Wirkungsgrad und Kraft/Wärmekopplung Stefanie Stalter 13.Juli 2012 Im Rahmen des Bachelorseminars SS 2012
Überblick Grundlagen zu Wirkungsgraden Nutzungsgrad Kraft-Wärme-Kopplung Einige Wirkungsgrade Zusammenfassung Johannes-Gutenberg Universität 2
Grundlagen zu Wirkungsgraden Was ist ein Wirkungsgrad? η = Maß für Güte des Energieumwandlungsprozesses Johannes-Gutenberg Universität 3
Schema Wirkungsgrad Zugeführte Energie Energiewandler Nutzenergie Verlustenergie Johannes-Gutenberg Universität 4
Thermischer Wirkungsgrad Verhältnis zwischen gewonnener mechanischer Leistung und zugeführtem Wärmestrom in einer Wärmekraftmaschine. η = P th Q P th Q Leistung Wärmestrom Johannes-Gutenberg Universität 5
Thermischer Wirkungsgrad Verhältnis zwischen. gewonnener mechanischer Leistung und zugeführtem Wärmestrom in einer Wärmekraftmaschine η = P th Q P th Q Leistung Höchster möglicher Wirkungsgrad: Wärmestrom Carnot-Wirkungsgrad η C =1 T niedrigste T höchste Temperaturen (in Kelvin) sind die niedrigste und die höchste auftretende Temperatur des Prozesses Johannes-Gutenberg Universität 6
Carnot-Prozess Quelle: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=datei:carnot_pv.jpg&filetimestamp=20061010143427 7
Wirkungsgrad eines Wärmekraftwerks Es wird unterschieden zwischen: Brutto-Wirkungsgrad (Eigenverbraucher nicht berücksichtigt) Netto-Wirkungsgrad Johannes-Gutenberg Universität 8
Wirkungsgrad eines Wärmekraftwerks Es wird unterschieden zwischen: Brutto-Wirkungsgrad (Eigenverbraucher nicht berücksichtigt) Netto-Wirkungsgrad η b = P b ṁ H u η n = P b P EB ṁ H u P b P EB ṁ H u Bruttoleistung Leistung der Eigenverbraucher Massenstrom Heizwert Johannes-Gutenberg Universität 9
Gesamtwirkungsgrad Da bei großen Anlagen verschiedene Maschinen mit ihrem jeweiligen Wirkungsgrad berücksichtigt werden müssen: Gesamtwirkungsgrad wird multipliziert: n η G = i=1 η i Johannes-Gutenberg Universität 10
Nutzungsgrad Quotient aus tatsächlich erreichbaren und maximalen Wert einer Größe Nutzungsgrad einer Energieanlage setzt die in einer bestimmten Zeit nutzbar gemachte Energie zur zugeführten Energie ins Verhältnis Pausen-, Leerlauf-, Anfahr- und Abfahrzeiten können enthalten sein Johannes-Gutenberg Universität 11
Kraft-Wärme-Kopplung Gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie (Strom) und nutzbarer Wärme Johannes-Gutenberg Universität 12
Kraft-Wärme-Kopplung Gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie (Strom) und nutzbarer Wärme Erhöhung des Nutzungsgrades von 33-58,4% auf ungefähr 80% Johannes-Gutenberg Universität 13
Kraft-Wärme-Kopplung Quelle: http://www.steag-fernwaerme.de/kraftwaermekopplung.html 14
Kraft-Wärme-Kopplung Vorteile: Einsparung von Brennstoffen bei Wärmebedarf Primärenergieeinsparung von ca. 10-30% CO 2 -Ausstoß kann im Bereich Gebäudeheizung um bis zu 50% reduziert werden Johannes-Gutenberg Universität 15
Kraft-Wärme-Kopplung Vorteile: Einsparung von Brennstoffen bei Wärmebedarf Primärenergieeinsparung von ca. 10-30% CO 2 -Ausstoß kann im Bereich Gebäudeheizung um bis zu 50% reduziert werden Nachteile: Nicht unbedingt ökologisch Johannes-Gutenberg Universität 16
Einige Wirkungsgrade Prozess oder Maschine Wirkungsgrad (%) Kernkraftwerk 33 Solarzelle 5-27 Wärmekraftwerk Kohle 25-50 Kraft-Wärme-Kopplung 30-40 &(50-60) Wasserkraftwerk 80-90 Windkraftanlage Bis 50 Brennstoffzelle 20-60 Ottomotor 10-45 Elektromotor 90-99,5 Sonnenkollektor (thermisch) < 85 Glühlampe 3-5 LED 5-25 Skelettmuskulatur 20-30 Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/wirkungsgrad 17
Zusammenfassung Kraft-Wärme-Kopplung hat einige Vorteile gegenüber der alleinigen Bereitstellung von Strom und nutzbarer Wärme Jedoch ist man noch immer auf fossile Brennstoffe angewiesen Johannes-Gutenberg Universität 18
Zusammenfassung Kraft-Wärme-Kopplung hat einige Vorteile gegenüber der alleinigen Bereitstellung von Strom und nutzbarer Wärme Jedoch ist man noch immer auf fossile Brennstoffe angewiesen Es handelt sich also um eine gute Übergangslösung für die Zeit der Rohstoffknappheit, aber nicht um eine Universallösung. Johannes-Gutenberg Universität 19
Quellen http://de.wikipedia.org/wiki/wirkungsgrad http://www.umweltdatenbank.de/lexikon/wirkungsgrad.htm http://de.wikipedia.org/wiki/nutzungsgrad http://de.wikipedia.org/wiki/kraft-w%c3%a4rme-kopplung http://www.energieschweiz.ch/dech/energieerzeugung/waermekraftkopplung.aspx Johannes-Gutenberg Universität 20