(ENT2 41) – Prozessbewertung in der Energietechnik

In diesem Kapitel erlernst du als Techniker alles Relevante zu Wirkungsgraden, Gütegraden und Nutzungsgraden. Denn diese Größen werden für die Prozessbewertung von energetischen Prozessen benötigt. Dabei stellen wir dir die erwähnten Größen nacheinander vor, wobei wir hier auf eine einfache Erklärung setzen.

“Die Prozessbewertung kann qualitativ sowie quantitativ erfolgen. Welche Form gewählt wird ist liegt im Auge des Verfassers, denn beide Formen helfen uns einen Prozess gegenüber alternativen Prozessen zu beurteilen.”

Prozessbewertung - Energetische Prozesse - Element eines Teleskops — Prozessbewertung – Energetische Prozesse – Element eines Teleskops

Bisher haben wir alle notwendigen Werte bestimmt und konnten dazu auch die richtigen Bilanzen erstellen. Als letzten Schritt müssen wir unsere Untersuchung damit abschließen, dass wir eine Bewertung der bilanzierten Prozesse durchführen.

Prozessbewertung – Kennzahlen – Grundlagen

Eine ausführliche Betrachtung macht es zwingend erforderlich aussagekräftige Kennzahlen zu ermitteln. Dieser Kurstext nimmt sich diesem Problem an und thematisiert diese Kennzahlen.

Geeignete Kennzahlen sind:

Wirkungsgrad

sowie

Gütegrad

sowie

Nutzungsgrad

Prozessbewertung – Wirkungsgrad – Formel

Der Wirkungsgrad $\eta$ gibt uns Auskunft hinsichtlich der Effizienz einer technischen Einrichtung oder Anlage. Er wird als eine dimensionslose Verhältniszahl oder mit einem Prozentsatz angegeben.

Die Formel sieht wie folgt aus:

$\boxed{ \eta = \frac{\Delta E_{Nutz}}{\Delta E_{zu}} }$

Kennzahlen:

$\boxed{\eta = }$ Wirkungsgrad

sowie

$\boxed{\Delta E_{Nutz} = }$ Nutzenergie

sowie

$\boxed{\Delta E_{zu} = }$ zugeführte Energie

undefiniert

Was steckt dahinter?..

Der Wirkungsgrad errechnet sich aus dem Verhältnis der Nutzenergie zur zugeführten Energie.

Prozessbewertung – Gütegrad – Formel

Der Gütegrad $\eta_G$ als Kennzahl erfasst die inneren Verluste einer Maschine. Er gibt dabei an, wie sehr sich der reale thermodynamische Prozess an den theoretischen idealen (nur im Modell erreichbaren) Vergleichsprozess einer Maschine angleicht.

Die Formel sieht wie folgt aus:

$\boxed{ \ny_G = \frac{\eta_{real}}{\eta_{ideal}} }$

Kennzahlen:

$\boxed{ \eta_{Nutz} = }$ Nutzungsgrad

sowie

$\boxed{ \eta_{real} = }$ Realer Wirkungsgrad

sowie

$\boxed{ \eta_{ideal} =}$ Idealer Wirkungsgrad

undefiniert

Was steckt dahinter?..

Der Gütegrad errechnet sich aus dem Verhältnis von real genutzter zu idealerweise genutzter Leistung.

Prozessbewertung – Nutzungsgrad – Formel

Der Nutzungsgrad $\eta_{Nutz}$ beschreibt das Verhältnis von einem maximal möglichen und einem tatsächlich erreichbaren Wert einer Bezugsgröße des energetischen Prozesses.

Die Formel sieht wie folgt aus:

$\boxed{ \eta_{Nutz} = \frac{\Delta P_{Ist}}{\Delta P_{Soll}} }$

Kennzahlen:

$\boxed{ \eta_{Nutz} = }$ Nutzungssgrad

sowie

$\boxed{ \Delta P_{Ist} = }$ Ist-Wert – Leistung

sowie

$\boxed{ \Delta P_{Soll} = }$ Soll-Wert – Leistung

In der Literatur findest du auch alternative Begriffe wie Nutzungsfaktor oder Verfügbarkeitsfaktor, die aber alle das Gleiche meinen.

undefiniert

Was steckt dahinter?..

Der Nutzungsgrad errechnet sich beispielsweise aus dem Verhältnis von zugeführter und nutzbar gemachter Energie.

Prozessbewertung – Kraftwerkstypen – typische Wirkungsgrade

Je nach Erzeugungsart für elektrische Energie ergeben sich für die jeweilige Technologie auch sehr unterschiedliche Wirkungsgrade.

Merk's dir!

Obwohl man hier schon ein mal festhalten sollte, dass die Kennzahlen im Vergleich nur dann realistisch sind, wenn alle Aspekte (Kosten, Aufwand, Wartung, etc.) des Kraftwerks in die Bewertung einbezogen werden.

Kohlekraftwerke

Ein modernes Kohlekraftwerk erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 40 %.

Kernkraftwerke

Derzeit befinden sich noch sechs Kernkraftwerke am Netz. Diese aktiven Kernkraftwerke erwirken wegen ihrer vergleichsweise geringen Dampftemperaturen einen Wirkungsgrad von 35 % bis 40 %.

GuD-Gaskraftwerke

Die neueste Generation von GuD-Gaskraftwerken, also Kraftwerke in denen der Gasturbine noch eine Dampfturbine nachgeschaltet ist, erreichen einen Wirkungsgrad von knapp 60 %.

Wasserkraftwerke

Typische, hierzulande installierte Wasserkraftwerke können unabhängig von Durchlaufmenge des Wasser und Fallhöhe einen Wirkungsgrad von bis zu 90 % der im Fließwasser gebundenen Energie erwirken.

Dabei müssen wir auch nicht zwischen Fließwasserkraftwerken und Höhenwasserkraftwerken unterscheiden.

Windkraftanlagen

Moderne Windkraftanlagen, bzw. Windturbinen, haben einen Wirkungsgrad von ca. 50 %. Mit einem Wert von 50 % sind Windkraftanlagen schon nah am Maximum angelangt. Denn es ist bewiesen, dass der Wirkungsgrad auf knapp 60 % begrenzt ist.

undefiniert

Woran scheitert es?

Die Luft, die an den Rotorblättern vorbei strömt, muss hinter der Turbine abgeführt werden. Darum ist es wichtig, dass ein Teil der Bewegungsenergie der Luftpartikel muss erhalten bleiben.

Solarzellen / Photovoltaik

Man möchte es gar nicht glauben, aber im Vergleich fällt der Wirkungsgrad mit nur 15 % bei Solarzellen eher gering aus.

Unter Bedingungen im Labor und mit der Verwendung von optimalen Werkstoffen können sogar Wirkungsgrade über 40 % erreicht werden.

wie gehts weiter

Wie geht's weiter?

Nachdem wir bereits das Thema Prozessbewertung kennengelernt haben, setzen wir im kommenden Kurstext unsere Betrachtung zur energetischen Bewertung fort.

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