Klassifizieren Sie die aus der Vorlesung bekannten Energieformen und nennen Sie jeweils einen beispielhaften Energieträger. Welche besondere Rolle nimmt Strom ein?
Energie: Die Fähigkeit, eine äußere Wirkung hervorzubringen
Primärenergie
▪ Energieträger, die noch keine Umwandlung durchlaufen haben
➔(z.B. Steinkohle, Rohbraunkohle, Rohöl und Erdgas)
Sekundärenergie
▪ Energieträger, die aus der Umwandlung von (Primär-) Energieträgern gewonnen wurden (z.B. Heizöl nach Umwandlung in einer Raffinerie).
▪ Sekundärenergieträger können auch bereits „handelsfähige“ Endprodukt sein
Endenergie
▪ Handelsfähige Energieform / handelsfähiger Energieträger, die der Endverbraucher bezieht.
➔z.B. Benzin, Heizöl, Fernwärme, Strom
Nutzenergie:
▪ Energieform, welche beim Verbraucher nach der letzten Umwandlung für den jeweiligen Zweck zur Verfügung steht.
▪ Zweckmäßig ist die Unterteilung in folgende Nutzenergieformen:
▪ Mechanische Energie (Antrieb im PKW, Handmixer, Bohrmaschine, ....)
▪ Wärme (Raumheizung, Kochen, ...)
▪ Licht (Beleuchtung)
▪ Schall (Stereo-Anlage, Telefon)
▪ Nutzelektrizität (Defibrillator, Elektrolyse, ...)
Welche besondere Rolle nimmt Strom ein?
Strom (elektrische Energie) wird in der Regel nicht als Nutzenergie eingesetzt, sondern ist lediglich eine handelsfähige – und inzwischen die wahrscheinlich bedeutendste - Endenergieform
Geben Sie für elektrische, mechanische und thermische Endenergie eine passende Energiewandlungsmaschine an. Geben Sie für diese Maschine auch einen passenden Primärenergieträger an.
Definieren Sie die Begriffe Ressourcen und Reserven bezogen auf Primärenergieträger.
Nennen Sie jeweils einen Vor- und einen Nachteil der Nutzung von Kernenergie, regenerativen Energiequellen, sowie stofflich gebundener Energie aus Erdgas und Kohle.
Was wird unter dem Begriff Sektorenkopplung verstanden? Nennen Sie zwei Beispiele für Technologien, die für die Sektorenkopplung in Frage kommen.
Diskutieren Sie die Herausforderungen bei der Umsetzung dieses Vorhabens.
Die Umstellung der Stromversorgung auf 100 % aus erneuerbaren Stromerzeugungsanlagen würde nicht nur Neu-Investitionen in die Erzeugungsanlagen bedingen. Eine weitere Herausforderung stellt die Volatilität von Wind und Sonneneinstrahlung dar. Während Windenergieanlagen eine gesicherte Leistung von 1 % bereitstellen können, liegt der Wert für Solar-PV bei 0 %. Da aber zu jedem Zeitpunkt ein Ausgleich zwischen Strombedarf und Stromerzeugung vorliegen muss (in einer gewissen Toleranz), bedarf es einem Lastausgleich, z. B. durch Netzausbau, Flexibilisierungsmaßnahmen (z. B. Power-to-X, Sektorenkopplung, etc.) oder effizienten Stromspeichersystemen, um die Netzstabilität weiterhin zu gewährleisten.
Neben CO2-Emissionen existieren andere energiebedingte Treibhausgase. Nennen Sie die drei mengenmäßig häufigsten Bestandteile energiebedingter Treibhausgase und geben Sie das GWP (Global Warming Potential) an. Vergleichen Sie diese mit den Werten für CO2.
Neben den energiebedingten Treibhausgasen existieren Luftschadstoffe, die bei der Energieumwandlung auftreten. Benennen Sie die sechs wichtigsten Schadstofftypen der Energieumwandlung.
Geben Sie drei Gründe an, warum auch in Zukunft Großkraftwerke benötigt werden.
Bis zur ausschließlichen Stromversorgung durch erneuerbare Erzeugungsanlagen werden Großkraftwerke betrieben werden. Alleine beim Brennstoffwechsel von Kohle auf Erdgas können CO2-Reduktionen von ca. 50 % erreicht werden. Diese Erdgas-gefeuerten Kraftwerke fungieren somit als Transittechnologie.
Großkraftwerke, die mit konventionellen Brennstoffen betrieben werden (derzeit Kohle, in Zukunft (fast) ausschließlich Erdgas sowie regenerative Brennstoffe und Nuklear), liefern eine gesicherte Leistung.
Durch Flexibilisierungsmaßnahmen, z. B. Niedriglast oder lastflexibler Betrieb, lassen sich gegenüber der Integration von Stromspeichern, die erst bei einem erneuerbaren Anteil von ca. 80-90 % unverzichtbar werden, erhebliche Kostenreduktionen erreichen.
Durch Brennstoffvorbehandlung und Abgasreinigung (beides state-of-the-art Technologien) können die Emissionen von konventionellen Kraftwerken signifikant reduziert werden.
Geben Sie je einen Vor- und Nachteil der CO2-Abscheidung an.
Erläutern Sie, wie durch die Veredelung fossiler Energieträger die CO2-Bilanz verbessert werden kann.
Erläutern Sie, wie mithilfe der Veredelung fossiler Energieträger regenerative Energie gespeichert werden kann.
Durch Nutzung von regenerativen Strom zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse und Dampf durch Hochtemperatur-Wärmepumpen und Elektrodenkessel wird dieser Strom in chemische Energieträger gewandelt. Diese können zeitlich entkoppelt für weitere Prozesse oder auch zur Rückverstromung genutzt werden und dienen somit als Langzeit-Stromspeicher.
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