Regenerative Energien
Karteikarten RE
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Was sind die wesentlichen Komponenten einer Biogasanlage zur Strom und Wärmeproduktion?
- Vorbehälter
- Faulbehälter mit Rührwerk
- Gasspeicher (evtl. auch Kraft-Wärme-Aggregat)
Benennen Sie die drei wichtigsten Funktionen von Biogas
- Stromproduktion
-, Wärmeproduktion
- Kraftstoff
- Gaseinspeisung ins Erdgasnetz
- Starke Wirtschaftsdynamik
Warum muss der Faulraum durchgemischt werden?
- Vermeidung von Sinkschichten am Boden des Fermenters
- Unterbindung von Schwimmschichten auf der Oberfläche des Substrats
- Erzielung gleichmässiger Temperatur
- gleichmässeige Versorgung der Bakterien mit Nähstoffen
Wie berechnet man die Energiebilanz am Sonnenkollektor?
- Absorption der kurzwelligen Solarstrahlung = Umwandlung von Strahlung in Wärme
- Abstrahlung im langwelligen Bereich an die Umgebung
- Konvektion in die umgebende Atmosphäre
- Wärmeübertragung a das Arbeitmedium (z.B. Wasser)
Wie berechnet man den Kollektorwirkungsgradfaktor F′ aus thermischen Parametern des Kollektors?
Durch die Berechnung des Wirkungsgrades:
Durch welches Produkt werden die optischen Verluste eines Kollektors ausgedrückt?
Optische Verluste:
Stagnationspunkt: bei n=0 (wirkungsgrad)
Tamb, neu = Berechnen
In welche Temperaturbereiche werden thermische Kollektoren unterteilt?
<150°C : Niedertemperaturen
<400°C : Mittleltemperaturen
<1000°C : Hochtemperatur
Was ist der Sinn von Spiegeln in Kollektoren?
Sie sollen die Solarstrahlung auf die Absorptionfläche umlenken.
Wie funktioniert ein Flachplattenkollektor und wie ein Vakuumröhrenkollektor?
Flachplattenkollektor: durch Konvektion und durchströmtes Panel
Vakuumröhrenkollektor: durch Reflexion und durchströmter Röhre
Welche minimale Einstrahlung benötigt der Kollektor bei Umgebungstemperatur Tamb=20°C, um bei einer mittleren Fluidtemperatur von Ta,m=60 °C (mit t*a=0,9 und keff=3W/m2K) eine Nutzleistung >0 abgeben zu können?
Um Qnutz>0 zu haben, muss der wirkungsgrad n>0 sein, da n=Qnutz/Aufwand.
Also n=0 annehmen, und Eglob berechnen.
Welche erneuerbarer Energieträger werden zurzeit in Deutschland zur Stromerzeugung eingesetzt?
Biomasse, Windkraft, Wasserkraft, Solar
Keff (NT-Kollektoren)
Keff = Kf + Kb + Ke
Wie viel nimmt die Temperatur im Erdreich pro 100m?
3°C
Was ist der Unterschied (Temperatur und Distanz) zwischen Oberflächennäher und Tiefer Geothermie?
400m und 25°C
Wfür wird ein Membranausdehnungsgefäss bei einer Solaranlage (klein) benutzt?
Um das Sicherheitsgefahr von der Ausdehnung (Verdampfung und damit Druckerhöhung) des Wassers im System zu verringern
Was ist der mittlerer Wärmebedarf pro Person pro Tag?
3600Wh/PersonxTag
Woher stammt die Energie des geothermischen Wärmestroms?
Aud dem Erdkern
Was bedeutet DNI?
Direktnormalstrahlung: Direktstrahlung, die im rechten Winkel auf eine Fläche trifft
Maximale Temperatur für Selektive Schichten bei Solaranlagen.
400°C. Darüber hinaus wird die Schicht zerstört
Welche primären Erneuerbare Energien sind auf der Erde nutzbar?
Solarstrahlung
Geothermie
Massenanziehung
Wie gross ist der Energiegehalt aller fossiler Energieressourcen im Vergleich zur järlich von der Sonne eingestrahlten Energiemenge?
Solarenergie: 100%
Fossil - theoretisch: 6%
Fossil - nutzbar: 0,6%
Wie gross ist der geothermische Energiefluss im Vergleich zur jährlich von der Sonne auf der Erde eingestrahlten Energiemenge?
Sonne: 5,6 ZJ/a
Geothermie: 1 ZJ/a
Prozentualer Teil: ca. 0,0018%
Welcher Anteil haben die Erneuerbaren Energien derzeit am Endenergieverbrauch in Dtuschland?
10,3%
Welche Erneuerbare Energie erreicht auf die Erde die höchste Leistungsdichte? Wie gross ist sie in etwa?
Wellen, mit 100 W/m2
Welcher mittleren Leistung entspricht der Verbrauch von 1 t SKE pro Jahr?
1 tSKE = 8,134 MWh
1 tSKE = 29,28 GJ
Leistung: P=W/t = 29,28x10^12J / 8760h(proJahr)*3600s(proStunde)
P = 928,46 W
Einheiten
Einheiten
Welcher Spektralbereich kommt im wesentlichen als Solarstrahlung am Erdboden an?
Antwort: - optischer Bereich (Licht) - ⟹10^3 W/m2 - Radiowellen Bereich (KW, UKW) - ⟹10^-9 W/m2
Welchen Winkel nimmt die Sonnenscheibe am Himmel ein?
Antwort: 32′ (Winkelminuten)
Boltzman Konstante
5,67 x 10^-8 W*K^4/m2
Schwankung der extraterrestrische Solarstrahlung durch die Elliptizität der Erdlaufbahn
6,67%
Schwankung= AEmax - AEmin / AE = (152-147)/150 * 100%
Intensität Formel
Is = o * T^4 [W/m2]
= Bolzmann-Konstante [W/K^4*m2] * (Temp)^4 [K^4]
Lesitung (Strahlung) Formel
Ls = Is * O [W]
= Intensität [W/m2] * Oberfläche [m2]
Der gemessene Meeresspiegelanstieg beträgt 3mm/Jahr. Welche Ursachen gibt es?
Temperatursteigung des Meeres
Partielle Abschmelzung der Polareiskappen
Anthropogene Umweltbelastung
Klimaerwärmung durch Treibhausgasen
Welche Faktoren tragen zur globalen Erwärmung, welche zur globalen Abkühlung bei?
Antwort: Erwärmung: - Treibhausgase wie CO, CO2, CH4, NOx - Rodung der Wälder (senkt CO2−Abbau) Abkühlung - Reduzierung des CO2−Gleichwert - Bepflanzung - Vergrößerung der Wolkenbedeckung
Wie hoch ist die jährliche solare Einstrahlung auf eine horizontale Fläche typischerweise in Mitteleuropa?
Winter: 150W/m2
Sommer: 950W/m2
Durchschnitt: 550 W/m2
Um wie viel Prozent lässt sich die Einstrahlung durch optimale feste Ausrichtung der Fläche steigern?
18%
Der jährliche Primärenergiebedarf der EU beträgt ca. 72 𝐸𝐽. Welche Fläche in der Sahara würde man benötigen, um theoretisch den Bedarf mit einem Wirkungsgrad von 10 % aus der angebotenen Solarstrahlung decken zu können?
Antwort:
Nennen Sie die Schwächen und Stärken des Angebots an Solarstrahlung zur Erzeugung von Nutzenergie.
Antwort: Pro: - Praktisch unbegrenzt verfügbar - Macht Energieautark (unabhängig) - Umweltfreundlich - Spart wertvolle Rohstoffe Kontra: - Geringe Leistungsdichte - Abhängig von der geographischen Lage - Noch zu teuer - Noch nicht genügend ausgereift
Welche Faktoren bestimmen die Intensität der Solarstrahlung auf der Erdoberfläche am Standort Jülich?
Antwort: - Sonnenhöhe (19°−65°) - Anteil der Diffusen Strahlung (20−25%) - Anzahl der Sonnentage (180−200)
-
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Welche primären Erneuerbare Energien sind auf der Erde nutzbar?
Solarstrahlung
Geothermie
Massenanziehung
Wie gross ist der Energiegehalt aller fossiler Energieressourcen im Vergleich zur järlich von der Sonne eingestrahlten Energiemenge?
Solarenergie: 100%
Fossil - theoretisch: 6%
Fossil - nutzbar: 0,6%
Wie gross ist der geothermische Energiefluss im Vergleich zur jährlich von der Sonne auf der Erde eingestrahlten Energiemenge?
Sonne: 5,6 ZJ/a
Geothermie: 1 ZJ/a
Prozentualer Teil: ca. 0,0018%
Welcher Anteil haben die Erneuerbaren Energien derzeit am Endenergieverbrauch in Dtuschland?
10,3%
Welche Erneuerbare Energie erreicht auf die Erde die höchste Leistungsdichte? Wie gross ist sie in etwa?
Wellen, mit 100 W/m2
Welcher mittleren Leistung entspricht der Verbrauch von 1 t SKE pro Jahr?
1 tSKE = 8,134 MWh
1 tSKE = 29,28 GJ
Leistung: P=W/t = 29,28x10^12J / 8760h(proJahr)*3600s(proStunde)
P = 928,46 W
Einheiten
Einheiten
Welcher Spektralbereich kommt im wesentlichen als Solarstrahlung am Erdboden an?
Antwort: - optischer Bereich (Licht) - ⟹10^3 W/m2 - Radiowellen Bereich (KW, UKW) - ⟹10^-9 W/m2
Welchen Winkel nimmt die Sonnenscheibe am Himmel ein?
Antwort: 32′ (Winkelminuten)
Boltzman Konstante
5,67 x 10^-8 W*K^4/m2
Schwankung der extraterrestrische Solarstrahlung durch die Elliptizität der Erdlaufbahn
6,67%
Schwankung= AEmax - AEmin / AE = (152-147)/150 * 100%
Intensität Formel
Is = o * T^4 [W/m2]
= Bolzmann-Konstante [W/K^4*m2] * (Temp)^4 [K^4]
Lesitung (Strahlung) Formel
Ls = Is * O [W]
= Intensität [W/m2] * Oberfläche [m2]
Der gemessene Meeresspiegelanstieg beträgt 3mm/Jahr. Welche Ursachen gibt es?
Temperatursteigung des Meeres
Partielle Abschmelzung der Polareiskappen
Anthropogene Umweltbelastung
Klimaerwärmung durch Treibhausgasen
Welche Faktoren tragen zur globalen Erwärmung, welche zur globalen Abkühlung bei?
Antwort: Erwärmung: - Treibhausgase wie CO, CO2, CH4, NOx - Rodung der Wälder (senkt CO2−Abbau) Abkühlung - Reduzierung des CO2−Gleichwert - Bepflanzung - Vergrößerung der Wolkenbedeckung
Wie hoch ist die jährliche solare Einstrahlung auf eine horizontale Fläche typischerweise in Mitteleuropa?
Winter: 150W/m2
Sommer: 950W/m2
Durchschnitt: 550 W/m2
Um wie viel Prozent lässt sich die Einstrahlung durch optimale feste Ausrichtung der Fläche steigern?
18%
Der jährliche Primärenergiebedarf der EU beträgt ca. 72 𝐸𝐽. Welche Fläche in der Sahara würde man benötigen, um theoretisch den Bedarf mit einem Wirkungsgrad von 10 % aus der angebotenen Solarstrahlung decken zu können?
Antwort:
Nennen Sie die Schwächen und Stärken des Angebots an Solarstrahlung zur Erzeugung von Nutzenergie.
Antwort: Pro: - Praktisch unbegrenzt verfügbar - Macht Energieautark (unabhängig) - Umweltfreundlich - Spart wertvolle Rohstoffe Kontra: - Geringe Leistungsdichte - Abhängig von der geographischen Lage - Noch zu teuer - Noch nicht genügend ausgereift
Welche Faktoren bestimmen die Intensität der Solarstrahlung auf der Erdoberfläche am Standort Jülich?
Antwort: - Sonnenhöhe (19°−65°) - Anteil der Diffusen Strahlung (20−25%) - Anzahl der Sonnentage (180−200)
Wie hoch ist der Wirkungsgrad der Biomasseentstehung insgesamt?
Landfläche: 0,03%
Ozeane: 0,07%
Gesamt: 0,1%
Welche Wirkungsgrade können durch Intensivkulturen erreicht werden?
Mais, Zuckerrohr, Zuckerrüben: 3,0−5,5 %
Welcher Faktor im Heizwert liegt zwischen Holz und Steinkohle?
Steinkohle: 32MJ/kg = (2 x) Holz:16MJ/kg
Warum sollte Biomasse in fester Form möglichst trocken verbrannt werden?
Je trockener die Biomasse, desto höher der Wirkungsgrad
Welchen Feuchtegehalt hat lufttrockenes Holz?
20%
Was sind die wesentlichen Vorteile bei der direkten thermischen Nutzung von Biomasse?
- CO2 neutral
- chemisch gebundene Sonnenenergie
- in allen Aggregatzuständen vorhanden (fest, flüssig, gasförmig)
- gute Speichbarkeit
Welche 5 Biotreibstoffe kennen Sie? Aus welchen Rohstoffen werden sie hergestellt?
Biodiesel (Raps-, nicht trockenes Pflanzenöl)
Pflanzenöl
BtL (Energiepflanzen und Holz)
Bioethanol (Getreide, Zucker, Holz)
Methan (Energiepflanzen, organische Rohstoffe)
Wie viel Biogas produziert eine Großvieheinheit am Tag?
Großvieheinheit = 1 ausgewachsenes Rind = 5 Kälber = 6 Mastschweine = 250 Hühner
liefert 1,5 m3 Biogas am Tag
Was versteht man unter der Fermentation?
Umwandlung von organischen Stoffen durch Mikroorganismen (Bakterien)
Welche Bakterien nehmen an der Fermentation teil?
Antwort: - Fermentative Bakterien - Acetogene Bakterien - Methanogene Bakterien
Was sind die wesentlichen Komponenten einer Biogasanlage zur Strom und Wärmeproduktion?
- Vorbehälter
- Faulbehälter mit Rührwerk
- Gasspeicher (evtl. auch Kraft-Wärme-Aggregat)
Benennen Sie die drei wichtigsten Funktionen von Biogas
- Stromproduktion
-, Wärmeproduktion
- Kraftstoff
- Gaseinspeisung ins Erdgasnetz
- Starke Wirtschaftsdynamik
Warum muss der Faulraum durchgemischt werden?
- Vermeidung von Sinkschichten am Boden des Fermenters
- Unterbindung von Schwimmschichten auf der Oberfläche des Substrats
- Erzielung gleichmässiger Temperatur
- gleichmässeige Versorgung der Bakterien mit Nähstoffen
Wie berechnet man die Energiebilanz am Sonnenkollektor?
- Absorption der kurzwelligen Solarstrahlung = Umwandlung von Strahlung in Wärme
- Abstrahlung im langwelligen Bereich an die Umgebung
- Konvektion in die umgebende Atmosphäre
- Wärmeübertragung a das Arbeitmedium (z.B. Wasser)
Wie berechnet man den Kollektorwirkungsgradfaktor F′ aus thermischen Parametern des Kollektors?
Durch die Berechnung des Wirkungsgrades:
Durch welches Produkt werden die optischen Verluste eines Kollektors ausgedrückt?
Optische Verluste:
Stagnationspunkt: bei n=0 (wirkungsgrad)
Tamb, neu = Berechnen
In welche Temperaturbereiche werden thermische Kollektoren unterteilt?
<150°C : Niedertemperaturen
<400°C : Mittleltemperaturen
<1000°C : Hochtemperatur
Was ist der Sinn von Spiegeln in Kollektoren?
Sie sollen die Solarstrahlung auf die Absorptionfläche umlenken.
Wie funktioniert ein Flachplattenkollektor und wie ein Vakuumröhrenkollektor?
Flachplattenkollektor: durch Konvektion und durchströmtes Panel
Vakuumröhrenkollektor: durch Reflexion und durchströmter Röhre
