DER ENERGIELEHRE... 3 ENTWICKLUNG VON ENERGIENACHFRAGE UND ENERGIEVERSORGUNGSSTRUKTUREN... 4 ENERGIEVORRÄTE UND ENERGIEQUELLEN... 5 WIRTSCHAFTLICHKEITSRECHNUNG... Band 2 6 MINERALÖL... 7 ERDGAS... 8 KOHLEWIRTSCHAFT... 9 KERNENERGIE...