Fragenkatalog zur Vorlesung Regenerative Energiequellen II

Windkraft

1. Wie groß ist das globale theoretische Potential der Windenergie?

2. In welcher Höhe werden Winddaten erhoben?

3. Ab welcher Windgeschwindigkeit gelten Windkrafträder als rentabel?

4. Wie lautet die Näherungsformel für die Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Höhe? Wie wird die Bodenrauhigkeit berücksichtigt?

5. Leiten Sie die Abhängigkeit der im Wind gespeicherten Leistung von der Anströmgeschwindigkeit her!

6. Welches Verhältnis zwischen der ungestörten Windgeschwindigkeit vor dem Rotor und der abgebremsten Windgeschwindigkeit hinter dem Rotor sollte vorliegen, um die Windenergie optimal nutzen zu können (Herleitung)?

7. Wie ist der Betz-Faktor definiert?

8. Zeigen Sie anhand des Betz-Faktors, warum das nachfolgend dargestellte System die Windenergie nicht optimal nutzt!

9. Erläutern Sie das Auftriebs-Prinzip für Windkraftanlagen!

10. Stellen Sie die Geschwindigkeitskomponenten und Kräfte am Rotor in einer Skizze dar!

11. Erläutern Sie, warum der Einstellwinkel β nach außen hin kleiner wird, wenn der Anstellwinkel α des Rotors und die Windgeschwindigkeit in der Rotorebene als konstant angenommen werden!

12. Beschreiben Sie mögliche Rotorblattformen für schnellaufende Windkraftanlagen!

13. Warum ändert sich bei konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit mit der Windgeschwindigkeit der Einfallswinkel des scheinbaren Windes?

14. Wie verhält sich der Einfallswinkel ϕ bei variabler Umdrehungsgeschwindigkeit und gleichförmiger Änderung der Windgeschwindigkeit?

15. Was versteht man unter der Schnellaufzahl λ und dem normierten Drehmoment?

16. Wie sieht der normierte Drehmomentenverlauf für langsam- und schnellaufende Windkraftanlagen aus?

17. Welche Bauformen lassen sich bei Windkraftanlagen unterscheiden?

18. Wie groß ist der Wirkungsgrad von Windkraftanlagen und welcher Wert ist maximal möglich?

19. Beschreiben Sie die Komponenten einer Windkraftanlage!

20. Nennen Sie Vor- und Nachteile unterschiedlicher Rotorblattanzahlen!

21. Wie werden Windkraftanlagen in Windparks aufgestellt? Wie groß ist der Wirkungsgrad eines Windparks?

22. Wieviel Prozent der gesamten Bruttostromerzeugung könnte in der Bundesrepublik Deutschland durch Windkraft abgedeckt werden? In welchen Regionen liegen die größten Stromerzeugungspotentiale?

23. Was versteht man unter Offshore - Potential?

24. Wie groß ist das Stromerzeugungspotential für Windenergie bei einer Offshore -Installation vor der deutschen Küste?

25. In welchen Gegenden von Europa liegt das größte Stromerzeugungspotential für Windenergie?

26. Beschreiben Sie die zeitliche Entwicklung der Windkraftnutzung in Deutschland!

27. Wie verhalten sich die spezifischen Investitionskosten zur installierten Leistung? Welche Entwicklung für neu installierte Windkraftanlagen läßt sich im Vergleich zu den 80er Jahren absehen?

28. Wie hoch liegen die Stromerzeugungskosten in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und der installierten Leistung?

Wasserkraft

29. Welche Kraftwerkstypen, die die Wasserkraft ausnutzen, können unterschieden werden?

30. Wie verteilen sich die Wasservorräte auf der Erde ?

31. Beschreiben Sie den Wasserkreislauf auf der Erde. Wie hoch liegt der mittlere Niederschlag auf der Erde und in der Bundesrepublik Deutschland? Wieviel Prozent der Sonneneinstrahlung werden für den Wasserkreislauf benötigt?

32. Beschreiben Sie den Wasserkreislauf auf einem Gebiet der Oberfläche O mit allen auftretenden Einflußgrößen!

33. Skizzieren Sie und erläutern Sie die physikalischen Zusammenhänge für die Leistungsentnahme aus einer Wasserkraftanlage! Wozu dient das Saugrohr?

34. Beschreiben Sie die Francis-, Kaplan- und Peltonturbine! Wie funktioniert die Durchstömturbine und wie zeichnet sie sich aus?

35. Wie verhält sich der Wirkungsgrad für unterschiedliche Turbinenarten?

36. Welche Einsatzbereiche haben die verschiedenen Turbinentypen?

37. Welche Anlagentypen und Bauformen von Laufwasser- und Speicherwasserkraftwerken kennen Sie?

38. Was versteht man unter Pumpspeicherkraftwerken und welche Vorteile haben diese? Wie hoch ist der Wirkungsgrad?

39. Wie lautet der 1.Hauptsatz für stationäre Fließprozesse? Geben Sie die Bilanzhülle für ein Pumpspeicherwerk an und berechnen Sie die benötigte Pumpleistung bei gegebenem Wasservolumenstrom! Wie ist die Vorgehensweise, wenn die Verhältnisse am Pumpeneintritt berechnet werden sollen?

40. Wie ist das technische Potential der Wasserkraft und die installierte Leistung in Deutschland verteilt? Wie ist das technische Potential weltweit verteilt?

41. Welche Flüsse in Deutschland haben den größten prozentualen Anteil an der gesamten Stromerzeugung aus Wasserkraft?

42. Wie hoch liegen die spezifischen Investitionskosten von Wasserkraftanlagen in Abhängigkeit von der Anlagenleistung?

43. Wie hoch liegen die spezifischen Kosten der Stromerzeugung aus Laufwasserkraftanlagen?

Meeresenergie

44. Welche unterschiedlichen Formen der Meeresenergie gibt es?

45. Welche Probleme treten bei der Nutzung von Meeresenergie auf?

Gezeitenenergie

46. Wie entsteht der Tidenhub und welche Zyklen werden unterschieden?

47. Beschreiben Sie die statische Theorie der Gleichgewichtsflut!

48. Mit welchen Arbeitsverfahren kann die Gezeitenenergie genutzt werden?

49. Welche Vorteile zeichnen realisierte Anlagen aus? Welches Potential weist die Gezeiten-energienutzung auf

50. Von welchen Einflußparametern sind die Investitionskosten einer Anlage zur Nutzung der Gezeitenenergie abhängig?

Wellenenergie

51. Leiten Sie die Beziehung für die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Meereswelle ab!

52. Leiten Sie die Beziehung für die Leistung pro Meter Wellenfront ab! Wie groß ist das Potential der Wellenenergie am Beispiel Deutschland (Nordseeküste 250 km Länge)?

53. Wie sehen technische Konzepte zur Nutzung der Wellenenergie aus?

Meereswärme

54. Beschreiben Sie die OTEC-Verfahren zur Nutzung der Meereswärme! Wie hoch ist der Wirkungsgrad?

55. Nennen Sie typische Zahlenwerte für einen geschlossenen OTEC-NH3-Kreislauf und berechnen Sie die Größe der Wärmeübertragungsfläche!

Salzgradienten

56. Nach welchem physikalischen Prinzip funktioniert die Energieerzeugung durch Salzgradienten?

57. Beschreiben Sie drei Verfahren, die die Mischungsenergie von Süß- und Salzwasser ausnutzen?

58. Wie hoch ist die Wassersäule, die sich durch den osmotischen Druck des Meerwassers ergibt?

Erdwärme

59. Welche Verfahren zur Nutzung geothermischer Energie gibt es?

60. Wie groß ist der Wärmestrom an der Oberfläche der Erde und im Vergleich zur Sonneneinstrahlung? Wie groß ist das theoretische Potential?

61. Um wieviel Grad nimmt die Gesteinstemperatur mit der Tiefe zu?

62. Welche langlebigen Isotope, die durch radioaktiven Zerfall Erdwärme erzeugen, sind Ihnen bekannt?

63. Wie ist die erzeugte Erdwärme auf die Hauptgesteinsarten und auf die Tiefenzonen verteilt?

64. Beschreiben Sie die drei Arten der Wechselwirkung tektonischer Plattensysteme!

65. Wie können geothermische Systeme klassifiziert werden?

66. Welche Möglichkeiten der Thermalwassererschließung gibt es? Wie ist der Obertageteil aufgebaut?

67. Wie funktioniert die Stromerzeugung in hydrothermalen Anlagen?

68. Wie funktioniert die Erdwärmenutzung nach dem Hot-Dry-Rock-Verfahren?

69. Wie hoch liegen die Kosten bei der Erdwärmenutzung?

70. Wie kann oberflächennah die Erdwärme genutzt werden? Welche Wärmeleistung kann dem Erdreich entzogen werden?

71. Beschreiben Sie mögliche Umweltauswirkungen bei der Nutzung von geothermischer Energie!

72. Wie sieht das Prinzip einer Grundwasser-Wärmepumpenanlage aus?

Biomasse

73. Was wird unter Biomasse verstanden? Welche Erscheinungsformen treten auf?

74. Wie sieht die Bildungsreaktion für Biomasse aus?

75. Was sind Energieplantagen und wie hoch liegen die Kosten im Vergleich zu Import-kohle?

76. Was ist die Photosyntheserate und mit welchem Prozeß erreicht man einen maximalen Wert?

77. Was versteht man unter dem Redoxpotential?

78. Beschreiben Sie die Absorption von Licht in Pigmentmolekülen! In welchen Farbbereichen ist die Absorption am stärksten?

79. Welchen Wert hat der photosynthetische Wirkungsgrad?

80. Auf welche Arten kann Biomasse genutzt werden? Erklären Sie die Systematik der Biokonversionsverfahren!

81. Welche Kriterien kennzeichnen Kocher, die Biomasse nutzen? Wie hoch liegt der Wirkungsgrad einer 3-Steine-Feuerstelle und eines (optimierten) Lehmherdes?

82. In welche 4 Zonen läßt sich eine Biomassefeuerung unterteilen?

83. Wie ist der untere Heizwert definiert? Wovon ist der Heizwert bei Biomasse abhängig?

84. Was versteht man unter Vergasung? Nennen Sie die wichtigsten homogenen und heterogenen Reaktionen, die im Vergaser auftreten! Welche Vergasertypen werden unterschieden? Welche Produkte entstehen bei der Vergasung neben dem gewünschten Rohgas? Welche Zusammensetzung besitzt das Generatorgas, das im Gleichstromvergaser entsteht?

85. Beschreiben Sie die Stromerzeugung aus Biomasse im Kondensationskraftwerk? Wie hoch ist der Wirkungsgrad?

86. Wie groß ist das Potential von Biomasse weltweit und in Deutschland?

87. Beschreiben Sie die drei Schritte der anaeroben Methangärung! Welche Größe kennzeichnet das Methanproduktionspotential? Welche Parameter beeinflussen die Gärung? Welche Verweilzeit ist optimal? Zeichnen Sie das Schema einer kontinuierlich arbeitenden Biogasanlage?

88. Welche Ausgangsstoffe können für die Ethanolherstellung genutzt werden? Welche Zwischenprodukte sind notwendig? Welche Parameter sind bei der Ethanolherstellung üblicherweise einzuhalten? Wie sieht die Energiebilanz aus? Wie hoch liegen die Kosten?

89. Beschreiben Sie die Methanolherstellung aus Biomasse!

90. Erklären Sie den Vorgang der Umesterung von Raps zu Rapsmethylester! Welche Vor- und Nachteile treten bei der Nutzung von Biodiesel und Roh-Pflanzenöl auf?

Bewertung regenerativer Energien

91. Vergleichen Sie die regenerativen Energiequellen bezüglich ihrer Wirkungsgrade, ihrer Leistungsschwankungen, ihres spezifischen Flächen- und Materialbedarfs!

92. Definieren Sie die energetische Amortisationszeit, den Erntefaktor und den Gesamterntefaktor! Nennen Sie signifikante Zahlenwerte!

93. Wie werden die spezifischen Gesamtkosten bei der bivalenten Stromerzeugung (konventionell und regenerative Energieerzeugung) berechnet? Nennen Sie typische Zahlenwerte!

94. Welche regenerativen Energiequellen können zum gegenwärtigen Stand der Technologien als wirtschaftlich angesehen werden? Wie schätzen Sie die Entwicklung erneuerbarer Energien für die Zukunft ein?

Wasserstoff

95. Nennen Sie charakteristische Eigenschaften von Wasserstoff!

96. Auf welche Arten kann Wasserstoff gespeichert werden? Wie verhält sich Speichergewicht und Speichervolumen?

97. Welche Brennstoffzellentypen kennen Sie? Beschreiben sie den Aufbau und die Funktionsweise einer Membranbrennstoffzelle (PEMFC)!

98. Beschreiben Sie den Wirkungsgradverlauf für Brennnstoffzellen und Wärmekraftmaschinen in Abhängigkeit von der Temperatur! Welchen Wirkungsgrad hat die Brennstoffzelle bei Entropiezunahme, Entropieabnahme bzw. wenn keine Moländerung auftritt?

99. Vergleichen Sie die Brennstoffzelle bezüglich ihrer Emissionen mit herkömmlichen Verfahren der Energienutzung!

100. Skizzieren Sie eine U-I-Kurve einer Brennstoffzelle und erklären Sie den Begriff Überspannung. Welche Arten von Überspannung kennen Sie? Wie läßt sich die Ruhespannung einer elektrochemischen Zelle berechnen?