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Energietechnik – Fossile Brennstoffe und erneuerbare Energie
Unter Energietechnik versteht man Technologien zur effizienten, sicheren, umweltschonenden und wirtschaftlichen Gewinnung, Umwandlung, Transport, Speicherung und Nutzung von Energie in all ihren Formen. Im Mittelpunkt steht die Maximierung des Wirkungsgrades, wobei gleichzeitig negative Begleiterscheinungen für Mensch, Natur und Umwelt minimiert werden.
Fachgebiete der Energietechnik
Man unterscheidet folgende Techniken, die sich vor allem mit der Stromerzeugung und Stromverteilung befassen:
- Kraftwerkstechnik
- Elektrische Energietechnik
- Thermodynamik
- Energieverfahrenstechnik
- Energiemaschinenbau
- Kerntechnik
- Nachhaltige Energietechnik
Kraftwerke zur Stromerzeugung
Die Technik zur Stromerzeugung jeder Art wird unter Kraftwerk verstanden. Jedoch sind meistens Anlagen gemeint, die mit traditioneller Technik wie Dampfkraftwerken Strom erzeugen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Feuerung, Dampfkessel und Turbosatz.
Die meisten Kraftwerke werden mit fossilen Energieträgern betrieben. Sie nutzen zur Stromerzeugung meist das Wärme-Kraft-Prinzip. In Kohlekraftwerken wird chemische Energie erzeugt, Kernkraftwerke produzieren Kernenergie. Primärenergieträger sind Kohle, Öl, Erdgas oder die Kernspaltung.
Neben umweltschädigenden fossilen Energieträgern, die zur Energiegewinnung genutzt werden, gibt es umweltfreundliche Methoden. Man nennt sie erneuerbare Energien, die durch Dampf- und Gasturbinen erzeugt werden. Wasserdampf oder Verbrennungsgase erzeugen in Wasser- und Windkraftwerken kinetische bzw. thermische Energie, die in elektrische Energie (Strom) umgewandelt wird.
Elektrische Energietechnik
Unter elektrischer Energietechnik versteht man die Erzeugung und Nutzung von elektrischer Energie, deren Umwandlung und Verteilung über Hochspannungsverbundnetze erfolgt. Elektrische Maschinen dienen als Energiewandler. Man unterscheidet zwischen rotierenden elektrischen Maschinen wie Elektromotoren und elektrischen Generatoren und ruhenden elektrischen Maschinen wie Transformatoren.
In Schaltanlagen, Umspannwerken und Trafostationen wird Energie umgewandelt und verteilt. Schaltanlagen bzw. deren Sammelschienen bilden die Knoten der Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetze. Das Umspannwerk ist Teil des elektrischen Versorgungsnetzes des Energieversorgungsunternehmens. In Transformatorenstationen wird die elektrische Energie aus dem Mittelspannungsnetz in elektrische Spannung von 400/230 Volt zur Versorgung der Niederspannungskunden über die Niederspannungsnetze (Ortsnetze) umgewandelt.
Nachhaltige Energietechnik
Regenerative Energien gewinnen immer mehr an Bedeutung. Vor allem der Umweltschutz und die Zukunft des Weltklimas stehen dabei im Mittelpunkt. Unterschiedliche Technologien kommen dabei zum Einsatz:
- Solartechnik
- Windkraft
- Geothermie
- Wasserkraft
- Bioenergietechnik
1. Solartechnik
Solartechnik nutzt die Sonnenenergie als Quelle. Man unterscheidet zwei Formen:
Photovoltaik – Über Solarzellen wird die Sonnenstrahlung dezentral oder in großen Photovoltaikkraftwerken mittels Halbleitertechnologie in Verbindung mit elektrischen Umrichtern in Strom umgewandelt.
Solarwärme – Hier wird die Sonnenwärme als Energiequelle genutzt. Bei der Solarthermie wird die Sonnenwärme mittels Solarkollektoren zur Gebäudeheizung dezentral verwendet. In Sonnenwärmekraftwerken wandelt man die Sonnenwärme in Strom um.
2. Windkraft
Moderne Windkraftanlagen (WKA) und Windenergieanlagen (WEA) wandeln die Energie des Windes in elektrische Energie um. Die wird in das Stromnetz zur weiteren Nutzung eingespeist. Umgangssprachlich auch Windräder genannt, dominieren vor allem dreiblättrige Auftriebsläufer mit horizontaler Achse und Rotor auf der Luvseite (zum Wind zugewandte Seite).
3. Geothermie
Thermische Energie, also die Erdwärme, die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeichert ist, wird in der Geothermie geowissenschaftlich untersucht und nutzbar gemacht. Direkt nutzbar kann sie zum Heizen oder Kühlen über Wärmepumpenheizung gemacht werden. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird aus der Erdwärme elektrischer Strom erzeugt.
4. Wasserkraft
Wasserkraft wird seit langem als Energiequelle genutzt und kam bereits vor 5.000 Jahren zur Anwendung. Bis Anfang des 20. Jahrhunderts wurden hauptsächlich Mühlen durch Wasserräder betrieben. Heute werden Generatoren zur Erzeugung elektrischen Stroms eingesetzt. Nach Kohle und Erdgas zählt Wasserkraft zur dritthäufigsten häufigsten Form der Energiegewinnung. Kanäle, Stauwerke, Talsperren oder Stollen machen Wasser aus Flüssen, Stauseen oder Meeren nutzbar.
5. Bioenergietechnik
Bioenergie beschreibt die Gewinnung, Veredelung und Nutzung biogener Brenn- und Kraftstoffe. Energiepflanzen und andere Biomasse aus Biologie, Land- und Forstwirtschaft werden zur Energiegewinnung in Verbindung mit konventioneller Brennstofftechnik verwendet. In Feuerungen und Verbrennungskraftmaschinen, die für den Einsatz biogener Brennstoffe ausgelegt sind, erfolgt die Verbrennung. Ethanol und Methanol dienen als Basis zur Gewinnung von Wasserstoff, der in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt wird.
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