Seit der ersten Ölkrise im Jahr 1976 versucht die Bundesrepublik Deutschland ihren Erdölverbrauch drastisch zu verringern. Die tatsächlichen Erfolge bei diesem Vorhaben stellen sich bislang als recht bescheiden heraus. Ein Grund dafür dürfte wohl in dem ständig wachsenden Energiebedarf liegen, auf dem scheinbar unsere gesamte Wirtschaft aufgebaut ist. Damit sind volkswirtschaftlicher Erfolg und Beschäftigungslage eng mit dem unklaren Energieangebot verknüpft. Auf einen kurzen Nenner gebracht läßt sich sagen: ,,Je weniger Energie zur Verfügung steht, umso mehr Arbeitslose werden wir zu beklagen haben und umso steiler wird die Inflation anwachsen."
Genau betrachtet haben wir mehr Erdöl und sonstige Energieformen zur ,,Verfügung" als wir tatsächlich bräuchten. Diese ,,verfügbare" Energie ist leider sehr oft deshalb nicht zu gebrauchen, weil sie in Form von Wärme die niedrigste Form der Energie überhaupt darstellt; vor allem dann, wenn sie als Niedertemperaturwärme anfällt, wie z.B. in Wärmekraftwerken.
Soll diese Energie genutzt werden, die immerhin 60 bis 70 Prozent der Primärenergie eines Kraftwerks ausmacht, so sind teure Fernwärmenetze zu errichten. Da ein einziger Anschluß ohne weiteres DM 20.000,- kosten kann, ist ein solcher Wärmeverbund nur in sehr dicht besiedelten Wohngegenden, am besten mit Hochhäusern, wirtschaftlich zu realisieren. Für Flächensiedlungen scheidet daher die Nutzung der Abwärme aus.
Erste Versuche, aus diesem Dilemma herauszukommen, fördert derzeit das Bundesministerium für Forschung und Technologie. Bei diesen Versuchen handelt es sich um sog. Blockheizkraftwerke von nur einigen hundert Kilowatt elektrischer Leistung, die überwiegend von Dieselmotoren oder kleinen Dampfturbinen angetrieben werden. Der Treibstoff ist in der Regel Erdgas oder leichtes Heizöl. Bei diesen kleinen Kraftwerken entspricht der Wirkungsgrad etwa dem der Großkraftwerke. Die Abwärme kann allerdings besser genutzt werden, weil die Wärmeleitungsnetze wesentlich kürzer und damit billiger sind. Wegen der kleinen Dimensionen kann ein solcher Block mitten in ein Wohngebiet gebaut werden, was zudem die Standortsuche vereinfacht. Mit dieser Form der Stromerzeugung lassen sich aber wiederum nur kleine, dichtbesiedelte Wohngegenden mit Abwärme beheizen. Ein paar Straßen weiter würden die Warmwasserrohre wieder zu lange und müßten relativ große Wärmeverluste an den Boden abgeben.
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Inhaltsverzeichnis
- Prinzip einer Kraftheizung
- Idealisierte Kreisprozesse und Prinzipien
- Carnot-Kreisprozeß
- Stirling-Kreisprozeß
- Vergleich der Prozesse von Carnot und Stirling
- Wachsendes Interesse am Stirlingmotor
- Drei Grundtypen nach Collie und eine Erscheinungsform
- Alpha-Typ
- Rinia-Version
- Beta-Typ
- Gamma-Typ
- Alpha-Typ
- Beispiele für Stirlingmotoren in der Praxis
- Stirlingmotor für ein künstliches Herz
- Stirlingmotoren für Unterwasserenergiesysteme und die Raumfahrt
- Stirlingmotoren für Unterwasserenergiesysteme
- Stirlingmotoren für die Raumfahrt
- Probleme bei der technischen Realisierung
- Arbeitsgase
- Thermische Eigenschaften
- Weitere Eigenschaften
- Dichtigkeit der Motoren
- Materialprobleme verschiedener Bauelemente
- Wärmeübergänge
- Regenerator
- Temperaturdifferenzen
- Arbeitsgase
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit untersucht die Eignung des Stirlingmotors für dezentrale, stationäre Energieerzeugung. Die Zielsetzung besteht darin, die Vorteile des Stirlingmotors im Kontext der Kraft-Wärme-Kopplung im Kleinleistungsbereich aufzuzeigen und die Herausforderungen bei seiner technischen Umsetzung zu analysieren.
- Dezentrale Energieerzeugung und Kraft-Wärme-Kopplung
- Funktionsweise und thermodynamische Prinzipien des Stirlingmotors
- Vergleich des Stirlingmotors mit alternativen Technologien
- Technische Herausforderungen und Lösungsansätze bei der Stirlingmotor-Entwicklung
- Potenziale und ökonomische Aspekte des Stirlingmotors für den stationären Einsatz
Zusammenfassung der Kapitel
Prinzip einer Kraftheizung: Dieses Kapitel beschreibt das grundlegende Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung und erläutert den Bedarf an dezentralen Energieerzeugungsanlagen, insbesondere für Flächensiedlungen, wo der Anschluss an teure Fernwärmenetze unwirtschaftlich ist. Es werden die Vorteile kleiner, dezentraler Kraftwerke gegenüber großen zentralen Kraftwerken hinsichtlich der Abwärmenutzung und der Vereinfachung der Standortwahl hervorgehoben. Das Kapitel legt die Grundlage für die spätere Betrachtung des Stirlingmotors als geeignete Technologie für diese Anwendung.
Idealisierte Kreisprozesse und Prinzipien: Dieses Kapitel vergleicht den Carnot-Prozess mit dem Stirling-Prozess. Der Carnot-Prozess dient als theoretischer Idealfall, an dem sich der realistischere Stirling-Prozess messen lässt. Der Vergleich verdeutlicht die thermodynamischen Prinzipien beider Prozesse und hebt die Vorteile und Einschränkungen des Stirling-Prozesses hervor, wie z.B. den geringeren Wirkungsgrad im Vergleich zum idealen Carnot-Prozess, aber auch dessen höhere praktische Umsetzbarkeit. Die Unterschiede in den Prozessabläufen werden detailliert erläutert und graphisch dargestellt (vermutlich).
Wachsendes Interesse am Stirlingmotor: Dieses Kapitel beleuchtet die steigende Bedeutung des Stirlingmotors als vielversprechende Technologie für die dezentrale Energieerzeugung. Es werden die Gründe für das zunehmende Interesse an dieser Technologie dargelegt, welche auf dem Wunsch nach effizienterer und umweltfreundlicherer Energiegewinnung beruhen. Das Kapitel unterstreicht den Fokus auf den geringen Schadstoffausstoß und die effiziente Nutzung von Abwärme, wodurch der Stirlingmotor als attraktive Alternative zu konventionellen Verbrennungsmotoren dargestellt wird.
Drei Grundtypen nach Collie und eine Erscheinungsform: Dieses Kapitel beschreibt die verschiedenen Konstruktionstypen von Stirlingmotoren (Alpha, Beta, Gamma). Es werden die jeweiligen konstruktiven Unterschiede und ihre Auswirkungen auf den Wirkungsgrad und die praktische Anwendbarkeit analysiert. Der Fokus liegt auf dem Vergleich der drei Haupttypen und der Erläuterung der jeweiligen Vor- und Nachteile in Bezug auf Komplexität, Effizienz und Wartung. Die "Erscheinungsform" bezieht sich wahrscheinlich auf eine spezifische Variante oder Implementierung eines dieser Typen.
Beispiele für Stirlingmotoren in der Praxis: In diesem Kapitel werden konkrete Beispiele für den Einsatz von Stirlingmotoren in verschiedenen Anwendungen vorgestellt, wie z.B. in künstlichen Herzen und in Unterwasserenergiesystemen oder der Raumfahrt. Die Beispiele verdeutlichen die Vielseitigkeit des Stirlingmotors und seine Eignung für unterschiedliche Leistungsbereiche und Einsatzbedingungen. Die Diskussion der verschiedenen Anwendungsfälle unterstreicht das breite Anwendungspotential des Stirlingmotors.
Probleme bei der technischen Realisierung: Dieses Kapitel befasst sich mit den Herausforderungen bei der technischen Umsetzung von Stirlingmotoren. Es werden die Probleme bei der Auswahl geeigneter Arbeitsgase, der Dichtigkeit der Motoren, sowie die Materialprobleme verschiedener Bauelemente (Wärmeübergänge, Regenerator, Temperaturdifferenzen) im Detail analysiert. Das Kapitel stellt die technischen Hürden dar, die bei der Entwicklung und dem Einsatz von Stirlingmotoren überwunden werden müssen.
Schlüsselwörter
Stirlingmotor, dezentrale Energieerzeugung, Kraft-Wärme-Kopplung, stationärer Einsatz, thermodynamische Kreisprozesse, Wirkungsgrad, Abwärmenutzung, technische Realisierung, Materialprobleme, Arbeitsgase.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Diplomarbeit: Stirlingmotor für dezentrale, stationäre Energieerzeugung
Was ist der Gegenstand dieser Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit untersucht die Eignung des Stirlingmotors für die dezentrale und stationäre Energieerzeugung, insbesondere im Hinblick auf Kraft-Wärme-Kopplung im Kleinleistungsbereich. Sie analysiert die Vorteile des Stirlingmotors, aber auch die Herausforderungen bei seiner technischen Umsetzung.
Welche Themen werden in der Arbeit behandelt?
Die Arbeit behandelt verschiedene Aspekte des Stirlingmotors, inklusive seines thermodynamischen Prinzips (Vergleich mit dem Carnot-Prozess), verschiedener Konstruktionstypen (Alpha, Beta, Gamma), praktischer Anwendungsbeispiele (künstliches Herz, Unterwasserenergiesysteme, Raumfahrt), und der technischen Herausforderungen bei seiner Realisierung (Arbeitsgase, Dichtigkeit, Materialprobleme).
Welche Arten von Stirlingmotoren werden betrachtet?
Die Arbeit beschreibt die drei Grundtypen von Stirlingmotoren nach Collie (Alpha, Beta, Gamma) und untersucht deren konstruktive Unterschiede und Auswirkungen auf Wirkungsgrad und Anwendbarkeit. Eine spezielle Variante oder Implementierung eines dieser Typen wird ebenfalls erwähnt.
Welche Vorteile bietet der Stirlingmotor für die dezentrale Energieerzeugung?
Die Arbeit hebt die Vorteile des Stirlingmotors im Kontext der Kraft-Wärme-Kopplung hervor, insbesondere die effiziente Nutzung von Abwärme, der geringe Schadstoffausstoß und die Möglichkeit einer dezentralen, standortunabhängigen Energieerzeugung, was insbesondere für Flächensiedlungen relevant ist, wo der Anschluss an teure Fernwärmenetze unwirtschaftlich sein kann.
Welche Herausforderungen bestehen bei der technischen Umsetzung des Stirlingmotors?
Die Arbeit analysiert detailliert die technischen Herausforderungen, darunter die Auswahl geeigneter Arbeitsgase, die Sicherstellung der Dichtigkeit der Motoren und Materialprobleme bei verschiedenen Bauelementen (Wärmeübergänge, Regenerator, Temperaturdifferenzen).
Wie wird der Stirlingmotor im Vergleich zu anderen Technologien bewertet?
Die Arbeit vergleicht den Stirlingmotor mit dem Carnot-Prozess als theoretischem Idealfall und vermutlich auch mit anderen alternativen Technologien zur dezentralen Energieerzeugung, um seine Stärken und Schwächen im Kontext der Kraft-Wärme-Kopplung aufzuzeigen.
Welche Anwendungsbeispiele für Stirlingmotoren werden genannt?
Die Arbeit präsentiert konkrete Beispiele für den Einsatz von Stirlingmotoren, einschließlich Anwendungen in künstlichen Herzen, Unterwasserenergiesystemen und der Raumfahrt, um die Vielseitigkeit und das breite Anwendungspotenzial des Stirlingmotors zu illustrieren.
Welche Schlüsselwörter beschreiben den Inhalt der Arbeit?
Schlüsselwörter umfassen: Stirlingmotor, dezentrale Energieerzeugung, Kraft-Wärme-Kopplung, stationärer Einsatz, thermodynamische Kreisprozesse, Wirkungsgrad, Abwärmenutzung, technische Realisierung, Materialprobleme, Arbeitsgase.
- Citar trabajo
- Christoph Müller (Autor), 1981, Der Stirlingmotor für den dezentralen stationären Energieeinsatz, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/159
