Category Alternative Energietechni

Exergie und Entropie in technischen und natiirlichen Systemen

Bereits in Abschn. 1.2 wurde der Begriff der Exergie als besonders anschauliches Mafi fiir die Qualitat einer Energiequelle eingefiihrt. Exergie ist der Anteil an Energie, der von einer Energieform in eine andere Energieform umwandelbar ist. Manche Umwandlungen sind nahezu vollstandig, andere dagegen prinzipiell nur unvollstandig moglich. Hinter dieser Tatsache verbirgt sich der 2. Hauptsatz der Thermodynamik, der die moglichen Energieumwandlungen in einer gewissen Weise hierarchisch ordnet (Bild 6). Wie in Abschn. 2.1.4 erlautert, besteht zwischen mechani – scher und thermischer Energie ein wesentlicher Unterschied. Mechani – sche Energie verhalt sich reversibel und ist damit beliebig in andere Energieformen umwandelbar...

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Energietechnik

Urn ein menschenwiirdiges Leben fiihren zu konnen, bedarf es einer gewissen Zivilisation. Verbunden damit ist ein Bedarf an Energie. In der Handhabung dieses unerlafilichen Energieeinsatzes zeigt sich die Energiekultur der jeweiligen Zivilisation. Je weniger zerstorend der Energieeinsatz auf die Symbiose Mensch-Natur wirkt, desto hoher diese Kultur. Zu den rein physikalisch-technischen Fragestellungen der klassi – schen Energietechnik kommen moralisch-okologische Aspekte hinzu, die letztlich Mafistab sind fur die von einer Zivilisation jeweils erlangte Stufe der Energiekultur. Die alternative Energietechnik ist also eine Erweiterung der klassischen Energietechnik, die sich nur mit den Maschinen und den in ihnen ablaufenden Prozessen beschaftigt...

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Organisation und Selbstorganisation

Wir sprechen von einer Organisation, wenn etwa innerhalb einer Firma A sichergestellt ist, dass alle Mitarbeiter auf die von ihxen Chefs vor – gegebenen Anweisungen in wohl definierter Weise reagieren und durch dieses Zusammenwirken schliefilich ein Produkt entsteht (Bild 121).

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Bild 121 Interne (Firma) und exteme iibergeordnete Organisation (Markt)

Die Informationen der Chefs, die diese in Anweisungen fur die Mitarbeiter umsetzen, stammen Ietztlich nicht aus der Firxna selbst, sondern aus der okonomischen Umgebung, die wir allgemein als Markt bezeichnen. Dies ist leicht einzusehen, denn willkiirliche, nicht den Marktmechanismen gehor – chende Entscheidungen der Firmenfuhrer (nicht verkaufbare Produkte) wiirden unweigerlich zum Bankrott der Firma fuhren...

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Warmekraft

Im Gegensatz zu den rein mechanischen Energieumwandlungssystemen (Wasserkraft, Windkraft, …) mit jeweils t]Max = als oberste Grenze fur die Prozefigiite besitzen therm ische Systeme zur Bereitstellung mechanischer Energie entsprechend der Energiehierarchie nach Bild 6 eine stets deutlich unterhalb von rjMax = 1 liegende Prozefigtite. Ein extremes Beispiel hierzu ist das zuvor im Detail untersuchte thermohydraulische Aufwindkraftwerk mit *1 ма< – H / #* « 1 als obere Grenze, ein im thermodynamischen Sinn offenes System, dessen Kreislauf iiber die Atmosphare geschlossen wird, wie dies letztlich auch bei der Wasser – / Windkraft der Fall ist. Im Gegensatz hierzu
sind Hochleistungswarmekraftwerke geschlossene Systeme, in denen ein kompressibles Medium als Arbeitsmittel verwendet wird...

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Geothermie

Die Geothermie nutzt die Erdwarme, die wesentlich aus dem radioaktiven Zerfall der Elemente Uran und Thorium im Erdinneren entsteht, die auch in der Erdrinde als Brennstoffe fur kemtechnische Anwendungen zu finden sind und kann oberflachertnah oder erdkemnah angewendet werden.

Bei der oberflachennahen Anwendung geht es darum, den Energieeintrag aus der Umwelt zu vergrofiem, um etwa eine effizientere Wirkung von Warmepumpen-Heizungen erreichen zu konnen (Abschn. 2.1.8, Bild 59). Der Einsatz dieser oberflachennahen Geothermie ist sinnvoll, wenn damit der Globalwirkungsgrad des Warmepumpensys terns tatsachlich verbessert wird (Abschn. 2.3).

Bei der Anwendung der erdkernnahen Geothermie zur Stromerzeugung ist die natiirliche von der kiinstlichen Warmeentnahme aus der Erdkruste zu unterscheiden...

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Leistungsdichte, Gefahrenpotential

Die Leistungsdichten der in Abschn. 2 exemplarisch untersuchten Energie – systeme zur Bereitstellung von Strom sind sehr unterschiedlich. Zur Ein – grenzung aller Systeme betrachten wir die beiden Extremfalle: das 1300 MW Kernkraftwerk und das 100 MW Aufwindkraftwerk. Wir berech – nen die Leistungsdichten

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dieser beiden Anlagen unter Beachtung der zugehorigen elektrischen Leistungen Pei (als Mafi zur Abschatzung fur die dem System aktiv innewohnende Energie/Zeit) und Volumina (Bild 85).

J. Unger, A. Hurtado, Alternative EnergietechnikG, DOI 10.1007/978-3-8348-9894-4_3, © Vieweg+Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011

Pel = 1300 MW

Pel =100 MW

II

s

-=J

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Ъ

[Ч>

Vr = Hr Dr2 n/4 = 600 m3

V = (H D2 + Hk Dk2) 1

Hr – 20 m

H = 1000m

Dr = 6...

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Nutzbare Effekte

In der Friihzeit konnte der Mensch zunachst nur seine eigene Muskelkraft und die der von ihm domestizierten Tiere einsetzen. Dann wurde der Wind zur Fortbewegung von Schiffen genutzt. Dem schlofi sich die statio – nare Mutzung des Wassers und des Windes durch den Einsatz von Wasserradern und Windmiihlen an. All diese Effekte waren von regene – rativer Natur und in ihrer damaligen Handhabung okologisch vertraglich. Aus dem Angebot an mechanischer Energie der Natur wurde lediglich ein Bruchteil durch geeignete Maschinen entnommen und nutzbar gemacht. Die Erscheinungsform der Energie wurde dabei nicht geandert (Invarianz der Energieform, Bild 2), so dafi auch keine schadlichen Nebenprodukte entstehen konnten.

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Bild 2 Mechanische Energietechnik im vorindustriellen Zeitalter

Diese Situation an...

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Schwellenverhalten und Grenzwerte

Ein volkswirtschaftlicher Prozess ganz ohne Ruckwirkungen ist nicht denk – bar. Da aber Ruckwirkungen nicht beliebig crtragbar sind, mussen diese be – schrankt werden. Diese Beschrankung muss aber nicht zwangslaufig ein Verbot jeglichen Wirtschaftens („Null-Losung") zur Folge haben. Voraus – setzung ist jedoch, dass ein Schwellenverhalten existiert Dann gibt cs auch einen Grenzwert, eine ohne Folgen ertragbare nichtverschwindende Belas – tung. Nur unter dieser Voraussetzung ist menschliches Wirtschaften legimi – tiert. Zur Erlauterung betrachten wir ein Dosis/Wirkungs-Modell, das ein solches Schwellenverhalten beschreibt...

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