0. vorwort
TRANSCRIPT
Richard Ä. Zahoransky (Hrsg.)
Energietechnik
Richard Zahoransky (Hrsg.)Hans-Iosef AlleleinElmar BollinHelmut OehlerUdo Schelling
EnergietechnikSysteme zur Energieumwandlung.Kompaktwissen für Studium und Beruf
5., überarbeitete und erweiterte Auflage
Mit 412 Abbildungen und 44 Tabellen
STUDIUM
11VIEWEG+TEUBNER
Bibliografische Information der Deutschen NationalbibliothekDie Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in derDeutschen Nationalbibliografie; deta illierte bibliografische Daten sind im Internet über<http.y/dnb.d-nb.de> abrufbar.
1. Auflage 20022., überarbeitete und erweiterte Auflage 20043., überarbeitete und erweiterte Auflage 20074., aktualisierte und erwei terte Auflage 20095., überarbeitete und erweiterte Auflage 2010
Alle Rechte vorbehalten© Vieweg tTeubner Verlag I Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2010
Lektorat: Themas Zipsner t Imke Zander
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Umschlaggestaltung: Künkell.opka Medienentwicklung, HeidelbergTechnische Redaktion: SIefan Kreickenbaum, WiesbadenDruck und buchb inderische Verarbeitung: MercedesDruck, BerlinGedruckt auf säurefreiem und chlorfrei geble ichtem Papier.Printed in Germany
ISBN 978-3-8348-1207-0
v
Vorwort zur fünften Auflage
Die fünfte, aktualisierte Auflage dieses Lelirbuches .Energietechnik'' innerhalb von wenigerals acht Jaliren verdeutlicht einmal die Bedeutung des Themas, zum andern aber auch dentreffend gewählten Umfang und den anschaulichen, kompakten Inhalt, der das Interesse wecktund einen breiten überblick vennittelt Gerade der bewusste Verzicht auf akademisch zu tiefeBehandlung macht das Buch leicht lesbar und lenkt den Blick auf die wesentlichen Abhängigkeiten. Die umfassende, sachliche und durchaus auch kritische Darstellung des Themas vonder traditionellen Energiewandlung über die Kerntechnik bis zu den Erneuerbaren hilft demLeser auf dem Weg zu einer eigenen Meinung über die aktuelle und zukünftige Energiewirtschaft
Da dieses Buch auch zum Selbststudium gut geeignet ist, empfehle ich es nicht nur Studierenden der Ingenieur- und Naturwissenschaften, sondern allen, die sich einen überblick über dasweite Feld der Energietechnik und deren politische, wirtschaftliche und technische Zusammenhänge verschaffen möchten.
Stuttgart, im Mai 2010 Prof Dr-Ing. ManfredAigner
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfalirt(DLR)Institut für Verbrennungstechnik
Vorwort des Herausgebers zur fünften Auflage
Diese fünfte Auflage erfulir Aktualisierungen durch neue Trends in der Energietechnik und dieüberarbeitung der Kapitel über Windenergie und Liberalisierung des Energiemarktes. MitProf. Dr. Allelein konnte für das Kapitel Kernenergie ein ausgewiesener Fachmann gewonnenwerden. Ich hoffe weiter auf nachhaltige Akzeptanz dieser Einfulirung in die Energietechnik
Todtnau, im Mai 2010 Prof Dr-Ing. RichardA. Zahoransky
VII
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der verwendeten Fonnelzeichen und Abkürzungen. XV
1 Einleitung 1
Literatur . 4
2 Energietechnische Grundlagen (von Prof Dr-Ing. U Schelling) 5
2.1 Energieformen . 52.2 Energieerhaltung . 62.3 Thermodynamische Kreisprozesse. 7
2.3.1 Camot-Prozess 82.3.2 Technisch realisierbare Kreisprozesse 92.3.3 Irreversibilitäten . 10
2.4 Erschöpfbares und nicht erschöpfbares (regeneratives) Energieangebot . 102.5 Primär- und Sekundärenergien. 112.6 Weltenergiebedarf . 12übungsaufgaben . 12Literatur . 13Anhang 14
3 Überblick. 17
3.1 Nutz- und Prozesswärme . 183.2 Erzeugung elektrischer Energie. 193.3 Kraft-Wärme-Kopplung 213.4 Kombinations-Kraftwerke. 213.5 Erneuerbare (regenerative) und unerschöpfbare Energiequellen 223.6 Entwicklungen in der Energietechnik . 25übungsaufgaben . 26Literatur . 27
4 Konventionelle Dam pfkraftwerke . 28
4.1 Thermodynamische Grundlagen. 294.1.1 Clausius-Rankine-Vergleichsprozess . 294.1.2 überhitzung des Frischdampfes. 304.1.3 Zwischenüberhitzung . 314.1.4 Regenerative Speisewasser-Vorwärmung , 314.1.5 Exergetische Betrachtung. 334.1.6 Wänneauskopplung. 344.1.7 Regelung von Dampfkraftwerken. 34
4.2 Aufbau von Dampfkraftwerken DKW . 354.3 Wasserqualitäten in Dampfkraftwerken. 37
4.3.1 Arbeitsfluid (Speisewasser) 394.3.2 Rückkühlwasser 394.3.3 Kühlwasser. 404.3.4 Heizwasser 404.3.5 Wasseraufbereitung. 40
VIII
4.4 Dampferzeuger4.4.1 Allgemeine Zusammenhänge4.4.2 Feuerung.4.4.3 Strömungsfonnen.4.4.4 Siedekrise 1. Art .4.4.5 Großwasserraumkessel GWRK .4.4.6 Naturumlauf-Dampferzeuger4.4.7 Zwangumlauf-Dampferzeuger4.4.8 Zwang durchlauf- Dampferzeuger4.4.9 Entwicklungstendenzen bei Dampferzeugern .
4.5 Regenerative Speisewasservorvvärrnung/Vorwännstrecke .4.5.1 Niederdruckvorwärmer4.5.2 Mischvorwänner (Speisewasserbehälter) .4.5.3 Hochdruckvorwänner.
4.6 Rauchgasreinigung4.6.1 Entstickung ,4.6.2 Entstaubung.4.6.3 Rauchgasentschwefelungsanlage REA4.6.4 CO,-Abtrennung und Sequestrierung .
4.7 Kühlsystem4.7.1 Kondensator4.7.2 Kühltürme.
4.7.2.1 Nasskühlturm (Naturzug-Kühltürm) .4.7.2.2 Trockenkühltürm .4.7.2.3 Hybridkühltürm.
4.8 Turbinen.4.9 Pumpen.4.10 Generatoren, Frequenzhaltung .4.11 Weitere Komponenten.4.12 Leittechnik in Kraftwerken.4.13 Entwicklungen.Übungsaufgaben .Literatur
5 Kernkraftwerke (von Prof Dr. rer, nat H. J Allelein) .
5.1 Kerntechnische Grundlagen.5.1.1 Kernreaktionen .5.1.2 "Nutzbare" Energie bei Kernreaktionen .5.1.3 Thermische und schnelle Neutronen.5.1.4 Moderation der Neutronen.5.1.5 Kernbrennstoffe.5.1.6 Radionuklidbildung in Reaktoren
5.2 Prinzipieller Aufbau des Reaktors.5.2.1 I3rennelement5.2.2 Leistungsverteilung .5.2.3 Reaktordruckbehälter für Leichtwasserreaktoren .
5.3 Reaktorsicherheit.5.3.1 Einführung .5.3.2 Sicherheitskonzept
Inhaltsverzeichnis
424345454748485151545555555657585960616363646464646466666767697073
75
7676788284878889899194959596
Inhaltsverzeichnis
5.3.3 Sicherheitsvorkehrungen .5.3.4 Reaktorsicherheitsforschung .
5.4 Reaktortypen .5.4.1 Übersicht der Reaktortypen .5.4.2 Kernkraftwerk mit Siedewasserreaktor .5.4.3 Kernkraftwerk mit Druckwasserreaktor .5.4.4 CANDU-Reaktor.5.4.5 Schnelle Brüter .5.4.6 Gasgekühlte Reaktoren, Hochtemperaturreaktor .5.4.7 Kernkraftwerke der 4. Generation.
5.5 Entsorgung, Wiederaufarbeitung, Transport .5.5.1 Wiederaufarbeitung.5.5.2 Entsorgung5.5.3 Transport.
5.6 Fusionskonzepteübungsaufgaben .Literatur .
6 Gasturbinen-Kraftwerke
6.1 Thermodynamische Grundlagen.6.1.1 Gasturbine mit isochorer Wärmezufuhr .6.1.2 Gasturbine mit isobarer Wärmezufuhr .6.1.3 Thermodynamische Varianten
6.1.3.1 Zwischenkühlung .6.1.3.2 Zwischenerhitzung .6.1.3.3 Luftvorwännung
6.1.4 Realer Gasturbinen-Prozess6.1.5 Umwelteinflüsse .
6.2 Aufbau moderner stationärer Gasturbinen.6.3 Verdichter.6.4 Turbine in der Gasturbinenanlage6.5 Brennkammer
6.5.1 Silobrennkammer.6.5.2 Ringbrennkammer.6.5.3 Schadstoffminimierung .
6.6 Sonstige Komponenten.6.7 Jet-Gasturbinen, Aeroderivate .6.8 Mikro-Gasturbinen.6.9 Gasturbine mit getrennter Nutzleistungsturbine .6.10 Gasturbinen mit geschlossenem Kreislauf.6.11 Gasturbinen-Pumpspeicher-Kraftwerk.6.12 Gasturbine mit interner Kohleverbrennung .
6.12.1 Gasturbine mit Kohlestaubfeuerung .6.12.2 Gasturbine mit Kohlevergasung.
6.13 Betriebsverhalten .6.14 Entwicklungen.übungsaufgaben .Literatur .Anhang
IX
99100101101102106109110111113115115116117118121124
125
125125128130130130131133134134136136138138139139141141142143143144145145145146146146149150
X Inhaltsverzeichnis
7 Kombinationskraftwerke . 152
7.1 Gas- und Dampfkraftwerke 15271.1 Schaltungsmöglichkeiten 1537.1.2 Prinzipielle Zusammenhänge 1547.1.3 Eindruckprozess . 1567.1.4 Zwei- und Mehrdruckprozesse . 1597.1.5 Abhitzekessel 1607.1.6 Regelung, Betriebsverhalten . 1637.1.7 Entwicklungen. 164
7.2 Gasturbine mit interner Abwärmenutzung (Cheng-Cycle) . 1667.3 Kombination von zwei Dampf-Kraftwerken. 1687.4 Verbrennungsmotor und Dampfkraftwerk. 1697.5 Kombinationen mit ORC-Kraftwerk . 169Übungsaufgaben . 169Literatur . 171
8 Stationäre Kolbenmotoren für energetischen Einsatz. 173
8.1 Otto-Motor . 1738.2 Diesel-Motor . 1788.3 Stirling-Motor . 1818.4 Gasrnatmen . 184
8.4.1 Brenngase . 1848.4.2 Technische Besonderheiten des Gasmotors 186
8.5 Dual Fuel (Zweistoff-Motor, Feuerstrahl-Motor) . 1898.6 Hybridmotoren . 1898.7 Notstromaggregate . 1938.8 Ernissionsminderung . 194
8.8.1 Otto-Motor 1948.8.2 Diesel-Motor . 1958.8.3 Gasmotoren. 195
8.9 Motorregelung für energetische Zwecke. 198Übungsaufgaben . 199Literatur . 201
9 Brennstoffzellen (von Prof Dr-Ing. U. Schelling) . 2039.1 Historie der Brennstoffzellen. 2039.2 Funktionsprinzip und Klassifizierung. 2049.3 Thermodynamische Grundlagen. 2059.4 Wirkungsgrad von Brennstoffzellen. 2079.5 Typisches Betriebsverhalten . 2099.6 Anwendungsgebiete und Stand der Entwicklung. 210
9.6.1 Die Alkalische Brennstoffzelle, Typ AFC . 2139.6.2 Die Polymer-Elektrolyt Brennstoffzelle, Typ PEFC . 2149.6.3 Die Phosphorsaure Brennstoffzelle, Typ PAFC . 2199.6.4 Die Schmelzkarbonat Brennstoffzelle, Typ MCFC 2219.6.5 Die Oxidkeramische Brennstoffzelle, Typ SOFC . 223
Übungsaufgaben . 227Literatur . 228
Inhaltsverzeichnis XI
10 Kraft-Wärmekopplung und Blockheiz-Kraftwerke BHKW . 229
10.1 Wärmeauskopplung bei Dampfkraftwerken. 23010.1.1 Gegendruckbetrieb . 23010.1.2 Entnahme- und Anzapfbetrieb 232
10.2 Wärmeauskopplung bei Gasturbinen. 23410.3 Wärmeauskopplung bei Kombikraftwerken (GuD) 23510.4 Wärmeauskopplung bei Kolbenmotoren. 23610.5 Wärmeauskopplung bei anderen Prozessen 23810.6 Dimensionierung von BHKW . 23910.7 Klimatisierung (Kälteerzeugung) durch Abwärme und Wärmepumpen. 241
10.7.1 Kompressions-Kältemaschinen. 24310.7.2 Absorptions-Kältemaschinen. 243
10.8 Wärmepumpen 24510.9 Kraft-Wärme-Kälte-Verbund . 247übungsaufgaben . 248Literatur . 251
11 Wasserkraftwerke. 252
11.1 Nutzbare Wasserenergie . 25311.2 Laufwasserkraftwerke 25511.3 Speicherkraftwerke. 25611.4 Pumpspeicher-Kraftwerke . 25811.5 Kraftwerksketten . 26011.6 Turbinen für Wasserkraftwerke. 260
11.6.1 Kaplan-Turbinen. 26111.6.2 Ossberger- Turbinen (Banki-Turbinen) 26311.6.3 Francis- Turbinen. 26411.6.4 Deriaz- Turbinen. 26411.6.5 Pelton- Turbinen 26411.6.6 Turgo-Turbine. 266
11.7 Gezeiten-Kraftwerke 26711.8 Meereswellen-Kraftwerke. 26911.9 Ozeanthermische Kraftwerke 271übungsaufgaben . 272Literatur . 273Anhang 11.1 Herleitung Euler'sche Turbinenhauptgleichung . 274Anhang 11.2 Herleitung der Energie von Meereswellen. 275
12 Solartechnik (von Prof Dipl.-Ing. E. Bollin) . 277
12.1 überblick. 27712.2 Solare Strahlung 279
12.2.1 Grundlagen. 27912.2.2 Das Strahlungsangebot auf die Erde 27912.2.3 Wichtige Begriffe und Größen im Umgang mit Solarstrahlung 28212.2.4 Messgeräte zur Erfassung der Globalstrahlung. 283
12.3 Solarthermische Energienutzung . 28512.3.1 Übersicht . 28512.3.2 Sonnenkollektoren 286
XII Inhaltsverzeichnis
12.3.3 Charakterisierung von Kollektoren oder die Bestimmungder Nutzleistungen und des Wirkungsgrades von Kollektoren. 288
12.3.4 Kollektortestverfahren . 29012.3.5 Bauarten von Sonnenkollektoren. 29012.3.6 Solarthermische Systeme . 29112.3.7 Solarthermische Großanlagen zur Trinkwannwasserbereitung 29112.3.8 Spezifische Kennwerte von solarthermischen Anlagen zur
Trinkwarrnwasserbereitung . 29312.3.9 Beispiel einer solarthermischen Großanlage zur Trinkwasserbereitung . 295
12.4 Photovoltaik. 29812.4.1 Einführung. 29812.4.2 Aufbau und Funktionsweise einer Solarzelle. 29912.4.3 Solarzellentechnologie 29912.4.4 Leistungsfähigkeit von Solarzellen. 30012.4.5 Verschalten von Solarzellen. 30212.4.6 Photovoltaische Systeme. 30612.4.7 Netzparallele PV-Anlagen . 30612.4.8 Evaluation von PV-Systemen . 307
12.5 Solarthermische Kraftwerke. 30812.5.1 Zur Einführung. 30812.5.2 Solarlurmkraftwerke. 30912.5.3 Parabolrinnenkraftwerke . 31012.5.4 Fresnel-Kollektoren , 31112.5.5 Dish-Stirling-Systeme . 31112.5.6 Aufwindkraftwerke 31212.5.7 ProjektDESERTEC . 312
Übungsaufgaben . 315Literatur. 316
13 Windenergie 317
13.1 Grundlagen. 31713.2 Windleistung und nutzbare Leistung. 31913.3 Bauarten von Windkonvertern . 319
13.3.1 Widerstandsläufer . 31913.3.2 Auftriebsläufer 32013.3.3 Darrieus-Rotor. 323
13.4 Charakteristik von Windturbinen . 32413.5 Regelung und Netzeinbindung 325
13.5.1 Windnachführung. 32513.5.2 Optimaler Betrieb. 32613.5.3 Sicherheitsabregelung 32613.5.4 Teillastbetrieb , 32713.5.5 Energiewandlung - Netzeinbindung . 327
13.6 Windparks. 32913.6.1 Landgebundene Windparks . 33013.6.2 Off-Shore-Windparks. 33113.6.3 Netzanbindung von Windparks . 332
13.7 Sonstige Konzepte zur Windenergienutzung . 333Übungsaufgaben . 334
Inhaltsverzeichnis
Literatur .Anhang
14 Energetische Verwertung von Biomasse.
14.1 Thermische Verfahren.14.1.1 Pyrolyse.14.1.2 Verbrennung.14.1.3 Thermische Vergasung.
14.2 Bakterielle Vergasung.übungsaufgaben .Literatur .
15 Geothermie .
15.1 Potenzial der Geothennie15.2 Geothermische Kraftwerkskonzepte, überblick .15.3 Direkte Dampfentspannung .ISA Flushprinzip .15.5 Binärprinzip: ORC und KALINA .
15.5.1 Organic Rankine Cycles ORC.15.5.2 Kalina-Prozess ,
15.6 HotDryRock-Verfahren,HDR.15.7 Geokomprimierte nasse Felder.15.8 Kraft-Wärme-Kopplung mit geothermischer Energiequelle15.9 Hybridsysteme .15.10 Rein geothermische Nutzung.15.11 Umweltaspekte15.12 Risiken.übungsaufgaben .Literatur .
16 Energetische Müllverwertung
16.1 Müllkraftwerke mit traditionellen Öfen.16.2 Pyrolyse.16.3 Thennoselect-Verfahren.16A Schwel-Brenn-Verfahren.16.5 DeponiegaslKlärgas-Kraftwerke.übungsaufgaben .Literatur .
17 Energieverteilung, Energiespeicherung .
17.1 Energieverteilung17.1.1 Mineralöltransporle.17.1.2 Erdgastransporte .17.1.3 Elektrische Netze17.1A Intelligentes Stromnetz (Smart Grid) .17.1.5 Wärmetransporte .
17.2 Energiespeicherung17.2.1 Speicherung der Brennstoffe.
17.2.1.1 Kohlelagerung .
XIII
337338
340
341342342343345347348
350
350352354354355355358360361362362363363363364366
368
369370371372373375376
377
377377378380381383385385385
XIV Inhaltsverzeichnis
17.2.1.2 Flüssige Brennstoffe (Erdöl und Mineralölprodukte) . 38517.2.1.3 Gasförmige Brennstoffe. 387
17.2.2 Wännespeicher. 38917.2.2.1 Speicherung fühlbarer Wänne 38917.2.2.2 Speicherung latenter Wänne . 390
17.2.3 Elektrische Speicher. 391Übungsaufgaben . 392Literatur . 395
18 Liberalisierung der Energiemärkte (von Dipl.-Ing. H. Oehler) . 396
18.1 Rahmenbedingungen . 39618.1.1 Die Struktur der Stromversorgung in Deutschland bis 1998 . 39618.1.2 Änderungen der Rahmenbedingungen seit der Liberalisierung. 39818.1.3 Liberalisierung des Messwesens. 40218.1A Binnenmarktpaket Strom und Gas der EU . 402
18.2 Entwicklung seit dem Jahr 1998. 40318.2.1 Preisentwicklung . 40318.2.2 Konsequenzen für die Unternehmen. 405
18.3 Entwicklung auf dem Gasmarkt . 40718A Ausblick. 409Übungsaufgaben . 409Literatur . 410
19 Kyoto-Protokoll. 411
19.1 Globale Erwärmung und Treibhausgase GHG . 41119.2 Geschichte des Kyoto-Protokolls 41319.3 Maßnahmen zur GHG Minderung. 415
19.3.1 Emissionshandel . 41619.3.2 Allokation der Emissionen. 41619.3.3 Preis der Emissionszertifikate 41619.3A Joint Implementation (JI) 41619.3.5 Clean Development Mechanism (CDM) . 41719.3.6 CO,-Senken, Landnutzung: LULUCF 418
19A Kontrolle und Zertifizierung . 41919.4.1 Compliance Committee . 41919.4.2 Ernannte Nationale Autoritaten
.Designated National Authorities" DNA . 41919A.3 Ernannte Operative Organisationen
.Designated Operational Entities" DOE . 41919AA Rolle der Weltbank. 419
19.5 Diskussion 419Übungsaufgaben . 421Literatur. 421Anhang. 422
Lösungen der Übungsaufgaben . 423
Sachwortverzeichnis . 472
xv
Verzeichnis der verwendetenFormelzeichen und Abkürzungen
Teilweise sind einzelne Formelzeichen doppelt besetzt. Dies lässt sich bei dem weiten Gebietder Energietechnik kaum vermeiden, wenn nicht auf die übliche Nomenklatur verzichtet werden soll. Im Text sind die verwendeten Formelzeichen jeweils erläutert.
Kürzel Erläuterung Einheit
A Atommassenzahl kglkmol
A Fläche m2
AlP Annex I Parties(im Anhang I aufgeführte Vertragsparteien)
Apv Installierte Photovoltaik-Generatorfläche m2
ABZ Alkalische Brennstoffzelle
AFC Alkaline fuel cell
AFM+E Außenhandelsverband Mineralöl und Energie
AM Air Mass I
a Relative Annuität I
a Parameter des Windgeschwindigkeitsprofils I
a Abbremsfaktor I
aE Energiebezogener Abbrand W/kg
aM Massenbezogener Abbrand I
B Breite m
J2 Magnetische Feldstärke; T ~ Vs/m-magnet Induktion
BE Freiwerdende mittlere Bindungsenergiedifferenz pro eVbzw.JNukleon
BDI Bundesverband der Deutschen Industrie
BHKW Blockheizkraftwerk
BKV Bilanzkreisvertrag
BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
BNA Bundesnetzagentur
BNE Bundesverband neuer Energieanbieter
b Abbremsfaktor I
beff Effektiver spezifischer Kraftstoffverbrauch kg/J
Cp Leistungsbeiwert I
Cpmax Max. Leistungsbeiwert, Betz-Faktor I
CDM Clean Developrnent Mechanism
CER Certified Emission Reduction
COP Conference ofthe Parties (Konferenz der Vertragsparteien)
XVI
Kürzel Erläuterung
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen
Einheit
CPCCRc
CpRG
cpwCu
Cv
c})GvGes
c~G
CwD
DMFC
DN
DNA
DOE
DVG
DZ
E
E
~
E
EEi
EFis
EFus
EGes
Ei
EKin
Ernax
Epot
EQEpv,use
Parabolic Concentrator
Konversionsrate
Wärmekapazität (nur Tab. 2.1)
Auftriebsbeiwert
Geschwindigkeit, Absolutgeschwindigkeit
Wärmekapazität bei konstantem Druck
Wärmekapazität bei konstantem Druck für Dampf
Wärmekapazität bei konstantem Druck für DampfRauchgas-Mischung
Wärmekapazität bei konstantem Druck für Rauchgas
Wärmekapazität für Wasser
Umfangskomponente der Absolutgeschwindigkeit
Wärmekapazität bei konstantem Volumen
Wärmekapazität bei konstantem Volumen für Dampf
Wärmekapazität bei konstantem Volumen für DampfRauchgas-Mischung
Wärmekapazität bei konstantem Volumen für Rauchgas
Widerstandsbeiwert
Durchmesser
Direct methanol fuel cell
N enndurchm esser
Designated National Authority
Designated Operational Entities
Deutsche Verbundgesellschaft
Solarer Zapf-Deckungsanteil
Energie
Elektrische Spannung (Kap. 9)
Elektrisches Feld (Abschn. 4.13)
Strahlungsintensität (Kap. 12)
Elektrische Energie
Spaltungsenergie von Atomen
Fusionsenergie von Atomen
Gesamter Energieinhalt
Energieforrn, in die umgewandelt werden soll
Kinetische Energie
Maximale Spannung
Potenzielle Energie
Elektromagnetische Energie bzw. Strahlungsenergie
Nutzbarer Sonnenenergieertrag
1
J/(kgK)
1
m/s
J/(kgK)
J/(kgK)
J/(kgK)
J/(kgK)
J/(kgK)
m/s
J/(kgK)
J/(kgK)
J/(kgK)
J/(kgK)
1
m
m
1
J
V
V/rn
W/m2/filll
J
J
J
J
J
J
V
J
J
J
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XVII
Kürzel
ESol
BRot
ETh
EZEoEOExEEG
EEX
EFET
EnWG
ERU
ETS
EU
EVUe
F
F
FAFu
Fx
Fw
FEDV
g
GHG
GWRK
H
H
HNHo
Hu
Hu
HVeri
HD
HDR
HRV
Erläuterung
Eingestrahlte Sonnenenergie in Modul
Rotationsenergie
Thermische Energie
Zündenergie zur Auslösung der Fusion
Solarkonstante Eo ~ 1,367 kw/m? +/- 1 %
Thermodynamisch reversibel erreichbare Zellspannung
Exergie
Emeuerbare Energien Gesetz
European Energy Exchange Leipzig
European Federation ofEnergy Traders
Energiewirtschafts-Gesetz
Emission Reduction Unit
Emission Trading System
Europäische Union
Energieversorgungsunternehmen
rnassenspezifische Energie, Indizes wie bei o.g. Energietennen
Kraft
Faradaykonstante F ~ 96486 As/mol
Auftriebskraft
Umfangskraft
Kraft in x-Richtung
Widerstandskraft
Freier Energiedienstleister Verband
Beschleunigung eines Körpers, der auf der Erde frei im Vakuum fällt Internationaler Standardwert g ~ 9,80665 m/s".Der Wert hängt von der Erdposition ab.
Greenhouse Gas, Treibhausgas
Großwasserraurnkessel
Höhe
Enthalpie
Nutzbares Gefälle
Brennwert (früher: oberer Heizwert)
Heizwert (früher: unterer Heizwert)
Enthalpie bei unterer Prozesstemperatur (nur Kap. 2)Verlusthöhe
Hochdruck
Hot Dry Rock
Händlerrahmenvertrag
Einheit
J
J
J
J
W/m 2
V
J
J/kg
N
As/mol
N
N
N
N
m/s-
m
J
m
J
J
J
m
XVIII
Kürzel Erläuterung
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen
Einheit
hhhI
IMPP
Is c
lu10
!ETIPCC
1]I
K
K
K
KSBZ
KWK
KWKG
ke
L
LLA
Lmin
LCER
LNG
LULUCF
IAM
M
MAMCFC
MHD
MPP
Spezifische Enthalpie
Höhe
Planck'sche Konstante; h ~ 6,625' 10-34 Js
Stromstärke
Stromstärke im MPP
Kurzschlussstrorn
Impuls in Umfangsrichtung
Investitionskosten
Spezifische Stromstärke
International Emission Trading
Intergovernmental Panel on Climate Change
Strom dichte
Joint Irnplernentation
Faktor
Faktor
Spezifische Nutzwärmekosten
Karbonatschmelzen Brennstoffzelle
Kraft-Wärme-Kopplung
Kraft-W ärme- Kopplungs-Gesetz
Effektiver Multiplikationsfaktor für Neutronen im Reaktorvolumen
Kennwert
Kennwert
Länge, Breite
Flächenbezogenes Maß für Neutronenleckage(nur Abschn. 5.1.3)
Leistungsdichte (nur Abschn. 5.2.2)
Laufradschaufellänge
Mindestluftbedarf (Volumenverhältnis)
Longterrn CertifiedEmission Reduction
Liquid Natural Gas
Land-use, Land-use Exchange and Forestry
Hebelarm
Moment
Molmasse
Rotor-Drehmoment
Malten carbonate fuel cell
Magnetohydrodynamischer Generator
Maximum Power Point
J
m
Js
A
A
A
kgm/s
€
A/m2
A/m3
1
Nm/s
€/kWh
W/K/m2
W/K 2/m2
mm-2
Wm-3
m
m
Nm
mol
Nm
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XIX
Kürzel Erläuterung Einheit
J
Hz
molls
Hz
Hz
Hz
1
1
kg
kg
kg/s
kg/s
kg/s
kg/s
kg/s
kg/s
kg/s
kg/s
kg/s
kg/s
kg/s
kg/s
Methanzahl
Masse des Körpers
Masse des Brennstoffs
Massenstrom m
Neutron
Molrnassenstrorn des Brennstoffs
Niederdruck
Oxidkeramische Brennstoffzelle
Organic Rankine Cycle
Ocean Thermal Energy Conversion
Öleinheit; 1 ÖE ~ 42.000 kJ
Oberer Totpunkt
Massenstrorn einer Turbinenanzapfung mAnz
Massenstrorn des Brennstoffs
Massenstrorn des Dampfes
Massenstrorn des Frischdampfes
Gesamter Massenstrorn
Darnpfrnassenstrorn für Heizzwecke
Idealer Brennstoff-Massenstrom
Realer Brennstoff-Massenstrom
Massenstrorn des Rauchgases
VerdampfenderMassenstrornanteil
Massenstrom durch Dampfkraftwerk eines Kom bikraftwerks
Massenstrom durch Gasturbine eines Kombikraftwerks kg/s
Systemnutzungsgrad 1
Anzahl von Atomkernen pro Volumen (nur Abschnitt 5.1.3) m-3
Anzahl von (instabilen) Atomkernen 1
Anzahl von (instabilen) Atomkernen zum Anfangszeitpunkt 1
Avogadro-Zahl Mol-!
Nationaler Allokationsplan
N etzanschlussvertrag
N etznutzungsvertrag
Negotiated Third Party Access
Drehzahl
Drehzahlgröße
Durchgangsdrehzahl
Zahl von freigesetzten Elektronen
Nenndrehzahl
mBm ~ dm/dt
m Anz ~ dmAnz/dt
mBr ~ dmBr/dt
mD ~ dmjydt
mFD ~ dmFD/dt
rnGes = drnGes/dt
rnHeiz = drnHeiz/dt
mid ~ dmictfdt
mreal= drnreal/dtmRG ~ dmRaidt
mv ~ dmv/dtmDT ~ dmDT/dt
m
nD
neno
n
nBr ~ dnBr/dt
ND
OKBZ
ORC
OTEC
ÖE
0.1.
mGT~ dmGT/dt
N
N
N
No
NLNAP
NAV
NNV
NTPA
n
MZ
xx Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen
Kürzel Erläuterung Einheit
Peff Effektive Leistung W
Pel Elektrische Leistung W
Pi Indizierte Leistung W
Pkin Kinetische Leistung W
Pm Mechanische Leistung W
PN Nutzleistung W
Ppu Antriebsleistung der Pumpe W
PPV,peak Installierte Generatorleistung unter STC W
PR Performance Ratio 1
PT Leistung der Turbine W
Pt (technische) Leistung W
Pth thermische Leistung W
Pu Umfangsleistung W
Pv Antriebsleistung des Verdichters W
PWEK Leistung des Windenergiekonverters W
PZu Zugeführte Leistung WpDT Abgegebene Leistung des Dampfkraftwerks eines Kom bi- W
kraftwerkspGT Abgegebene Leistung der Gasturbine eines Kombikraft- W
werksPAFC Phosphoric acid fuel cell
PEFC Polymer electrolyte fuel cell
PMBZ Polymer Membran Brennstoffzelle
PSBZ Phosphorsaure Brennstoffzelle
PV Photovoltaik
p Druck Pa
Pi Drücke in Kreisprozessen Pa
PFD Frischdampfdruck Pa
PGW Druck des geokornprirnierten Wassers Pa
Pmi Mittlerer indizierter Druck Pa
Q Wänne J
Q~ dQ/dt Wärrnestrorn W
Qab Abgeführte Wärme J
Qe Elektrische Ladung C
QNutz Nutzbare Wärme J
Qzu Zugeführte Wänn e J
QAbh ~ dQAbh/dt Nutzbarer Wännestrorn des Abgases W
QD ~ dQn/dt Wärrnestrorn des Dampfes W
QGes ~ dQGes/dt Gesamter Wännestrorn W
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XXI
Kürzel Erläuterung Einheit
m
W
W
W
W
W
W
W
W
W
JikgJ/kg
J/kg
S-l
rn-3s-1
W/m 2
W/m 2
W/m 2
W/m 2
W/m 2
W/m 2
W/kg
W/m
W/m 2
W/m 2
J/kg
J/kg
Jkg-1K-l
Ohm
Gelieferte Wärmeleistung an Pufferkreis
Kälteleistung
NutzbarerWännestrorn des Kühlwassers
Nutzwärrnestrorn
Rauchgas-Wärmestrorn
Globalstrahlungsleistung auf Kollektorfeld
Von Umgebung durch Wärmepumpe aufgenommenerWärrnestrorn
Nicht nutzbarer Wännestrorn W
Von Wännepurnpe abgegebener nutzbarer Wärrnestrorn W
Zugeführter Wärmestrom W
Abgas-Wärmestrom der Gasturbine eines Kombikraftwerks W
Dem Dampfkraftwerk zugeführter Wärmestrom im WRahmen eines Kombikraftwerks
Dem Dampfkraftwerk zugeführte Wärmeströme imRahmen eines Kombikraftwerks
ZugeführterWännestrorn für GasturbinenprozesseinesKombikraftwerks
Massenspezifische Wänne
Dem Prozess abgeführte spezif Wärme
Durch regenerative Speisewasservorwärmung übertragenespezifische Wänne
Flächenspezifischer Erdwännestrorn
Spez. Konvektionsverlustleistung
Spez. Nutzleistung
Spez. Reflektionsverlustleistung am Absorber
Spez. Solarstrahlung auf den Kollektor
Spez. Solarstrahlung auf Absorber
Leistung pro Spaltstoffmasse
Stableistung
Spez. Strahlungsverlustleistung
Spez. Transmissionsverlustleistung
Dem Prozess zugeführte spezif. Wärme
Spezifische Wärmen von Kreisprozessen
Spezielle Gaskonstante
Elektrischer Widerstand
Radius
Reaktionsrate
Volumenbezogene Reaktionsrate
Radiobiologische Wirksamkeit
QKoll~ dQKoll/dt
QKÜhl ~ dQKühl/dt
QKW~ dQKW/dt
QN~dQddt
QRG ~ dQRaldt
Qs ~ dQs/dt
Qumg~ dQumg/dt
QVerl~ dQveri/dt
Qwp ~ dQwp/dt
Qzu ~ dQzu/dt
QAbgas ~ dQAbgas/dt
QDT~ dQDTIdt
QGT~ dQGTIdt
CJF
'lKqN
'lK,aqsqS,a
<lspez
qSt
'Istr
qTqzu
%R
R
R,Rj
R1
R2RBW
XXII Verwendete Fonnelzeichen und Abkürzungen
Kürzel Erläuterung Einheit
RMU Rernoval Units
RTPA Regulated Third Party Access
r Radiale Koordinate m
r Spezifische Verdampfungsenthalpie Jlkg
rem Roentgen Equivalent Man rem
rpm Umdrehungen pro Minute (revolutions per minute) rnin-1
S Stromzahl (Kap. 10)
Sj Schwerpunkt
S Entropie JIK
Su Entropie bei untererProzessternperatur JIK
SDV Spezifischer Dampfverbrauch kg/J
SKE Steinkohleneinheit; 1 kg SKE ~ 29,3 MJ J
SLV Stromliefervertrag
SOFC Solide oxide fuel cell
STC Standard Test Conditions
ST-2000 Projekt Solarthennie 2000 des BMWi
s Massenspezifische Entropie J/(kgK)
s Weg (nur GI. 2.1) m
T Ternperatur K (ce)
T Periodendauer s
TFD Frischdampftemperatur K
Tu Umgebungstemperatur K
T1I2 Halbwertszeit s
Tj Ternperaturen in Kreisprozessen K
TjD Dampftemperatur K
TiGes Mischternperatur K
TjRG Rauchgastemperatur K
Imin Minimale Prozessternperatur K
Tmax Maximale Prozessternperatur KTpT Temperaturen des Darnpfkraftwerksprozesses eines K
Kombikraftwerks
TjGT Ternperaturen des Gasturbinenprozesses eines KKombikraftwerks
To Bezugsternperatur K
TCER Ternporary Certified Emission Reduction
TPA Third Party Access
t Zeit s
td Messperiode s
to Bezugszeit s
Verwendete Fonnelzeichen und Abkürzungen XXIII
Kürzel
x
U
U
U
Uges
UMPP
Ua
Uac
UCTE
ULEV
UNEP
UNFCCC
u
usp
u.T.
V
Vh
Vk
Vp
VD ~ dVnldt
VRG ~ dVRaidt
Vh
Vk
Vi
VDEW
VDN
VIK
VKU
VNB
VVv
v
v
VIa
W
WMB
Weff
Erläuterung
Bezogene Kollektorübertemperatur
Umlaufzahl (nur Abschnitte 4.4.6-4.4.8)
Elektrische Spannung
InnereEnergie
Mittlerer Wärmedurchgangskoeffizient
Spannung im MPP
Nullpunkt der inneren Energie(bei T ~ 273 K und p ~ 1013 mbar)
Leerlaufspannung
Union far the Coordination of Transmission ofElectricity
Ultra low emission vehicule
United Nations EnvironmentPrograrn
United Nations Frarnework Convention on Climate Change
Umfangsgeschwindigkeit
Umfangsgeschwindigkeit der Flügelspitze
Unterer Totpunkt
Volumen
Hubvolumen
Restvolumen bzw, schädliches Volumen
Vollbelegungsperson
Volurnenstrorn von Dampf
Volurnenstrorn von Rauchgas
Hubvolumen
Restvolumen in aT-Stellung des Kolbens
Volumen in einzelnen Punkten von Kreisprozessen inKolbenmotoren
Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke e.V
Verband der Netzbetreiber
Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft
Verband Kommunaler Unternehmen
Verteilnetzbetreiber
VerbändevereinbarungSpezifisches Volumen
Spezifisches Volumen des gesättigten Dampfes
Geschwindigkeit
Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe
Arbeit
Wärmemehrbedarf
Effektive Nutzarbeit
Einheit
m2K/W
1
VJ
W/m 2fK
V
J
V
m/s
m/s
m3
m3
m3
m3/s
m3/s
m3
m3
m3
m3/kg
m3/kg
m/s
m/s
J
1
J
XXIV Verwendete Fonnelzeichen und Abkürzungen
Kürzel Erläuterung Einheit
m
m
Grad
Grad
Grad
J
J
J
J
J
1
J
J
J
J
J
J
1
Grad
1
Grad
Elektrische Arbeit
Reversible elektrische Arbeit
Indizierte Arbeit
Mechanische Arbeit
Nutzarbeit
Wobbe-Zahl
Turbinenarbeit
Turbinenarbeit bei isentroper Zustandsänderung
Technische Arbeit
Arbeit des idealen Vergleichsprozesses
Volumenänderungsarbeit
Zugeführte Arbeit
Windenergiekonverter
World Radiation CenterWärmeübertrager
Relativgeschwindigkeit m/s
Spezifische Arbeit von Kreisprozessen J/kg
Massenspezifische Nutzarbeit J/kg
Spezifische Antriebsarbeit für Pumpe J/kg
Spezifische Arbeit der Turbine J/kg
Massenspezifische technische Arbeit J/kg
Ideale, verlustfreie spez. technische Arbeit J/kg
Massenspezifische Umfangsarbeit J/kg
Durch Verluste nicht nutzbare spezifische technische Arbeit J/kg
Spezifischer Ertrag 1
Koordinate, Abstand m
Realgasfaktor
Zero emission vehicule
Höhenlage; vertikale Position
Axiale Koordinate
Anzahl der Zylinder (Kap. 8)
Flügel-Anstellwinkel
a-Strahlung (He-Kerne)
Höhenwinkel der Sonne
Maximaler Höhenwinkel der Sonne
Absorptionskoeffizient der Absorberfläche
Winkel
ß-Strahlung (Elektronen-Strahlung)
Empfängerflächen-Azimutwinkel
Wel
Wel,rev
Wi
WMech
WN
Wo
WT
WT,s
w,Wth
WvWZu
WEK
WRC
WÜ
Z, Zi
zzo:o:
Us,max
as,s
ßiß,ßt
Wl'umpe
WTurb
Wt
Wt, id
Wu
Wverl
y[
Y, YiZ
ZEV
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen XXV
Kürzel Erläuterung Einheit
Grad
Grad
Grad
Jlkg
JlkgJ
J
J
J
Jlkg
y-Strahlung (Röntgen-Strahlung)
Sonnen-Azimutwinkel
Deklinationswinkel
Differenz (Operator)
Differenz der spezifischen Exergie
Änderung der Gibbs' sehen freien Energie
Änderung der Gibbs sehen freien Energie im chemischenStandardzustand
Reaktionsenthalpie
Reaktionsenthalpie im chemischen Standardzustand
Spezifische Enthalpiedifferenz einer isentropen Zustandsänderung
Spezifische Enthalpiedifferenz einer isentropen Zustandsänderung in TurbineGrädigkeit eines Abhitzekessels zwischen den wärmeüber- Ktragenden Fluiden Rauchgas und Dampf
Grädigkeit eines Abhitzekessels zwischen den wärmeüber- Ktragenden Fluiden Rauchgas und Flüssigkeit
Winkelinkrement
Energie, die bei vollständiger Spaltung von 1 g U-235 frei- Jgesetzt wird (Kap. 5)
Verdichtungsverhältnis (Kap. 8)
Verdichtungsverhältnis
Leistungszahl (Leistungsziffer)
Maximale Leistungszahl
Ideale Leistungszahl
Leistungszahl für Kühlprozesse
Leistungszahl für Wärmepumpe
Wirkungsgrad
Abwärmenutzungsgrad des Abhitzekessels eines Kombikraftwerks
Brermstoffnutzungsgrad
Carnot Wirkungsgrad
Effektiver Wirkungsgrad
Auf elektrische Leistung bezogener Wirkungsgrad
Elektrischer Systemwirkungsgrad
Faraday-Wirkungsgrad
Generator-Wirkungsgrad
Gesamter Wirkungsgrad
Wirkungsgrad für Generator und Transformator
l;cp
s
s
s
ty,ol;
l;e
l;G
l;Go
llBst
llc"leff
llel"lel.Sys
llFllGtloes
llGT
XXVI Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen
Kürzel Erläuterung Einheit
11g Gütegrad
11i Indizierter Wirkungsgrad
11K Kollektorwirkungsgrad
11Koll Kollektorkreisnutzungsgrad
11L Leitungsbeiwert
"[Modul Modulwirkungsgrad
11m Mechanischer Wirkungsgrad
110 Optischer Wirkungsgrad
11s Isentroper Wirkungsgrad
11T Turbinenwirkungsgrad
11th Thermischer Wirkungsgrad
"lthermod Thermodynamischer Wirkungsgrad
"lth.Ges Gesamter thermischer Wirkungsgrad des Kombikraftwerks
11DT Wirkungsgrad des Dampfkraftwerks eines Kombikraft-werks, bezogen auf die gesamte Abwärme der vorgeschalte-ten Gasturbine
11thDT Thermischer Wirkungsgrad des Dampfkraftwerks einesKombikraftwerks
11thGT Thermischer Wirkungsgrad der Gasturbine eines Kombi-kraftwerks
11um Umwandlungswirkungsgrad 1
112 Zweiter Hauptsatz-Wirkungsgrad 1
8z Zenitwinkel der Sonne Grad
11 Ternperatur K
1Ia Mittlere Absorbertemperatur K
1Ia,o Stillstandstemperatur K
1Iww Tatsächliche Wannwasserternperatur K
1Iu Umgebungstemperatur K
llKw Tatsächliche Kaltwassertemperatur K
K Isentropenexponent 1
KM Isentropenexponent der Mischung 1
Je Zerfallskonstante (Kap. 5) S,l
Je Stächiometriefaktor (Luftverhältnis)
Je Wellenlänge m
Je Schnelllaufzahl
v Frequenz des Strahlers (nur Kap. 2) Hz
v Anzahl von freigesetzten Neutronen bei Spaltung(nur Abschn, 5.1.3)
" Druckverhältnis 1
p Dichte kg/m '
Verwendete Fonnelzeichen und Abkürzungen XXVII
Kürzel
PLPRPS,a
G
G,
1S,s
erX
'I'0)
0)
Erläuterung
Dichte der Luft
Reaktivität
Reflektionsgrad des Absorbers
Kemquerschnitt (Kern-Wirkungsquerschnitt)
Effektiver Kemquerschnitt für Neutronenabsorption
Effektiver Kemquerschnitt für elastische Neutronenstreuung
Effektiver Kemquerschnitt für Spaltung durch Neutronen
Effektiver Kemquerschnitt für inelastische Neutronenstreuung
Transmissionsgrad der Kollektorabdeckung
Breitengradwinkel
Neutronenfluss
Höchstwert des Neutronenflusses
Verbrennungsvolurn enverhältnis
Formfaktor
Verbrennungsdruckverhältnis
Winkelgeschwindigkeit
Stundenwinkel
Einheit
kg/m"
1
1
1
Gradm-2s·l
m-2s·l
Grad