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Energiemanagement > Energiemanagement > Flashcards

Energiemanagement Flashcards

1
Q

Was ist Energie?

A

Die Fähigkeit Arbeit zu verrichten.
- in einem physikalischen System gespeicherte Arbeit

  • Fähigkeit eines physikalischen Systems, Arbeit zu verrichten
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2
Q

Was ist Leistung?

A

Leistung: Arbeit/Zeit [W]
Arbeit, Energie [Ws]
1 Ws = 1 Joule

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3
Q

Was ist die Nennleistung?

A

Nennleistung bezeichnet höchste Dauerleistung, bei der eine energietechnische Einrichtung ohne Beeinträchtigung der LEbensdauer und Sicherheit betrieben werden kann.

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4
Q

Arten der Vorräte von Uran

A
  1. Hinreichend gesicherte Vorräte - RAR
  2. Reservern plus geschätzte zusätzliche Vorräte - KCR
  3. REssourcen insgesamt -> 1+2+ spekulative Vorräte
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5
Q

Kritik an der Atomenergie

A

Atommüllproblem -> Halbwertzeiten sind sehr hoch

  • politisch unstabile Regionen regieren über z.B. Uran
  • Uranvorräte reichen nicht mehr ewig
  • hochgradig subventioniert
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6
Q

Was sind Volllaststunden?

A

Maß für Nutzungsgrad einer technischen Anlage bei Nennleistung.

Jahresnutzungsgrad: Volllaststunden / 8760h

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7
Q

Wie setzt sich Energiestrom des Windes zusammen?

A

kin. Energiegleichung: E=1/2 * m * v²
Massenstrom: m´ = rho * Q = rho * A * v
Energiestrom e´ = 1/2 * m´ *v² = 1/2 * rho * A * v³

Ws/s= W –> Leistung des Windes
E´=PWind

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8
Q

Widerstands- und Auftriebsläufer

A

Widerstandsläufer:

  • angetrieben durch Widerstandskraft Fw
  • unabhängig von der Windrichtung
  • Wind drückt auch gegen die Gegenseite

Auftriebsläufer:

  • angetrieben durch Auftriebskraft Fa
  • durch profilierte Rotorblätter höchstmöglicher Auftrieb generiert
  • Auftrieb: Objekt erfährt Kraft normal zur Anströmrichtung

Anpassen des Auftriebs durch:

  • Erhöhung Anstellwinkel
  • Erhöhung Geschwindigkeit
  • Vergrößerung der Tragfläche
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9
Q

Formen konventioneller Energien

A

Fossile Brennstoffe:

  • Erdöl 42 Jahre
  • Erdgas 65 Jahre
  • Kohle 165 Jahre

Traditionelle Biomasse

Nuklear (Uran) 50-150 Jahre

Erneuerbare Energiequellen (Wind, Solar, Wasser und Biomasse)

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10
Q

Bedeutung der c-Werte

A

theoretische Bestimmung des Körperwiderstandes ist nicht möglich.
Daher findet Körperwiderstand Eingang in die Berechnung über in Laborversuchen empirisch bestimmten c-Werten

cw, ca, cm = f( Geometrie, Rauheit, Re, Fr, Ma)

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11
Q

Was ist die Gleitzahl?

A

Gleitzahl bestimmt die Profilierung, um stabiles Strömungsfeld mit
- Maximierung an Auftriebskraft
- Minimierung der Widerstandskraft
zu generieren.

epsilon = FA/FW = Ca/Cw

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12
Q

Schnelllaufzahl lambda

A

lambda = Umfangsgeschwindigkeit vu / Windgeschwindigkeit v unendlich

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13
Q

Wozu wird der Ringschnitt verwendet?

A

Anströmgeschwindigkeit nimmt von Narbe bis Blattspitze linear zu (siehe Dreiecke). Um unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten gerecht zu werden, gibt es für jeden Abschnitt des Rotorblattes ein optimales Profil –> Ringschnitt in Rotorebene mit Breite dr:

Blattspitze: hohe Gleitzahl erfoderlich
Narbennähe: Anströmgeschwindigkeit c gerin –> dickere Profile (auch für Festigkeitsanforderungen)

Um an jeder Stelle des Rotorblattes gleiche Anströmwinkel zu realisieren, muss das Rotorblatt in sich verwunden sein.

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14
Q

Was sind die Verluste bei der Rotorumströmung?

A
  1. Tip-Verluste: An der Spitze des Blattes strömt die Luft von der Druck- zur Saugseite
  2. Profil-Verluste: aerodynamischer Widerstand des Blattprofils (Reibung)
  3. Drall-Verluste: Rotordrehung verursacht einen Drall in der Nachlaufströmung –> Energieverlust
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15
Q

Was ist Turbulenz? / /

A

Turbulenz entsteht durch großräumige Druckgradienten + Rauigkeit + thermische Turbulenz
Turbulenzintensität ergibt sich aus: Wurzel der Varianz (Standartabweichung) / Mittelwert

Sie ist ein Maß für die Qualität eines Windfeldes

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16
Q

Was versteht man unter dem Windschatten- oder auch “Wake-Effekt”?

A

Parkwirkungsgrad: Unsymmetrische Anströmung führt zur Reduktion des Energieertrags.

  • Durch Wakeeffekt kann nicht jede WKA 100% Leistung abrufen –> mehr als 8D Abstand
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17
Q

Was sind Sodar-Messungen?

A

Akkustische Windprofilmessungen ohne Baumaßnahmen:

  • große Höhen möglich
  • freies Feld notwendig
  • ausgesandte Schallwellen werden in der Atmosphäre reflektiert und am Boden wieder empfangen
  • durch Intensität und Frequenzverschiebung (Doppler-Effekt) kann Windrichtung und Geschwindigkeit gemessen werden.
18
Q

Was versteht man unter dem Wasserkraftpotential?

A
  • theoretisches Wasserkraftpotential ergibt sich aus Niederschlag und Topographie
  • theoretisches Stromerzeugnispotential ergibt sich aus allen sinnvollen Standorten, an denen Wasser genutzt werden könnte
  • technisches Stromerzeugnispotential
  • technisches Endenergiepotential

Potential an Wasserkraft korreliert mit Verteilung der Gebirge.

Bei Kraftwerken ergibt sich das Potential aus Durchfluss + Wasserspiegeldifferenz

19
Q

Argumente für und gegen Wasserkraft

A 
Pro:
- dauerhaftes Stromerzeugnispotentiale vorhanden
- grüne Energie
Contra:
- jedes Wasserkraftwerk ein Unikat
- Rücksicht auf Fauna und Flora (Rechenabstand) notwendig
- Schifffahrt wird beeinträchtigt
- Auf welche Nennleistung ?
20
Q

Was gibt es für Wasserkraftwerkstypen?

A
  • Strömungskraftwerke (Gezeiten)
    aus Fließwasser/Meeresströmung wird Elektrizität erzeugt
  • Laufwasserkraftwerke
    Flusswasser wird durch Turbine geleitet und erzeugt Energie
  • Speicherwasserkraftwerke
    Speicherung von potentieller Energie durch Staudämme

-Pumpspeicherkraftwerke
Pot. Energie –> kin. Energie

21
Q

Erläutern Sie die Pelton-Turbine

A

geeignet für:

  • große Fallhöhen
  • hohen Druck
  • geringe Durchflussmengen
  • starr
  • Düsenregelung

–> gut geeignet für Pumpspeicherkraftwerke

22
Q

Erläutern Sie die Kaplan-Turbine

A

geeignet für:

  • kleine Fallhöhen
  • Variation der Anstellwinkel –> Regulierung der Leistung
  • Laufradregulierung
  • Überdruckturbinen
  • komplett von Wasser umgeben

–> geeignet für Laufwasserkraftwerke

23
Q

Erläutern Sie die Francis-Turbine

A

geeignet für:

  • große Fallhöhenbereiche
  • Turbine mit Leitradregelung
  • geeignet für Großwasserkraftwerke (Speicherkraftwerke)
24
Q

Vordimensionierung von Wasserkraftwerken

A

über Modellversuche:

  • im Labormodell (Ähnlichkeitsgesetze beachten!)
  • in CFD-Modellen

über Muscheldiagramme:

  • Turbinen werden in Laboren auf einem Prüfstand getestet
  • -> Es entstehen Zusammenhänge zwischen Drehzahl, Durchfluss und Wirkungsgrad
  • -> Diese werden in Muscheldiagrammen dargestellt
  • über Vielzahl meist empirischer Formeln
  • Grundgrößen jeder Turbinen-Vordimensionierung steht die Leistung, die sich aus drei Grundgrößen zusammensetzt:
    1. D3= Laufradaußendurchmesser
    2. n = Drehzahl
    3. nq = zulässige spez. Drehzahl
25
Q

Wozu werden mehrere Maschinensätze verwendet?

A
  • schwankende Durchflüsse können durch Verwendung mehrerer Maschinensätze angepasst werden
  • Maschinensätze mit unterschiedlichen Nennleistungen
  • werden zugeschaltet, wenn notwendig
26
Q

Was ist Kavitation (Definition)?

A

Kavitation ist die Bildung und Auflösung von dampfgefüllten Hohlräumen (Dampfblasen) in Flüssigkeiten.

Ursachen können Druck-, Temperatur- und Geschwindigkeitsunterschiede sein.

27
Q

Was ist die geodätische Saughöhe?

A

Herleitung aus hydrostatischer Grundgleichung: p1=p0+rhogh –> h = (p1-p0)/(rho*g)

  • Geodätische Saughöhe ist die Höhe zwischen Oberfläche vom saugseitigen Flüssigkeitsspiegel und der Mitte des Pumpeneingangs bei Pumpen.
  • theoretisch max. erreichbare Saughöhe: 10.33 [m]
    praktisch erreichbar: ~ 7-8 [m]
  • -> Verluste: - konzentrierte Verluste am Saugrohreinlauf
  • konzentrierte Verluste an Krümmern
  • Wandreibung
28
Q

Kavitationsvorgang bei einer Pumpe (Erklärung über Saughöhe)

A
  • Wasser wird über bestimmte Saughöhe hochgepumpt
  • Da (in den meisten Fällen) das Wasser mit Unterdruck angesaugt wird, verdampft das Wasser bei geringeren Temperaturen. Umso geringer der Druck, desto geringer die Verdampfungstemperatur
  • Fällt der statische Druck unter Verdampfungsdruck, bilden sich Dampfblasen
  • Gelangen diese Blasen in Regionen mit höheren Druck, kommt es zur Kondensation des Dampfes in Blasen und damit zur Implosion, da Wasser ein viel kleineres Volumen als Dampf hat
  • Ein Druckstoß wird ausgelöst und kann den Gegenstand beschädigen.
29
Q

Was ist ein Druckstoß?

A
  • Ein Druckstoß bezeichnet die dynamische Druckänderung eines Fluides
  • Druckstoßhöhe: Druckhöhe im Verhältnis (also zusätzlich) zur eigentlichen Druckhöhe —> Druckstoßhöhe ha
  • Beim Schließen des Regelorgans ist F positiv, –> +ha
  • Beim Öffnen des Regelorgans ist F negativ, –> -ha
  • Druckstoß umsö größer:
    je kleiner die Regelzeit
    je größer die Geschwindigkeitsänderung
    je länger die Rohrleitung

-größtmöglichher Druckstoß: Jourkowski-Stoß

30
Q

Erklären Sie die Funktion des “Wasserschlosses”

A
  • Ein Wasserschloss ist eine wasserbauliche Anlage in Wasserkraftwerken, um Druckstöße in Druckstollen bzw. Rohrleitungen zu vermindern
  • Innerhalb des Wasserschlosses kann sich das Wasser für den Druckausgleich frei ausschwingen
  • Ausschwingen der Reflexion
31
Q

Was ist Geothermie?

A

Geothermie beschreibt die Nutzung der Erdwärme, die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeichert ist.

32
Q

Wie berechnet sich das Geothermische Potential?

A

Mittels des Wärmeübergangs einer Kugelschale:

Fläche Erde Ae: 5*10^14 m²
Fläche Deutschland Ad: 3,52*10^6 m²
Äußerer Radius ra: 6370 km
Innerer Radius ri: 6330 km
Temperatur innen: 930°
Temperatur außen: 20°

mittlere Wärmeleitkapazität lambda: 2W / mK
Wärmestrom durch Kugelschale Qt: 4pi*lambda/(1/ri - 1/ra) * (temperatur innen - temperatur außen)

33
Q

Was verstehen wir unter “tiefer Geothermie”

A

Man spricht von tiefer Geothermie ab Tiefen von 100m - 4000m. Das Ziel ist hierbei die Stromerzeugung und die Fernwärme.

Hierzu gibt es das Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR):

  • kaltes Wasser durch Injektionsbohrungen in möglichst heiße und möglichst poröse Gesteinsschicht
  • Wasser erhitzt sich
  • spätere Entnahmen durch Förderbohrungen (Heizzwecke, Dampfturbinen)

Probleme:

  • im Wasser lösen sich Stoffe und verkrusten die Rohre
  • erhebliche Druck- und Temperaturunterschiede
  • liegen im offenen System

Vorteilhaft:

  • hohe Temperaturen
  • hohe Wärmekapazität
  • hohe Masse des Aquifers
34
Q

Was verstehen wir unter “flacher Geothermie”?

A

bis 10m Tiefe: oberflächennahe Geothermie:

  • oberflächennahe Sonden oder Kollektoren
  • Wärmequellen für Wärmepumpen

bis 100m Tiefe: Tiefensonden:

  • U-Sonden
  • Doppel-U-Sonden
  • Koaxialsonden
  • zentrierte Koaxialsonden
35
Q

Erläutern Sie die Funtionsweise einer Wärmepumpe

A

Der Erde wird im Zuge eines thermodynamischen Kreisprozesses Wärme entzogen und einem kälteren Medium zugeführt.

  1. Arbeitsmittel wird über Wärmetauscher geführt und verdampft unter Wärmeaufnahme aus dem Erdreich
  2. Arbeitsmittel wird mit Kompressor verdichtet und erhitzt sich dabei
  3. Heißes Arbeitsmittel wird wieder über einen Wärmetauscher geführt und erwärmt Wasser der Zentralheizung. Beim Abkühlen verflüssigt sich Arbeitsmittel.
  4. Arbeitsmittel wird über Ventil völlig dekomprimiert, um für nächsten Umlauf ins Erdreich wieder bereit zu stehen und kühlt weiter ab.
36
Q

Was ist die Jahresarbeitszahl?

A
  • Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist die tatsächliche Leistungszahl im Betrieb
  • Sie ist das Ergebnis von Messungen am Stromzähler für die zugeführte elektrische Arbeit und am Wärmemengenzähler über ein Jahr
  • Sie gibt das Verhältnis des Jahresertrages an Heizarbeit zur aufgewendeten Antriebs- und Hilfsenergie an:

epsilon = Wnutz / Wel

JAZ-Werte von 2-5

37
Q

Was ist die Wärmekapazität?

A

Wärmekapazität [J/m³K]:

Quotient aus der einem Körper zugeführten Wärmeenergie und der dadurch bewirkten Temperaturerhöhung.

38
Q

Was ist die Wärmeleitfähigkeit?

A

Wärmeleitfähigkeit [W/mK]:
Die Wärmemenge, die in einer Sekunde durch einen Würfel mit 1m Kantenlänge übertragen werden kann, deren gegenüberliegende Seite eine Temperaturdifferenz von 1K aufweist.

39
Q

Was ist der Wärmeübergangswiderstand?

A

Wärmeübergangswiderstand Rb [mK/W]:

Die zwischen einem festen Körper und einem strömenden Medium stattfindene Wärmeübertragung.

40
Q

Erläutern Sie die Bedeutung und den Zusammenhang zwischen Energieverbrauch, -effizienz und -bilanz!

A

Verbrauch:
Die Menge an Energie, die von etwas verbraucht wird.

Effizienz:
Die Energieeffizienz ist ein Maß für den Aufwand (Verbrauch) von Energie zur Erreichung eines bestimmten Nutzens.

Bilanz:
Vergleicht Energiemenge, die eine technische Anlage produziert mit der Energiemenge, die für Herstellung (Ressourcen), Wartung und Abbau benötigt werden.

Diese drei Größen müssen immer zusammen betrachtet werden. Ein technisches Gerät (z.B. Kühlschrank) kann eine schlechte Energieeffizienz aufweisen und trotzdem einen geringeren Verbrauch als ein sehr energieeffizientes Gerät haben.
Zudem ist zum Beispiel beim Neukauf eines technischen Geräts auf die Bilanz zu achten.

Energiemanagement (2 decks)

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