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GRUNDLAGEN der ENERGIETECHNIK

Energietransport

Energietransport


Energietransport

Kohletransport

Braunkohle Der transport von Braunkohle ist aufgrund ihres geringen Heizwertes über größere Entfernungen unwirtschaftlich

Sie wird deshalb bevorzugt in Grubennähe „verstromt“ bzw. in Brikettfabriken weiterverarbeitet

Transport mit Förderbändern


Energietransport

Kohletransport

Steinkohle

Der Energieaufwand für den Bahntransport:

Der höhere Heizwert der Steinkohle rechtfertigt deren Transport über größere Entfernungen mit Bahn und Schiff

c ist die Geschwindigkeit über die Entfernung L

H1, H2 Höhen am Anfang und Ende der Strecke

m Masse

iB Zahl der nicht planbaren Beschleunigungsvorgänge


Energietransport

Kohletransport

Die Kraft:

FR Laufwiderstand

FL Luftwiderstand

A Queschnittsfläche des Zuges

cL,i Luftwiderstandsbeiwerte der Lokomotive und Wagen

L Luftdichte

c Transportgeschwindigkeit


Energietransport

Mineralöltransport


Energietransport

Mineralöltransport Vor dem Beginn des Tankertransports 1886 wurde das Öl in 159-l-Fässern (159 l entsprechen 1 Barrel) transportiert Der Antrieb größerer Schiffe erfolgt mit Gasturbinen ( bis zu 30%), im unteren Bereich ist der Dieselmotor ( bis zu 40%) wirtschaftlich einsetzbar Die sogennanten „Supertanker“ mit einer Tragfähigkeit von ca. 500 000 t erreichen bezüglich des Treibstoffverbrauchs und der Personalkosten eine hohe Wirtschaftlichkeit, können aber nicht in jedem Hafen gelöscht werden Die Energiebilanz (EB) eines Tankers stellt das Verhältnis des Energieeinsatzes für Bau und Betrieb des Schiffes zur transportierten Energiemenge dar; z.B.:Entfernung L=4 600 km, EB=0,16...1,6%;L=18 500 km, EB=3,2...4,4%


Energietransport

MineralöltransportDie Gesamtdruckdifferenz in einer Mineralölpipeline:

pR Reibungsdruckverlustpst statischer Druck Dichtec Strömmungsgeschwindigkeit

m´ Massestrom RohrreibungsbeiwertL RohrlängeDi Rohrinnendurchmesser

p1, p2, H1, H2 Druck und Höhe am Anfang (1) und Ende (2) der TrasseAi innerer freier Rohrquerschnitt Zuschlag auf die Rohrleitungslänge zur Berücksichtigung der Druckverlustbeiwerte


Energietransport

Mineralöltransport

Die elektrische Arbeit:

P,M mittlerer Wirkungsgrad von Pumpe und MotortB gesamte Betriebszeit

die spezifischen Transportkosten:

kf Jahresfestkostenkv variablen KostenpE Strompreisma jährlich transportierte Masse


Energietransport

Mineralöltransport

die spezifischen Transportkosten (für =0 und H1=H2):

die optimale Fördermenge m´opt mit minimalen spezifischen Transportkoste:


Energietransport

Gastransport Leitungen DN 900 (Innendurchmeser = 900 mm) mit maximalen Betriebsdruck von 67,5 bar ermöglichten einen wirtschaftlichen Transport über Entfernungen von mehreren hundert Kilometern

Seit Beginn der 80er Jahre konnten mit Rohren DN 1400 und PN 80 (maximalen Betriebsdruck = 80 bar) die interkontinentalen Trassen errichtet und betrieben werden

Für Entfernungen von mehr als 3000 km bzw. bei der Überbrückung von Meeren stellt der Schiffstransport verflüssigten Erdgases eine Alternative dar

die Etapen Verflüssigung, Transport und Wiederdampfung relativ hohe energetische Verluste im Bereich von 12 bis 20% der transportierten Energie verursachen Japan wird überwiegend auf diese Weise versorgt

Die Druckstufen werden in Niederdruck (pÜ < 10 kPa) und Mitteldruck (10 kPa < pÜ < 100 kPa) für kommunale Verteilungsnetze sowie in Hochdruck (pÜ > 100 kPa) für kommunale und regionale Verteilungsaufgaben und den Ferntransport unterschieden


Energietransport

Gastransport Die Stoffwerte von Gasen werden häufig auf den Normzustand bei der Temperatur =0oC und dem Druck p=101,325 kPa bezogen Die Gasdichte wird in der Praxis indirekt angegeben als Dichteverhältnis zur Luft:

kg

md NG

NL

NGv

3,

,

,

293,1

Der Druckverlust (im Niederdruckbereich):

2

1 2 2 12G

Gi

c Lp p p g H H

D

G Gasdichtec StrömungsgeschwindigkeitL Rohrlänge RohrreibungsbeiwertDi Rohrinnendurchmesser


Energietransport

Gastransport

Der Rohrreibungsbeiwert:

2320Re

14,1lg2

12

Gi

i

Dcfür

kD

Re REYNOLDS-Zahlk Rohrrauhigkeitsbeiwert (mm)

Oberhalb der kritischen REYNOLDS-Zahl Rekrit=2320 beginnt der Übergangsbereich zur ausgebildeten turbulenten Strömung

Im allgemein befindet man sich im Bereich der ausgebildeten turbulenten Strömung


Energietransport

GastransportDa in Hochdruckleitungen das Gesetz für ideale Gase nur bedingt anwendbar ist Korrektur mit der mittleren Kompressibilitätszahl Km

mNNNNi

KVLpT

T

Dpp

2

5222

21

16

N

N

Nm p

p

T

T

V

VK

bis zu einem Druck von p=70 bar:

22

21

32

31

3

2;

6200

)(1;

460

)(1

pp

pppStadtgas

barpKErdgas

barpK m

mm

mm

pm mittlerer absoluter Druck


Energietransport

Gastransport

Verdichterstationen und Druckregelanlagen

Die Verdichterstationen sind zur Überwindung des Reibungsdruckverlusts beim Ferntransport (Transport-verdichtung) oder zur Erzeugung des relativ hohen Drucks für unterirdische Gasspeicher (Speicherverdichtung) erforderlich

Die Druckregelanlagen stellen die Verbindung der Abnehmer oder Netze zu Versorgungssystemen höherer Druckstufe dar und haben die Aufgabe, den Ausgangsdruck bei schwankendem Eingangsdruck und wechselnder Belastung auf möglichst konstantem Niveau zu halten.


Energietransport

Elektroenergietransport Der Transport und Verteilung von Elektroenergie erfolgt mit dreiphasigem Wechselstrom bzw. Drehstrom unterschiedlicher Spannung:

Niederspannung (bis 1 kV) Hochspannung (oberhalb von 1 kV) Mittelspannung (3 bis 30 kV) für Großabnehmer, städtische und regionale Verteilung Hochspannung (60 und 110 kV) für regionale und überregionale Verteilung sowie für den Ferntransport Ab 220 kV Höchstspannung für Großraumversorgung und Verbundwirtschaft

Die Netzfrequenz beträgt in Europa 50 Hz; in den USA und Kanada 60 Hz


Energietransport

Elektroenergietransport

LLAlCu

C

CAlCCu

A

LRK

C

mm

Sm

mm

Sm

,004,0,201

,35,56

120

220,220,

Für die Leiterwerkstoffe Kupfer und Aluminium:

i

ad

LLIdIV

rrLfU

KPundA

LIRIPmitPPP

ln

222

spezifischer Leitwert Temperatur Temperaturbeiwert

RL elektrischer Widerstand AL QuerschnittL Länge

die Verlustleistung:

PI StromwärmeverlustleistungPd dielektrische Verlustleistung


Energietransport


dtIRW

IUSIUPBt

LIV

0

2, 3

3cos3

1

2 2 2, max max

0

3 3V I L B L BW R I t d R I t d

Für ein Drehstromnetz:

P Wirkleistung; S Scheinleistung; WV,I Stromwärmeverluste

Die dimensionslose Jahresdauerlinie für die Stromstärke:

Die jährlichen Stromwärmeverluste:

B

b

tt

II ;;11

maxmin

d Arbeitsverlustgrad


Energietransport


m

m

B

Vm

Bm b

t

t

P

P

tP

W

P

Pmit

bbd

1;;

12

1

1

121

min

maxmaxmax

minmin

2minmin

32 12,0036,1083,0 mmmd

Der Arbeitsverlustgrad:

Für überschlägige Berechnungen:


Energietransport


L

rh

RL

rr

R

RRPRP

EE

II

EIIULnIUL

2

2ln

,2

ln

,

21

2

Die von der Stromwärmeverlustleistung PI erhöhte Leitertemperatur (L):

U Umgebungstemperaturr1 Leiterradiusr2 Außenradius des Kabelmantels h Überdeckungshöhe im ErdreichI, E Wärmeleitkoeffizienten des Isoliermaterials und der umgebenden ErdeRI, RE thermische Widerstände


Energietransport

ElektroenergietransportWirtschaftlichkeit des Transports und der Verteilung von Elektroenergie

Transformatoren nutzen das Prinzip der elektromagnetischen Induktion und wandeln eine (Primär-)Wechselspannung U1 in eine (Sekundär-)Wechselspannung U2 gleicher Frequenz um

Die Stromverluste:

in der Niederspannungsebene: ca. 2% im Netz und 1,5% in den Transformatoren

in den Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsnetzen ca. 1% und in den zugehörigen Trafostationen 0,5%

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