O-Phase: Vorstellung des Schwerpunktes Grundlagen der ... · Das physikalische Prinzip des Energiewandlers Solarzelle und die Verlustmechanismen werden erarbeitet. Verschiedene Solarzellenkonzepte

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU

www.kit.edu

O-Phase: Vorstellung des SchwerpunktesGrundlagen der Energietechnik (für Bachelor)

Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg BauerInstitut für Thermische Strömungsmaschinen

Fakultät für Maschinenbau2

Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik

Grundlagen der Energietechnik (Cacuci / Badea) PFLICHT!!!

Grundlagen der technischen Verbrennung II (Maas)

Hydraulische Strömungsmaschinen I (Gabi)

Einführung in die Kernenergie (Cheng)

Thermische Turbomaschinen I (Bauer)

Photovoltaik (Powalla)Strömung und Wärmeübertragung in der Energietechnik(Cheng)Betriebsstoffe für Verbrennungsmotoren (Kehrwald, Kubach)CFD-Praktikum mit Open Foam (Koch, R.)Einführung in die numerische Strömungstechnik (Pritz)Energiespeicher und Netzintegration (Stieglitz, Jaeger, Jäger, Noe)Verbrennungsmotoren (Kubach, Koch, T.)Hydraulische Strömungsmaschinen II (Caglar, Gabi)Methoden zur Analyse der motorischen Verbrennung (Pfeil)

Kernmodulfächer

Ergänzungsfächer(Bachelor)

Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer - Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik



Nicht im Modul „Schwerpunkt“ enthalten – aber empfohlene Wahlpflichfächer :

Numerische Strömungsmechanik (Magagnato)Numerische Simulation reagierender Zweiphasenströmungen (Koch, R.)Sustainable Product Engineering (Ziegahn)Technische Akustik (Gabi)Energiesysteme I – Regenerative Energien (Dagan)Energieeffiziente Intralogistiksysteme (Braun, Schönung)Gasdynamik (Magagnato)Lehrlabor: Energietechnik (Bauer/Maas/N.N./Wirbser)Microenergy Technologies (Kohl)Photovoltaik (Powalla)Physikalische und chemische Grundlagen der Kernenergie im Hinblick auf Reaktorstörfälle und nukleare Entsorgung (Dagan, Metz, V.)Strömungen und Wärmeübertragung in der Energietechnik (Cheng)Thermische Solarenergie (Stieglitz)Windkraft (Lewald)Praktikum für rechnergestützte Strömungsmesstechnik(Bauer/Mitarbeite




Grundlagen der technischen Verbrennung I (Maas)Wärme- und Stoffübertragung (Bockhorn)

Nicht im Model „Schwerpunkt“ enthalten – aber empfohlene Wahlpflichtfächer:



Grundlagen der Energietechnik (Cacuci/Badea)

Ziel ist es die Grundkenntnisse der Energietechnik für Maschinenbauingenieure zu vermitteln.

Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:

Energiebedarf, -versorgung, -reserven

Energiebedarfsstrukturen

Energiewandlung

Transport von Energie

Energiespeicher

Grundlagen der Kostenrechnung

Prinzip thermisch/elektrischer Kraftwerke

Erneuerbare Energien

Energieerzeugung und Umwelt

SWS: 4LP: 8

SS

KernfachPFLICHT



Grundlagen der technischen Verbrennung II (Maas)

SWS: 2LP: 4

SS

Kernfach

Aufbauend auf die Vorlesung „Grundlagen der technischen Verbrennung I“, in der neben der Thermodynamik, Transportprozessen und der chemische Kinetik auch auf experimentelle Methoden eingegangen wird, behandelt Teil II eingehender die technischen Details.

Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Turbulente FlammenMotorische VerbrennungsprozesseVerbrennung flüssiger und fester BrennstoffeSchadstoffbildung



Hydraulische Strömungsmaschinen I (Gabi)

SWS: 4LP: 8

WS

Kernfach

In der Vorlesung werden die Grundlagen zur Berechnung und zum Betrieb von hydraulischen Strömungs-maschinen behandelt. Das Betriebsverhalten von Strömungsmaschinen im Zusammenspiel mit der Anlage wird diskutiert.

Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:EinleitungGrundlagenSystemanalyseElementare TheorieBetriebsverhalten, KennlinienÄhnlichkeit, KennzahlenRegelungWindturbinen, PropellerKavitationHydrodynamische Kupplungen, Wandler



Quelle: GE (GP7000)

Quelle: Kombi-HeizkraftwerkBerlin-Mitte

Dampfturbine

Quelle: Siemens (V94.3a)

Thermische Turbomaschinen I (Bauer)

SWS: 3LP: 6

WS

Kernfach

Gegenstand der Vorlesung sind Aufbau, Funktion und Einsatz von Thermischen Strömungsmaschinen.Dazu werden sowohl die Aufgaben der einzelnen Komponenten und Baugruppen als auch die Rolle der gesamten Turbine im Kraftwerksprozess erläutert.

Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Grundlagen Thermische TurbomaschinenDampfturbinen - SystemanalyseGasturbinen - SystemanalyseKombikraftwerke und HeizkraftanlagenStrömungsmechanische Grundprinzipen der TurbomaschineWirkungsweise von Turbine und VerdichterArbeitsumsatz in der TurbinenstufeDas ebene, gerade SchaufelgitterRäumliche Strömung und radiales Gleichgewicht

Ergänzend finden Übungen statt.



Einführung in die Kernenergie (Cheng)

SWS: 3LP: 6

SS

Kernfach

Ziel der Vorlesung ist die Vermittlung der Grundkenntnisse wichtiger Aspekte der Kernenergie.

Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Kernreaktion, Kernenergie und ihre AnwendungPhysikalische Grundlage eines KernreaktorsKlassifizierung und Aufbau kerntechnischer AnlagenMaterialauswahl in der KerntechnikWärmeabfuhr und Sicherheit kerntechnischer AnlagenBrennstoffkreislaufBehandlung von nuklearen AbfällenStrahlung, Abschirmung und biologische EffekteWirtschaftlichkeit von KernkraftwerkenTechnologieentwicklung



Quelle: Bubenzer et al.: Photovoltaic Guidebook for Decision makers

PV Kraftwerk mit 40 MWp Spitzenleistung(Quelle:Juwi Solar)

Produktionstechnologie für 6m² große a-Si Module (Quelle: Applied Materials)

Strom/Spannungs-Kennlinie einer Solarzelle

mpj

mpU

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Photovoltaik (Powalla)

SWS: 3LP: 6

SS

Ergänzungs-fach

Das physikalische Prinzip des Energiewandlers Solarzelle und die Verlustmechanismen werden erarbeitet. Verschiedene Solarzellenkonzepte und Halbleitertechnologien sowie Solargeneratoren in der Praxis werden erläutert.

Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:PV Strom und EnergieversorgungssystemePhysikalische Grundlagen (Licht, Halbleiter) Energiewandlung (p/n Übergang, Wirkungsgrad)Solarzellen (Funktionsprinzip, Verlustanalyse)Siliziumtechnologie: vom Quarz zur SolarzelleDünnschichtsolarzellen, KonzentratorzellenOrganische Solarzellen, FarbstoffzellenPhotovoltaik: Module und ProduktionstechnologiePhotovoltaische Energiesysteme (Komponenten, Systemwirkungsgrad und Langzeitstabilität)



Thermische Solarenergie (Stieglitz)

SWS: 2LP: 4

WS

Ergänzungs-fach

Quelle: Dynacorps

Quelle: Direkt GmbH

Die Vorlesung erarbeitet die Grundlagen thermischer Solarenergie und die Grundbegriffe. Im Weiteren wird auf die Nutzungsmöglichkeiten der Solarenergie in passiver und aktiver Weise sowie auf verschiedene Bauformen eingegangen.

Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Grundlagen (Strahlung, Leitung, Speicherung)Aktive und passive NutzungSolarkollektoren (Bauformen, Wirkungsgrad)SystemtechnikSolarkraftwerke (Heliostate, Aufwindtypen, etc.)Solare Klimatisierung



Windkraft (Lewald)

SWS: 2LP: 4

WS

Ergänzungs-fach

Quelle: Bundesverband WindEnergie e.V.

Gegenstand der Vorlesung die Technik und Nutzung von Windkraft zur Elektrizitätserzeugung. Ausgehend von einem historischen Überblick sowie dem zu Grunde liegenden Medium Wind, wird die grundlegende Aerodynamik sowie Technik von Windkraftanlagen inklusive beispielhafter Netzkopplungen erläutert. Ergänzend wird auf aktuelle Entwicklungen wie Offshore-Windparks oder auch Grundlagen der Netzproblematik bei der Einbindung eingegangen.

Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Geschichte der Windkraftanlagen (Systematik)Wind und Windsysteme (global – lokal)Physikalische Nutzung der Windkraft (Betz)Aerodynamische GrundlagenLeistungsregelung und NachführungElektrisches System und NetzkopplungSonstige (aktuelle) Themen



Lehrlabor: Energietechnik (Bauer/Maas/N.N./Wirbser)

Ziel des Praktikums ist es interessierten Studenten die Gelegenheit bieten, das wissenschaftliche Arbeiten kennen zu lernen.

Umfang und Inhalt:Mitarbeit an ausgewählten aktuellen ProjektenExperimentelle, konstruktive sowie Theoretische AufgabenstellungenGruppenarbeit (i.A. zwei Teilnehmer pro Gruppe)45 Zeitstunden pro PersonEinbindung in aktuelle Arbeiten des InstitutsAuswertung und schriftlicher Dokumentation der ErgebnisseDie Termine werden zwischen dem jeweiligen Betreuer (z.B. Assistenten) und den Studenten vereinbart.

SWS: 3LP: 4

ww

Ergänzungs-fach

PRAKTIKUM



Praktikum für rechnergestützte Strömungsmesstechnik (Bauer/Mitarbeiter)

SWS: 3LP: 4

ww

Rechnergestützte Messtechnik spielt in der heutigen Ingenieurspraxis eine herausragende Rolle. Dazu werden in diesem Praktikum grundlegende und praktische Kenntnisse vermittelt.

Das Praktikum umfasst folgende Themengebiete:Auswahl und Einsatz von SensorenSteuerung von Messgeräten mittels IEC-BusEinsatz von DatenerfassungkartenAutomatisierung von Messabläufen in der Programmierumgebung LabVIEWMessung von Massen- und Wärmestrom an einer Versuchsstrecke Ergänzungs-

fachPRAKTIKUM



Praktikum für rechnergestützte Strömungsmesstechnik (Bauer/Mitarbeiter)

SWS: 3LP: 4

ww

Rechnergestützte Messtechnik spielt in der heutigen Ingenieurspraxis eine herausragende Rolle. Dazu werden in diesem Praktikum grundlegende und praktische Kenntnisse vermittelt.

Das Praktikum umfasst folgende Themengebiete:Auswahl und Einsatz von SensorenSteuerung von Messgeräten mittels IEC-BusEinsatz von DatenerfassungkartenAutomatisierung von Messabläufen in der Programmierumgebung LabVIEWMessung von Massen- und Wärmestrom an einer Versuchsstrecke Ergänzungs-

fachPRAKTIKUM




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O-Phase: Vorstellung des Schwerpunktes Grundlagen der ... · Das physikalische Prinzip des Energiewandlers Solarzelle und die Verlustmechanismen werden erarbeitet. Verschiedene Solarzellenkonzepte