Elektrische Energieversorgung 2 (eBook)

Vorwort 5
Vorwort zur 1. Auflage 5
Inhaltsverzeichnis 7
TEIL I Energiewirtschaft, Elektrizitätswirtschaft 25
1 Energiewirtschaft und Klimawandel 26
1.1 Grundbegriffe, geschichtlicher Rückblick 26
1.2 Verfügbarkeit der Primärenergie 30
1.3 Energiebedarf, allgemeine Grundlagen 42
I .5 Weltweiter Energieverbrauch 55
1.6 Zukünftige Entwicklung des Weltenergiebedarfs 65
1.7 CO2- Emissionen und Klimaschutz 68
2 Wirtschaftlichkeitsberechnungen 76
2.1 lnvestitionsrechnung, Diskontierungsverfahren 77
2.2 Kosten der Energie 81
3 Elektrizitätswirtschaft, Liberalisierung 86
3.1 Verbrauch elektrischer Energie 86
3.2 Deckung des Elektrizitätsbedarfs 90
3.3 Wasserkraftwerke 95
3.4 Thermische Kraftwerke 97
3.5 Wettbewerb im Elektrizitätssektor 101
3.6 Strompreisgestaltung 109
3.7 Funktionsweise liberalisierter Elektrizitätsmärkte 127
3.8 Risikomanagement in der Elektrizitätswirtschaft 180
TEIL II Kraftwerktechnik Energieumwandlung 241
4 Wasserkraftwerke 242
4.1 Hydrologische Planungsgrundlagen 242
4.2 Laufkraftwerke 244
4.3 Speicherkraftwerke 247
4.4 Wasserturbinen 254
4.5 Dynamik 273
5 Thermische Kraftwerke, Wärmepumpe 291
5.1 Dampfkraftprozess 291
5.2 Gasturbinenprozess 295
5.3 Kombiprozesse 302
5.4 Wärme-Kraft-Kopplung 304
5.5 Fossilgefeuerte Dampfkraftwerke 309
5.6 Kernkraftwerke 319
5.7 Kraftwerke mit kombiniertem Gas- und Dampfprozess 335
5.8 Kraftwerksleittechnik 342
5.9 Die Wärmepumpe 345
TEIL III Alternative Stromerzeugung 359
6 Wind kraftwerke 360
6.1 Die kinetische Energie des Windes 360
6.2 Windradtypen und ihre Leistung 365
6.3 Horizontalachsige Windrotoren 368
6.4 Moderne horizontalachsige Windturbinen 372
6.5 Andere Windradtypen 373
6.6 Betrieb und Regelung, Auslegung 379
7 Photovoltaik 384
7.1 Physikalische Grundlagen, photoelektrischer Effekt 384
7.2 Photovoltaischer Effekt, Photostrom 388
7.3 Solarzelle, Gesamtwirkungsgrad 395
7.4 Die Sonne als Energiequelle 404
7.5 Systemtechnik 416
8 Brennstoffzellen 423
8.1 Aufbau und Typen 423
8.2 Prinzip und Modell 425
8.3 Brennstoffzellen für stationäre Anwendungen 428
9 Kernfusion 431
9.1 Grundlagen des Fusionsprozesses 431
9.2 Der Fusionsreaktor 433
9.3 Stand und Perspektiven der Kernfusion 443
TEIL IV Regelung und Stabilität des Energieversorgungsnetzes 445
10 Modellierung und Simulation 446
10.1 Generatormodelle und sonstige Einspeisungen 447
10.2 Lastmodelle 454
10.3 Netzdarstellung 458
10.4 Simulationsprogramme 459
11 Drehzahl- und Frequenzleistungsregelung 492
11.1 Primärregelung 493
11.2 Frequenzregelung im lnselnetz 503
11.3 Frequenzleistungsregelung im Verbund 506
12 Synchronisierung und Polradwinkelstabilität 509
12.1 Synchrongruppe am starren Netz 509
12.2 Dynamik der kleinen Störungen 520
12.3 Verhalten bei großen Störungen 527
12.4 Modellierung mit subsynchronen Schwingungen 538
12.5 Transiente Analyse von Mehrmaschinensystemen 541
12.6 Lineare Analyse von Mehrmaschinensystemen 557
12.7 Polradwinkelstabilität und ihre Analyse in der Praxis des Netzbetriebs 564
13 Spannungsregelung und Spannungsstabilität 579
13.1 Erregersysteme und Spannungsregelung der SM 580
13.2 Regelung von Stufentransformatoren 592
13.3 Geregelte Kompensationsanlagen 596
13.4 Statische Spannungsstabilität der SM 602
13.5 Statische Spannungsstabilität im vermaschten Netz 614
13.6 Dynamik 616
Teil V Betriebsplanung und -führung 618
14 Betriebsplanung 619
14.1 Mikroökonomische Grundlagen 619
14.2 Betriebsoptimierung eines vertikal integrierten Energieversorgungsunternehmens 621
14.3 Betriebsoptimierung bei Wettbewerb 644
15 FACTS-Elemente 654
15.1 Übersicht 654
15.2 Technologie 659
15.3 Aufbau und stationäres Betriebsverhalten 680
15.4 Modellierung für die Effektivwertsimulation 714
15.5 Einsatzortbestimmung 729
15.6 Verbesserung der transienten Stabilität 735
15.7 Verbesserung der Versorgungsqualität 746
16 Leit- und Informationstechnik 759
16.1 Überblick 759
16.2 Feld- und Stationsleittechnik 761
16.3 Phasenwinkelmessungen 779
16.4 Fernwirktechnik 780
17 Netzleittechnik für elektrische Energienetze 783
17.1 Marktumfeld, Anforderungen an die Netzleittechnik 783
17.2 Systemkonzeption für Netzleitsysteme 785
17.3 Systemarchitektur 786
17.4 Domänen- und Funktionsüberblick 789
17.5 Bedien- und Anwendungsfunktionen 812
17.6 Daten-Management 814
17.7 Systemkonfigurationen 824
17.8 Systemübergreifender Workflow 826
17.9 Systemintegrationskonzepte 828
17.10 Ausblick 829
ANHANG 830
Anhang I Thermodynamik 831
1.1 Grundbegriffe 831
1.2 Kreisprozesse 837
1.3 Teilprozesse 840
1.4 Technische Kreisprozesse 844
Anhang ll Kernphysikalische Grundlagen 846
II.1 Aufbau des Atoms und Bindungsenergie 846
II.2 lsotope 849
II.3 Radioaktivität 850
II.4 Kernreaktionen 851
II.5 Wirkungsquerschnitt und Reaktionsrate 851
II.6 Die Kernspaltung 853
Anhang III Dynamik und Regelungstechnik 857
III.1 Darstellung linearer Systeme 857
III.2 Stabilität 859
III.3 Kopplung linearer Teilsysteme 860
III.4 Modale Analyse 861
III.5 Netzdarstellung für höhere Frequenzen 863
III.6 Elementare lineare Regelungstechnik 865
Anhang IV Berechnung der Blindleistungen im Rahmen der linearen Analyse von Mehrmaschinensystemen 870
IV. l Blindleistungsabgabe der Generatoren 870
IV.2 Lineare Analyse des Mehrmaschinensystems 871
Anhang V Optimierung 873
V. l Lagrange-Verfahren 873
V. 2 Optimaler Leistungsfluss ( OPF) 875
Anhang VI Gamma- Funktion 877
Anhang VII Lösung der Aufgaben 879
Aufgabe 4.1 879
Aufgabe 4.2 879
Aufgabe 6.1 881
Aufgabe 6.2 882
Anhang Vlll Mollier-Diagramm, Kältemittel 883
Literaturverzeichnis 887
Sachverzeichnis 897