Energietechnik – Lexikoneinträge
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Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische ( galvanische ) Strom- bzw. Spannungsquelle , in der chemische Energie direkt in elektrische Energie umgesetzt wird. Anders als bei einer Batterie oder einem Akkumulator wird dabei beständig eine energiereiche Substanz (der „Brennstoff“) zugeführt und nach der Abgabe von elektrischer Ladung wieder ausgeleitet. Dadurch werden die Oxidation und Reduktion räumlich voneinander getrennt und man spricht auch von einer „kalten Verbrennung“. Eine typische Brennstoffzelle besteht im Wesentlichen aus zwei porösen Elektroden , zwischen denen sich ein...
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Der Brennwert H s eines (Brenn-)Stoffs wie Benzin, Erdöl oder Holzpellets ist gleich seiner spezifischen Verbrennungswärme , also der bei der Verbrennung von einer Einheitsmasse des Stoffs freigesetzten Wärme Q : \(H_\text s = \dfrac Q m\) Im Unterschied zum Brennwert enthält der Heizwert H u nicht die latente Wärme des bei der Verbrennung gebildeten Wasserdampfs, er ist daher immer kleiner als der Brennwert.
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Eine Maschine zur Umwandlung von elektrischer in kinetische Energie . Man unterscheidet Gleichstrom - und Wechselstrommotoren . Eine mit dem gleichen prinzipiellen Aufbau umgekehrt arbeitende Maschine, die also kinetische in elektrische Energie verwandelt, nennt man Generator . Ein sehr einfaches Beispiel eines Gleichstrommotors ist eine Leiterschleife, die im Magnetfeld eines Dauermagneten drehbar gelagert ist. Wenn ein Strom durch diese „ Minimalspule “ fließt, entsteht durch Induktion ein magnetisches Gegenfeld. Daraufhin richtet sich die Schleife so aus, dass sich der Nordpol des...
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In der Energietechnik versteht man unter einem Energiespeicher ein Gerät oder eine Substanz, die Energie aufnehmen und über möglichst lange Zeit verlustfrei „einlagern“ und sie bei Bedarf möglichst einfach und verlustfrei wieder in nutzbare Energieformen umwandeln können. Es gibt unter anderem elektrochemische Energiespeicher: Batterien und Akkumulatoren chemische Energiespeicher: Brennstoffe wie Erdöl, Benzin, Wasserstoff oder Holzpellets mechanische Energiespeicher: Schwungräder, Pumpspeicherkraftwerke elektrische Energiespeicher: Kondensatoren
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Die Gesamtheit aller Verfahren, Vorrichtungen und Anlagen, mit denen Energie in unmittelbar nutzbare Formen umgewandelt, transportiert oder für spätere Nutzungen gespeichert wird. Man unterscheidet dabei einerseits zwischen der von fossilen oder erneuerbaren Energiequellen gelieferten Primärenergie (Sonnenstrahlung, Wind, Erdwärme, Gezeiten, Steinkohle, Radionuklide) und der für Transport, Nutzung und/oder Speicherung „verarbeiteten“ Sekundärenergie (Strom, Benzin, Fermwärme). Eine andere wichtige Unterscheidung ist die zwischen dem nutzbaren Anteil einer vorliegenden Energiemenge (auch...
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Ganz allgemein betrachtet bedeutet jeglicher physikalische Prozess eine Energieumwandlung , nämlich die Umwandlung von (chemischer, gravitativer, elektromagnetischer, nuklearer) potenzieller Energie in Bewegungsenergie und/oder Wärme und zurück. In der Energietechnik versteht man darunter die gezielte (groß)technische Umwandlung von natürlich vorhandenen Energieformen in nutzbare und/oder für Transport und Speicherung geeignete Energieformen. Typische Beispiele sind: chemisch \(\rightarrow\) kinetisch: Verbrennungsmotor elektromagnetisch \(\rightarrow\) kinetisch: Elektromotor kinetisch \(...
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Die in der Erde gespeicherte Wärmenergie . Sie besteht zum einen aus einer aus der Zeit der Erdentstehung stammenden Komponente, als bei der Zusammenballung von Staub und Kleinkörpern Gravitationsenergie in Wärme umgewandelt wurde. Hierzu zählt auch die Kristallisationswärme des sich auch heute noch aus dem flüssigen äußeren auf dem festen inneren Erdkern abscheidenden Eisens. Zum anderen speist sie sich aus der Zerfallswärme langlebiger Radionuklide im Erdinneren. Die Erdwärme dringt nicht komplett gleichmäßig an die Erdoberfläche vor, sondern es gibt (abgesehen von Vulkanausbrüchen) Gegenden...
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Erneuerbare ( regenerative , alternative ) Energiequellen sind solche Energiequellen, die sich im Gegensatz zu den erschöflichen fossilen Energieträgern bei nachhaltigem Gebrauch im Prinzip unbegrenzt lange nutzen lassen. Fast alle technisch relevanten Nutzungen von erneuerbaren Quellen beruhen indirekt oder direkt auf der Sonnenenergie: Fotovoltaik (direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Strom mithilfe von Fotozellen ) Sonnenkollektoren ( Umwandlung von Sonnenlicht in Wärme ) Windenergie (das atmosphärische Windsystem wird von der Sonneneinstrahlung angetrieben) Biomasseverbrennung (Pflanzen...
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Fossile Brennstoffe (von lat. fossilis „ausgrabbar“) sind die derzeit weltweit am meisten eingesetzten Energieträger; hierzu zählen Erdöl, Kohle, Erdgas. Sie stellen keine auf menschlichen Zeitskalen erneuerbaren Energiequellen dar, da es zig bis Hunderte von Millionen Jahren dauert, bis sich aus der Biomasse vergangener Erdzeitalter fossilierte Lagerstätten bilden. Häufig wird auch der Kernbrennstoff Uran als fossiler Brennstoff bezeichnet, da er ebenfalls bergmännisch gewonnen wird und sich erschöpfte Lagerstätten nicht erneuern können. Hier liegt die Bildung sogar noch länger zurück: Es...
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Ein Generator (von lat. „Erzeuger“; auch Dynamomaschine ), wandelt mechanische, genauer gesagt Rotationsenergie in elektrische Energie um. Eine umgekehrt arbeitende Maschine, die also elektrische in mechanische Energie verwandelt, ist ein Elektromotor . Der Generator beruht auf folgendem Prinzip: Eine Leiterschleife der Fläche A dreht sich im Magnetfeld \(\vec B\) eines Dauermagneten. Aufgrund der ständigen Änderung des magnetischen Flusses \(\Phi\) durch die Schleifenfläche wird in der Leiterschleife eine Spannung U induziert : \(U = - \dfrac{\text d\Phi}{\text d t}\) Wegen \(\Phi = B...
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Als Hochspannung bezeichnet man elektrische Spannungen oberhalb von 1000 V (1 kV). Kleinere Spannungen nennt man Niederspannung , die in der lokalen Elektrizitätsversorgung auftretenden Spannungswerte 230 V und 400 V heißen Netzspannung . Hochspannung dient vor allem zur verlustarmen Übertragung von elektrischer Energie mit Hochspannungsleitungen . Die elektrische Leistung eines Kraftwerks ist \(P_\text{el} = U \cdot I\) ( U : Spannung, I : Stromstärke ), die Verlustleistung aufgrund der Erzeugung von Joule’scher Wärme des Übertragungskabels beträgt dagegen \(P_\text V = R \cdot I^2\) (R...
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Als Kernfusion (von lat. fusio „das Schmelzen“) bezeichnet man in der Physik die Verschmelzung zweier Atomkerne . Ist die Kernbindungsenergie pro Nukleon im Produktkern größer als in den beiden ursprünglichen Kernen, wird dabei Energie frei. Die Kernfusion ist die Energiequelle der Sterne , also auch der Sonne und damit der meisten biologischen und meteorologlischen Vorgänge auf der Erde . Im einzelnen sind die Kernreaktionen, über in der Sonne Atomkerne fusionieren, ziemlich kompliziert. Die beiden wesentlichen Prozesse verschmelzen, teilweise unter Beteiligung anderer Kerne, Wasserstoff zu...