zukunftsenergie zwänge, trends, hoffnungen 3a.. 3a. Übersicht zukunftsenergien.1 fossile...
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Zukunftsenergie
Zwänge, Trends, Hoffnungen
3a.
3a. Übersicht Zukunftsenergien
.1 Fossile Kraftwerke im zweiten und letzten Frühling
.11 Ausgangslage : Stromerzeugung: Hoher Ersatz und Neubaubedarf .12 Strategie für die weitere Entwicklung der „fossilen“ Sromerzeugung .121 Horizont 1: Einsatzfähige technik : state of the art .122 Horizont 2: Weiterentwicklung der Kohlekraftwerkstechnik .123 Horizont 3: Kraftwerke mit CO2 Sequester. „CCS“
.2 Kernenergie – ungeliebter Retter vor dem Klimaschock ?
.21 Stromerzeugung aus Atomkraft : Derzeitiger Stand .22 im Bau, geplant, visioniert .23 auch in Deutschland spricht man noch über Kernkraft [ z.B. auf der Jahrestagung der Physiker (DPG)]
.3 Kernfusion , die Sonne auf der Erde
.4 Sonnenenergie thermische Solarenergie, PV, Biomasse, Wind
Fossile Kraftwerke im zweiten und letzten Frühling
.1
Stopp:
Vor dem 2. kommt der 1. Frühling, in unserem Falle:
Wichtige Grundlagen der Technischen Thermodynamik
Wer Technische Thermodynamik endlich mal richtig, gründlich und gut verständlich lernen will, dem empfehle ich das Lehrbuch:
Erich Hahne: „Technische Thermodynamik“, 3.A.,Oldenbourg Verlag München 2000, ISBN=3-486-25397-2, 529 Seiten, viele und gut durchdachte Abbildungen
Und natürliche viele andere Lehrbücher und InternetVorlesungen zu diesem Grundlagenfach.
Eine kurze, unvollständige und eklektische Auffrischung der wichtigsten Zusammenhänge zum Verständnis von Kraftwerksprozessen in V3aa_TT-Ueberblick.ptt
Entwicklungslinien der Energietechnik 2004Expertenforum der VDI-Gesellschaft Energietechnik
am 7./8. September 2004 an der Ruhr-Universität BochumThemengebiete
Kraftwerkstechnik und CO2-AbtrennungErneuerbare Energien
EnergiesystemeBrennstoffzellen und neue Antriebe
Rationelle Energieverwendung
Wir werfen einen Blick auf das, was den mainstream der Experten (VDI-GET) bewegt:
Beachte: 1. die Reihenfolge, 2. Keine Kernenergie, keine Fusionsenergie ( political correct ). 3. Hohe, sogar eigenständige Bedeutung der FuelCells (werden nicht unter „Rationelle Energieverwendung“ subsummiert)
Quellen:/VDI-GET_2004Bochum / = Kongress: Entwicklungslinien der Energietechnik 2004 Expertenforum der VDI-Gesellschaft Energietechnik am 2004_0907 an der Ruhr-Universität Bochum:
Insbesondere: / ~ _Ewers/ = Dr. Johannes Ewers, RWE Power AG, Essen, Vortrag „ Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“
Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“
Ausgangslage:
1. Steigender Strombedarf weltweit 2. Bestehende Kohle Kraftwerke (weltweit) mit
sehr unterschiedlichem Wirkungsgrad
Perspektive:
1. es gibt noch Entwicklungspotential für höhere Wirkungsgrade
2. Das Zauberwort:
CCS = Carbon Capture and Storage
also die Vision des CO2-Sequester
Ausgangslage :
Stromerzeugung: Hoher Ersatz und Neubaubedarf
Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 5
.11
UrQuelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ , Teil von Folie 4. Eigener Kommentar
Unser Stand vor vielleicht 30 Jahren
Unser Stand vor vielleicht 50 Jahren
Ausgangslage:
Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken (weltweit)
CO2–Emissionen von
Kohlekraftwerken
[Gt /a]
Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 2
.12
.121
Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie4
Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 11
.122
Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 16
Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 17
Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 18
.123
Quelle: /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ “Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute und morgen“, Folie 21-oberer Teil
Merkt euch das Zauberwort:
CCS = Carbon Capture and Storage
ausführliche Spezialbehandlung in der Vorlesungseinheit 2.5 (V2.5*.ppt)
Kernenergie – ungeliebter Retter vor dem
Klimaschock ?
.2
.21 Stromerzeugung aus Atomkraft : Derzeitiger Stand .22 im Bau, geplant, visioniert
.23 auch in Deutschland spricht man noch über Kernkraft [ z.B. auf der Jahrestagung der Physiker (DPG)]
.21 Stand
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
RWE NUKEM • 15. März 2005
Kernenergie in Zahlen (weltweit)1)
1) Stand: Dezember 2004
Quelle: RWE NUKEM GmbH, Januar 2005
Kommerzieller Betrieb: 440 Leistungsreaktoren mit 359,9 GWe (net) in 31 Ländern
Im Bau: 37 Leistungsreaktoren mit 34,0 GWe (net) in 13 Ländern
In der Planung: 58 Projekte mit 56,9 GWe (net) in 12 Ländern
Strom aus Kernkraftwerken: In 2004 ca. 16% der weltweiten Stromproduktion
2
BezugsQuelle: Vortrag 15. März 2005 in Berlin von Dr. Arthur Max, RWE NUKEM GmbH, Alzenau, Folie 2
Kernenergie international keineswegs aufgegeben
.22 Vision
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Forschungszentrum Jülich GmbHInstitute for Safety Research and Reactor Technology
Der Hochtemperaturreaktor Der Hochtemperaturreaktor ––Sicherheitseigenschaften und ProjekteSicherheitseigenschaften und Projekte
von
Peter-W. PhlippenForschungszentrum J ülich GmbH
I nstitut f ür Sicherheitsforschung und Reaktortechnik
67. Physikertagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaf t
Hannover, 24. – 28. März 2003
.23 Kernenergie als Thema
Link zum AKE-Archiv: Energievorträge der 67. Physikertagung Hannover 2003
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: P.W. Philippen: „Der Hochtemperaturreaktor- Sicherheitseigenschaften.“ ;67.Physikertagung,Hannover 2003
DPG AKE 24. März 2003, Phlippen, FZJ-ISR
Forschungszentrum Jülich GmbHInstitute for Safety Research and Reactor Technology
GliederungGliederung
Heutige Situation der Kernenergienutzung
Anforderungen an zukünf tige Kernreaktoren
HTR - Sicherheit Stabilitätskriterien
Beispiel: Thermische Stabilität
Beispiel: Nukleare Stabilität
Laufende HTR-Projekte
Nachhaltigkeit
Ausblick
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: P.W. Philippen: „Der Hochtemperaturreaktor- Sicherheitseigenschaften.“ ;67.Physikertagung,Hannover 2003
DPG AKE 24. März 2003, Phlippen, FZJ-ISR
Forschungszentrum Jülich GmbHInstitute for Safety Research and Reactor Technology
HTR HTR –– KugelbrennelementKugelbrennelement
Werkstoff : GraphitDichte: 1,75 g/ cm3
Durchmesser: 60 mm
Schalendicke: 5 mm
Uran-Beladung: < 12 g/ BE
Coated Particle ingraphite matrix
Graphite shell
Layer structure of aCoated Particle
BufferPyrolytical carbon
Silicon carbide
Fuel kernel
1 mm
Coated Particle: TRI SO UO2-Kern: 500 m
Dichte: 10,4 g/ cm3
Anreicherung: < 10 Gew.-%
Schichten: C, PyC, SiC,PyCDicke / m: 95, 40, 35, 40Dichte / g/ cm3:
1,05/ 1,9/ 3,18/ 1,9
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: P.W. Philippen: „Der Hochtemperaturreaktor- Sicherheitseigenschaften.“ ;67.Physikertagung,Hannover 2003
DPG AKE 24. März 2003, Phlippen, FZJ-ISR
Forschungszentrum Jülich GmbHInstitute for Safety Research and Reactor Technology
AusblickAusblick
Der Einsatz „katastrophenf reier Kerntechniken“ kann helf en, die öff entliche Akzeptanz der Kernspaltung wieder zu gewinnen.
Der HTR hält die Spaltprodukte im Core zurück, solange die Stabilitätskriterien eingehalten werden (i. w. T < 1600 °C).
Selbsttätige Nachwärmeabf uhr und selbsttätige Begrenzung der nuklearen Leistung wurden am AVR bereits demonstriert.
Eine unterirdische Bauweise bietet auch Schutz gegen extreme äußere Einwirkungen.
Kernspaltung ist eine seit langem etablierte und wirtschaf tliche Technik zur Stromerzeugung.
Daher wird Kernenergie auch weiterhin eine dominante Rolle in der CO2-f reien Stromerzeugung wahrnehmen.
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: P.W. Philippen: „Der Hochtemperaturreaktor- Sicherheitseigenschaften.“ ;67.Physikertagung,Hannover 2003
Link zum AKE-Archiv: Energievorträge der 68. Physikertagung München 2004
Link zum Original im AKE-ArchivQuelle: U.Krugmann: „Der EPR und sein Sicherheitskonzept“; 68.Physikertagung, München 2004
Link zum Original im AKE-ArchivQuelle: U.Krugmann: „Der EPR und sein Sicherheitskonzept“; 68.Physikertagung, München 2004
28EPR Sicherheitskonzept, München, 22. – 26. März 2004
Ausblick
Der EPR ist wirtschaftlich und konkurrenzfähig gegenüber fossilen Kraftwerken. Die finnische Bauentscheidung für den EPR basiert auf kommerziellen Überlegungen und widerlegt damit die häufig kolportierte Falschmeldung, dass Kernenergie nicht wirtschaftlich sei.
Mit dem EPR steht ein Anlagenkonzept zur Verfügung, das die Sicherheitsanforderungen an die nächste Anlagen-generation erfüllt.
Der EPR ist im wesentlichen frei von CO2-Emissionen und kann damit einen Beitrag zum Klimaschutz leisten.
Link zum Original im AKE-ArchivQuelle: U.Krugmann: „Der EPR und sein Sicherheitskonzept“; 68.Physikertagung, München 2004
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
SCWR
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
SCWR
Link zum Original im AKE-Archiv:
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
MA=Minore Actiniden, siehe Einschub
Quelle: http://www.sgkyg.ch/projekt2003/pdf/Folien_Wydler.pdf Datei: SGK_Wydler2003_Stofflüsse_imNuklearenBrennstoffkreislauf_ppt.pdf
Einschub: Minore Actiniden
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Link zum Original im AKE-Archiv Quelle: J.U.Knebel: „Neue Kernreaktoren der Generation 4 .“ Vortrag auf der Jahrestagung der DPG, Berlin2005
Kernfusion , die Sonne auf der Erde
.3
Bindungsenergie pro Nukleon
Quelle: /Taube 1988 : Materie, Energie..,; Hirzel Verlag; Abb. 6.14; p.235
Fusion
Spaltung
Das Lawson Kriterium: Tripelprodukt
Praktische Zündbedingungen:
Plasmadichte ca. 1014 Teilchen pro cm3
Energieeinschlusszeit 1- 2 [s]
Plasmatemperatur 100-200 [M K]
Quelle:Milch,I.:“Die Sonne auf die Erde holen“, PhiuZ 26 (1995),Heft 2,p.69-74; p7; und IPP 1995; Kernfusion- berichte aus der Forschung; p.9; IPP_Kernfusion1995.ppt
Zur Zündung müssen :
ausreichend viele Teilchen [Plasmadichte n ]
oft [Energieeinschlusszeit ]
und heftig genug [Temperatur T ]
miteinander zusammenstoßen.
Zündkriterium (Lawson): n * * T >= 6* 1016 [cm-3 s MK ]
Die zeitliche Entwicklung bei der Annäherung an die Zündbedingung
Quelle: www.IPP „Forschung“- ergänzt unter Benutzung von /Diekmann-Heinloth 97,Abb. 10.2;p291/
Japan: JT 60; JT 60U
USA: TFTR (Princeton) D III D (San Diego) Alcator (Boston)
Russland: T3; T10
Deutschland: (IPP-Garching): ASDEX; ~ upgrade Wendelsstein 7-AS, 7-X (Greifswald)
Isar
EU + Japan+Russland u.a: ITER: inVorplanung; Zündung (Internationaler Thermonuklearer Experimentalreaktor)
JET = Joint European Torus : (Culham GB)
ITER
12 m
Stand und Aussichten der Kernfusion: Zeitplan
JET ITER Advanced
ITER-Prototypen TOKAMAK ITER-FDR
Materialentwicklung IFMIF DEMO
Asdex-UpgradeWendelstein 7 AS Wendelstein 7 X ...
heute heute + 15 heute + 30
Sicherheitsforschung
Sozi-Ökonomiche Forschung
Wege zur Plasmazündung
1. Magnetischer Einschluss
Lange Einschlusszeit bei niedriger Dichte einige m3 Plasma im magnetichen Einschluss für einige Sekunden
Tokamak , Stellarator
2. Trägheitseinschluss
Kurze Einschlusszeit bei hoher Dichte Laserlicht oder Teilchenstrahlen verdichten Brennstofftröpfchen für kurze Zeit auf sehr hohe Dichte: MikroSonne
3. Schwerkrafteinschluss Sonne und Sterne
aber für irdische Verhältnisse sehr ungewöhnliche Betriebsparameter
4. Myonkatalytische Fusion ( noch sehr Phantasie bewehrt)
Hüllelektronen durch 210 mal schwerere Myonen ersetzt, dadurch kleinerer Atomdurchmesser ; „Einschnürung auf Fusionsabstände“
Quelle: /Diekmann-Heinloth 97:“Energie“,p.291 +292; 301ff;
Fusion im Himmel und auf Erden
3.1
Hinweis auf meine umfassendere Darstellung der Kernfusion , zu der wir diesmal aus Zeitgründen nicht mehr kommen:
Es folgt das Inhaltsverzeichnis der Vorlesungseinheit „Kernfusion“
3.1 Fusion im Himmel und auf Erden 3.11 Bindungsenergie und Fusionsreaktionen.
3.12 Aktueller Stand der Plamaphysik: kurz vor der Zündung 3.121 Die Zündbedingung des Plasma
3.13 Wege zur Plasmazündung (Einschluss) 3.131 Magnetischer Einschluss im Torus .1311 Tokamak .1312 weiterführende Einschlusskonzepte: Stellarator ( 3.132 Trägheitseinschluss) ( 3.133 Schwerkrafteinschluss [Sonne])
3.14 Plasma-Aufheizung
3.15 Auf dem langen Marsch zum Kraftwerk
3.16 Einige technologische Brennpunkte
3.17 Sicherheit der Fusion
3.18 Der Zwischenspurt zum ITER