FM_5 Nachhaltige Energiesysteme at Fachhochschule Burgenland | Flashcards & Summaries

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Lernmaterialien für FM_5 Nachhaltige Energiesysteme an der Fachhochschule Burgenland

Greife auf kostenlose Karteikarten, Zusammenfassungen, Übungsaufgaben und Altklausuren für deinen FM_5 Nachhaltige Energiesysteme Kurs an der Fachhochschule Burgenland zu.

TESTE DEIN WISSEN

F4-7. Wie erfolgt die Brennstoffzufuhr bei Pellets- und Hackgutheizungen? Was sollte in der  Praxis für die Festlegung der Lagerraumgröße berücksichtigt werden?

 

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TESTE DEIN WISSEN
  • Pelletsheizung: 
    1. Schneckenaustragung oder Saugförderung
    2. 0,9 m³ pro kW-Heizlast, mindestens 6m³ wg. LKW-Lieferung

 

  • Hackgutheizung:
    1. Raumaustragung
    2. Mindestgröße 30% größer als die Liefereinheit (LKW-Zug: ca. 90 Schüttraummeter)

 

 

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TESTE DEIN WISSEN

F1-3. Mit welchen vier Maßnahmen kann dem globalen Temperaturanstieg entgegen  gesteuert werden?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Verbesserung der Energieeffizienz
  • Nutzung Erneuerbarer Energien – Ausstieg aus fossilen Brennstoffen
  • Nachhaltige Lebensmittelproduktion und Ernährung
  • CO2-Rückführung (Herstellung Pflanzenkohle) und Begrenzung Treibhausgase (F-Gase)
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TESTE DEIN WISSEN

F1-1. Geben Sie einen Überblick über regenerative Energien! Welche sind solaren  Ursprung, welche nicht? Überschlägige technische Potenziale? Wovon hängen die  Potenziale ab?

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Regenerative

Primärenergieträger

  • Erdwärme: Geothermie (stammt aus Kernreaktionen langlebiger natürlicher

Isotope, Planetenwarme)

 

  • Solarer Ursprung:
    • Sonne, Strahlungsenergie (PV Solarzelle, Solarthermie)
    • Erwärmung Atmosphäre
      1. Verdunstung/Niederschlag: Wasserkraft
      2. Windenergie
    • Biomasseproduktion

 

Planetenbewegung: Gezeiten

 

Weltweite Potentiale:

  • Biomasse: ca. 18-23%
  • Wasserkraft: ca. 22%
  • Windenergie: ca. 20%

 

Abhängigkeit der Potentiale: ohne Solarenergienutzung kann Energiebedarf nicht gedeckt werden. Solare Potentiale werden zu wenig genützt. Solar benötigt Windenergie und Speicher zum Ausgleich der Winterschwäche.

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TESTE DEIN WISSEN

F3-2. Begründen Sie die CO2-Neutralität von Holz! Innerhalb welcher Grenzen gilt diese?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

Wälder sind wichtige Kohlenstoffspeicher. Das Gleichgewicht von CO2-Bindung (Photosynthese) durch das Wachsen der  Bäume und die CO2-Freisetzung (Verrottung) durch Verbrennen muss gegeben sein. Biomasse ist CO2-neutral wenn nicht mehr genutzt wird als nachwachsen kann und der Gesamtbiomassebestand über und unter der Erde (Humus) nicht verringert wird.

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TESTE DEIN WISSEN

F3-2. Begründen Sie die CO2-Neutralität von Holz! Innerhalb welcher Grenzen gilt diese?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

Wälder sind wichtige Kohlenstoffspeicher, Gleichgewicht von CO2-Bindung (Photosynthese) und CO2-Freisetzung (Verrottung) 

Biomasse ist CO2-neutral wenn nicht mehr genutzt wird als nachwachsen kann und der Gesamtbiomassebestand über und unter der Erde (Humus) nicht verringert wird.

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F4-1. Welche Parameter werden zur Charakterisierung von biogenen Brennstoffen verwendet?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

Klassifizierung nach der ÖNorm M7133

Wassergehalt: z.B. W20 luftgetrocknetes Hackgut bis W50 erntefrisches Hackgut

Wassergehalt w = Masse des Wassers / Gesamtmasse

Feuchte u = Masse des Wassers / Trockenmasse

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F4-2. Aus welchen chemischen Elementen besteht Biomasse? Welche Komponenten senken den Heizwert? Wie kann der Heizwert eines feuchten Brennstoffes bei bekanntem Heizwert der Trockensubstanz ermittelt werden? Bei welchen biogenen Brennstoffen ist die Brennwertnutzung besonders attraktiv?

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  • Hauptbestandteile: Kohlenstoff C, Wasserstoff H und Sauerstoff O (generell Cellulose C6H10O5)
    1. Weitere Inhaltsstoffe: Natrium, Schwefel, Chlorid, Kalium, Natrium, Magnesium, Phosphor

 

Der Wassergehalt senkt den Heizwert, je feuchter das Holz umso höher der Brennwertnutzen (Kondensationsenthalpie)

 

Es gibt eine Formel: Hu(wasserhältig) = Hu(wasserfrei) * (1 - Wassergehalt) – 2,44 * Wassergehalt (MJ/kg)

 

  • Holzpellets und Hackgut haben eine hohe Energiedichte (kWh/m³) und einen hohen Brennwert mit 5,5 kWh/kg_Trockensubstanz
     
     
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F4-3. In welchen Phasen läuft die Verbrennung von Biomasse ab? Geben Sie ungefähre  Temperaturbereiche und Einfluss der Luftverhältniszahl Lambda an! Welche Produkte  entstehen in den einzelnen Phasen? 

 

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TESTE DEIN WISSEN
  • Thermisches Verhalten von Biomasse
    1. 0-200°C: Aufheizen und Trocknen
      • Wasser wird ausgetrieben
    2. 120-500°C: Pyrolytische Zersetzung (λ = 0)
      • Thermische Zersetzung beginnt, Zersetzungsreaktionen werden heftiger
    3. 120-800°C: Oxidation (λ > 1)
      • Vollständige Oxidation durch pyrolytische Zersetzung und Vergasung
    4. 400-800°C: Vergasung (0 < λ < 1)
      • Vergasung der verbleibenden Restkohlenstoffe


  • Biomassekessel arbeiten meist mit Luftüberschusszahl λ = 1,8

 

  • Aufheizen und Trocknen: H2O
  • Pyrolytische Zersetzung: CO und CnHm
  • Oxidation: CO2 und NOx
     
     

 

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TESTE DEIN WISSEN

F4-4. Warum ist die Verbrennung halmgutartiger Pflanzen aufwendiger, als jene von
 Brennholz? Wodurch unterscheiden sich diese Feuerungsanlagen im technischen
 Aufbau (inkl. Brennstoffzufuhr)?

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TESTE DEIN WISSEN

Bei halmgutartigen Pflanzen ist die Energiedichte wesentlich geringer als bei Holzprodukten

Limitierung der Verbrennungstemperatur auf max. 800-900°C

Abgasrezirkulation: Beimischung abgekühltem Abgas zur Verbrennungsluft

Geringere Schütthöhen und niedrige Rostwärmebelastung

Bei größeren Leistungen: Wasserkühlung der Roste

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TESTE DEIN WISSEN

F4-5. Nennen und skizzieren Sie exemplarisch den Aufbau einer automatischen  Feuerungsanlage für feuchtes Hackgut und erläutern sie die Phasen des  Verbrennungsablaufs! 

 

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TESTE DEIN WISSEN

Anlage besteht aus

  • Brennstofflager
  • Kesseleinheit
  • Brennstoffaustragung und Dosierung
  • Sicherheitseinrichtungen
    1. Rückbrandsicherung (Zellradschleuse)
    2. Händische oder automatische Löscheinrichtung
    3. Bei großem Brennstofflager: händische oder automatische Löscheinrichtung
  • Kamin

 

Aufheizen und Trocknen

Pyrolytische Zersetzung (λ = 0)

120-800°C: Oxidation (λ > 1)

400-800°C: Vergasung (0 < λ < 1)

 

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F4-6. Welche Parameter eignen sich zur Regelung des Verbrennungsverlaufs? 

 

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TESTE DEIN WISSEN
  1. Lambdaregelung
  2. Abgastemperatur
  3. VL, RL-Temperatur
  4. Feuerraumtemperatur

Glutstockhöhe

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TESTE DEIN WISSEN

F5-1. Nennen Sie Möglichkeiten zur Stromgewinnung aus fester Biomasse über den  thermischen Weg! Wie groß sind die typischen Wirkungsgrade? Welche Anforderungen  ergeben sich daraus aus ökologischer Sicht? Welche Bedeutung hat der wärmegeführte  Betrieb von Biomasse-BHKW’s?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Strom und Wärme aus Biomasse
    1. Wasser-Dampfprozesse
    2. Organic Rankine Cycle (ORC) ηel = 15%
    3. Stirlingmotor
    4. Thermische Vergasung
  • Wirkungsgrade
    1. Erdgas-Kraftwerk (GuD): bis 60%
    2. Kohlekraftwerk: über 40%
    3. Biomassekraftwerk 2MW: max. 20%
    4. Biomasse größere Leistungen: ca. 25-30%
  • Folgen für Nachhaltigkeit: wärmegeführte Betriebsweise erforderlich
  • Wärmegeführt im Sommer nachteilig, weil keine Abnehmer
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  • 29378 Karteikarten
  • 656 Studierende
  • 8 Lernmaterialien

Beispielhafte Karteikarten für deinen FM_5 Nachhaltige Energiesysteme Kurs an der Fachhochschule Burgenland - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

F4-7. Wie erfolgt die Brennstoffzufuhr bei Pellets- und Hackgutheizungen? Was sollte in der  Praxis für die Festlegung der Lagerraumgröße berücksichtigt werden?

 

A:
  • Pelletsheizung: 
    1. Schneckenaustragung oder Saugförderung
    2. 0,9 m³ pro kW-Heizlast, mindestens 6m³ wg. LKW-Lieferung

 

  • Hackgutheizung:
    1. Raumaustragung
    2. Mindestgröße 30% größer als die Liefereinheit (LKW-Zug: ca. 90 Schüttraummeter)

 

 

Q:

F1-3. Mit welchen vier Maßnahmen kann dem globalen Temperaturanstieg entgegen  gesteuert werden?

A:
  • Verbesserung der Energieeffizienz
  • Nutzung Erneuerbarer Energien – Ausstieg aus fossilen Brennstoffen
  • Nachhaltige Lebensmittelproduktion und Ernährung
  • CO2-Rückführung (Herstellung Pflanzenkohle) und Begrenzung Treibhausgase (F-Gase)
Q:

F1-1. Geben Sie einen Überblick über regenerative Energien! Welche sind solaren  Ursprung, welche nicht? Überschlägige technische Potenziale? Wovon hängen die  Potenziale ab?

A:

Regenerative

Primärenergieträger

  • Erdwärme: Geothermie (stammt aus Kernreaktionen langlebiger natürlicher

Isotope, Planetenwarme)

 

  • Solarer Ursprung:
    • Sonne, Strahlungsenergie (PV Solarzelle, Solarthermie)
    • Erwärmung Atmosphäre
      1. Verdunstung/Niederschlag: Wasserkraft
      2. Windenergie
    • Biomasseproduktion

 

Planetenbewegung: Gezeiten

 

Weltweite Potentiale:

  • Biomasse: ca. 18-23%
  • Wasserkraft: ca. 22%
  • Windenergie: ca. 20%

 

Abhängigkeit der Potentiale: ohne Solarenergienutzung kann Energiebedarf nicht gedeckt werden. Solare Potentiale werden zu wenig genützt. Solar benötigt Windenergie und Speicher zum Ausgleich der Winterschwäche.

Q:

F3-2. Begründen Sie die CO2-Neutralität von Holz! Innerhalb welcher Grenzen gilt diese?

A:

Wälder sind wichtige Kohlenstoffspeicher. Das Gleichgewicht von CO2-Bindung (Photosynthese) durch das Wachsen der  Bäume und die CO2-Freisetzung (Verrottung) durch Verbrennen muss gegeben sein. Biomasse ist CO2-neutral wenn nicht mehr genutzt wird als nachwachsen kann und der Gesamtbiomassebestand über und unter der Erde (Humus) nicht verringert wird.

Q:

F3-2. Begründen Sie die CO2-Neutralität von Holz! Innerhalb welcher Grenzen gilt diese?

A:

Wälder sind wichtige Kohlenstoffspeicher, Gleichgewicht von CO2-Bindung (Photosynthese) und CO2-Freisetzung (Verrottung) 

Biomasse ist CO2-neutral wenn nicht mehr genutzt wird als nachwachsen kann und der Gesamtbiomassebestand über und unter der Erde (Humus) nicht verringert wird.

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Q:

F4-1. Welche Parameter werden zur Charakterisierung von biogenen Brennstoffen verwendet?

A:

Klassifizierung nach der ÖNorm M7133

Wassergehalt: z.B. W20 luftgetrocknetes Hackgut bis W50 erntefrisches Hackgut

Wassergehalt w = Masse des Wassers / Gesamtmasse

Feuchte u = Masse des Wassers / Trockenmasse

Q:

F4-2. Aus welchen chemischen Elementen besteht Biomasse? Welche Komponenten senken den Heizwert? Wie kann der Heizwert eines feuchten Brennstoffes bei bekanntem Heizwert der Trockensubstanz ermittelt werden? Bei welchen biogenen Brennstoffen ist die Brennwertnutzung besonders attraktiv?

A:
  • Hauptbestandteile: Kohlenstoff C, Wasserstoff H und Sauerstoff O (generell Cellulose C6H10O5)
    1. Weitere Inhaltsstoffe: Natrium, Schwefel, Chlorid, Kalium, Natrium, Magnesium, Phosphor

 

Der Wassergehalt senkt den Heizwert, je feuchter das Holz umso höher der Brennwertnutzen (Kondensationsenthalpie)

 

Es gibt eine Formel: Hu(wasserhältig) = Hu(wasserfrei) * (1 - Wassergehalt) – 2,44 * Wassergehalt (MJ/kg)

 

  • Holzpellets und Hackgut haben eine hohe Energiedichte (kWh/m³) und einen hohen Brennwert mit 5,5 kWh/kg_Trockensubstanz
     
     
Q:

F4-3. In welchen Phasen läuft die Verbrennung von Biomasse ab? Geben Sie ungefähre  Temperaturbereiche und Einfluss der Luftverhältniszahl Lambda an! Welche Produkte  entstehen in den einzelnen Phasen? 

 

A:
  • Thermisches Verhalten von Biomasse
    1. 0-200°C: Aufheizen und Trocknen
      • Wasser wird ausgetrieben
    2. 120-500°C: Pyrolytische Zersetzung (λ = 0)
      • Thermische Zersetzung beginnt, Zersetzungsreaktionen werden heftiger
    3. 120-800°C: Oxidation (λ > 1)
      • Vollständige Oxidation durch pyrolytische Zersetzung und Vergasung
    4. 400-800°C: Vergasung (0 < λ < 1)
      • Vergasung der verbleibenden Restkohlenstoffe


  • Biomassekessel arbeiten meist mit Luftüberschusszahl λ = 1,8

 

  • Aufheizen und Trocknen: H2O
  • Pyrolytische Zersetzung: CO und CnHm
  • Oxidation: CO2 und NOx
     
     

 

Q:

F4-4. Warum ist die Verbrennung halmgutartiger Pflanzen aufwendiger, als jene von
 Brennholz? Wodurch unterscheiden sich diese Feuerungsanlagen im technischen
 Aufbau (inkl. Brennstoffzufuhr)?

A:

Bei halmgutartigen Pflanzen ist die Energiedichte wesentlich geringer als bei Holzprodukten

Limitierung der Verbrennungstemperatur auf max. 800-900°C

Abgasrezirkulation: Beimischung abgekühltem Abgas zur Verbrennungsluft

Geringere Schütthöhen und niedrige Rostwärmebelastung

Bei größeren Leistungen: Wasserkühlung der Roste

Q:

F4-5. Nennen und skizzieren Sie exemplarisch den Aufbau einer automatischen  Feuerungsanlage für feuchtes Hackgut und erläutern sie die Phasen des  Verbrennungsablaufs! 

 

A:

Anlage besteht aus

  • Brennstofflager
  • Kesseleinheit
  • Brennstoffaustragung und Dosierung
  • Sicherheitseinrichtungen
    1. Rückbrandsicherung (Zellradschleuse)
    2. Händische oder automatische Löscheinrichtung
    3. Bei großem Brennstofflager: händische oder automatische Löscheinrichtung
  • Kamin

 

Aufheizen und Trocknen

Pyrolytische Zersetzung (λ = 0)

120-800°C: Oxidation (λ > 1)

400-800°C: Vergasung (0 < λ < 1)

 

Q:

F4-6. Welche Parameter eignen sich zur Regelung des Verbrennungsverlaufs? 

 

A:
  1. Lambdaregelung
  2. Abgastemperatur
  3. VL, RL-Temperatur
  4. Feuerraumtemperatur

Glutstockhöhe

Q:

F5-1. Nennen Sie Möglichkeiten zur Stromgewinnung aus fester Biomasse über den  thermischen Weg! Wie groß sind die typischen Wirkungsgrade? Welche Anforderungen  ergeben sich daraus aus ökologischer Sicht? Welche Bedeutung hat der wärmegeführte  Betrieb von Biomasse-BHKW’s?

A:
  • Strom und Wärme aus Biomasse
    1. Wasser-Dampfprozesse
    2. Organic Rankine Cycle (ORC) ηel = 15%
    3. Stirlingmotor
    4. Thermische Vergasung
  • Wirkungsgrade
    1. Erdgas-Kraftwerk (GuD): bis 60%
    2. Kohlekraftwerk: über 40%
    3. Biomassekraftwerk 2MW: max. 20%
    4. Biomasse größere Leistungen: ca. 25-30%
  • Folgen für Nachhaltigkeit: wärmegeführte Betriebsweise erforderlich
  • Wärmegeführt im Sommer nachteilig, weil keine Abnehmer
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