Alternative Energietechnik

Technisch wichtige Auslegungs- und Sicherheitskriterien für konventionelle, nukleare und regenerative Energiesysteme werden hier betrachtet. Das Buch zeigt die Auswirkungen des menschlichen Wirtschaftens, erklärt wie diese zu beurteilen und zu berücksichtigen sind. Es zeigt die möglichen Auswege auf, auch wenn umweltrelevante Entscheidungskriterien prinzipiell nicht quantifizierbar sind. Zusätzlich werden auch gesellschaftspolitische Aspekte angesprochen, die zu einem humanen volkswirtschaftlichen Prozess hinführen, der das ökologische Minimalprinzip gerade vollständig ausschöpft. Die anschauliche Darstellung der Sachverhalte mithilfe einfachster mathematischer Modelle setzt nur elementare Kenntnisse der Mathematik und der jeweils relevanten Fachdisziplinen voraus. Für Vertiefung und Übung sind zahlreiche Aufgaben mit den jeweiligen Lösungswegen beigefügt. Vorwort 5 Die Autoren 12 Inhaltsverzeichnis 13 Häufig vorkommende Symbole 15 1 Einführung 16 1.1 Nutzbare Effekte 17 1.2 Anergie, Exergie 20 1.3 Masse- und Energiefluss 23 1.4 Schadstoffe 27 1.5 Umweltverträglichkeit 29 2 Energetische Beurteilungskriterien 34 2.1 Wirkungsgrad 34 2.1.1 Wasserkraft 34 2.1.2 Windkraft 42 2.1.3 Aufwindkraft 48 2.1.4 Lichtkraft 57 2.1.5 Wärmekraft 68 2.1.6 Solarheizung 80 2.1.7 Fossilheizung 89 2.1.8 Wärmepumpe 93 2.2 Energie-Erntefaktor 96 2.2.1 Energie, Kosten, Bauweisen 103 2.2.2 Nicht-regenerative Systeme 107 2.2.3 Regenerative Systeme 111 2.3 Global-Wirkungsgrad 127 2.4 Exergie und Entropie in technischen und natürlichen Systemen 132 3 Umweltrelevante Beurteilungskriterien 136 3.1 Leistungsdichte, Gefahrenpotential 136 3.2 Gefahrenpotential, Todeszahlen 139 3.3 Todeszahlen, Eintrittswahrscheinlichkeiten, Risiko 140 3.3.1 Nicht-inhärent sichere Systeme 141 3.3.2 Inhärent sichere Systeme 145 3.4 Systemeigenschaften 149 3.4.1 Selbstregelung 149 3.4.2 Chaotisches Verhalten 152 3.4.3 Totzeit- und Pufferverhalten 159 3.4.4 Gleichgewichtsverhalten natürlicher Systeme 162 3.4.5 Technische Systeme regenerativer Natur 168 3.4.6 Organisation und Selbstorganisation 173 3.5 Schwellenverhalten und Grenzwerte 175 3.5.1 Minimalprinzip und Ökobilanz 183 3.5.2 Verwaltungsund Genehmigungsvorschriften 185 4 Ethik 187 5 Ökonomisch-ökologisches Wirtschaften 190 6 Energiewirtschaft 201 6.1 Energiewirtschaft in der BRD 202 6.2 Energiewirtschaft im wiedervereinigten Deutschland 205 7 CO2-arme Technologien 212 7.1 Photovoltaik und Windenergie 212 7.2 Wasser 213 7.3 Biomasse 214 7.4 Geothermie 216 7.5 Kernenergie 217 8 Speicherung und Verteilung 219 8.1 Pumpspeicherwasserkraftwerke 219 8.2 Gravitative Massenspeicherkraftwerke 220 8.3 Druckluftspeicherkraftwerke 221 8.4 Chemische Speicherung 222 8.4.1 Wasserstoff als Speicher- und Wiederverstromungsmedium 224 8.4.2 Methan als Speicher- und Wiederverstromungsmedium 227 9 Mobilität 229 10 Energieautarkie 231 11 Ökologische Verträglichkeit CO2-armer Energien 234 12 Energiekonsens, Weg in die Zukunft 239 13 Übungsaufgaben und Lösungen 254 13.1 Aufgaben 254 13.2 Lösungen 269 14 Ergänzende und weiterführende Literatur 301 Sachwortverzeichnis 305 Die technisch wichtigen Auslegungs- und Sicherheitskriterien - sowohl für regenerative als auch für konventionelle und nukleare Energiesysteme - gehören nach wie vor zur fundierten energietechnischen Grundausbildung. Die 5. aktualisierte und überarbeitete Auflage vermittelt auf bewährte Weise das entsprechende Wissen und ermöglicht anhand von Übungsaufgaben die Überprüfung der angeeigneten Kenntnisse. Darüber hinaus werden in dem Buch Kriterien erörtert, die für die Technikfolgenabschätzungen (Quantifizierbarkeit umweltrelevanter Entscheidungskriterien, gesellschaftspolitische und volkswirtschaftliche Aspekte) zu berücksichtigen sind und es wird zu einer selbständigen Anwendung der Erkenntnisse ermuntert. Die anschauliche Darstellung der Sachverhalte und die Verwendung einfacher mathematischer Modelle ermöglichen den Einstieg in die Materie für Leser aus unterschiedlichen Fachdisziplinen. Der Inhalt Einführung - Energetische Beurteilungskriterien - Umweltrelevante Beurteilungskriterien - Ethik - Ökonomisch-ökologisches Wirtschaften - Energiewirtschaft - CO2-arme Technologien - Speicherung und Verteilung - Mobilität - Energieautarkie - Ökologische Verträglichkeit CO2-armer Energien - Energiekonsens, Weg in die Zukunft - Übungsaufgaben und Lösungen Die Zielgruppe {u2013} Studierende energietechnischer, energiewirtschaftlicher und angrenzender Studiengänge {u2013} Ingenieure und Wissenschaftler in der Industrie {u2013} Beschäftigte im Bereich Energietechnik und Energiewirtschaft Die Autoren Prof. Dr.-Ing. Jochem Unger, Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Physik; Autor mehrerer interdisziplinärer Bücher zum Komplex Technik-Umwelt-Gesellschaft Prof. Dr.-Ing. Antonio Hurtado, TU Dresden, Institut für Energietechnik Dieses Lehrbuch vermittelt die technischen Grundlagen sowie wichtige Auslegungs- und Sicherheitskriterien für konventionelle, nukleare und regenerative Energiesysteme. Es zeigt die Auswirkungen des menschlichen Wirtschaftens, erklärt wie diese zu beurteilen und zu berücksichtigen sind. Es zeigt die möglichen Auswege auf, auch wenn umweltrelevante Entscheidungskriterien prinzipiell nicht quantifizierbar sind. Zusätzlich werden auch gesellschaftspolitische Aspekte angesprochen, die zu einem humanen volkswirtschaftlichen Prozess hinführen, der das ökologische Minimalprinzip gerade vollständig ausschöpft. Die anschauliche Darstellung der Sachverhalte mithilfe einfachster mathematischer Modelle setzt nur elementare Kenntnisse der Mathematik und der jeweils relevanten Fachdisziplinen voraus. Für Vertiefung und Übung sind zahlreiche Aufgaben mit den jeweiligen Lösungswegen beigefügt. Front Matter....Pages I-XV Einführung....Pages 1-18 Energetische Beurteilungskriterien....Pages 19-120 Umweltrelevante Beurteilungskriterien....Pages 121-171 Ethik....Pages 173-175 Ökonomisch-ökologisches Wirtschaften....Pages 177-187 Energiewirtschaft....Pages 189-199 CO 2 -arme Technologien....Pages 201-207 Speicherung und Verteilung....Pages 209-218 Mobilität....Pages 219-220 Energieautarkie....Pages 221-223 Ökologische Verträglichkeit CO 2 -armer Energien....Pages 225-229 Energiekonsens, Weg in die Zukunft....Pages 231-245 Übungsaufgaben und Lösungen....Pages 247-293 Ergänzende und weiterführende Literatur....Pages 295-298 Back Matter....Pages 299-303