XIV.9 Begriffe für die Energieversorgung


Mit diesem letzten Kapitel wollen wir einen Ausblick geben auf mögliche energiegewinnende Anwendungen der Zustandsänderungen. Dazu führen wir zunächst einen neuen Begriff ein; den Begriff der Exergie:


Definition XIV.9: Exergie ist die Fähigkeit eines Systems, mechanische Arbeit zu verrichten.

Der Begriff beschreibt damit

a) die maximale Arbeit, die aus einer idealen Wärmekraftmaschine herausgeholt werden kann bei Nutzung der Wärme Q1,

b)die minimale Arbeit, die zur Betreibung der idealen Wärmepumpe für die Erzeugung der Wärme Q1 nötig ist.


Damit kann der I. Hauptsatz umformuliert werden:


Merke: Der I. Hauptsatz kann formuliert werden als Energie = Exergie + Anergie.

Diese Gleichung ist zugleich Definitionsgleichung für Anergie, die nicht in W überführbar ist.

Exergie = Ex = W = Q1 h = Q1

Damit definiert man den Exergiewirkungsgrades e x
Definition XIV.10: Der Exergiewirkungsgrad ist definiert als

e x =

Exein = eingehende Exergie, die das System vor dem Prozeß gehabt hat.

Als Beispiel betrachten wir die für ein Wasserkraftwerk zur Verfügung stehende Energie, die ungefähr der Arbeit W entspricht:
E » W

damit ist die Anergie EA nahezu null:
EA » 0

Für die Energie gilt dann
E » Q1 = Exein.

Wird diese Energie in einem elektrischen Heizkörper in Wärme umgewandelt, so gilt, wenn Q1 bei 20 0 C anfällt, mit h (Heizofen = 1):
Exaus = Q1 = 0.069 Q1

Der Exergiewirkungsgrad beträgt dann
e X = 0.069


Weitere wichtige Begriffe im Bezug auf Energie(-gewinnung) sind im Folgenden stichwortartig aufgezählt:


Primärenergie

Steinkohle nach der Förderung, Erdöl (nicht Heizöl), Erdgas

Uranerz, Wasser in Talsperre

Nur bei Erdgas ist die Primärenergie gleich der Endenergie.

Die anderen Primärenergien müssen umgewandelt werden

ß

Zentrale Umwandlung:

Kraftwerke, Raffinerien, Kohlevergasung. Hierbei entstehen

Umwandlungsverluste: die sogenannte Abwärme

ß

Sekundärenergie

Elektrizität, Benzin, Heizöl, Uran

Aufarbeitung, Isotopenanreicherung, Brennelementherstellung,

Kernreaktor, Dampf, Turbine

ß

Durch Transport entstehen weitere Verluste im Hochspannungsnetz oder Fernwärmenetz

ß

Endenergie

Erdgas, Elektrizität in der Steckdose

ß

Der Wirkungsgrad der Endernergie gibt Aufschluß über die

ß

Nutzenergie

Licht, Wärme, Arbeitsleistung

ß

Energieverschwendung z B. wegen mangelnder Wärmeisolierung des Zimmers

ß

Energiebereiche

Beleuchtung, Gesundheit, Lebenskraft, Lebensqualität


Einige Energie-Maßeinheiten

1 Terawatt (TW) = 1000 Gigawatt (GW)

1 Gigawatt (GW) = 1000 Megawatt (MW)

1 Megawatt (MW) = 1000 Kilowatt (kW)

1 Kilowatt (kW) = 1000 Watt (W)

 

1 Kilowattjahr (kWa) = 8760 Kilowattstunden (kWh)

1 Kilowattjahr (kWa) = 1 Tonne Steinkohle

1 Kilowattjahr (kWa) = 0.7 Tonnen Erdöl

1 Terawattjahr (TWa) = 1 Milliarde Tonnen Steinkohle

1 Terawattjahr (TWa) = 700 Millionen Tonnen Erdöl

1 Terawattjahr (TWa) = 30 Quad (Q)

 

1 Quad (Q) = 1 Billiarde (1015) BTU (Britische Wärmeeinheit)

1 Steinkohleneinheit (SKE) = 1 Kilogramm (kg) Steinkohle

1 Tonne (t) = 1 Tonne Steinkohle