Regenerative Energietechnik Überblick über ausgewählte Technologien zur nachhaltigen Energieversorgung

Hervorragende Einführung!

S.A.W am 21.06.2018
Bewertungsnummer: 1112152
Bewertet: Buch (Taschenbuch)

Die Sicherstellung unserer Energieversorgung wird seit langem intensiv diskutiert. Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit sowie Klima- und Umweltschutz werden in den nächsten Jahrzehnten wesentlich für die Energietechnik sein. Solarstrahlung und der Windenergie sind unverzichtbare Bestandteile einer nachhaltigen Energieversorgung, ergänzt durch Speicherung und Transport von Wasserstoff sowie die Anwendung von Brennstoffzellen 2050 werden 75% der Menschen in Städten leben, wobei die Urbanisierung den Klimawandel wesentlich verschärft. Allein China wird 2025 140 Städte mit mehr als 1,5 Mill E haben. Ballungsräume verursachen 80% der Treibhausgasemissionen, bieten aber auch die Chance für gezielte Lösungen. 2014 deckten erneuerbare Energien 17% des Endenergiebedarfs ab (9% Biomasse, 4% Wasser, Rest Wind u Sonne). In Afrika deckten Holz, Torf und Dung 50% des Energiebedarfs, in Südamerika 30%, allerdings auf beiden Kontinenten meist ineffizient genutzt. Solarenergie, Geothermie und Gezeitenenergie sind die primären erneuerbaren Energien, wobei Solarenergie entweder direkt oder über den Umweg der Wind- u Wasserkreisläufe genutzt werden kann. Die Lösung des z.T. geringen Wirkungsgrades der Erneuerbaren liegt in intelligenten Hybridsystemen, in Speicherung und Integration in bestehende Netze. Das Problem der Solarstrahlung liegt in der fluktuierenden Verfügbarkeit (Tag/Nacht, Sommer/Winter), im hohen Flächen- und Speicherbedarf. Kollektoren können parallele- oder reihenverschaltet sein. Einfachstes Beispiel ist das Schwimmbad mit dem Wasser als Wärmemedium. Parabolrinnen-Kraftwerke bündeln das Sonnenlicht linienförmig in Absorberrohren, in denen ein spezielles Thermoöl fließt. Solarturmkraftwerke bündeln die Solarstrahlung punktförmig und erzielen dabei Konzentrationsfaktoren von 500 bis 1000. Die Heliostaten des Feldes werden auf die Spitze des Turmes ausgerichtet und computergesteuert zweiachsig der Sonne nachgeführt. Dabei werden Temperaturen von 600 – 1000 Grad erzeugt, durch Wasserdampf, Luft oder Flüssigsalz abtransportiert, durch eine Turbine in mechanische und dann in elektrische Energie umgewandelt. Versuchsanlangen laufen in Spanien, Israel und den USA. Aufwindkraftwerke nutzen den Treibhauseffekt und den Kamineffekt. Am unteren Ende der Kaminröhre sind druckgestufte Windturbinen angebracht. Da der Wirkungsgrad mit der Höhe des Kamines steigt, braucht es Kollektordächer mit mehreren km Durchmesser und Kaminen mit 1 – 1,5 km Höhe. Es ist kein Kühlwasser erforderlich (gut für trockene Regionen), durch die Nutzung von diffuser Strahlung funktioniert das Kraftwerk auch bei Bewölkung. Vorteile: Boden und wassergefüllte Röhren sind billige Wärmespeicher, geringer Wartungsaufwand, wenig mechanische Belastung. Die unterschiedliche Sonneneinstrahlung schafft aufsteigende und abfallende Luftdruckgebiete, wobei der Wind immer vom Hoch zum Tief weht. Um jedes Tiefdruckgebiet bildet sich eine Spirale, die in Bodennähe dem Kern zustrebt, dort die Luft zum Aufsteigen zwingt, in 7.5 bis 18km Höhe strebt sie seitwärts und sinkt im Hochdruckgebiet wieder spiralförmig zu Boden. Das Windpotential ist in gemäßigten Breiten ab dem 40. Breitengrad höher, da dort höhere Windgeschwindigkeit herrscht. Windkraftanlagen arbeiten nach dem Widerstands- oder dem Auftriebprinzip, oder kombiniert. Windkraftwerke mit vertikaler Drehachse sind relativ leicht zu installieren, haben aber einen geringen Wirkungsgrad. Eine Brennstoffzelle wandelt die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. In der Wasserstoff-Brennstoffzelle verbrennt H2 zu H2O. 40% des in Deutschland hergestellten Wasserstoffs fallen als Nebenprodukte in der Petrochemie an, 60% in der Oxidation von Kohlenwasserstoffen und in der Aufspaltung von Wasser mittels Elektrolyse. Die Dampfreformierung ist die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in H2, CO und CO2 mittels Luftzufuhr. Das Buch ist kompakt und verständlich, vermittelt das Wissen, das Studierende der Energie- und Umwelttechnik und Ingenieure der anderen technischen Disziplinen für eine erfolgreiche Energiewende und die Versachlichung der aktuellen Energiediskussion benötigen. Die alternativen Energietechnologien mit den größten Entwicklungspotentialen (Solarthermie, Photovoltaik, Windenergie) werden ausführlich vorgestellt, Beispiele und Grafiken machen die Berechnungsverfahren und Simulationsmöglichkeiten von Solar- und Windkraftwerken anschaulich, Übungen erleichtern und vertiefen das Verständnis. Dieses hervorragende Lehr- und Lernbuch, ist bestens geeignet für den Einstieg in das Thema der erneuerbaren Energietechnik. Rüdiger Opelt, Autor von "2100. Die neue Welt. Wie wir die Zukunft retten."