Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU
www.kit.edu
O-Phase: Vorstellung des SchwerpunktesGrundlagen der Energietechnik (für Bachelor)Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg BauerInstitut für Thermische Strömungsmaschinen
Fakultät für Maschinenbau2 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Grundlagen der Energietechnik (Cacuci / Badea) PFLICHT!!!Grundlagen der technischen Verbrennung II (Maas)Hydraulische Strömungsmaschinen I (Gabi)Kernenergie (Cacuci/Badea)Thermische Turbomaschinen I (Bauer)
Photovoltaik (Powalla)Thermische Solarenergie (Stieglitz)Umweltverträgliche Erzeugung elektrischer Energie / Windkraftanlagen (Lewald)Lehrlabor: Energietechnik (Bauer/Maas/Wirbser)Integrierte Messsysteme für strömungstechnische Anwendungen (Bauer/Mitarbeiter)
Wärme- und Stoffübertragung (Bockhorn)Grundlagen der technischen Verbrennung I (Maas)
Kernmodulfächer
Ergänzungsfächer(Bachelor)
Nicht im Modul „Schwerpunkt“ enthalten – aber empfohlene Wahlpflichfächer:
Fakultät für Maschinenbau3 6.6.2012
Ziel 2020 2030 2040 2050
Treibhausgas-Reduktion zu 1990 (%) 40 55 70 80
Reduktion Primärenergieverbrauch zu 2008 (%) 20 50
Energieproduktivität Anstieg von 2,1 % pro Jahr
Reduktion Stromverbrauch zu 2008 (%) 10 25
Anteil EE am Bruttoendenergieverbrauch (%) 18 30 45 60
Anteil EE am Bruttostromverbrauch (%) 35 50 65 80
KWK-Anteil an der Stromerzeugung (%) 25
Übersicht über die aktuellen klimapolitischen Ziele der Bundesregierung
(Que
lle: B
MW
i und
BM
U 2
010;
BM
U 2
011a
)
Fakultät für Maschinenbau4 6.6.2012
Die Vision – wer lässt sie Realität werden?
BMWi, IIIC2
DEU1950
DEU1990
DEU2010
Anteil Erneuerbare am Bruttostromverbrauch (Prozent)
Energieeffizienz BIP/PEV (Mio. € 2010 / PJ)
0
100
200
300
400
500
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Zeitalter derErneuerbaren
Zeitalter derEnergieeffizienz
Energiekonzept 2050
Fakultät für Maschinenbau5 6.6.2012
Einordnung des Schwerpunktes
Einstieg in Vertiefungsrichtung „Energie- und Umwelttechnik“ im Master Maschinenbau, z.B.
SP 21: KerntechnikSP 23: KraftwerkstechnikSP 24: Kraft- und ArbeitsmaschinenSP 27: Modellierung und Simulation in der EnergietechnikSP 41: StrömungslehreSP 45: Technische ThermodynamikSP 46: Thermische TurbomaschinenSP 48: Verbrennungsmotorenweitere SP s. Modulhandbuch
Einstieg in die neuen interdisziplinären Studiengänge „Energietechnik“ bzw. „EnTech“ (KIC InnoEnergy)
Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Fakultät für Maschinenbau6 6.6.2012
Berufsfelder
Auslegung, Projektierung, Berechnung, Konstruktion, Erprobung, Betrieb, Vertrieb,… von Energieanlagen und deren Komponenten sowie ihre Einbettung in ein komplexes Energiesystem einschließlich der relevanten ForschungPotentielle Arbeitgeber:
Hersteller von Energieanlagen, Kraftwerken und deren KomponentenBetreiber von Energieanlagen, …Ingenieurbüros (Planung, Beratung,…)Behörden, NGOsUniversitäten (Promotion) und Forschungseinrichtungen…
Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Fakultät für Maschinenbau7 6.6.2012
275
70
142
240 230
70
751102 Mitarbeiter
200 Mio €
KIT – Zentrum Energie
Fakultät für Maschinenbau8 6.6.2012
PFLICHTFACH
Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Fakultät für Maschinenbau9 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Grundlagen der Energietechnik (Cacuci/Badea)
Ziel ist es, die Grundkenntnisse der Energietechnik für Maschinenbauingenieure zu vermitteln.
Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Energiebedarf, -versorgung, -reserven EnergiebedarfsstrukturenEnergiewandlungTransport von Energie EnergiespeicherGrundlagen der Kostenrechnung Prinzip thermisch/elektrischer Kraftwerke Erneuerbare Energien Energieerzeugung und Umwelt
SWS:3+2LP: 8
SS
KernfachPFLICHT
Fakultät für Maschinenbau10 6.6.2012
ANDERE KERN- UND ERGÄNZUNGSFÄCHER (BA)
Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Fakultät für Maschinenbau11 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Grundlagen der technischen Verbrennung II (Maas)
SWS: 2LP: 4
SS
Kernfach
Aufbauend auf die Vorlesung „Grundlagen der technischen Verbrennung I“, in der neben der Thermodynamik, Transportprozessen und der chemische Kinetik auch auf experimentelle Methoden eingegangen wird, behandelt Teil II eingehender die technischen Details.
Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Turbulente FlammenMotorische VerbrennungsprozesseVerbrennung flüssiger und fester BrennstoffeSchadstoffbildung
Fakultät für Maschinenbau12 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Hydraulische Strömungsmaschinen I (Gabi)
SWS: 4LP: 8
WS
Kernfach
In der Vorlesung werden die Grundlagen zur Berechnung und zum Betrieb von hydraulischen Strömungs-maschinen behandelt. Das Betriebsverhalten von Strömungsmaschinen im Zusammenspiel mit der Anlage wird diskutiert.
Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:EinleitungGrundlagenSystemanalyseElementare TheorieBetriebsverhalten, KennlinienÄhnlichkeit, KennzahlenRegelungWindturbinen, PropellerKavitationHydrodynamische Kupplungen, Wandler
Fakultät für Maschinenbau13 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Quelle: GE (GP7000)
Quelle: Kombi-HeizkraftwerkBerlin-Mitte
Dampfturbine
Quelle: Siemens (V94.3a)
Thermische Turbomaschinen I (Bauer)
SWS: 3LP: 6
WS
Kernfach
Gegenstand der Vorlesung sind Aufbau, Funktion und Einsatz von Thermischen Strömungsmaschinen.Dazu werden sowohl die Aufgaben der einzelnen Komponenten und Baugruppen als auch die Rolle der gesamten Turbine im Kraftwerksprozess erläutert.
Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Grundlagen Thermische TurbomaschinenDampfturbinen - SystemanalyseGasturbinen - SystemanalyseKombikraftwerke und HeizkraftanlagenStrömungsmechanische Grundprinzipen der TurbomaschineWirkungsweise von Turbine und VerdichterArbeitsumsatz in der TurbinenstufeDas ebene, gerade SchaufelgitterRäumliche Strömung und radiales Gleichgewicht
Ergänzend finden Übungen statt.
Fakultät für Maschinenbau14 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Kernenergie (Cacuci / Badea)
SWS: 2LP: 4
SS
Kernfach
Ziel der Vorlesung ist es die Grundkenntnisse der Kernenergie zu vermitteln.
Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Kernspaltung und KernverschmelzungKernenergie in der WeltstromversorgungGrundlagen der KernenergieKettenreaktion, ModerationLeichtwasserreaktorenTransport- und Diffusionsgleichung für die NeutronenflußverteilungReaktordynamikReaktorsicherheitBrutprozesseKernenergiesysteme der Generation IV
Fakultät für Maschinenbau15 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Quelle: Bubenzer et al.: Photovoltaic Guidebook for Decision makers
PV Kraftwerk mit 40 MWp Spitzenleistung(Quelle:Juwi Solar)
Produktionstechnologie für 6m² große a-Si Module (Quelle: Applied Materials)
Strom/Spannungs-Kennlinie einer Solarzelle
mpj
mpU
U
jQ
Photovoltaik (Powalla)
SWS: 3LP: 6
SS
Ergänzungs-fach
Das physikalische Prinzip des Energiewandlers Solarzelle und die Verlustmechanismen werden erarbeitet. Verschiedene Solarzellenkonzepte und Halbleitertechnologien sowie Solargeneratoren in der Praxis werden erläutert.
Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:PV Strom und EnergieversorgungssystemePhysikalische Grundlagen (Licht, Halbleiter) Energiewandlung (p/n Übergang, Wirkungsgrad)Solarzellen (Funktionsprinzip, Verlustanalyse)Siliziumtechnologie: vom Quarz zur SolarzelleDünnschichtsolarzellen, KonzentratorzellenOrganische Solarzellen, FarbstoffzellenPhotovoltaik: Module und ProduktionstechnologiePhotovoltaische Energiesysteme (Komponenten, Systemwirkungsgrad und Langzeitstabilität)
Fakultät für Maschinenbau16 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Thermische Solarenergie (Stieglitz)
SWS: 2LP: 4
WS
Ergänzungs-fach
Quelle: Dynacorps
Quelle: Direkt GmbH
Die Vorlesung erarbeitet die Grundlagen thermischer Solarenergie und die Grundbegriffe. Im Weiteren wird auf die Nutzungsmöglichkeiten der Solarenergie in passiver und aktiver Weise sowie auf verschiedene Bauformen eingegangen.
Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Grundlagen (Strahlung, Leitung, Speicherung)Aktive und passive NutzungSolarkollektoren (Bauformen, Wirkungsgrad)SystemtechnikSolarkraftwerke (Heliostate, Aufwindtypen, etc.)Solare Klimatisierung
Fakultät für Maschinenbau17 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Umweltverträgliche Erzeugung elektrischer Energie / Windkraftanlagen (Lewald)
SWS: 2LP: 4
WS
Ergänzungs-fach
Quelle: Bundesverband WindEnergie e.V.
Gegenstand der Vorlesung die Technik und Nutzung von Windkraft zur Elektrizitätserzeugung. Ausgehend von einem historischen Überblick sowie dem zu Grunde liegenden Medium Wind, wird die grundlegende Aerodynamik sowie Technik von Windkraftanlagen inklusive beispielhafter Netzkopplungen erläutert. Ergänzend wird auf aktuelle Entwicklungen wie Offshore-Windparks oder auch Grundlagen der Netzproblematik bei der Einbindung eingegangen.
Die Vorlesung umfasst folgende Themengebiete:Geschichte der Windkraftanlagen (Systematik)Wind und Windsysteme (global – lokal)Physikalische Nutzung der Windkraft (Betz)Aerodynamische GrundlagenLeistungsregelung und NachführungElektrisches System und NetzkopplungSonstige (aktuelle) Themen
Fakultät für Maschinenbau18 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Lehrlabor: Energietechnik (Bauer/Maas/Dullenkopf/Wirbser)
Ziel des Praktikums ist es interessierten Studenten die Gelegenheit bieten, das wissenschaftliche Arbeiten kennen zu lernen.
Umfang und Inhalt:Mitarbeit an ausgewählten aktuellen ProjektenExperimentelle, konstruktive sowie Theoretische AufgabenstellungenGruppenarbeit (i.A. zwei Teilnehmer pro Gruppe)120 Zeitstunden pro Person (einschl. Dokumentation)Einbindung in aktuelle Arbeiten des InstitutsAuswertung und schriftlicher Dokumentation der ErgebnisseDie Termine werden zwischen dem jeweiligen Betreuer (z.B. Assistenten) und den Studenten vereinbart.
SWS: 3LP: 4
ww
Ergänzungs-fach
PRAKTIKUM
Fakultät für Maschinenbau19 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Integrierte Messsysteme für strömungstechnische Anwendungen (Bauer/Mitarbeiter)
SWS: 3LP: 4
ww
Rechnergestützte Messtechnik spielt in der heutigen Ingenieurspraxis eine herausragende Rolle. Dazu werden in diesem Praktikum grundlegende und praktische Kenntnisse vermittelt.
Das Praktikum umfasst folgende Themengebiete:Auswahl und Einsatz von SensorenSteuerung von Messgeräten mittels IEC-BusEinsatz von DatenerfassungkartenAutomatisierung von Messabläufen in der Programmierumgebung LabVIEWMessung von Massen- und Wärmestrom an einer Versuchsstrecke Ergänzungs-
fachPRAKTIKUM
Fakultät für Maschinenbau20 6.6.2012 Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer – Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
Schwerpunkt: Grundlagen der Energietechnik
FRAGEN