25
Richard Ä. Zah oransky (Hrsg.) Energietechnik

Richard Ä. Zahoransky(Hrsg.) - Springer978-3-8348-9704-6/1.pdf · 11.1 Nutzbare Wasserenergie . 253 11.2 Laufwasserkraftwerke 255 11.3 Speicherkraftwerke. 256 11.4 Pumpspeicher-Kraftwerke

  • Upload
    vodien

  • View
    215

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

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

Vieweg t teobner Verlag ist eine Marke von Springer Fachmedien.Springer Fachmedien ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Seience-Business Media.www.viewegteubner.de

Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. JedeVerwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohneZustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere fürVervielfäl tigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung undVerarbeitung in elektronischen Systemen .

Oie Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werkberechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme , dass solche Namen imSinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und dahervon jedermann benut zt werden dürften.

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

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