-
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