Energietechnik an der Karlsruher Institut für Technologie

Karteikarten und Zusammenfassungen für Energietechnik an der Karlsruher Institut für Technologie

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Begriffe

  • Primärenergieträger
  • Sekundärer Energieträger
  • Endenergie
  • Nutzenergie

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Energieformen & -Umwandlung (7x)

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  • Wirkungsgrad
  • therm. Wirkungsgrad
  • Leistungsziffer
  • Brennstoffnuzungsgrad

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Zustandsgrößen

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2. HS der Thermodynamik

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Definition von Systemen & Prozessen

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Strömung: Druckabfall/-änderung (4 Teile)

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Thermische Energie

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Solarekollektor

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Konventionelle Fossile-Kraftwerke - Brennstoff & Verbrennung

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Einteilung Kraftwerke nach Lastspielzahlen

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Physikalische Grundlagen - Kettenreaktion

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Energietechnik

Begriffe

  • Primärenergieträger
  • Sekundärer Energieträger
  • Endenergie
  • Nutzenergie

Primärenergieträger

  • in Natur existierende, nicht durch Menschen veränderte Energieform
  • Bsp.: Kohle, Holz, Rohöl, Erdgas

Sekundäre Energieträger

  • alle durch Menschen veränderte Energieformen
  • Bsp.: Heizöl, Benzin, angereichertes Uran

Endenergie

  • am Ort der Nutzung beim Verbraucher vorliegend (z.B. elektr. Energie)

Nutzenergie

  • Energie, die in eigentliche Nutzung fließt & zur Verfügung steht (z.B. Licht, Wärme, mech. Energie)

Energietechnik

Energieformen & -Umwandlung (7x)

1. Kinetische Energie

  • gerichtete Bewegung eines Körpers/Fluid
  • Bsp.: Wasserströmung, Wind, Schwungradspeicher

2. Potentielle Energie

  • Lage eines Körpers in Kraftfeld
  • Bsp.: Speicherseen, gespannt Feder

3. Thermische Energie

  • kin. & pot. Energie der ungerichteten Bewegung von Atomen & Molekülen im Körper
  • Bsp.: Geothermie, Wärmespeicher

4. Chemische Energie

  • Bindungsenergie von Molekülen
  • Bsp.: Biomasse, fossile Brennstoffe

5. Elektrische Energie

  • Potentielle Energie der Ladung eines Körpers im E-Feld
  • Bsp.: Batterien, Kondensatoren

6. Strahlungsenergie

  • Kinetische Energie von (Teilchen-)Strahlung / Wellen
  • Bsp.: Wärmestrahlung, Licht

7. Kernenergie

  • Bindungsenergie des Atomkerns durch Kernspaltung/-fusion

Energietechnik

  • Wirkungsgrad
  • therm. Wirkungsgrad
  • Leistungsziffer
  • Brennstoffnuzungsgrad

Wirkungsgrad => Beurteilung der Effizienz

  • Nutzen / Aufwand
  • bzw. (Nutzenergie) / (zugeführte Energie)

Thermischer Wirkungsgrad => Effizienz der Umwandlung von therm. Energie in mech. Energie

  • Nutzarbeit / zugeführt Wärme

Leistungsziffer => für Wärmepumpe & Kältemaschine

  • Nutzwärme / zugeführte Arbeit

Brennstoffnutzungsgrad => zugeführte mech. & therm. Energie (Kraft-Wärme-Kopplung)

  • (Nutzarbeit + Nutzwärme) / (zugeführte Wärme)

Energietechnik

Zustandsgrößen

extensive Zustandsgrößen

  • ~ mit Stoffmenge (z.B. Masse, Volumen, Entropie, Innere Energie, Enthalpie)

intensive Zustandsgrößen

  • unabhängig von Stoffmenge (z.B. Druck, Temperatur, Dichte, etc.)

spezifische Zustandsgrößen

  • auf Masse bezogen


Innere Energie U

  • Gesamte für thermodyn. Umwandlungsprozess zur Verfügung stehende Energie eines physikalischen Systems, das sich in Ruhe & im thermodyn. GGW befindet

Entropie S

  • Maß für die Ordnung eines Systems
  • hohe Ordnung => kleine Entropie

Enthalpie H = U + pV

  • Summe der inneren Energie U und der Verschiebearbeit pV

Exergie

  • aus Energieform maximal gewinnbare Arbeit

Anergie

  • nicht umwandelbarer Anteil einer Energieform
  • Energie = Exergie + Anergie

Energietechnik

2. HS der Thermodynamik

  • bei reversiblen Prozessen (in abgeschlossenem System) bleibt Exergie & Anergie konstant
  • Exergie wird in Anergie umgewandelt, wenn Prozess irreversibel
  • Anergie kann nie in Exergie umgewandelt werden


  • Wird die Wärme δQ einem geschlossenem System bei der absoluten Temperatur T zugeführt, so gilt für die Entropieänderung
    • dS ≥ δQ/T

Energietechnik

Definition von Systemen & Prozessen

geschlossenes System

  • keine Massenströme über Grenzen

offenes System

  • Massenströme über Grenzen

isoliertes System

  • keine Massen- & Energieströme über Grenzen

adiabatisches System

  • keine Wärmeübertragung über Grenzen


Isentrope Prozesse

  • Entropie konstant

Isotherme Prozesse

  • Temperatur konstant

Isobare Prozesse

  • Druck konstant

Isochore Prozesse

  • Volumen konstant

Irreversibel / reversible Prozesse

  • umkehrbare / unumkehrbare Prozesse

Energietechnik

Strömung: Druckabfall/-änderung (4 Teile)

  • Druckabfall durch Gravitation => Höhenänderung
  • Beschleunigungsdruckabfall => Geschwindigkeitsänderung
  • Reibungsdruckabfall
  • Lokaler Druckabfall

Energietechnik

Thermische Energie

  • "Wärme" oder "Wärmeenergie"
  • Energieform, die Körper aufgrund Temperatur besitzen
  • Innere Energie als relative Zustandsgröße
  • therm. Energie aus kinetische Energie der Teilchen (ungerichtete Bewegungsenergie) und aus Bindungsenergie der Teilchen
  • bei Phasenübergang
    • Latente Wärme, z.B. Verdampfungsenthalpie
  • Übertragung thermischer Energie durch
    • Wärmeleitung
    • Konvektion
    • Wärmestrahlung

Energietechnik

Solarekollektor

  • wandelt Sonnenstrahlung in Wärmeenergie um
  • enthält flüssiger Wärmeträger (Öl, Wasser), welches aufgeheizt wird
  • Wirkungsgrad zw. 60 -75%
  • Zentrales Bauteil: Absorber
    • absorbiert an Oberfläche bis zu 95% der kurzwelligen Strahlung
    • Wärmeabgabe & Transport über Wärmeträger (Flüssigkeitskanäle)

Energietechnik

Konventionelle Fossile-Kraftwerke - Brennstoff & Verbrennung

  • Fossile Brennstoffe
    • Kohle (Stein-, Braunkohle), Erdgas & Erdöl
    • Unterscheiden sich in Zündtemperatur & Wärmeabgabe bei Verbrennung
  • Verbrennung
    • Reaktion von Stoffen mit Sauerstoff unter Wämreabgabe
    • Voraussetzung
      • Brennbarer Stoff vorhanden
      • Sauerstoffzufuhr
      • Entzündungstemperatur muss erreicht werden


  • Brennwert (obere Heizwert)
    • abgegebene Reaktionsenthalpie
  • Heizwert (unterer Heizwert)
    • Reaktionsenthalpie abzüglich im Abgas verlorene Wärmemenge
    • Maß für nutzbare Wärmemenge

Energietechnik

Einteilung Kraftwerke nach Lastspielzahlen

  • Grundlast => geringe Brennstoffkosten
    • Braunkohle-KW
    • Laufwasser-KW
    • Kernkraft-KW
    • Gas- & Dampf-KW (GuD)
  • Mittellast => höhere Brennstoffkosten, aber geringe Anlagenkosten
    • Steinkohle-KW
    • Gas- & Dampf-KW (GuD)
    • Pumpspeicher-KW
  • Spitzenlast => Leistung schnell verfügbar, mehrmals täglich Anfahren & schnelle Laständerungen
    • Gasturbinen-KW (schnelles Anfahren)
    • Druckluftspeicher-KW
    • Pumpspeicher-KW

Energietechnik

Physikalische Grundlagen - Kettenreaktion

  • Ungesteuerte Kettenreaktion
    • frei werdenden Neutronen mit "richtiger" Geschwindigkeit rufen weitere Kernspaltungen hervor
    • z.B. Atombombe
  • Gesteuerte Kettenreaktion
    • Beschränken & Beeinflussen der Kettenreaktionen durch bestimmte Materialien
    • z.B. Kernreaktoren von Kern-KW

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