Erneuerbare Energien/ Renewable Energy: Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte/ Systems Engineering, Economics and Environment

by Kaltschmitt, Martin; Streicher, Wolfgang; Wiese, Andreas

• ISBN13: 9783540282044
• ISBN10: 3540282041
• Edition: 4th
• Format: Hardcover
• Copyright: 2005-11-16
• Publisher: Springer Verlag

Summary

Dieses Standardwerk stellt die physikalisch-technischen Grundlagen und die Systemtechnik für Anlagen zur Nutzung regenerativer Energien zur Strom- und Wärmebereitstellung dar. Es bietet auch einen umfassenden Überblick über die Charakteristik des regenerativen Energieangebots. Zusätzlich werden Kennzahlen für eine ökonomische und ökologische Bewertung zugänglich gemacht und die Potenziale der regenerativen Energien und deren derzeitige Nutzung in Deutschland umfassend diskutiert. Im Einzelnen sind dies die- passive Solarenergienutzung, - solarthermische Wärmebereitstellung und photovoltaische Stromerzeugung, - Stromerzeugung aus Windenergie und Wasserkraft, - Wärmebereitstellung aus Umgebungsluft und oberflächennaher Erdwärme, - Strom- und Wärmebereitstellung aus der Energie des tiefen Untergrunds.Zusätzlich werden kursorisch die Möglichkeiten einer Nutzung der Meeresenergien und der solarthermischen Stromerzeugung dargestellt.Für die 4. Auflage wurde u. a. die photovoltaische Stromerzeugung vollständig aktualisiert, die passive und aktive Sonnenenergienutzung überarbeitet und der Stand der Nutzung des regenerativen Energieangebots an die jüngsten Entwicklungen angepasst.Neben seiner Eignung für die Lehre bietet das Buch Entscheidungsträgern in Energiewirtschaft, Politik und Verwaltung sowie Wissenschaftlern und Beratern eine fundierte und verlässliche Wissensbasis.

Table of Contents

Einführung und Aufbau	p. 1
Energiesystem	p. 1
Nutzungsmöglichkeiten regenerativer Energien	p. 11
Aufbau und Vorgehen	p. 13
Konventionelle Vergleichssysteme	p. 23
Grundlagen des regenerativen Energieangebots	p. 37
Energiebilanz der Erde	p. 37
Solare Strahlung	p. 47
Windenergie	p. 62
Lauf- und Speicherwasserangebot	p. 79
Photosynthetisch fixierte Energie	p. 93
Erdwärme	p. 103
Passive Sonnenenergienutzung	p. 115
Physikalische Grundlagen	p. 115
Systemtechnische Beschreibung	p. 117
Potenziale und Nutzung	p. 135
Solarthermische Wärmenutzung	p. 137
Physikalische Grundlagen	p. 137
Systemtechnische Beschreibung	p. 144
Ökonomische und ökologische Analyse	p. 174
Potenziale und Nutzung	p. 190
Photovoltaische Stromerzeugung	p. 197
Physikalische Grundlagen	p. 197
Systemtechnische Beschreibung	p. 206
Ökonomische und ökologische Analyse	p. 249
Potenziale und Nutzung	p. 261
Stromerzeugung aus Windenergie	p. 267
Physikalische Grundlagen	p. 267
Systemtechnische Beschreibung	p. 281
Ökonomische und ökologische Analyse	p. 312
Potenziale und Nutzung	p. 326
Stromerzeugung aus Wasserkraft	p. 333
Physikalische Grundlagen	p. 333
Systemtechnische Beschreibung	p. 337
Ökonomische und ökologische Analyse	p. 360
Potenziale und Nutzung	p. 372
Nutzung von Umgebungsluft und oberflächennaher Erdwärme	p. 381
Physikalische Grundlagen	p. 383
Systemtechnische Beschreibung	p. 390
Ökonomische und ökologische Analyse	p. 422
Potenziale und Nutzung	p. 436
Nutzung tiefer Erdwärme	p. 443
Hydrothermale Erdwärmebereitstellung	p. 443
Wärmebereitstellung mit tiefen Sonden	p. 476
Geothermische Stromerzeugung	p. 487
Zusammenfassender Vergleich	p. 519
Bereitstellung elektrischer Energie	p. 519
Bereitstellung thermischer Energie	p. 549
Nutzung der Energien des Meeres	p. 575
Solarthermische Stromerzeugung	p. 591
Energetische Nutzung von Biomasse	p. 629
Energieeinheiten	p. 635
Literatur	p. 637
Sachwortverzeichnis	p. 665
Einführung und Aufbau	p. 1
Energiesystem	p. 1
Energiebegriffe	p. 2
Weltweiter Energieverbrauch	p. 5
Energieverbrauch in Deutschland	p. 7
Primär-, End- und Nutzenergieverbrauch	p. 7
Verbrauch an elektrischer Energie	p. 10
Nutzungsmöglichkeiten regenerativer Energien	p. 11
Erneuerbare Energien	p. 11
Untersuchte Möglichkeiten	p. 12
Aufbau und Vorgehen	p. 13
Physikalische Grundlagen	p. 14
Systemtechnische Beschreibung	p. 14
Ökonomische und ökologische Analyse	p. 15
Definition von Referenzanlagen	p. 15
Ökonomische Analyse	p. 16
Ökologische Analyse	p. 18
Potenziale und Nutzung	p. 20
Potenziale	p. 20
Nutzung	p. 23
Konventionelle Vergleichssysteme	p. 23
Randbedingungen	p. 24
Techniken zur Strombereitstellung	p. 25
Systemtechnische Beschreibung	p. 26
Dampfkraftwerke	p. 26
Gasturbinenkraftwerke	p. 26
Gas- und Dampfturbinen-(GuD)-Kraftwerke	p. 26
Ökonomische und ökologische Analyse	p. 27
Referenzanlagen	p. 27
Ökonomische Analyse	p. 28
Ökologische Analyse	p. 29
Techniken zur Wärmbereitstellung	p. 31
Systemtechnische Beschreibung	p. 31
Brennstoffversorgung und -lagerung	p. 31
Heizkessel und Brenner	p. 31
Brauchwarmwasser-Bereitung	p. 32
Ökonomische und ökologische Analyse	p. 32
Referenzanlagen	p. 32
Ökonomische Analyse	p. 33
Ökologische Analyse	p. 34
Grundlagen des regenerativen Energieangebots	p. 37
Energiebilanz der Erde	p. 37
Erneuerbare Energiequellen	p. 37
Sonnenenergie	p. 37
Geothermische Energie	p. 40
Energie aus Planetengravitation und -bewegung	p. 41
Atmosphäre	p. 42
Bilanz der Energieströme	p. 43
Solare Strahlung	p. 47
Grundlagen des solaren Strahlungsangebots	p. 47
Optische Fenster	p. 47
Strahlungsschwächung	p. 47
Strahlungsspektrum	p. 48
Direkt-, Diffus- und Globalstrahlung	p. 49
Direktstrahlung auf geneigte, ausgerichtete Flächen	p. 50
Diffusstrahlung auf geneigte, ausgerichtete Flächen	p. 52
Reflexionsstrahlung auf geneigte, ausgerichtete Flächen	p. 52
Globalstrahlung auf geneigte, ausgerichtete Flächen	p. 53
Räumliche und zeitliche Angebotscharakteristik	p. 53
Strahlungsmessung	p. 53
Strahlungsverteilung	p. 54
Zeitliche Variationen	p. 54
Windenergie	p. 62
Grundlagen der Windentstehung	p. 63
Mechanismen	p. 63
Globale Luftzirkulationssysteme	p. 64
Lokale Luftzirkulationssysteme	p. 66
Einfluss der Geländestruktur	p. 69
Windleistung	p. 70
Räumliche und zeitliche Angebotscharakteristik	p. 71
Windrichtungs- und -geschwindigkeitsmessung	p. 71
Windverteilung	p. 71
Zeitliche Variationen	p. 74
Häufigkeitsverteilung	p. 77
Lauf- und Speicherwasserangebot	p. 79
Grundlagen des Wasserangebots	p. 79
Wasservorräte der Erde	p. 79
Wasserkreislauf	p. 79
Niederschlag	p. 81
Vom Niederschlag zum Abfluss	p. 81
Leistung und Arbeitsvermögen des Wassers	p. 83
Räumliche und zeitliche Angebotscharakteristik	p. 85
Messung wassertechnischer Kenngrößen	p. 85
Niederschlagsverteilung und -variationen	p. 87
Flusssysteme, Abflusshöhe und -verlauf	p. 89
Speicher	p. 92
Photosynthetisch fixierte Energie	p. 93
Produktion organischer Masse durch Photosynthese	p. 93
Aufbau und Zusammensetzung der Pflanze	p. 93
Photosynthese	p. 93
Einfluss verschiedener Wachstumsfaktoren	p. 96
Räumliche und zeitliche Angebotscharakteristik	p. 101
Räumliche Angebotscharakteristik	p. 101
Zeitliche Angebotscharakteristik	p. 101
Erdwärme	p. 103
Grundlagen	p. 103
Erdaufbau	p. 103
Temperaturgradient	p. 105
Wärmeinhalt und Verteilung der Quellen	p. 105
Terrestrische Wärmestromdichte	p. 106
Wärmebilanz an der Erdoberfläche	p. 107
Geothermische Systeme und Ressourcen	p. 107
Räumliche und zeitliche Angebotscharakteristik	p. 110
Flacher Untergrund	p. 110
Tiefer Untergrund	p. 112
Passive Sonnenenergienutzung	p. 115
Physikalische Grundlagen	p. 115
Systemtechnische Beschreibung	p. 117
Definitionen	p. 117
Begriffe	p. 117
Kennzahlen	p. 117
Systemkomponenten	p. 119
Transparente Abdeckungen	p. 119
Verschattungseinrichtungen	p. 122
Absorber und Speicher	p. 126
Funktionale Systeme	p. 128
Direktgewinnsysteme	p. 129
indirekte Gewinnsysteme	p. 129
Abgekoppelte Systeme	p. 132
Wintergärten	p. 133
Potenziale und Nutzung	p. 135
Potenziale	p. 136
Nutzung	p. 136
Solarthermische Wärmenutzung	p. 137
Physikalische Grundlagen	p. 137
Absorption, Emission und Transmission	p. 137
Optische Eigenschaften von Absorbern	p. 138
Optische Eigenschaften von Abdeckungen	p. 139
Energiebilanz	p. 140
Allgemeine Energiebilanz	p. 140
Energiebilanz des Kollektors	p. 140
Wirkungsgrad und solarer Deckungsgrad	p. 142
Systemtechnische Beschreibung	p. 144
Kollektoren	p. 144
Bauteile von Kollektoren	p. 144
Montage	p. 146
Kollektorbauarten und Anwendungsbereiche	p. 147
Daten und Kennlinien	p. 150
Kollektorverschaltung	p. 152
Weitere Systemelemente	p. 153
Speicher	p. 153
Mess- und Regeleinrichtungen	p. 158
Wärmeträger-Medium	p. 159
Leitungen	p. 160
Wärmeübertrager	p. 161
Pumpen	p. 162
Energiewandlungskette und Verluste	p. 162
Energiewandlungskette	p. 162
Verluste	p. 163
Anlagenkonzepte	p. 164
Anlagen ohne Umlauf	p. 165
Offene Naturumlaufsysteme	p. 165
Geschlossene Naturumlaufsysteme	p. 166
Offene Zwangsumlaufsysteme	p. 166
Geschlossene Zwangsumlaufsysteme	p. 167
Anwendungen solarthermischer Anlagen	p. 167
Solare Freibadbeheizung	p. 167
Kleinanlagen	p. 168
Solare Nahwärmesysteme	p. 171
Sonstige Anwendungen	p. 173
Ökonomische und ökologische Analyse	p. 174
Referenzanlagen	p. 174
Ökonomische Analyse	p. 177
Investitionen	p. 177
Betriebskosten	p. 180
Wärmegestehungskosten	p. 181
Ökologische Analyse	p. 183
Lebenszyklusanalyse	p. 184
Solarthermische Wärmebereitstellung	p. 184
Versorgungssysteme	p. 186
Weitere Umwelteffekte	p. 188
Herstellung	p. 188
Normalbetrieb	p. 188
Störfall	p. 189
Betriebsende	p. 190
Potenziale und Nutzung	p. 190
Potenziale	p. 190
Theoretisches Potenzial	p. 190
Technische Angebotspotenziale (Wärmeerzeugungspotenziale)	p. 190
Technische Endenergiepotenziale (Nachfragepotenziale)	p. 191
Nutzung	p. 195
Photovoltaische Stromerzeugung	p. 197
Physikalische Grundlagen	p. 197
Bändermodell	p. 197
Leiter, Nichtleiter und Halbleiter	p. 198
Leiter	p. 198
Nichtleiter	p. 199
Halbleiter	p. 199
Leitungsmechanismen in Halbleitern	p. 199
Eigenleitung	p. 199
Störstellenleitung	p. 200
Photoeffekt
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