Regenerative Energiequellen

ISBN-13: 9783540550853 / Niemiecki / Miękka / 1993 / 315 str.

Manfred Kleemann; Michael Meli; Michael Melia

Opis

Regenerative Energiequellen sind zentraler Bestandteil der energiepolitischen Diskussion. Dieses Lehrbuch stellt die regenerativen Energiequellen nicht nur unter physikalischen, technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten dar, son dern behandelt auch die fur unser Land interessantesten Nutzungsmoglichkeiten. Anlagen, nach dem neuesten technischen Stand ausgefuhrt, werden beispielhaft vorgestellt. Wichtige Kenngrossen und deren Herleitung werden nachvollziehbar beschrieben. Das Lehrbuch liefert nicht nur fundiertes Wissen fur Studenten an Technischen Universitaten, Hochschulen und Fachhochschulen, sondern wendet sich mit seinen sachlichen Informationen auch an eine breite Offentlichkeit."

Spis treści

1 Nutzungsmöglichkeiten regenerativer Energiequellen.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Geothermische Energie.- 1.3 Gezeitenenergie.- 1.4 Wasserkraft.- 1.5 Windenergie.- 1.6 Wellenenergie.- 1.7 Energie der Meeresströmung.- 1.8 Umweltwärme.- 1.9 Biologische und chemische Energiewandlung.- 1.10 Photoelektrische Energiewandlung.- 1.11 Solarthermische Energiewandlung.- 1.12 Diskussion des möglichen Beitrags zur Energieversorgung.- 1.12.1 Der Potentialbegriff.- 1.12.2 Der heutige Beitrag.- 1.12.3 Nachteile und Vorteile regenerativer Energiequellen.- 1.12.4 Der zukünftige Beitrag.- 2 Darbietung solarer Strahlungsenergie.- 2.1 Strahlung und Schwächungsmechanismen.- 2.1.1 Extraterrestrische Strahlung.- 2.1.2 Gang durch die Atmosphäre.- 2.1.3 Strahlung auf geneigte Flächen.- 2.2 Terrestrisch nutzbare Strahlung.- 2.2.1 Strahlungsbilanzen.- 2.2.2 Das allgemeine Transmissionsgesetz.- 2.2.3 Streuung in der Atmosphäre.- 2.2.4 Absorption der Sonnenstrahlung.- 2.2.5 Direkte Sonnenstrahlung.- 2.2.6 Himmelsstrahlung.- 2.2.7 Globalstrahlung.- 2.3 Messung solarer Strahlungsenergie.- 2.4 Zusammenhang zwischen der Globalstrahlung auf horizontale Flächen und derjenigen auf geneigte Flächen.- 3 Niedertemperaturkollektoren.- 3.1 Aufbau und Funktionsweise des Flachkollektors.- 3.2 Die optischen Eigenschaften des Absorbers und der Abdeckung.- 3.3 Bestimmung der Nutzleistung und des Wirkungsgrads.- 3.4 Transmissionsverluste der Kollektorabdeckung.- 3.4.1 Bestimmung des Reflexionskoeffizienten mit Hilfe der Brechungsindizes.- 3.4.2 Bestimmung des Transmissionskoeffizienten aus den Reflexionskoeffizienten ohne Absorption im Glas.- 3.4.3 Bestimmung der Transmissionskoeffizienten bei alleiniger Berücksichtigung der Absorption.- 3.4.4 Bestimmung des Gesamttransmissionskoeffizienten bei Reflexion und Absorption.- 3.5 Das HWB-Kollektormodell.- 3.6 Vergleich der drei Kollektorgleichungen.- 3.7 Test von Niedertemperaturkollektoren.- 3.8 Kollektorpreise.- 4 Solare Niedertemperatursysteme.- 4.1 Solarbeheizte Freischwimmbäder.- 4.1.1 Günstige Voraussetzungen für die Solarenergienutzung bei Freischwimmbädern.- 4.1.2 Berechnung des Wärmebedarfs ohne Beckenabdeckung.- 4.1.2.1 Bilanzierung der Wärmeströme eines Freibads.- 4.1.2.2 Berechnung der Strahlungs- und Konvektionsverluste.- 4.1.2.3 Berechnung der Verdunstungsverluste.- 4.1.2.4 Transmissionsverluste an das Erdreich.- 4.1.2.5 Berechnung des Wärmezugewinns durch Sonneneinstrahlung ins Becken.- 4.1.2.6 Berechnung des gesamten saisonalen Heizwärmebedarfs.- 4.1.3 Reduktion des Wärmebedarfs durch eine Beckenabdeckung.- 4.1.4 Berechnung der solaren Deckungsrate.- 4.1.5 Wirtschaftlichkeit der Beckenwassererwärmung.- 4.2 Brauchwassererwärmung und Raumheizung.- 4.2.1 Thermosiphonanlagen.- 4.2.1.1 Thermosiphonischer Massenstrom.- 4.2.1.2 Effektive Rohrleitungslänge.- 4.2.1.3 Dichte-Höhe-Diagramm und Auftriebsflächen.- 4.2.1.4 Gestaltung von Thermosiphonsystemen.- 4.2.2 Warmwassersysteme mit Zwangsumlauf.- 4.2.2.1 Einfluß von Kollektorfläche und Speichervolumen.- 4.2.2.2 Einfluß anderer Systemparameter.- 4.2.3 Auslegungshinweise.- 4.2.3.1 Energiebedarf.- 4.2.3.2 Solares Energieangebot.- 4.2.3.3 Kollektoren.- 4.2.3.4 Speicher.- 4.2.3.5 Sonstige Systemkomponenten.- 4.2.3.6 Kosten der Warmwasserbereitung.- 4.2.4 Raumheizung mit NT-Kollektoren.- 5 Konzentrierende Kollektoren.- 5.1 Geometrie der Parabel.- 5.2 Aufbau eines konzentrierenden Kollektors.- 5.3 Maximales Konzentrationsverhältnis und maximale Temperatur.- 5.3.1 Bestimmung des maximalen Konzentrationsverhältnisses.- 5.3.2 Bestimmung der maximalen Absorbertemperatur.- 5.3.3 Konzentrationsverhältnis und Temperatur für verschiedene Kollektoren.- 5.4 Verluste am konzentrierenden Kollektor.- 5.4.1 Unvollständige Reflexion des Spiegels.- 5.4.2 Oberflächenfehler.- 5.4.3 Orientierungsfehler.- 5.4.4 Reflexion und Emission des offenen Absorbers.- 5.4.5 Konvektion am offenen Absorber.- 5.4.6 Absorber mit transparenter Umhüllung.- 5.5 Nutzleistung und Wirkungsgrad.- 5.6 Gegenüberstellung von konzentrierendem Kollektor und Flachkollektor.- 6 Solarthermische Stromerzeugung.- 6.1 Unterscheidungsmerkmale für Farm- und Towerkraftwerke.- 6.2 Beispiele solarthermischer Kraftwerke.- 6.3 Arbeitstemperatur und Wirkungsgrad.- 6.4 Das Farmkraftwerk.- 6.4.1 Aufbau von Farmanlagen mit Parabolrinnen.- 6.4.2 Das Kollektorfeld.- 6.4.3 Der Speicher.- 6.4.4 Der Arbeitskreislauf.- 6.4.5 Das Energieflußbild.- 6.4.6 Regelung der Anlage.- 6.5 Das Towerkraftwerk.- 6.5.1 Konzepte für Absorber, Turm und Spiegelfeld.- 6.5.2 Aspekte der Feldauslegung.- 6.5.3 Nachführung der Heliostaten.- 6.5.4 Der Receiver.- 6.5.5 Kreislaufkonzepte.- 6.5.6 Nutzungsgrad.- 6.6 Systemvergleich und Kosten.- 6.6.1 Systemvarianten.- 6.6.2 Wirtschaftlichkeit.- 7 Photovoltaische Stromerzeugung.- 7.1 Einleitung.- 7.2 Grundlagen.- 7.2.1 Bändermodell der Elektronen im Festkörper.- 7.2.2 Die Solarzelle ohne Bestrahlung.- 7.2.3 Absorption von Photonen.- 7.2.4 Ladungsträger-Rekombination.- 7.2.5 Die Solarzelle unter Bestrahlung.- 7.2.6 Schottky-Zellen, MIS-Zellen.- 7.2.7 Hetero-Zellen.- 7.3 Verhalten einzelner Solarzellen.- 7.3.1 Strom-Spannungskennlinie.- 7.3.2 Ersatzschaltbild realer Solarzellen.- 7.4 Heute gebräuchliche Solarzellen.- 7.4.1 Herstellung von Silicium-Solarzellen.- 7.4.2 Dünnschicht-Solarzellen.- 7.4.3 Sonstige Solarzellen.- 7.5 Konzentrierende Solarzellen.- 7.6 Solarzellensysteme und Kosten.- 7.6.1 Aufbau von Solargeneratoren.- 7.6.2 Einsatzmöglichkeiten von Solargeneratoren.- 7.6.3 Wirtschaftlichkeit.- 8 Darbietung der Biomasse.- 8.1 Entstehung der Biomasse.- 8.2 Erscheinungsformen der Biomasse.- 8.3 Das Potential der Biomasse.- 8.3.1 Weltweites Potential.- 8.3.2 Potential in der BRD.- 9 Techniken zur energetischen Nutzung der Biomasse.- 9.1 Einleitung.- 9.2 Physikalische Biokonversionsverfahren.- 9.2.1 Verdichtung zu Biobrennstoffen.- 9.2.2 Extraktion von Pflanzenölen.- 9.3 Thermochemische Biokonversionsverfahren.- 9.3.1 Verbrennung.- 9.3.2 Vergasung.- 9.3.3 Verflüssigung.- 9.3.3.1 Verflüssigung durch chemische Reduktion.- 9.3.3.2 Pyrolyse.- 9.3.3.3 Verflüssigung durch Methanolsynthese.- 9.4 Biologische Konversionsverfahren.- 9.4.1 Einführung.- 9.4.2 Biogaserzeugung.- 9.4.2.1 Verfahrenstechnische Grundlagen.- 9.4.2.2 Einflußparameter.- 9.4.2.3 Ausführung von Biogasanlagen.- 9.4.2.4 Wirtschaftlichkeit von Biogas.- 9.4.3 Äthanolerzeugung.- 9.4.3.1 Ausgangsstoffe und Verfahren.- 9.4.3.2 Der Fermentationsprozeß.- 9.4.3.3 Energiebilanz des Gesamtprozesses.- 9.4.3.4 Äthanol als Motorkraftstoff.- 9.4.3.5 Wirtschaftlichkeit von Äthanol.- 10 Darbietung der Windenergie.- 10.1 Entstehung des Winds und des globalen Zirkulationssystems.- 10.2 Windströmung.- 10.2.1 Windstärke.- 10.2.2 Windrichtung.- 10.2.3 Jahresmittel der Windgeschwindigkeit.- 10.2.4 Jahresgang der mittleren Windgeschwindigkeit.- 10.2.5 Höhenabhängigkeit der Windgeschwindigkeit.- 10.2.6 Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit.- 10.2.7 Extremwerte der Windgeschwindigkeit.- 10.2.8 Windströmung über Hindernisse und Anlagenabstand.- 10.3 Die Leistungsdichte des Winds.- 10.4 Vergleich von Sonnen- und Windenergieangebot.- 10.5 Windmessung.- 10.5.1 Staudruckmeßverfahren.- 10.5.2 Hitzdrahtanemometer.- 10.5.3 Schalenkreuzanemometer.- 10.5.4 Windrichtungsanzeige.- 11 Windenergiekonverter.- 11.1 Historische Entwicklung.- 11.2 Strömungsmechanische Grundlagen.- 11.2.1 Idealer Leistungsbeiwert.- 11.2.2 Leistungsbeiwert eines Widerstandsläufers.- 11.2.3 Strömung um ein Tragflügelprofil.- 11.3 Aerodynamik der Windturbine.- 11.3.1 Auftriebsbeiwert und Widerstandsbeiwert.- 11.3.2 Geschwindigkeiten und Luftkräfte am Rotor.- 11.3.3 Verwindung des Rotorblatts.- 11.3.4 Aerodynamische Verluste am Rotorblatt.- 11.3.5 Leistungsbeiwert und Schnellaufzahl.- 11.3.6 Momentenbeiwert und Schnellaufzahl.- 11.3.7 Gestaltung der Blattbreite.- 11.3.8 Profilauswahl.- 11.3.9 Optimale Rotordrehzahl.- 11.3.10 Darrieus-Rotor.- 11.4 Belastungen an einer Windkraftanlage.- 11.4.1 Vorbemerkungen.- 11.4.2 Luft- und Massenkräfte am Rotor.- 11.4.3 Kräfte durch den Betriebsablauf.- 11.4.4 Schwingungsbeanspruchung.- 11.5 Elektrisches System.- 11.6 Regelung.- 11.6.1 Schlechte Regelbarkeit bei Langsamläufern.- 11.6.2 Regelung von Schnelläufern.- 11.7 Wirtschaftlichkeit.