Zukunftsenergie

1
Zukunftsenergie
3a.

• Zwänge, Trends, Hoffnungen

2
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
3
Fossile Kraftwerke im zweiten und letzten
Frühling
.1
4
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, ISBN3-486-25397-2, 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
5
Wir werfen einen Blick auf das, was den
mainstream der Experten (VDI-GET) bewegt
Entwicklungslinien der Energietechnik
2004 Expertenforum der VDI-Gesellschaft
Energietechnik am 7./8. September 2004 an der
Ruhr-Universität Bochum Themengebiete Kraftwerkste
chnik und CO2-Abtrennung Erneuerbare
Energien Energiesysteme Brennstoffzellen und neue
Antriebe Rationelle Energieverwendung
Beachte 1. die Reihenfolge, 2.
Keine Kernenergie, keine Fusionsenergie (
political correct ). 3. Hohe,
sogar eigenständige Bedeutung der FuelCells
(werden nicht unter Rationelle
Energieverwendung subsummiert)
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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
7

• 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

8
.11
Ausgangslage Stromerzeugung Hoher Ersatz
und Neubaubedarf
Quelle /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/
Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute
und morgen, Folie 5
9
Ausgangslage Wirkungsgrad von
Kohlekraftwerken (weltweit)
CO2Emissionen von Kohlekraftwerken Gt /a
Unser Stand vor vielleicht 50 Jahren
Unser Stand vor vielleicht 30 Jahren
UrQuelle /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/ , Teil von
Folie 4.
Eigener Kommentar
10
.12
Quelle /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/
Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute
und morgen, Folie 2
11
.121
12
Quelle /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/
Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute
und morgen, Folie4
13
.122
Quelle /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/
Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute
und morgen, Folie 11
14
Quelle /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/
Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute
und morgen, Folie 16
15
Quelle /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/
Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute
und morgen, Folie 17
16
.123
Quelle /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/
Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute
und morgen, Folie 18
17
Merkt euch das Zauberwort
CCS Carbon Capture and Storage
ausführliche Spezialbehandlung in der
Vorlesungseinheit 2.5 (V2.5.ppt)
Quelle /VDI-GET_2004Bochum_Ewers/
Fortschrittliche Kohlekraftwerkstechnik heute
und morgen, Folie 21-oberer Teil
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Kernenergie ungeliebter Retter vor dem
Klimaschock ?
.2
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.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)
20
.21 Stand
21
Kernenergie in Zahlen (weltweit)1)

• 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

1) Stand Dezember 2004 Quelle RWE NUKEM GmbH,
Januar 2005
2
BezugsQuelle Vortrag 15. März 2005 in Berlin von
Dr. Arthur Max, RWE NUKEM GmbH, Alzenau, Folie 2
22
.22 Vision
Kernenergie international keineswegs
aufgegeben
23
(No Transcript)
24
.23 Kernenergie als Thema
Link zum AKE-Archiv Energievorträge der 67.
Physikertagung Hannover 2003
25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
(No Transcript)
28
Link zum AKE-Archiv Energievorträge der 68.
Physikertagung München 2004
29
(No Transcript)
30
(No Transcript)
31
(No Transcript)
32
(No Transcript)
33
(No Transcript)
34
(No Transcript)
35
(No Transcript)
36
Link zum Original im AKE-Archiv
? SCWR
37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
(No Transcript)
40
MAMinore Actiniden, siehe Einschub
41
Einschub Minore Actiniden
Quelle http//www.sgkyg.ch/projekt2003/pdf/Folien
_Wydler.pdf Datei SGK_Wydler2003_Stofflüsse
_imNuklearenBrennstoffkreislauf_ppt.pdf
42
(No Transcript)
43
(No Transcript)
44
(No Transcript)
45
Kernfusion , die Sonne auf der Erde
.3
46
Bindungsenergie pro Nukleon
Quelle /Taube 1988 Materie, Energie.., Hirzel
Verlag Abb. 6.14 p.235
47
Das Lawson Kriterium Tripelprodukt
Zur Zündung müssen ausreichend viele
Teilchen Plasmadichte n
oft
Energieeinschlusszeit ?E und
heftig genug Temperatur T

miteinander zusammenstoßen.
Zündkriterium (Lawson) n ?E T
gt 6 1016 cm-3 s MK
Praktische Zündbedingungen Plasmadichte
ca. 1014 Teilchen pro cm3
Energieeinschlusszeit 1- 2
s Plasmatemperatur
100-200 M K
QuelleMilch,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
48
Die zeitliche Entwicklung bei der Annäherung an
die Zündbedingung
EU JapanRussland u.a ITER inVorplanung
Zündung
(Internationaler Thermonuklearer
Experimentalreaktor)
JET Joint European Torus
(Culham GB)
Deutschland (IPP-Garching)
ASDEX upgrade Wendelsstein 7-AS,
7-X (Greifswald) Isar
Japan JT 60 JT 60UUSA TFTR (Princeton)
D III D (San Diego) Alcator
(Boston)Russland T3 T10
Quelle www.IPP Forschung-
ergänzt unter Benutzung von
/Diekmann-Heinloth 97,Abb. 10.2p291/
49
ITER
12 m
50
Stand und Aussichten der Kernfusion Zeitplan

JET ITER Advanced
ITER-Prototypen TOKAMAK ITER-FDR
Materialentwicklung IFMIF DEMO
Asdex-Upgrade Wendelstein 7 AS
Wendelstein 7 X ...
Sicherheitsforschung
Sozi-Ökonomiche Forschung
heute heute 15 heute 30
51
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 97Energie,p.291
292 301ff
52
(No Transcript)
53
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
54
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 Schwerkrafteinschlus
s Sonne) 3.14 Plasma-Aufheizung 3.15 Auf
dem langen Marsch zum Kraftwerk3.16 Einige
technologische Brennpunkte 3.17 Sicherheit der
Fusion 3.18 Der Zwischenspurt zum ITER