Sektorkopplung Flashcards
Der größte Anteil der mechanischen Energie in DE ist welchem Sektor zuzuordnen?
Verkehrssektor
Bei Energiebedingten Treibhausgasemissionen fällt der größte Anteil in DE auf?
Energiewirtschaft (v.a. Kohlewirtschaft)
Größte Anteil des Endenergieverbrauchs in Deutschland fällt auf welchen Sektor?
Wärmesektor
Zukünftige Wärmeversorgungskonzepte sollte auf folgende Quellen zurückgreifen: ?? (5)
- Biomasse
- Solarthermie
- Tiefengeothermie
- elektrische Wärmepumpe betrieben durch EE-Strom
- Gas: hergestellt durch Power-to-Gas Anlagen mithilfe von Strom
Raumwärme- Warmwasserbedarf
Ein Steuergerät bekommt vom elektronischen Zweirichtungszähler im Abstand von 10s die aktuelle Leistung in Watt und die Information, ob Energie vom Verteilnetzbetreiber bezogen oder in dessen Netz eingespeist wird.
Liefert die PV-Anlage Strom, schaltet das Steuergerät den ?? ein, das Brauchwasser wird erwärmt.
Wenn nicht genügend PV-Energie zur Verfügung steht oder das Brauchwasser die gewünschte Temperatur erreicht hat, geht der ?? automatisch außer Betrieb.
Elektroheizstab
-> läuft nur, wenn Überschussenergie aus PV-Anlage vorhanden
-> deckt nicht gesamten Wärmebedarf
(siehe slide 18)
Raumwärme- Warmwasserbedarf
Direkte Power-to-Heat Anlage (großskalige Heizstab)
1) Nach welchem Prinzip funktionieren diese?
2) Wozu kann eine solche Anlage dienen? (2)
1) Prinzip der Widerstandsheizung
2)
- Bereitstellung (negativer) Regelleistung
- Verwertung erneuerbaren Überschussstroms
Das größte System in diesem Bereich in Deutschland aktuell ist in Berlin von Vattenfall (Heizkraftwerk Reuter) -> Power-to-Heat Anlage mit 3 Elektrodenkesseln und Heizstäben. Block kann 30.000 Haushalte mit Fernwärme versorgen.
-> Verbraucht aber 10% des gesamten Berliner Stromverbrauches
?(1)? hat den größten Anteil am Prozesswärmebedarf.
In großem Abstand folgt der Sektor ?(2)?
(1) Industrie
(2) GHD (Gewerbe, Handel, Dienstleistungen)
Prozesswärmebedarf
Wird der durch fossile Energieträger gedeckte Bereich über Gas aus P2G-Anlagen versorgt, steigt der zusätzliche Strombedarf immens.
Es besteht aber ein erhebliches Potential an?
Effizienzsteigerungen durch Prozessoptimierungen und Wärmerückgewinnung
Sektorkopplung - Prozesswärmebedarf
Hohe ?(1)? in Wärmepumpen reduziert enorm Effizienzgewinn -> Einsatz oft unwirtschaftlich
Nutzung einer ?(2)? sinnvoll - bedarf jedoch ?(3)?
Wärmequelle kann z.B. auch durch ?(4)? bereitgestellt werden
(1) Temperaturspreizung
(2) wärmeren Abwärmequelle
(3) Prozessoptimierung
(4) Solarthermie
Sektorkopplung -
Nenne ein konventionelles Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung und welches dieses zukünftig ersetzen dürfte.
konventionell: Dampfreformierung
neu: Elektrolyse
Sektorkopplung - Elektrolyse
Im Wasser liegt ein geringer Anteil der Wasserteilchen (H2O) in Form von Ionen vor, einmal dem Wasser-Ion(H+) und andererseits dem OH- -Ion. Diese Ionen werden von der jeweils entgegengesetzt geladenen Elektrode angezogen:
An der Kathode - der negativen Elektrode - wird an das H+-Ion ein Elektron abgegeben, womit zwischenzeitlich ein ?(1)? entsteht. Dieses verbindet sich schnell mit einem weiteren ?(1)? zu einem ?(2)?; viele ?(2)? steigen dann als Gasblasen an der Elektrode auf und können gesammelt werden.
An der Anode - der positiv geladenen Elektrode - werden, vereinfacht dargestellt, ?(3)? zwei Elektronen abgenommen und zu einem Sauerstoffatom und einem Wassermolekül umstrukturiert. Zwei Sauerstoffatome bilden wiederum ein Sauerstoffmolekül, welches dann im Verbund mit anderen Sauerstoffmolekülen als Gasblase an der Anode aufsteigt und dort ebenfalls gesammelt werden kann.
(1) Wasserstoff-Atom
(2) Wasserstoffmolekül(e) H2
(3) zwei OH- -Ionen
Skizziere die Elektrolyse-Einheit wie in Abbildung slide 4!
…
Reaktionen in der Brennstoffzelle
Welche Reaktion läuft an Anode, welche an Kathode und welche im Gesamten ab?
Anode:
H2 -> H2+ + 2e-
Kathode
1/2 O2 + 2H+ + 2e- -> H2O
Gesamt: H2 + 1/2 O2 -> H20
Methanisierung
Die Erzeugung von CH4 (Methan) bzw. synthetischem Erdgas (SNG: Synthetic Natural Gas) erfolgt durch die katalytische Reaktion von ?(1)? mit ?(2)?
Die sog. ?(3)?-Reaktionen werden von Metallen der ?(4)? katalysiert, wobei ?(5)? am häufigsten zum Einsatz kommen.
Für exotherme Reaktionen mit Volumenverlust werden für einen hohen ?(6)? geringe Temperaturen und erhöhte Drücke bevorzugt.
Die Exothermie der Sabatier-Reaktionen stellt eine Herausforderung an die ?(7) dar.
Dementsprechend muss auf ?(8)? und folglich auf ?(9)? großes Augenmerk gelegt werden.
(1) H2
(2) Kohlenstoffquelle wie CO oder CO2
(3) Sabatier-Reaktionen
(4) 8. Nebengruppe
(5) Ni-Verbindungen
(6) CO2 Umsatz
(7) Prozessgestaltung und -führung
(8) Wärmeauskopplung
(9) Wärmenutzung
1) Wie lautet die Sabatier Reaktion für CO?
2) Wie lautet die Sabatier Reaktion für CO2?
1) CO + 3 H2 <-> CH4 + H2O
2) CO2 + 4 H2 <-> CH4 + 2 H2O
