Arbeit, Energie, Umwelt
Arbeit, Energie, Umwelt Fragenkatalog Brillinger
Arbeit, Energie, Umwelt Fragenkatalog Brillinger
-
- 1 / 124
-
Flashcards
Warum sind die Begriffe „Energieverlust“, „Energieverbrauch“ oder „Energieverschwendung“ genau genommen nicht richtig?
Energie wird umgewandelt, geht aber nicht verloren. Zb. Wird Energie die nicht genutzt wird oft in Form von Wärme abgegeben.
Erläutern Sie den Unterschied zwischen Exergie und Anergie
Die Energie eines Systems oder die von einem Wärmestrom transportierte Energie kann in zwei Teile unterteilt werden: Exergie und Anergie (, die in der Summe genau die Energie ergeben). Arbeit transportiert hingegen reine Exergie.
Die Exergie bezeichnet dabei den Anteil der Energie, der in Arbeit umgewandelt werden kann. Oder anders ausgedrückt: Exergie ist die Fähigkeit, Arbeit zu leisten.
Die Anergie hingegen ist der Teil der Energie, der (außer evtl. zum Heizen) keinen Nutzen hat und nicht in Arbeit umgewandelt werden kann.
Wie lässt sich für energieeffiziente Fabrikanlagen die Bilanzierbarkeit der Energie einer Formel ausdrücken?
WAnfang + Wzu = WEnd + Wab
= Engerie zu beliebigen Anfangszeitpunkt plus zugeführte Energie, ist Enegerie zu beliebigen Endzeitpunkt plus abgegebene Energie. Wab ist WNutz + WVerlust
Wie lässt sich die innerhalb eines Produktionsprozesses abgeführte Energie unterscheiden?
Nutzenergie
Arbeitsenergie
Verlustenergie
(Zusatz: Natur, Primärenergie, Sekundärenergie, Endenergie, Nutzenergie
Zb Primär: Braunkohle, Sekundär: Strom, End: Strom der ankommt, Nutz: verbrauchter Strom am Gerät)
Nennen Sie grundsätzliche Ansätze für Energieeinsparungen bei Produktionsprozessen auf der Basis der Bilanzierbarkeit der Energie.
Durch die Verringerung der Nutzenergie, Verminderung der energetischen Verluste bei der Umwandlung der zugeführten Energie in Nutzenergie, und durch Wieder und Weiter Nutzung der Verlustenergie kann Energie gespart werden
Was versteht man unter Primärenergie
Primärenergie: Energieinahlt von natürlich vorkommenden Energieträgern (zb Erdöl, Erdgas) die noch keiner Umwandlung durch den Mensch unterworfen sind
Was versteht man unter Endenergie
Energieinhalt jener Energieträger, die dem Nutzer letztendlich zur Verfügung gestellt wird. (Endenergie = Nutzkessel)
Sekundärenergie: Energieinhalt jener Energieträger die vom Menschen durch Umwandlung natürlich vorkommender Energieträger gewonnen wurde.
Nutzenergie: Energie die unmittelbar für die vom Nutzer gewünschte Anwendung eingesetzt wird. (Nutzenergie = Heizkörper)
Energieinhalt wird von Primär zu Nutzenergie immer kleiner
Erläutern Sie den Unterschied zwischen Primärenergiefaktoren nach DIN V 4701/10 bzw. nach DIN V 18599-1 und dem kumulierten Energieaufwand nach VDI-Richtlinie 4600
DIN V 4701/10: hier fehlt Biomasse bzw. wird nicht weiter differenziert nach Holzhackschnitzel, Brennholz und Holzpellets
kumulierter Energieaufwand: es wird nicht nur ein Primärenergiefaktor bestimmt, sondern der kumulierte Energieaufwand für den jeweiligen Energieträger, der alle energetischen Aufwendungen bei Herstellung Nutzung und Entsorgung enthält àumfassender als bisheriger Primärenergieaufwand
Erläutern Sie den Unterschied zwischen dem geologischen Begriffen Reserven und Ressourcen bezüglich der Vorräte an fossilen Energierohstoffen
Reserven: Die mit heutiger Technik und zu heutigen Preisen wirtschaftlich abbaubaren Mengen
Ressourcen: Nachgewiesene Rohstoffmengen aus Geologischer Perspektive, aber derzeit keine wirtschaftliche Gewinnung
Nennen Sie Umweltauswirkungen, die durch Energiegewinnung und –wandlung verursacht werden
Klimaerwärmung/ Treibhauseffekt
Ozonabbau
Photosmog
Versauerung
Erläutern Sie den Teibhauseffekt
Treibhauseffekt: Atmosphäre lässt kurzwelliges Licht der Sonne ungehindert auf Erde einstrahlen. Kurzwellige Strahlung wird bei Erdauftritt in langwellige Rückstrahlung umgewandelt und von der Atmosphäre zurück auf die Erde reflektiert. Hauptsächliches Treibausgas: CO2
Ozonabbau: Ozonschicht in 25-50km Höhe, die einen Teil der Sonnen UV-Strahlung absorbiert. Schadgase vermindern Ozonkonzentration à stärkere UV-Strahlung
Photosmog: Bodennahe Ozonbildung, abhängig von Stickstoffoxyden und leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffen sowie der Stärke des Sonnenlichtes. Leicht flüchtige Kohlenwasserstoffe verschieben das Konzentrationsverhältnis zwischen Stickstoffdioxyd und Monoxyd zugunsten des Stickstoffdioxyd àverstärkte Ozonbildung (bodennah) greift Atmungswege an.
Versauerung: Natürliche und anthropogen (vom Mensch) verursache Emissionen von Schwefel und Sauerstoffverbindungen reagieren in der Luft zu Schwefel bzw. Salpetersäure à Saurer Regen (Waldsterben)
Nennen Sie Akteure in der Elektrizitätswirtschaft
Netzbetreiber (Übertragungsnetzbetreiber, Versorgungsnetzbetreiber)
Energieerzeuger
Energielieferanten (Händler, die jedoch auch eigene Kraftwerke betreiben können. Zwischen Netzbetreiberund und Energielieferanten/Versorgern besteht klare organisatorische und gesellschaftliche Trennung)
Warum benötigen Stromnetze ein Gleichgewicht zwischen eingespeister und abgegebener Energie
Weil eine Speicherung nicht möglich ist
EU: Netzfrequenz = 50 Hertz;. In ein elektrisches Verteilernetz darf nur so viel elektrische Energie eingespeist werden, wie gleichzeitig abgenommen wird. Kleinere Abweichungen führen zur Änderung der Netzfrequenz, größere können großräumige Stromausfälle verursachen. Sackt die Netzfrequenz zu weit ab, beispielsweise auf 49 Hertz, weil der Verbrauch (die Last) zu groß ist und die Produktion zu gering, gehen irgendwo in Europa die Lichter aus.
Warum ergibt sich häufig eine große Distanz zwischen den Kraftwerken und den Verbrauchern
Weil der Strom nur Zentral an einigen Standorten erzeugt wird. Aber der Strombedarf Flächendeckend über ganz Deutschland verteilt ist. So wird z.B. in einem Windpark in der Nordsee Strom erzeugt aber theoretisch überall verbraucht
Warum unterscheidet man Grundlast-, Mittellast- und Spitzenlastkraftwerke?
Können unterschiedlich schnell angefahren werden
Grundlast: meist Kohlekraftwerke, kann nicht schnell rauf und runter gefahren werden, immer im Betrieb
Mittellast = Gaskraftwerke, punktgenau rauf und runter fahren, meist absehbar
Spitzenlast = auch Gas oder Pumpspeicherkraftwerke, Strom ist teurer da sie nur für kurze Zeit arbeiten, restliche Zeit = kein Geld
(Zusatz: bei gleicher Laufzeit etc. sind Gaskraftwerke teuer als Kohlekraftwerke. Daher werden Gaskraftwerke nicht für die Grundlast verwendet)
Nennen Sie Merkmale von Stromlieferverträgen
Jahresverbrauch (gegliedert nach Hoch und Niedertarifmengen) à Arbeitspreis kWh
Jahreshöchstleistung àLeistungspreis kW
Lieferstellen, Zählernummern
Spannung
Grundpreis
Vertragsdauer
Modalitäten zur Übermittlung von Verbrauchsdaten
Zahlungsmodalitäten
Wie werden bei Großverbrauchern der Jahresverbrauch bzw. die tatsächlichen Lastgänge gemessen
Messen: mit Vertelstundenlastgangzählern (Auslesung per Telekommunikation), Werte Info für betriebliches Energiemanagement
Verbraucher mit geringen Jahresverbrauch, Standardlastprofile die Verbrauchsverhalten je nach Kundengruppe/Branche aufzeigen untersch. zw. Wochentag/SA,SO Sommer Winter
Nennen Sie staatlich bestimmte Preisbestandteile aus Stromlieferverträgen.
Energie und Ökosteuern sowie Umlagen der Einspeisevergütungen nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) und dem Erneuerbare Energie Gesetz (EEG)
Nennen Sie Ansätze für den sparsamen Elektroenergieeinsatz in Fabriken
Einsatz stromsparender Aggregate (z.B. EC-Motoren)
Strombedarf von Hoch in Niedrigtarifzeiten
Blindarbeit senken
Anschlussleistung senken (bei Neuanlagen 1kVA = 1KW)
Leistungsspitzen senken (Verminderung Leistungspreis)
Zuverlässigkeit der Lastgangprognose erhöhen (Minderung der Gefahr von Pönalen = Vertragsstrafen)
Ggf. abschaltbare Leistung vereinbaren
Warum verursachen Probleme mit der Netzqualität hohe Kosten bei Produktionsprozessen
Spannungseinbrüche und kurzzeitige Unterbrechungen verursachen 50% der Verluste (insg 150 Milliarden EU), folgende Pararmeter sind relevant:
Netzfrequenz f, Höhe der Versorgungsspannung, Schnelle / Langsame Spannungsänderung, Unterbrechung der Versorgungsspannung (kurz, lang)
Nennen Sie die drei Stufen des deutschen Gasnetzes
Ferngasleitungen
Regionalgasleitungen
Endverteilnetze
Nennen Sie wichtige Parameter von Gaslieferverträgen
Grundpreis. Arbeitspreis, Leistungspreis (preis für bestellte oder beanspruchte Wärmemenge pro Zeiteinheit zb ct/kWh) ggf. Überschreitungspreis bei Stundenhöchstleistungsüberschreitung €/kW
(Zusatz: Ähnlich wie bei Stromlieferverträgen)
Wann werden die Parameter für den Energieverbrauch von Fabrikanlagen im Wesentlichen determiniert
Im Planungsstadium
Erläutern Sie das Grundprinzip der Kraft-Wärme-Kopplung
Die Verbrennungskraftmaschine (z. B. Motor, Gasturbine) treibt einen Generator an und stellt dadurch elektrischen Strom dem Verbraucher zur Verfügung. Die Abwärme, welche im Motorblock anfällt (Kühlwasser, Öl), wird über einen Wärmetauscher zur Heizwassererwärmung verwendet. Die im Abgas enthaltene Energie wird ggf. zur Dampferzeugung (Prozeßwärme) genutzt und/oder mittels Wärmetauscher zur Brauchwassererwärmung.
Zusatz:
Wegen Carnot-Wirkungsgrad nur 40% Strom aus 100% Brennstoffenergie möglich, 60% gehen als Abwärme verloren.
4 Hemmnisse gegen Abwärmenutzung:
1. Abwärme fällt bei 10-35°C an
2. Abwärme zu mehreren 10.000Mw an, kann am Standort in dieser Größenordnung oft nicht genutzt werden.
3. Fernwärmetransport (Wärme als Heißwasser) nur auf 10km Entfernung wirtschaftlich.
4. Dampfkraftprozess ergibt geringere Stromausbeute als zb die Auskopplung der Wärme aus Morot-Generator Einheit für KWK
Nennen Sie technische Lösungen/Varianten für die KWK
- Heizkraftwerke
- Gasturbinen m
- Motoren BHKW
- Stirling Motoren (Heißgasmotor mit einer Brennkammer außerhalb des eigentlichen Motors. Luft im heißen Zylinder dehnt sich aus, Luft im kalten zieht sich zusammen durch Abkühlung, Kolben in beiden Zylindern über Schwungrad verbunden. Vorteil: Vibrationsärmer und leiser)
- Brennstoffzellen (elektrochemische Zellen die chemisch gebundene Energie des Brennstoffs (zb Wasserstoff) direkt in elektrische Energie umwandeln)
Welche Kennzahlen sind für KWK-Anlagen relevant
Stromerzeugung S Wärmeerzeugung Q Brennstoffverbrauch B
Stromkennzahl SK(= S/Q) Nutzungsgrad Wirkungsgrad
Sowohl Nutzungsgrad als auch Wirkungsgrad könnnen sich auf Strom, Wärme oder beides beziehen. Wirkungsgrad = Zeitpunkbezogen (Leistung) Wirkungsgrad = Nutzenergie : Eingesetzte Energie. Nutzungsgrad = Zeitraumbezogen. Nutzungsgrad geringer wie Wirkungsgrad wg Teillast
Welche Möglichkeiten zur Auslegung von BHKW kennen Sie? Erläutern Sie die Auslegungsmöglichkeiten
Grundsätzlich: 1/3 Strom, 2/3 Wärme erzeugt
Wärmegeführte Auslegung: überschüssiger Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist, meist so ausgelegt
Stromgeführte Auslegung: momentan nicht benötigte Wärme wird gespeichert, kann zur Abdeckung von Stromlastspitzen im öffentlichen Netz dienen, Zwischenspeicherung der Wärme rel. aufwendig
Nennen Sie Ihnen bekannte Hubkolben-Verbrennungsmotoren, die in BHKW eingesetzt werden
Gas- Otto Motoren
Dieselmotoren
Diesel-Gas Motoren: 2 Kraftstoffe, Gas als Wärmeträger, ca 5-10% sind Zündölanteil (Diesel/Heizöl) höherer Wirkungsgrad als reiner Gasmotor
Erläutern Sie den Einsatz von Wärmetauschern für die Brennwertnutzung bei BHKW
Kondensationswärme aus Wasserdampf von Abgas genutzt, Abgaswärmetauscher kühlt Abgase auf ca 150°C, Rücklauf von Heizkreis durchströmt erst Wärmetauscher, dann BHKW. Je niedriger Rücklauftemp desto bessere Brennwertnutzung.
Bsp: Rücklauf: 35°C, Abgastemp: 55°C nach Wärmetauscher. Somit ist Kondensationsgrad von ca 50% möglich, der den Gesamtwirkungsgrad von 88% auf über 100% steigert.
Nennen Sie bei BHKW eingesetzte Schallschutzmaßnahmen
Gas Otto Motor nur halb so laut wie Dieselmotor.
Schutz: Abgasschalldämpfer, Elastische Lagerung der Motor-Generator-Einheit und des Modulrahmens. Trennung der anzuschließenden Rohleitungen und Kanälen mit elastischen Elementen, Schallschutzhaube
Bei besonderen Anforderungen: Entkopplung der Maschine von der Bodenplatte
Nennen Sie Verfahren, mit denen die Abgasemissionen von BHKW minimiert werden können
3-Wege Katalysatoren: Einsatz bei erdgasbetriebenen Otto Motoren bis 1000 kw Motorleistung
Selektive katalytische Reduktion
Ruß und Partikelfilter bei Diesel / Dieselgasmotoren
Biologische Entschwefelung von Bio-, Klär-, und Deponiegasen. Arbeitet m MO
Nennen Sie Brennstoffe, die bei BHKW eingesetzt werden können
Gas: Erdgas, Deponiegas, Klärgas, Biogas
Flüssige Brennstoffe: Diesel, Benzin, Heizöl, Pflanzenöle
Was versteht man unter der hydraulischen Einbindung eines BHKW in einen Wärmekreislauf
Reihenschaltung/Anhebung der Kessel-Rücklauftemperatur : Kesselbypassleitung: zur Vermeidung von Stillstandverlusten wenn Heizkessel nicht gebraucht wird. Pos: hydraulisch einfach Neg: Rücklauf wird vorgeheizt.
Parallele Einbindung BHKW Rücklauf am Verbraucherkreis angeschlossen, BHKW muss vor hydraulische Weiche. Wenn zu wenig Temp nach BHKW läuft Wasser auch durch Heizkessel damit Temp erreicht wird. Hyraulische Weiche gleicht Wasserbedarf zw Primär & Sekundärkreislauf aus. Hydraulisch ist parallele Einbindung aufwendiger, aber besseres Prinzip.
Welche beiden Prozesse kennen Sie, die bei der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung hinter den KWK-Prozess geschaltet werden können
Kälteprozess mit Absorptionskälteanlage oder Adsorptionskälteanlage
Nennen Sie Kostenarten, die bei einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von BHKW berücksichtigt werden müssen
Kapitalkosten = Abschreibung + Zins
Brennstoffkosten
Instandhaltungskosten
Wartungskosten
Welche Erlöse bzw. Einsparungen müssen bei Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen von BHKW berücksichtigt werden
Im Kessel eingesparte Brennstoffmenge: BHKW-Wärmeproduktion/Nutzungsgrad der Kesselanlage
Verkauf der mit dem BHKW erzeugten Wärme an Dritte:Preis auf Vollkostenbasis im Wettbewerb mit anderen Erzeugungsanlagen
Erläutern Sie den Unterschied zwischen Erlösen und Einsparungen bei dem Einsatz eines BHKW
Erlöse: Verkauf von Strom und Wärme (Einspeisung / an Dritte)
Einsparung: Differenz zwischen konventionellen Strom, Wärmepreis und BHWK Erzeugungskosten
Beschreiben Sie den prinzipiellen Aufbau einer Photovoltaikanlage
In Zellen der Module wird bei Lichteinfall über Generator Gleichstrom erzeugt, im Generatoranschlusskasten wird Strom zusammengeführt und über Gleichstromhauptleitung zum Wechselrichter geführt. Dieser wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um, speist Strom über Einspeisezähler in Stromnetz ein. Verbraucher kriegen Strom über eigenen Bezugszähler aus dem öffentlichen Stromnetz des Netzbetreibers.
Welche zwei prinzipiellen Konzepte für PV-Anlagen kennen Sie
Netzgekoppelte PV Anlagen
Inselsysteme: Strom selbst verbrauchen oder in Akkumulatoren zwischenspeichern (Berghütten)
Was versteht man bei einer PV-Anlage unter einem String
String: Mehrere Solarmodule von PV-Anlage elektrisch in Reihe geschaltet
Wafer: dünne Siliziumscheibe als Ausgangsstoff für kristalline Solarzellen
Generator: Summe aller gekoppelten Modulstränge (2 o. mehr Strings bei größeren Anlagen)
PV-Kraftwerk: mehrere verschaltete PV-Anlagen
