empfohlenes Vorwissen

Elektrische Energieversorgung, Berechnung Elektrischer Netze

Abstract

Vorstellung von Betrieb und Regelung elektrischer Versorgungsnetze.

Qualifikationsziele

Die Studierenden verstehen Funktionsweise und Betrieb eines elektrischen Energieversorgungsnetzes und können die Bedeutung und Wirkungsweise der primär- und sekundärtechnischen Einzelkomponenten in deren Zusammenspiel einordnen.

Lehrinhalte

Das Elektrische Energieversorgungsnetz ist ein großes dynamisches System. Ein Ziel der Lehrveranstaltung ist, verschiedene dynamische Vorgänge, die durch Kurzschlüsse, Blitzeinschläge, Schalthandlungen hervorgerufen werden, vorzustellen und zu diskutieren. Die Algorithmen für eine computerbasierte Simulation werden kurz beschrieben und die bekanntesten Softwarewerkzeuge vorgestellt. Weiterhin werden Methoden zur Regelung der Frequenz und Spannung erläutert. Ein Überblick wird gegeben ebenfalls über die Netzleittechnik, soweit diese für die Regelung, Steuerung und Überwachung des Netzes aus der Sicht der Netzdynamik relevant ist.

Literaturangaben

• H. Happoldt / D. Oeding / B. Oswald: Elektrische Kraftwerke und Netze, 6. Aufl., Springer-Verlag, Berlin, 2004

didaktisches Konzept

Die Veranstaltung entspricht einem Vorlesungsanteil von 2 SWS und einem Übungsanteil von 1 SWS.

Prüfungsmodalitäten

Abschließende Klausur (ca. 120 Minuten)

empfohlenes Vorwissen

Thermodynamik, Chemie und Physik Grundkenntnisse

Abstract

Vorstellung verschiedener Verfahren alternativer und regenerativer Stromerzeugung.

Qualifikationsziele

Die Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie werden vermittelt, so dass die Studierenden die Technik und die Rahmenbedingungen verstehen und die verschiedenen Zukunftsoptionen der Effizienzsteigerung in der Energieversorgung beurteilen können. Vor- und Nachteile im Vergleich zu konventionellen Energiesystemen werden erarbeitet. Die Studierenden reflektieren die Lehrinhalte und können diese im Kontext alternativer und regenerativer Stromerzeugung in Beziehung setzen.

Lehrinhalte

Die verschiedenen Typen von Brennstoffzellen werden dargestellt, Funktionsweise, Materialien, Stand der Technik und die potentiellen Anwendungen. Die Brennstoffbereitstellung für Brennstoffzellensysteme durch Reformierungsverfahren aus fossilen und biogenen Energie¬trägern und durch Elektrolyse von Wasser, die Speicherung und der Transport von Wasserstoff werden behandelt. Die Kraft-Wärme-Kopplung als ein wichtiger Anwendungsbereich von Brennstoffzellen¬systemen wird detailliert diskutiert. Alternative, innovative Energie¬wandler und Energiespeicher auch zum Einsatz in Hybridsystemen mit Brennstoffzellen werden vorgestellt.

Literaturangaben

Für Elektrochemie und Batterien:

•  Hamann/Vielstich: „Elektrochemie“, Wiley, Weinheim 1998

Für Wasserstofftechnologie:

• H. Wendt: „Electrochemical Hydrogen Technologies“ Ed., Elsevier Amsterdam  1990

Für Brennstoffzellen:

• Kordesch/Simader: „Fuel Cells and their applications“, VCH Weinheim 1996
• Heinzel/Mahlendorf/Roes „Brennstoffzellen“, C.F. Müller Heidelberg 2005
• Larminie/Dicks „Fuel Cell Systems explained“,Wiley, Chichester 2000
• Handbook of Fuel Cells, Wiley 2003
• Krewitt/Pehnt/Fischedick/Temming „Brennstoffzellen in der Kraft-Wärme-Kopplung“, Erich Schmitt-Verlag, Berlin 2004
• Brennstoffzellen und Mikro-KWK, ASUE Band 20, Vulkan-Verlag 2001

Für Energiedaten:

internet http://www.bmwi.de , http://www.bp.com und http://www.iea.org

didaktisches Konzept

Die Veranstaltung entspricht einem Vorlesungsanteil von 2 SWS und einem Übungsanteil von 1 SWS.

Prüfungsmodalitäten

Abschließende Klausur (120 Minuten, 100% der Note) und abschließendes Praktikum (ca. 1/2 Tag, unbenotet).

empfohlenes Vorwissen

Grundlagen der Thermodynamik, Physik und Chemie.

Abstract

Vorstellung verschiedener Verfahrer alternativer und regenerativer Stromerzeugung.

In der Vorlesung wird die Bandbreite der thermischen und photovoltaischen Nutzung der Sonnenenergie vorgestellt. Nach einer Diskussion der Grundlagen des solaren Strahlungsangebotes (Physikalische Grundlagen der Strahlung, Strahlungsbilanzen, Himmelsstrahlung, Globalstrahlung, Messung solarer Strahlungsenergie) werden Niedertemperaturkollektoren, konzentrierende Kollektoren und die solarthermische Stromerzeugung in Farm- und Towerkraftwerken behandelt. Einen weiteren Schwerpunkt bildet das Thema der photovoltaischen Stromerzeugung mit einer Einführung in das Bändermodell der Elektronen im Festkörper, des Aufbaus, der Funktionsweise und des Wirkungsgrads von Silizium-Solarzellen, Dünnschichtsolarzellen und kompletten Solarzellensystemen.

Der erreichte Stand der Technik sowie technische und wirtschaftliche Potentiale der Solarthermie und Photovoltaik werden ebenfalls erörtert.

Qualifikationsziele

Die Grundbegriffe der regenerativen Energietechnik werden vermittelt, so dass ein Verständnis für die regenerative Energiewirtschaft und für die technischen Energiewandlungsprozesse inklusive ihrer Auswirkungen auf die Umwelt erreicht wird. Die Methoden zur technischen, ökonomischen und ökologischen Beurteilung von Prozessen in der regenerativen Energietechnik werden erarbeitet. Wirtschaftlichkeitsfragen sowie die Energieversorgung der Zukunft werden dargestellt, so dass die Studierenden die Breite der verschiedenen Optionen zu einer Energieversorgung auf Basis regenerativer Energietechniken verstehen.

Lehrinhalte

Übersicht Regenerative Energien, Sonnenenergieangebot, Physikalische Grundlagen der Solarstrahlung, Messmethoden von Solarstrahlung, Thermische Flachkollektoren, Konzentrierende Kollektoren, Passive Solarenergienutzung, Grundlagen der Fotovoltaik, Fotovoltaische Anwendungen, Solarthermische Stromerzeugung

Literaturangaben

• Adolf Goetzberger, Volker Wittwer: Sonnenenergie – Thermische Nutzung,Teubner Studienbücher
• Adolf Goetzberger, Bernhard Voß, Volker Wittwer: Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner Studienbücher
• Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese: Erneuerbare Energien, Springer Verlag
• Manfred Kleemann, Michael Meliß: Regenerative Energiequellen, Springer Verlag

didaktisches Konzept

Vorlesung, Vortrag mit Kreide an der Tafel; Veranschaulichungen mit Powerpoint, Folien.

Die Veranstaltung entspricht einem Vorlesungsanteil von 2 SWS und einem Übungsanteil von 1 SWS.

Prüfungsmodalitäten

Abschließende mündliche Prüfung (in der Regel: 20 bis 40 Minuten).

empfohlenes Vorwissen

Grundlagen der Thermodynamik, Physik und Chemie.

Abstract

Im Rahmen der Vorlesung werden die physikalischen und systemtechnischen Grundlagen der Nutzung der Windenergie (Leistungsdichte des Winds, Windmessung, Windenergiekonverter), der Wasserkraft (Aufbau und Komponenten einer Wasserkraftanlage, Pumpspeicherkraftwerke), Meeresenergie (Leistung von Wasserwellen, Meeresströmungskraftwerke), Gezeitenenergie (Entstehung von Ebbe und Flut, Gezeitenkraftwerke) und der Geothermie (oberflächennahe und hydrothermale Erdwärmenutzung, heiße Gesteinsschichten) behandelt. Ein weiteres Schwerpunktthema bildet die Photosynthese und die Möglichkeiten der energetischen Biomassenutzung (Verbrennung, Vergasung, Pyrolyse, Biogaserzeugung, Äthanolherstellung). Bei jeder Technologie wird auf den erreichten Stand der Technik eingegangen sowie die technischen und wirtschaftlichen Potentiale diskutiert.

Qualifikationsziele

Die Grundbegriffe der regenerativen Energietechnik werden vermittelt, so dass ein Verständnis für die regenerative Energiewirtschaft und für die technischen Energiewandlungsprozesse inklusive ihrer Auswirkungen auf die Umwelt erreicht wird. Die Methoden zur technischen, ökonomischen und ökologischen Beurteilung von Prozessen in der regenerativen Energietechnik werden erarbeitet. Wirtschaftlichkeitsfragen sowie die Energieversorgung der Zukunft werden dargestellt, so dass die Studierenden die Breite der verschiedenen Optionen zu einer Energieversorgung auf Basis regenerativer Energietechniken verstehen.

Lehrinhalte

• Windenergie
• Nutzung von Wasserkraft
• Wellenenergie
• Meeresenergie
• Gezeitenenergie
• Erdwärmenutzung
• Fotosynthese
• Biomasse (Verbrennung, Vergasung, Pyrolyse, Biogas)

Literaturangaben

• Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese: Erneuerbare Energien, Springer Verlag
• Manfred Kleemann, Michael Meliß: Regenerative Energiequellen, Springer Verlag
• Jochen Fricke, Walter Borst: Energie – Ein Lehrbuch der physikalischen Grundlagen, R. Oldenbourg Verlag

didaktisches Konzept

Vorlesung, Vortrag mit Kreide an der Tafel; Veranschaulichungen mit Powerpoint, Folien.

Die Veranstaltung entspricht einem Vorlesungsanteil von 2 SWS und einem Übungsanteil von 1 SWS.

Prüfungsmodalitäten

Abschließende mündliche Prüfung (in der Regel: 20 bis 40 Minuten).

empfohlenes Vorwissen

Grundlagen der Thermodynamik aus Physik; Elektrische Energieversorgungssysteme

Abstract

Vorstellung verschiedener Arten von Elektrizitätserzeugung.

Qualifikationsziele

Die Studierenden verstehen die verschiedenen Prinzipien der Kraftwerkstechnik, können ihre die Planung und den Betrieb betreffenden Unterschiede und Charakteristika einordnen und die Wechselbeziehung mit dem elektrischen Energieversorgungsnetz auf Basis ihres Fachwissens aufzeigen.

Lehrinhalte

Die Veranstaltung behandelt die verschiedenen Arten der heutigen Elektrizitätserzeugung mit ihren jeweiligen Charakteristika und Restriktionen. Der Vorlesungsstoff umfasst in erster Linie die konventionellen Kraftwerkstypen einschließlich der Kernenergienutzung. Für den dominierenden Bereich der thermischen Kraftwerke werden eingangs die thermodynamischen Grundlagen vermittelt. Berücksichtigung findet auch die Einbindung der unterschiedlichen Kraftwerke in das elektrische Netz sowie die sich daraus ergebenden Konsequenzen hinsichtlich Einsatzmöglichkeiten, Regelung, Eigenbedarf und Netzrückwirkungen.

Literaturangaben

• H. Happoldt / D. Oeding / B. Oswald: Elektrische Kraftwerke und Netze, 6. Aufl., Springer-Verlag, Berlin, 2004

didaktisches Konzept

Die Veranstaltung entspricht einem Vorlesungsanteil von 2 SWS und einem Übungsanteil von 1 SWS.

Prüfungsmodalitäten

Abschließende mündliche Prüfung (in der Regel: 20 bis 40 Minuten).