Technik Erneuerbarer Energien

Herausgegeben:Ratka, Andreas; Homann-Wenig, Sabine; Ehrmaier, Bruno

• Broschiertes Buch

Produktbeschreibung

Erneuerbare Energien - der Schlüssel zur Energiewirtschaft der ZukunftDieses Buch setzt sich mit den verschiedenen Formen der Nutzung erneuerbarer Energiequellen auseinander: Solarthermie, Photovoltaik, Biomasse, Windenergie, Geothermie.Dabei werden auch Themen wie biogene Festbrennstoffe, Treibstoffe auf Pflanzenölbasis sowie Energie aus Abfall behandelt. Ziel dieses Buches ist es, neben Grundlagenwissen über die behandelten Energieformen und Technologien sowie deren wirtschaftliche und ökologische Aspekte aktuelle Erkenntnisse aus der Forschung zu vermitteln.Das Buch wendet sich in erster Linie an Studierende in den Studiengängen Technologie/ Technik Erneuerbarer Energien, Umweltingenieurwesen und verwandten Studiengängen sowie an einschlägig interessierte Studierendeder Studiengänge Maschinenbau, Elektrotechnik und Energiewirtschaft.

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Produktdetails

• UTB Uni-Taschenbücher 4343
• Verlag: UTB / Ulmer
• 1. Aufl.
• Seitenzahl: 406
• Erscheinungstermin: 26. November 2015
• Deutsch
• Abmessung: 216mm x 150mm x 23mm
• Gewicht: 606g
• ISBN-13: 9783825243432
• ISBN-10: 3825243435
• Artikelnr.: 41796880

Inhaltsangabe

1 Einführung - Struktur des Energiebedarfs in Deutschland (A. Ratka)13 1.1 Energiebedarfsstruktur in Deutschland14 1.2 Gründe für die Nutzung erneuerbarer Energien17 1.3 Hindernisse bei der Nutzung erneuerbarer Energien26 1.4 Potentiale32 1.5 Wege zu einem Energieversorgungssystem basierend auf erneuerbaren Energien und Energieeffizienz33 Literatur41 Glossar42 2 Photovoltaik (B. Ehrmaier)44 2.1 Einleitung44 2.1.1 Energieformen von der Sonne44 2.1.2 Direkte Nutzung der Sonne durch Photovoltaik46 2.2 Funktionsprinzip einer Photovoltaikzelle53 2.2.1 Grundlagen der Halbleiterphysik der Diode53 2.2.2 pn-Übergang als Grundlage der Photovoltaikzelle53 2.2.3 Strom-Spannungskurve54 2.3 Relevante elektrische Kenndaten einer Photovoltaikzelle56 2.4 Funktionsweise und Aufbau eines Photovoltaiksystems59 2.4.1 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikzelle59 2.4.2 Funktion und Aufbau eines Photovoltaikmoduls61 2.4.3 Umwandlung der elektrischen Energie mittels Wechselrichter63 2.5 Herstellung einer Photovoltaikzelle66 2.6 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikdachanlage70 2.7 Wirkungsgrade im Bereich der Photovoltaik72 2.8 Zukunft der Photovoltaik74 2.9 Mehrfachnutzung von Photovoltaik75 Literatur76 3 Solarthermie (B. Ehrmaier, A. Ratka)78 3.1 Einführung78 3.2 Physikalische Grundlagen für die Solarthermie79 3.2.1 Hauptsätze der Wärmelehre79 3.2.2 Wärmetransportmechanismen80 3.3 Aufbau eines solarthermischen Kollektors84 3.4 Kollektortheorie87 3.5 Systemtechnik99 3.5.1 Übersicht über solarthermische Kollektoren99 3.5.2 Wärmeträgermedium100 3.5.3 Optimierungsmaßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrades103 3.5.4 Aufbau einer solarthermischen Anlage103 3.5.5 Zentraler Pufferspeicher104 3.5.6 Wärmebedarf eines Gebäudes107 3.6 Solarthermische Kraftwerke108 3.7 Zukunft der Solarthermie111 Literatur113 4 Windenergie (W. Baur)115 4.1 Einführung115 4.1.1 Allgemeines115 4.1.2 Systematik der Windenergienutzung115 4.2 Physikalische Grundlagen117 4.3 Aerodynamik der Rotorblätter123 4.3.1 Allgemeines123 4.3.2 Tragflügelaerodynamik125 4.3.3 Rotorblattaerodynamik130 4.4 Kurzer Historischer Überblick134 4.5 Wind und Standortfragen136 4.6 Konstruktiver Aufbau moderner Windenergieanlagen139 4.6.1 Turm und Gondel140 4.6.2 Rotorblätter, Pitch- und Stallprinzipien141 4.6.3 Getriebe und Generator145 4.7 Leistungskennlinien und Ertragsberechnungen149 Literatur- und Quellenverzeichnis154 5 Geothermie/Thermogeologie (W. Pyka)156 5.1 Einführung156 5.2 Aufbau der Erde157 5.3 Thermische Verhältnisse160 5.3.1 Temperaturen, Wärmefluss und thermisches Potenzial160 5.3.2 Die oberflächennahe thermischen Verhältnisse163 5.4 Geologische Grundlagen163 5.4.1 Gesteine163 5.4.2 Thermische Eigenschaften von Gesteinen166 5.4.3 Lockergesteine und Böden167 5.4.4 Grundwasser170 5.4.5 Thermische Eigenschaften von Böden173 5.5 Möglichkeiten der Erdwärmenutzung175 5.5.1 Abgrenzung von oberflächennaher und tiefer Geothermie175 5.5.2 Tiefe Geothermie177 5.5.3 Oberflächennahe Geothermie180 Literatur187 Glossar188 6 Biogas (R. Schaidhauf)190 6.1 Einführung190 6.1.1 Allgemeines190 6.1.2 Aspekte der Biogasnutzung in Deutschland190 6.1.3 Aktuelle Nutzung von Biogas in Deutschland191 6.2 Biochemische Konversion193 6.2.1 Allgemeines193 6.2.2 Substrate193 6.2.3 Phasenmodell der Biogasentstehung194 6.2.4 Randbedingungen der Biogasgewinnung195 6.2.5 Betriebsbedingungen der Biogasgewinnung195 6.2.6 Stoffkreisläufe198 6.3 Technische Systeme zur Bio(erd)gasgewinnung198 6.3.1 Allgemeines198 6.3.2 Verfahren zur Biogasgewinnung199 6.3.3 Verfahren zur Bioerdgasgewinnung202 6.4 Technische Systeme zur Bio(erd)gasnutzung203 6.4.1 Allgemeines203 6.4.2 Charakteristika von Bio(erd)gas203 6.4.3 Verfahren zur energetischen Nutzung205 6.4.4 Systemintegration208 6.5 Weiterführende Literatur/Links209 Literatur210 Glossar211 7 Biogene Festbrennstoffe (R. Schaidhauf)212 7.1 Einführung212 7.1.1 Allgemeines212 7.1.2 Aspekt

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1 Einführung – Struktur des Energiebedarfs in Deutschland (A. Ratka)13 1.1 Energiebedarfsstruktur in Deutschland14 1.2 Gründe für die Nutzung erneuerbarer Energien17 1.3 Hindernisse bei der Nutzung erneuerbarer Energien26 1.4 Potentiale32 1.5 Wege zu einem Energieversorgungssystem basierend auf erneuerbaren Energien und Energieeffizienz33 Literatur41 Glossar42 2 Photovoltaik (B. Ehrmaier)44 2.1 Einleitung44 2.1.1 Energieformen von der Sonne44 2.1.2 Direkte Nutzung der Sonne durch Photovoltaik46 2.2 Funktionsprinzip einer Photovoltaikzelle53 2.2.1 Grundlagen der Halbleiterphysik der Diode53 2.2.2 pn-Übergang als Grundlage der Photovoltaikzelle53 2.2.3 Strom-Spannungskurve54 2.3 Relevante elektrische Kenndaten einer Photovoltaikzelle56 2.4 Funktionsweise und Aufbau eines Photovoltaiksystems59 2.4.1 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikzelle59 2.4.2 Funktion und Aufbau eines Photovoltaikmoduls61 2.4.3 Umwandlung der elektrischen Energie mittels Wechselrichter63 2.5 Herstellung einer Photovoltaikzelle66 2.6 Schematischer Aufbau einer Photovoltaikdachanlage70 2.7 Wirkungsgrade im Bereich der Photovoltaik72 2.8 Zukunft der Photovoltaik74 2.9 Mehrfachnutzung von Photovoltaik75 Literatur76 3 Solarthermie (B. Ehrmaier, A. Ratka)78 3.1 Einführung78 3.2 Physikalische Grundlagen für die Solarthermie79 3.2.1 Hauptsätze der Wärmelehre79 3.2.2 Wärmetransportmechanismen80 3.3 Aufbau eines solarthermischen Kollektors84 3.4 Kollektortheorie87 3.5 Systemtechnik99 3.5.1 Übersicht über solarthermische Kollektoren99 3.5.2 Wärmeträgermedium100 3.5.3 Optimierungsmaßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrades103 3.5.4 Aufbau einer solarthermischen Anlage103 3.5.5 Zentraler Pufferspeicher104 3.5.6 Wärmebedarf eines Gebäudes107 3.6 Solarthermische Kraftwerke108 3.7 Zukunft der Solarthermie111 Literatur113 4 Windenergie (W. Baur)115 4.1 Einführung115 4.1.1 Allgemeines115 4.1.2 Systematik der Windenergienutzung115 4.2 Physikalische Grundlagen117 4.3 Aerodynamik der Rotorblätter123 4.3.1 Allgemeines123 4.3.2 Tragflügelaerodynamik125 4.3.3 Rotorblattaerodynamik130 4.4 Kurzer Historischer Überblick134 4.5 Wind und Standortfragen136 4.6 Konstruktiver Aufbau moderner Windenergieanlagen139 4.6.1 Turm und Gondel140 4.6.2 Rotorblätter, Pitch- und Stallprinzipien141 4.6.3 Getriebe und Generator145 4.7 Leistungskennlinien und Ertragsberechnungen149 Literatur- und Quellenverzeichnis154 5 Geothermie/Thermogeologie (W. Pyka)156 5.1 Einführung156 5.2 Aufbau der Erde157 5.3 Thermische Verhältnisse160 5.3.1 Temperaturen, Wärmefluss und thermisches Potenzial160 5.3.2 Die oberflächennahe thermischen Verhältnisse163 5.4 Geologische Grundlagen163 5.4.1 Gesteine163 5.4.2 Thermische Eigenschaften von Gesteinen166 5.4.3 Lockergesteine und Böden167 5.4.4 Grundwasser170 5.4.5 Thermische Eigenschaften von Böden173 5.5 Möglichkeiten der Erdwärmenutzung175 5.5.1 Abgrenzung von oberflächennaher und tiefer Geothermie175 5.5.2 Tiefe Geothermie177 5.5.3 Oberflächennahe Geothermie180 Literatur187 Glossar188 6 Biogas (R. Schaidhauf)190 6.1 Einführung190 6.1.1 Allgemeines190 6.1.2 Aspekte der Biogasnutzung in Deutschland190 6.1.3 Aktuelle Nutzung von Biogas in Deutschland191 6.2 Biochemische Konversion193 6.2.1 Allgemeines193 6.2.2 Substrate193 6.2.3 Phasenmodell der Biogasentstehung194 6.2.4 Randbedingungen der Biogasgewinnung195 6.2.5 Betriebsbedingungen der Biogasgewinnung195 6.2.6 Stoffkreisläufe198 6.3 Technische Systeme zur Bio(erd)gasgewinnung198 6.3.1 Allgemeines198 6.3.2 Verfahren zur Biogasgewinnung199 6.3.3 Verfahren zur Bioerdgasgewinnung202 6.4 Technische Systeme zur Bio(erd)gasnutzung203 6.4.1 Allgemeines203 6.4.2 Charakteristika von Bio(erd)gas203 6.4.3 Verfahren zur energetischen Nutzung205 6.4.4 Systemintegration208 6.5 Weiterführende Literatur/Links209 Literatur210 Glossar211 7 Biogene Festbrennstoffe (R. Schaidhauf)212 7.1 Einführung212 7.1.1 Allgemeines212 7.1.2 Aspekte der Nutzung biogener Festbrennstoffe in Deutschland214 7.1.3 Aktuelle Nutzung von biogenen Festbrennstoffen in Deutschland215 7.2 Biogene Festbrennstoffe217 7.2.1 Allgemeines217 7.2.2 Arten und Quellen217 7.2.3 Bereitstellung und Aufbereitung219 7.2.4 Brennstoff-Charakteristika220 7.2.5 Ascheeigenschaften223 7.3 Thermochemische Konversion224 7.3.1 Allgemeines224 7.3.3 Pyrolyse226 7.3.4 Vergasung226 7.3.5 Verbrennung227 7.4 Nutzung von biogenen Festbrennstoffen228 7.4.1 Allgemeines228 7.4.2 Vergasungsanlagen230 7.4.3 Verbrennungsanlagen232 7.5 Weiterführende Literatur/Links233 Literatur233 Glossar234 8 Kraftstoffe auf Basis von Ölen und Fetten als regenerative Energieträger (H. Riepl, E. Remmele)236 8.1 Öle und Fette, Herkunft, Anbau236 8.2 Pflanzenölgewinnung238 8.3 Chemie der Pflanzenöle240 8.3.1 Triglyceride240 8.3.2 Gesättigte, ungesättigte, mehrfach ungesättigte Fettsäuren241 8.3.3 Umesterung243 8.3.4 Hydrierung, HVO-Produkte244 8.3.5 Begleitstoffe in Pflanzenölen (Phospholipide, Lecithine)244 8.4 Kraftstoffe aus Pflanzenölen244 8.4.1 Qualitätsmerkmale für Kraftstoffe aus Pflanzenölen – Kraftstoffnormen245 8.4.2 Kraftstoffspezifische Eigenschaften im Vergleich252 8.4.3 Verwendung252 Literatur254 9 Energie aus Abfall (G. Lautenschlager)256 9.1 Einleitung256 9.2 Definitionen und Daten zu Abfällen258 9.2.1 Abfallbegriff258 9.2.2 Abfallarten258 9.2.3 Europäisches Abfallverzeichnis260 9.2.4 Abfälle zur Verwertung/zur Beseitigung260 9.2.5 Eigenschaften von Abfällen262 9.2.6 Abfallaufkommen265 9.2.7 Nutzbares Energiepotential268 9.3 Thermische Abfallbehandlung271 9.3.1 Müllannahme und -zwischenlagerung271 9.3.2 Feuerung272 9.3. 3 Kesselanlage275 9.3.4 Wasser-Dampf-Kreislauf277 9.3.5 Rauchgasreinigung278 9.4 Energetische Abfallverwertung281 9.4.1 Energetische Abfallverwertung in Zementwerken281 9.4.2 Energetische Abfallverwertung im Hochofen285 9.4.3 Energetische Abfallverwertung in Kraftwerken286 9.4.4 Energetische Abfallverwertung in Ersatzbrennstoff-Kraftwerken287 9.5 Fazit289 Literatur289 10 Kraft-Wärme-Kopplung (N. Huber)292 10.1 Grundlagen292 10.1.1 Was wird unter Kraft-Wärme-Kopplung verstanden292 10.1.2 Bedeutung der KWK für erneuerbare Energien293 10.1.3 Physikalische Grundlagen der KWK294 10.1.4 Getrennte Erzeugung von Wärme und Strom298 10.1.5 Gekoppelte Erzeugung von Wärme und Strom300 10.1.6 Auslegen einer KWK-Anlage306 10.2 Anwendungen307 10.2.1 Mikro BHKW308 10.2.2 BHKW mit Nahwärmeversorgung310 10.2.3 Kraft-Wärme-Kopplung in den Sommermonaten313 Verwendete und weiterführende Literatur314 Glossar314 11 Thermische Energiespeicher (N. Huber)315 11.1 Grundlagen315 11.1. Notwendigkeit thermischer Energiespeicher bei Verwendung erneuerbarer Energien315 11.1.2 Physikalische Grundlagen thermischer Energiespeicherung318 11.1.3 Allgemeiner Aufbau thermischer Energiespeicher325 11.2 Thermische Energiespeicher mit Wasser329 11.2.1 Schichtenspeicher für Warmwasser und Heizungsanlagen330 11.2.2 Warmwasserspeicher für Nahwärmesysteme331 11.2.3 Saisonale Warmwasserspeicher331 11.3 Latentwärmespeicher332 11.4 Hochtemperaturspeicher334 11.5 Thermochemische Speicher335 Literatur337 Glossar338 12 Speicherung von elektrischer Energie (B. Ehrmaier)339 12.1 Einführung339 12.2 Physikalische Grundlagen für Energiespeicher340 12.3 Potentielle Energiespeicher für Erneuerbare Energien343 12.4 Mechanische Strom-Energiespeicher344 12.4.1 Rotationsspeicher345 12.4.2 Potentielle Energiespeicher (Pumpspeicherkraftwerke)346 12.4.3 Druckluftspeicher347 12.5 Elektrische und elektrochemische Energiespeicher348 12.5.1 Übersicht elektrischer und elektrochemischer Energiespeicher349 12.5.2 Elektrische Energiespeicher350 12.5.3 Elektrochemische Energiespeicher mit eingelagertem Speichermedium351 12.5.4 Elektrochemische Energiespeicher mit ausgelagertem Speichermedium357 12.5.5 Chemische Energiespeichersysteme361 12.6 Speicher-Netz-Wechselwirkung363 12.7 Fazit364 Literatur366 13 Kosten- und Wirtschaftlichkeitsberechnungen (S. Homann-Wenig)367 13.1 Auszahlungen bzw. Kosten im Rahmen von Errichtung und Betrieb von Erneuerbare-Energien-Projekten368 13.1.1 Die kapitalgebundenen Kosten368 13.1.2 Die betriebsgebundenen Kosten373 13.1.3 Die sonstigen Kosten374 13.1.4 Die verbrauchsgebundenen Kosten375 13.2 Die finanzielle Förderung von Strom aus dem Betrieb von Erneuerbare-Energien-Anlagen376 13.2.1 Strom aus Wasserkraft (§ 23 EEG)379 13.2.2 Strom aus Biomasse (§§ 27, 27a bis 27c EEG)380 13.2.3 Strom aus Geothermie (§ 28 EEG)382 13.2.4 Strom aus Windenergie (§§ 49 und 50 EEG)382 13.2.5 Strom aus solarer Strahlungsenergie (§ 51 EEG)385 13.3 Methodische Grundlagen der Investitionsrechnung386 13.3.1 Die Kapitalwertmethode386 13.3.2 Die Annuitätenmethode387 13.3.3 Die Ermittlung des Internen Zinsfußes388 13.3.4 Die mehrperiodische Amortisationsrechnung389 13.4 Die Ermittlung der Energiegestehungskosten und deren praktische Bedeutung389 Literatur392 Glossar392 14 CO2-Bilanzen in der Energiewirtschaft (S. Homann-Wenig)393 14.1 Die Ökobilanz als Instrument zur Bewertung von Umweltwirkungen393 14.2 Die Umweltwirkungen der Strom- und Wärme-Erzeugung397 Literatur404 Register405

Rezensionen

Aus: ekz.bibliotheksservice- Rolf Raschka- 2016/07
[...] Einer informativen Einführung folgen von Fachleuten geschriebene, fein gegliederte Kapitel von Fotovoltaik über Energie aus Abfall und Speichermöglichkeiten bis zu Wirtschaftlichkeitsberechnungen. [...] Die Ausstattung mit vielen technischen Zeichnungen, Tabellen, ab und zu Übungen sowie speziellen Literaturangaben wirkt sorgfältig und durchdacht. Der Preis ist angemessen. [...]