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Steffi87
Anmeldungsdatum: 19.06.2011
Beiträge: 4
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 Steffi87 Verfasst am: 19. Jun 2011 16:01 Titel: Berechnung von Primärenergieverbrauch |
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Meine Frage:
Hallo miteinander,
habe eine Frage zur Berechnung vom Primärenergieverbrauch und habe jetzt etliche Stunden in den Sand gesetzt, ohne für mich brauchbare Erkenntnisse. War in Physik leider immer schon eine Niete und hoffe, dass mir hier jemand weiterhelfen kann, der Druchblick hat. Also das Fallbeispiel lautet wie folgt:
Wie viel Energie brauche ich, um 500 m³ Wasser von 30°C auf 70°C zu erwärmen? Dies soll einerseits durch einen erdgasbetriebenen Kessel im Betrieb geschehen. Alternativ dazu durch elektrische Energie, die durch Erdgas in einem regionalen Dampfkraftwerk erzeugt wird. Hierzu soll ich eben für beide Möglichkeiten den Primärenergieverbrauch eruieren.
Bin sicher nicht zu faul, das selbst zu lösen, wenn ich es nur verstehen würde, wie gesagt: Physik ist mein persönliches rotes Tuch...
Danke schon mal an alle, die sich hier erbarmen und Hilfsstellung leisten!
Liebe Grüße,
Steffi
Meine Ideen:
Also 1 Joule (J) ist gleich 1 Wattsekunde (Ws); habe hier gelesen dass man für 1 Liter Wasser zur Erhöhung der Temperatur um 1 Grad 4167 Joule benötigt (stimmt das?). Also sind die 4167 Joule ja gleich der Wattsekunden, 4167:3600 (Sek./Std.) ergibt 1,1575 Watt pro Stunde = 0,0011575 Kilowatt pro Stunde.
Ein Kubikmeter Wasser hat fast 1000 kg, also habe ich gesamt 500.000 kg Wasser.
Wäre es also richtig, die Kilowatt mit dem Wasser und dem Temperaturunterschied (in °C) zu multiplizieren? Also die 0,0011575 x 500.000 x 40 (70-30 °C)? = 23.150 KWh ???????????? Ist schon viel, oder? Und wie komme ich dann nach den anderen Angaben nach zum Primärenergieverbrauch? |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 19. Jun 2011 19:47 Titel: |
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| Zitat: | | habe eine Frage zur Berechnung vom Primärenergieverbrauch und habe jetzt etliche Stunden in den Sand gesetzt, ohne für mich brauchbare Erkenntnisse. |
dein unteres statement wirkt auf mich, als waere die zeit net komplett verschwendet gewesen: du denkst ansatzweise in die richtige richtung
probiers doch mal so:
die waermemenge die du fuer die erwaermung von wasser investieren musst berechnet sich aus dem produkt der wassermasse mit der temperaturdifferenz und einer konstanten, der sog. spez. waermekapazitaet des wassers (eben jene 4.167 kJ/kg*K)
in formel:
wenn du das benutzt erfaehrst du welche waermemenge Q (in kJ) du da reinsteckst um die 500 l um die angegebene temperaturdifferenz zu erwaermen
mit der von dir ja schon genannten umrechnung J --> Wattsec. kannst du das dann in (ueblicherweise) kWh umrechnen.
--> das ist ein wichtiges zwischenergebnis
soderle. und nun musst du dich nur noch informieren welche moeglichkeiten es gibt die energie da (und mit wieviel % wirkungsgrad) hineinzupruegeln: was liefert erdgas in der direkten befeuerung (--> brennwertkessel, bei 70°C zieltemperatur moeglich), und welche elektrischen wirkunsgrade erreichen gasbetriebene generatoren (--> gaskraftwerk)
--> wikipedia ist dein freund
und dann kannst du dir eben ansehen wieviel erdgas (bzw. darin steckende energie) du brauchst um dein wasser (a) direkt befeuert und (b) indirekt ueber strom zu erwaermen
gruss
ingo |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 19. Jun 2011 22:10 Titel: |
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Sorry, mir erschließt sich nicht so recht, wie man in diesem Zusammenhang die Erzeugungtechnologien von Elektroenergie beurteilen kann / soll. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 19. Jun 2011 23:57 Titel: |
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wieviel kWh strom bekommst du aus einer kWh verbrennungsenergie "gas" in nem gaskraftwerk? wie hoch ist der uebertagungsgrad elektrische energie--> wassererwaermung? ("tauchsieder")
wieviel kWh waermeeintrag in wasser bekommst du analog in nem brennwertkesel?
das wirst du recherchieren muessen...
gruss
ingo
Zuletzt bearbeitet von magician4 am 20. Jun 2011 05:06, insgesamt einmal bearbeitet |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 20. Jun 2011 00:21 Titel: |
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Oder, politisch inkorrekt, wieviel Megawattstunden (um mal eine Energieeinheit zu verwenden) bringt ein kg Uran - überregional? |
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Steffi87
Anmeldungsdatum: 19.06.2011
Beiträge: 4
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| Steffi87 Verfasst am: 20. Jun 2011 08:41 Titel: Berechnung von Primärenergieverbrauch |
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Guten Morgen!
Danke erstmal für's Feedback, macht mir das Ganze zwar etwas verständlicher, am Ziel bin ich aber noch immer nicht. Habe in der Zwischenzeit noch ein bisschen recherchiert und (für mich) neue Erkenntnisse gewonnen:
also ich brauch' für die beiden Varianten ja den Wirkungsgrad (also eine Momentaufnahme für die praktisch durchgeführte Erwärmung des Wassers ohne Bereitschaftswärmeverlusten), hier also den Heizwert (und nicht den Brennwert, denn es steht ja nur was von der Erwärmung in der Angabe und nicht das "volle Programm" mit der z.B. nachfolgenden Abkühlung usw.); beim Gasbrennwertkessel ist dieser Heizwert laut Wikipedia mit max. 111% angegeben (der Heizwert wird auch manchmal "Energiewert" genannt, und das wird ja gefragt, wieviel Energie benötigt wird), laut Fachhändler lassen sich in der Praxis Heizwerte zwischen 103 und 109% realisieren. Soviel zu dem.
Beim mit Erdgas befeuerten Dampfkraftwerk kann es sich ja eh' nur (da Gas und Dampf) um ein GuD (Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerk) handeln, dass (ohne KWK - Kraftwärmekopplung, aber davon steht ja nichts in der Frage) beim derzeitigen Stand der Technik einen Heizwert von bereits 58% erreicht (laut Wikipedia 52%, aber das ist nimmer ganz up to date). Beim GuD-Kraftwerk wird ja mit einer varibalen Anzahl an Gasturbinen sowie einer Dampfturbine Elektrizität erzeugt (ich schreib' das alles nicht zur allgemeinen Belustigung, ich muss nur selber den Überblick bewahren, darum etwas ausführlicher...).
Also habe ich jetzt mal zwei Wirkungsgrade bzw. Heizwerte.
Auch bei der Berechnung nach Ingo's Formel komme ich auf die 23150 KWh. Dieser hohe Wert erschreckt mich noch immer (aber es sind ja immerhin auch 500000 Liter/Kilo Wasser).
Zur Berechnung des Primärenergieverbrauchs (der hier ja gesucht wird) wird in Deutschland das Wirkungsgradprinzip benutzt. Bei den Energieträgern die durch Verbrennen ihre Energie umwandeln, und deren Heizwert bekannt ist (hauptsächlich fossile Energieträger, also auch Erdgas), wird der jeweilige Heizwert mit der jeweiligen eingesetzten Menge (Angabe von Wikipedia; Menge wovon? Masse? KWh?) multipliziert.
Und nun? Kann man die errechneten 23150 KWh jetzt einfach mit den Heizwerten "umrechnen", also beim Kraftwerk dann die 23150 KWh geteilt durch 0,58 (da Annahme, dass Heizwert 58%), ergäbe 44519 KWh und beim Gasbrennwertkessel die 23150 KWh durch angenommene 109%, ergäbe dann 21238 KWh. Können das tatsächlich die beiden Energiemengen sein, die ich benötige, um eine halbe Million Liter/Kilo Wasser von 30 auf 70 Grad zu erwärmen?
Mehr geht bei mir jetzt nimmer, es ist einfach nicht meine Welt...
Wäre für Kommentare/weitere Unterstützung echt dankbar !!!!!!
Liebe Grüße,
Steffi |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 20. Jun 2011 16:14 Titel: |
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hi Steffi,
| Zitat: |
hier also den Heizwert (und nicht den Brennwert, denn es steht ja nur was von der Erwärmung in der Angabe und nicht das "volle Programm" mit der z.B. nachfolgenden Abkühlung usw.);
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aehm...nein
die unterscheidung heizwert-/brennwertkessel bezieht sich NICHT darauf ob du das zu erwaermende wasser nun auf ueber hundert grad erhitzt oder sowas, zumindest nicht direkt, sondern wieweit du die energie einer verbrennung technisch "nutzbar einfangen" kannst.
bei der verbrennung von z.b. erdgas entstehen heisse abgase. diese koennte man ja theoretisch bevor man sie wegschmeisst noch stark abkuehlen, um somit die in ihrer abgabetemperatur repraesentierte energie ebenfalls zu nutzen statt sie zum schornstein rauszuschicken. dies ist allerdings nicht -trivial, da man u.a. die gase dazu auf deutlich unter 100°C "auslutschen" muss, denn bei speziell 100°C wird nochmal ein erheblicher anteil des unterschieds heizwert - brennwert frei, und eben exakt nur da:die sog. "kondensationsenthalpie des wassers".
diese macht von dem unterschied 100% ./. 111% den loewenanteil aus, so um die 10/11tel naemlich.
um das nun aber machen zu koennen, muss man eine "gegentemperatur" haben die < 100°C ist an der sich die gase dann eben auch entsprechend erleichtern koennen, denn waerme fliesst nur von warm nach kalt.
und da du dein wasser nicht ueber 70°C erwaeremen sollst liegen die verhaeltnisse hier technisch geeignet.
ein geraet welches gase bei der verbrennung entsprechend ausnutzt, eben um z.b. wasser damit auf den genannten temperaturbereich zu erwaermen, heisst "brennwertkessel", und weil es sowas gibt umd weil sowas hier das mittel der wahl ist, wuerde ich den brennwertkessel zur wirkungsgrad-berechnung heranziehen.
mithin: du bekommst eine ausnutzug von 111% des heizwerts, und das darfst du dann gut-naeherungsweise als "nahe" an der in der umwandlung "gas + luft (-sauerstoff) ->verbrennungsgase" drin steckenden verbrennungsenthalpie ueberhaupt auffassen.
mithin: du kannst mit einem brennwertkessel einen thermodynamischen wirkungsgrad von (fuer unsere aufgabe jetzt mal grosszuegig um ein paar prozent nach oben gerundet) ~ 100% erreichen
damit wird der wirkungsgrad eines solchen kessels in dem gefragten szenario 1, und dein primaerenergieverbrauch wird:
brennwertkessel: primaerenergiebedarf 1*Q = Q
dein gasheizkraftwerk kann hingegen nicht alle verbrennungsenergie zu strom umwandeln (verschiedene interessante gruende die wir aber grad nicht naeher beleuchten wollen): da werden selbst bei guten anlagen immer noch 42% dessen was da an energie bei der verebrennung freigesetzt wird schlicht verworfen. ( informier dich gelegentlich mal ueber das BHKW konzept: da versucht man dann an die restlichen 42% ranzukommen, allerdings nicht als strom sondern als nutzbare waerme).
aber da wir ueber ein traditionelles gaskraftwerk berichten sollen gilt, wenn man grosszuegig mal deine 58% als das nimmt, was dann auch der tauchsieder zuhaus draus macht (also mal nicht ueber transformations- und leitungsverluste usw. nachdenkt): um Q mit dem tauchsieder zu erzeugen muss ich 1/(58%) * Q im gaskraftwerk verballern. daher
gaskraftwerk: primaerenergiebedarf ~ 1.72 * Q
fazit: der primaerenergiebedarf fuer dein vorhaben bei elektrisch beheiztem aufbau liegt um ~ 72% hoeher als bei nutzung eines brennwertkessels, der gasverbrauch liegt also entsprechend unterschiedlich.
es ist also sinnvoll gas direkt vor ort einzusetzen wenn es um warmwasserbereitung geht, durchlauferhitzer sind vergleichsweise unwirtschaftlich.
die mehrzahl moderner haushalte in D ist aber mit durchlauferhitzern o.ae. ausgeruestet, und eben nicht mit der guiten alten gastherme fuer's warmwasser.
und sowas in der streuung will man glaube ich von dir sehen, und ja, in diesem sinne ist deine obige schlussbetrachtung eben: korrekt.
gruss
ingo |
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Steffi87
Anmeldungsdatum: 19.06.2011
Beiträge: 4
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| Steffi87 Verfasst am: 21. Jun 2011 10:19 Titel: Berechnung von Primärenergieverbrauch |
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Hallo Ingo,
muss sagen du hast ganz schön Ahnung! Danke für dein informatives Feedback!
Das mit dem Blockheizkraftwerk und der Kraft-Wärme-Kopplung hab' ich mir auch überlegt, aber nachdem das so nicht in der Angabe steht, werde ich es auch nicht berücksichtigen und für mich noch komplizierter gestalten als es ohnehin ist.
Sind also die ermittelten Werte von 44519 KWh beim gasbefeuerten Dampfkraftwerk und die 21238 KWh beim Gasbrennwertkessel unter Berücksichtigung der zur Verfügung gestellten Angaben korrekte Werte, die ich so in der Fragenbeantwortung anführen kann bzw. stimmt der Rechengang? Will mir diesen Test nicht wegen eines gravierenden Denkfehlers verhauen, ist (für mich) Gott sei Dank die einzige Fragestellung, die ich nicht (sicher) lösen kann.... .
Danke nochmal für deine Unterstützung!
Liebe Grüße,
Steffi |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 21. Jun 2011 14:02 Titel: |
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| Zitat: | | Sind also die ermittelten Werte von 44519 KWh beim gasbefeuerten Dampfkraftwerk und die 21238 KWh beim Gasbrennwertkessel (...) |
fast
du hast dich von B = 111%H verwirren lassen, weil du gedanklich H = Q gesetzt hattest
dadurch kommst du fuer den brennwertkessel faelschlich auf den von dir vorgeschlagenen zu niedrigen wert.
richtiger ist (wenn wir unsere wohlmeinenden 100% wirkungsgrad unterstellen wie ich es oben getan hab) jedoch B = Q
[H bezieht sich auf das, was man erhalten koennte wenn man das wassergas im abgas NICHT zu fluessigwasser kondensiert, als 100% bezugswert. 100% bei H bedeutet eben dass man diesen verlust komplett aus allen rechnungen im weiteren ausblendet, eine anlage mit H = 100% hat also nur einen tatsaechlichen wirkungsgrad von ~ 90%]
daher:
brennwertkessel: primaerenergiebedarf = Q
Q = 500.000 kg * 40 K * 4.167 kJ/kg*K = 83340 MJ
...was dann in kWh ausgedrueckt die von dir zunaechst korrekt berechneten 23150 kWh ergibt
das ganze mit 1.72 multipliziert:
gaskraftwerk: primaerenergiebedarf = 1.72 Q = 39818 kWh
(irgendwie hattest du da bei der division 23150 : 0.58 ein beziehungsproblem mit deinem taschenrechner)
good luck fuer die pruefung
ingo
Zuletzt bearbeitet von magician4 am 22. Jun 2011 15:22, insgesamt einmal bearbeitet |
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Steffi87
Anmeldungsdatum: 19.06.2011
Beiträge: 4
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| Steffi87 Verfasst am: 22. Jun 2011 10:41 Titel: Berechnung von Primärenergieverbrauch |
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Hallo Ingo!
Danke für dein abermaliges Bemühen, mir das verständlich zu machen - es wirkt mittlerweile! Werd' mir jetzt nur noch meinen falsch funktionierenden Taschenrechner zur Brust nehmen, dann wird's schon schief gehn! |
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