Vortrag China 2013 Thermodynamik Teil 2
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3. Die Richtung der Energieumwandlungsprozesse能量转换的方向 Umwandlung von Wärme in Arbeit ist nur eingeschränkt möglich.只在有限条件下热能才能变为功 - Zustandsgröße Entropie S: 熵值 Entropie Arbeit oder Wärme Temperatur 功或热 温度 [s] = J/(kg K) = W/K _________________________________________ intensiv-spezifisch Strom 物性参数 物性流 - Entropieverhalten abgeschlossener Systeme: 封闭系统的熵 Abgeschlossene Systeme sind in der Technik nicht wichtig! 封闭系统对技术应用不重要 irreversibel, adiabat (natürlich): Reversibel, adiabat: unmöglich (erzwungen, künstlich): ds > 0 ds = 0 ds < 0 不可逆，绝热（自然） 可逆，绝热 不可能发生（强制，人工） - Entropieverhalten geschlossener und offener Systeme:密闭系统和开放系统 ds > 0 ds = 0 ds < 0 - Exergie offener Systeme:开放系统的可用能（火用 ） Systeme können nur dann Arbeit verrichten, wenn sie nicht mit der Umgebung im Gleichgewicht sind, d.h. wenn sich ihr Zustand von der Umgebung unterscheidet. Exergie ist die maximal gewinnbare technische Arbeit. Isentrop Exergiestrom: 火用 流 isotherm H H T S S E U U U E kW Index U Umgebungsbedingungen Exergie ist die Energie, die sich bei vorgegebener Umgebung in jede andere Energieform umwandeln lässt. Anergie ist dagegen die Energie, die nicht als Exergie genutzt werden kann. Energie 能量 = Exergie 火用 + Anergie 无用能 ∘ Bei allen Prozessen bleibt die Summe aus Exergie und Anergie konstant. ∘ Sämtliche irreversiblen Vorgänge sind mit einem Verlust an Exergie, d.h. mit der Umwandlung von Exergie in Anergie, verbunden. ∘ Ein Vorgang zur Verwandlung von Anergie in Exergie ist unmöglich. ∘ reine Exergie: elektrischer Strom, potenzielle und kinetische Energie 纯粹的火用 ：电流，势能和动能 - Freie Energie nach HELMHOLTZ / Freie Enthalpie nach GIBBS:自由能/自由焓 等容过程 等压过程 isochor f uT s isobar g hT s f g freie Energie, J/kg freie Enthalpie, J/kg Die Freie Energie/Freie Enthalpie ist der Teil der Inneren Energie/Enthalpie, der bei einem reversiblen Vorgang in jede beliebige Energieform verwandelbar ist. Die gebundene Energie T⋅s ist der Teil, der bei konstanter Temperatur einem System nicht als Nutzarbeit (oder chemischer Energie) entzogen werden kann, sondern nur als Wärme zur Verfügung steht. -- Verhalten geschlossener und offener Systeme: df, dg < 0: natürlich, selbständig, spontan verlaufender Vorgang 自发过程 df, dg = 0: Gleichgewicht df, dg > 0: unmöglicher, erzwungener, künstlicher Vorgang - Zustandsfunktion der Freien Energie/Freien Enthalpie: -- Allgemeine Prozesse: isochor df s dT p dv isobar dg s dT v dp -- Chemisch-physikalische Prozesse, isobar: 0 0 0 gR,n hR,n T s R,n Δh0R,n Δs0R,n Δg0R,n molare Standardreaktionsenthalpie, kJ/mol molare Standardreaktionsentropie, kJ/(mol K) molare Freie Standardreaktionsenthalpie, kJ/mol --- Berechnung der molaren Standardreaktionsgrößen aus den molaren Standardbildungsgrößen 0 0 0 hR,n j HB,n,j j HB,n,j j1 Produkt j1 Edukt 0 0 0 s R,n j S B,n,j j S B,n,j j1 Produkt j1 Edukt Beispiel: Ist folgende chemische Reaktion möglich? Kohlenstoff + 6C + Wasserstoff 3 H2 → Benzen → C6H6 Benzen: [Daten Atkins] molare Standardbildungsenthalpie molare Standardbildungsentropie Kohlenstoff: molare Standardbildungsenthalpie molare Standardbildungsentropie Wasserstoff H2 : molare Standardbildungsenthalpie molare Standardbildungsentropie ΔH0B,n = 82,92 kJ/mol ΔS0B,n = 0,2693 kJ/(mol K) ΔH0B,n = 0 kJ/mol ΔS0B,n = 0,0057 kJ/(mol K) ΔH0B,n = 0 kJ/mol ΔS0B,n = 0,1307 kJ/(mol K) Daraus folgt: molare Standardreaktionsenthalpie molare Standardreaktionsentropie Δh0R,n = 82,92 kJ/mol Δs0R,n = 0,2693 – 3·0,1307-6·0,0057) = -0,157 kJ/(mol K) molare freie Standardreaktionsenthalpie Δg0R,n = Δh0R,n – T Δs0R,n = 82,92 – 298·(-0,157) Δg0R,n = 129,78 kJ/mol Δg > 0: unmöglicher, erzwungener, künstlicher Vorgang 4. Kreisprozesse 循环过程 ∘ Rechtskreisprozess: 右循环 Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit (Wärmekraftmaschine) 热机做功 ∘ Linkskreisprozess: 左循环 Wärmetransport von niederer Temperatur auf höhere Temperatur (Wärmepumpe) 热泵 Rechtskreisprozess - Kreisprozess ohne Nutzeffekt, da reversible, adiabate Zustandsänderungen: 由于可逆， 绝热的状态变化产生的无效循环 等熵 w t,12 w t,21 Expansion Kompression Die Turbine treibt den Kompressor an. -Rechtskreisprozess mit Nutzeffekt durch Wärmezu- und Wärmeabfuhr: 通过热交换产生的有效右循环 1→1'→2: Wärmezufuhr und Expansion: 加热膨胀 q11' + wt,1'2 = h2 - h1 2→2'→1: Wärmeabfuhr und Kompression: 除热压缩 q22' + wt,2'1 = h1 - h2 (+) _______________________________ (q11' + q22') + (wt,1'2 + wt,2'1) = 0 >>0 <0 <<0 >0 qK -wK qK wK Kreiswärme, J/kg Kreisarbeit, J/kg qK w K mit: PK w K m q m Q K K Vorzeichenregel: 标识 qK > 0: Kreiswärme wird zugeführt wK < 0: Kreisarbeit wird abgeführt -Thermischer Wirkungsgrad ηth: 热效率 Zur Beurteilung der Effektivität der Umwandlung von Wärme in technische Arbeit. PNutzen th PAufwand th wK q zu q zu q ab q ab qK T 1 1 ab 1 q zu q zu q zu Tzu Satz: Auch in der vollkommensten Wärmekraftmaschine kann Wärme niemals vollständig in Arbeit umgewandelt werden. ∘ da Abwärme qab auftritt folgt ηth < 1 ∘ da die Abwärme nicht bei 0 K abgeführt wird, folgt ηth < 1 ∘ ohne Wärmeabfuhr wäre ηth = 1, Perpetuum mobile (2. Art) (unmöglich) ∘ CARNOT-Prozess: 卡诺循环 Der CARNOT-Prozess beschreibt die Güte einer thermodynamischen Energieumwandlung von Wärme in Arbeit. Er ist technisch nicht realisierbar. 1→2: isotherme Kompression mit Wärmeabfuhr 等温压缩 2→3: isentrope Kompression 等熵压缩 3→4: isotherme Expansion mit Wärmezufuhr 等温膨胀 4→1: isentrope Expansion 等熵膨胀 s Spezifische Entropie, J/(kg K) CARNOT-Prozess technisch nicht realisierbar weil: 卡诺循环不可能实现 · isentrope Prozesse nur in sehr schnellen Prozessen vorstellbar 极高速等熵 · isotherme nur in sehr langsamen Prozessen vorstellbar 极慢速等温 - Thermischer Wirkungsgrad ηth: 热效率 T th 1 min Tmax für: folgt: Tmin = 0 K oder Tmax = ∞ ηth = 1 nicht realisierbar Satz: Es ist kein Kreisprozess mit einem höheren thermischen Wirkungsgrad als beim CARNOT-Prozess denkbar. 具有高效热效率的卡诺循环是不可实现的 Beispiele: · Wie groß ist der thermische Wirkungsgrad wenn die Wärme bei 550 °C zu und bei 30 °C abgeführt wird. 在高温加热在低温移出热其热效率多少 th.C 1 Tmin 30 + 273 1 Tmax 550 + 273 th.C 0,632 tatsächlicher Wirkungsgrad: ηth = 0,43 实际热效率 · Kraftwerk 50+ bei >700 °C, 350 bar: ηth.C = 0,689 Zu große Werkstoff- und Fertigungsprobleme! 物料及加工困难 ∘ ERICSON-Prozess: Kreisprozess mit regenerativer Wärmeübertragung in nur einem Wärmeübertrager 1→2: isotherme Kompression mit Wärmeabfuhr (gekühlter Kompressor) 冷却压缩 2→3: isobare Wärmezufuhr (regenerativ) 等压过程 加热 再生 3→4: isotherme Expansion mit Wärmezufuhr (beheizte Turbine) 加热汽轮机 4→1: isobare Wärmeabfuhr (regenerativ) 等压过程 移出热 再生 A Wärmeübertragungsfläche, m² Der Wärmeübertrager muss sehr groß sein. Es ist nur eine Gegenstromführung möglich. 热交换器需要极大面积，只在逆 流下可能 -- Thermischer Wirkungsgrad ηth: 热效率 Der thermische Wirkungsgrad ist so groß wie beim CARNOT-Prozess: 热效率 如卡诺循环 th 1 Tmin Tmax ∘ Einfacher JOULE-Prozess: Der JOULE-Prozess hat eine sehr große Bedeutung als Vergleichsprozess für Gasturbinenanlagen: 对汽轮机具有典型意义 ⋅ Gasturbinenkraftwerk 汽轮发电 ⋅ Strahltriebwerk für Flugzeug 喷气机 1-2: 2-3: 3-4: 4-1: isentrope Kompression isobare Wärmezufuhr 等压过程 isentrope Expansion isobare Wärmeabfuhr 等压过程 Bei Gasturbinenanlagen ist zwischen geschlossenen und offenen Kreisprozessen zu unterscheiden. 涡轮机在密闭过程和开放过程中不同 -- Thermischer Wirkungsgrad ηth: p th 1 1 p2 1 1 1 mit: ηth = f(π, κ) 1 p2 p1 π κ Kompressionsverhältnis, Isentropenexponent, - 等熵膨胀 - geschlossener JOULE-Prozess: 密闭过程 - offener JOULE-Prozess: 开放过程 ∘ Brennkammer mit indirekter Erhitzung间接加热 ∘ Brennkammer mit direkter Erhitzung直接加热 ∘ Kühler wird durch die Umgebung ersetzt ∘ Arbeitsmittelkreislauf von der Umgebung ∘ Brennstoff muss rückstandsfrei verbrennen, stofflich getrennt:→ keine Verschmutzung um die Turbinenschaufeln nicht zu schädigen. κ = 1,67 Edelgase; κ = 1,4 Luft; κ = 1,3 CO2 - Verbrennungsmotor: 热机 Bei Verbrennungsmotoren wird die chemische Energie des Brennstoffes durch Verbrennung im Arbeitsraum in Wärme umgewandelt, d.h. die Wärmezufuhr erfolgt von innen. ∘ OTTO-Prozess (Gleichraumprozess): 等容过程 1-2: isentrope Kompression p q zu 3 2-3: isochore Wärmezufuhr 3-4: isentrope Expansion 2 4-1: isochore Wärmeabfuhr 等容过程 Iso cho re Isen trope w - K 4 q ab a 1 v A n saug -A u spu ff lni ei T 3 Iso cho re 2 qK Isen trope 4 1 s Viertaktmotor: 四冲程发动机 1. Hub: a - 1 Ansaugen des Kraftstoffgemisches 吸入燃料 2. Hub: 1 - 2 isentrope Verdichtung 等熵压缩 2-3 Ende des Hubes: 点燃并等容燃烧, 等容加热 Zündung des verdichteten Gemisches mittels Zündfunken und isochore Verbrennung, d.h. isochore Wärmezufuhr 3. Hub: 3 - 4 Isentrope Expansion, wobei die Arbeit auf den Kolben übertragen wird. 4-1 Ende des Hubes: Öffnen des Auslassventiles und der Druck sinkt bei gleichem Volumen, d.h. isochore Wärmeabfuhr. 等容移出热 4. Hub: 1 - a Ausstoß der restlichen Verbrennungsgase aus dem Zylinder 排出残留 -- Thermischer Wirkungsgrad ηth:热效率 v th 1 2 v1 1 1 1 1 mit: v1 v2 ε Verdichtungsverhältnis, -压缩比 Der OTTO-Motor arbeitet um so günstiger, je höher die Verdichtung und je höher die Arbeitstemperatur ist. Grenzen werden durch die Selbstzündungstemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches gesetzt. ε = 6 ... 10 压缩越大或温度越高越有利，极限为自燃点 ∘ DIESEL-Prozess (Gleichdruckprozess): 柴油机-等压过程 zu 1-2: isentrope Kompression p T 2-3: isobare Wärmezufuhr Isoba re 3 2 Isoba re 3-4: isentrope Expansion 2 Isen trope qK 4-1: isochore Wärmeabfuhr 4 Iso cho re a w - K q ab v A n saug A - u spu ff lni ei 1 1 3 Isen trope 4 Iso cho re s Viertaktmotor:四冲程发动机 1. Hub: a - 1 Ansaugen der Luft 吸入空气 2. Hub: 1 - 2 isentrope Verdichtung 等熵压缩 3. Hub: 2 - 3 Beginn des Hubes: Brennstoff wird fein verteilt eingespritzt, der sich sofort selbst entzündet. Die Brennstoffzufuhr wird so geregelt, dass bei Ausweichen des Kolbens p = konst. ist. 喷入雾化柴油并自燃 3-4 weiterer Hub: Nach der Verbrennung expandieren die Gase isentrop. 等熵膨胀 4-1 Ende des Hubes: Auslassventil öffnet sich und der Druck fällt isochor auf den Umgebungsdruck (isochore Wärmeabfuhr) 等容移出热 4. Hub: 1 - a Ausstoß der restlichen Verbrennungsgase aus dem Zylinder. 排尽 -- Thermischer Wirkungsgrad ηth: 热效率 th 1 mit: 1 1 1 v1 v2 v3 v2 ε φ Verdichtungsverhältnis, - 压缩比 Einspritzverhältnis, - 喷入比 Der thermische Wirkungsgrad des DIESEL-Prozesses ist vom Verdichtungsverhältnis ε, und auch vom Einspritzverhältnis φ abhängig. 热效率与压缩比和喷入比有关 Der thermische Wirkungsgrad steigt mit wachsendem ε, aber mit fallendem φ, ist also bei kleinerer Wärmezufuhr größer. ε = 16 ... 25; φ = 2 ... 5 -- Schema eines DIESEL-Motors: 1: Zylinder 气缸 2: Kolben 活塞 3: Einlassventil 进气门 4: Einspritzdüse 喷嘴 5: Auslassventil 排气门 6: Pleulstange 曲柄连杆 -- Schiffsdiesel: ∘ Weltgrößte Containerschiffe 2006: Emma-Klasse der Reederei Maersk-Line, Dänemark 14.770 TEU Standardcontainer (größtes Schiff Marco Polo, 16.000 TEU, französische Reeder CMA CGM) Länge: 长度 397 m Antrieb: 14-Zylinder Diesel 动力 80 MW Bohrung: 缸径 960 mm Hub: 行程 2.500 mm Hubraum eines Zylinders: 1.809 l Gesamthubraum: 总排量 25.326 l Wirkungsgrad: 效率 49 % Treibstoffverbrauch bei voller Leistung:额定功率下燃料 14,4 m³/h = 2,7 l Schweröl/(100 km und Container mit 14 t) Vergleich: OTTO-Prozess th 1 1 1 DIESEL-Prozess th 1 1 1 >1 wenn: → εOTTO = εDIESEL ηth,OTTO > ηth,DIESEL da aber: εOTTO << εth,DIESEL → ηth,OTTO < ηth,DIESEL 1 Linkskreisprozess - Linksläufige Kreisprozesse (Arbeitsmaschinenprozesse): -- Zufuhr mechanischer Energie -- Wärmeabgabe größer als Wärmezufuhr - Durch einen Linkskreisprozess kann durch Aufwand von Arbeit innere Energie entgegen dem natürlichen Temperaturgefälle auf ein höheres Temperaturniveau gehoben werden. -- Wärmepumpenprozess, z.B. als Heizenergie für ein Wohnhaus. -- Kältemaschinenprozess, z.B. bei der Kühlung eines Raumes - Umkehrung des CARNOT-Prozess: 1-4: isentrope Kompression 4-3: isotherme Kompression mit Wärmeabfuhr (auf hohem Temperaturniveau) 3-2: isentrope Expansion 2-1: isotherme Expansion mit Wärmezufuhr (auf tiefem Temperaturniveau) 5. Spezielle Energieumwandlungen 特殊的能量转换 Brennstoffzelle 8./9.: elektrische Energie ↔ chemische Energie 燃料电池 化学能/热能 10.: chemische Energie → thermische Energie Akkumulator 蓄电池 5./6.: potentielle Energie ↔ kinetische Energie 势能/动能 Öl-/Gasheizung 动能/电能 3./4.: kinetische Energie↔ elektrische Energie Motor 辐射能/热能 11.: Strahlungsenergie → thermische Energie Solarkollektor LED-Lampe 辐射能/电能 1./2.: Strahlungsenergie ↔ elektrische Energie Generator Solarzelle (Photovoltaik) Wirkungsgrade für die Speicherung und die Umwandlung sind multiplikativ verknüpft. 存储和转换效率受多因素影响 ηges = η1 = 0,9 ηges = η1 η2 = 0,9 ∙ 0,9 = 0,81 ηges = η1 η2 η3 = 0,9 ∙ 0,9 ∙ 0,9 = 0,729 ηges = η1 η2 η3 η4 = 0,9 ∙ 0,9 ∙ 0,9 ∙ 0,9 = 0,656 ◦ Energieumwandlungen werden verwendet für: 能量转换应用情况 ∙ Spezielle Anwendungen (Bahn, Heizung, Kühlung … ) 特殊应用 ∙ Speicherung von Energie (Wasser im Speicherbecken, … ) 能量存储 ∙ Transport von Energie (Hochspannungsleitung, Gaspipeline, … ) 能量转移 ◦ Der elektrische Strom ist eine sehr hochwertige Energieform (reine Exergie): 21 % Strom aus erneuerbarer Energieträgern ∙ Vorteil: universell verwendbar 应用普遍 Informationstechnologie 信息 Produktion (Kupfer) 生产 Licht 光源 Antriebe 动力 Wärme 热量 Transport 传输 ∙ Nachteil: Viele Verluste bei der Herstellung, schwer speicherfähig 损失大，难存储 ∙ Kohlekraftwerk: ηth = 43 % 火力发电 ∙ Gas- und Dampfkraftwerk: ηth = 60 % 天然气-蒸汽发电 ◦ Die thermische Energie, „Wärme“ (latente und sensible Wärme): 热能（潜热和显热） ∙ Vorteil: leicht herstellbar, relativ gut speicher- und transportierbar易产生存储和传输方便 Müllheizkraftwerk Bremerhaven, 2009 in Deutschland: 69 Anlagen im Bau Fernwärmeleitungen 热力管道 ∙ Nachteil: Nur bedingt umwandelbar (2. Hauptsatz), beschränkte Umwandelbarkeit in Arbeit ◦ Erneuerbare Energie: 可再生能源 ∙ Wasserkraft 水力 ∙ Windenergie 风能 ∙ Solare Strahlung 太阳能 - thermische Solaranlagen 太阳热能 - Photovoltaikanlagen 太阳能电池 Hausdach, ca. 10 kWp 屋顶 Hausfassade 墙面 Solarpark Finsterwalde, Brandenburg, 80,7 MWp 太阳能发电站 ◦ Die Erdwärme: 地热 Unterhaching , Bayern, größtes Erdwärmekraftwerk Deutschlands, Tiefenbohrung 3.500 m Wasserkreislauf 133 °C; 3,36 MW Strom; 38 MW thermische Leistung; ab 2009 Kalina-Technik: Wärmeübertragung an Wasser-Ammoniak-Gemisch (verdampfbar) 氨-水混合物媒介 Turbine mit Generator 汽轮机发电 ◦ Nachwachsende Rohstoffe: 可持续性资源 21 % der Ackerfläche in Deutschland für die Energieerzeugung genutzt ∙ Mais, Getreide, Gras für die Biogasanlage: 用于能源的耕地面积。 玉米、谷物、草 用于沼气 Willinghausen, Hessen Silomais ∙ Raps zur Umesterung (Alkoholyse), 50 - 100 bar, 200 - 250 °C, NaOH, Katalysator: 菜 籽油的酯交换，碱催化 Rapsöl + Methanol ⇄ Rapsöl-Methylester + Glycerin (Triglyzerid) (Rapssäuremethylester RME) ADM Biodiesel, Leer Rapsöl-Methylester seit 2007 4,5 % im Diesel-Kraftstoff enthalten 柴油含生物质油 6. Energiespeicherung 能源储存 ∘ Thermische Energie: Fernwärmespeicher im Kraftwerk Theiß, Niederösterreich 热能 Inhalt: 50.000 m³ Wasser Speichervermögen: 2 GWh je Ladevorgang Temperatur: > 60 °C Latentwärmespeicher: 潜热存储器 ⋅ Natriumacetat-Trihydrat: ⋅ Paraffin: 石蜡 Schmelztemperatur 58 °C Schmelztemperatur 50 … 120 °C SCHNEIDER-VOGT GmbH, Lahr ∘ Chemische Energie: Akkumulatoren; Blei; NiCd; NiMH; Li-Ion 化学能：蓄电池 Lithium-Ionen-Akkumulator 锂电池 Verwendung im PKW: 应用 Elektro-Motor: ∙ Leistung: 功率 125 kW ∙ Reichweite: 行驶距离 160 km ∙ Höchstgeschwindigkeit: 145 km/h ∘ Mechanische (potentielle) Energie: 机械势能 ⋅ Pumpspeicherkraftwerk, Harz In Deutschland in ca. 40 Anlagen: 6,5 GW, 38 GWh ∙ Planung: Bis 2018 Seekabel „Nord.Link „ nach Norwegen für 1.400 MW, 500 kV Gleichstrom ⋅ Forschung: Pumpspeicherkraftwerk unter Tage (alte Bergwerke) ⋅ Druckluftspeicher-Kraftwerk 压缩空气储能 Compressed Air Energy Storage: CAES-Kraftwerke ∙ Forschung: M LP HP AT G Motor Niederdruckkompressor Hochdruckkompressor Turbine Generator ∙ Speicher für Brenn- und Kraftstoffe in Kavernen, Tanks 洞穴储存 Deutschland: 20 Mrd mN³ Erdgas in 40 Anlagen = 16 % des Jahresverbrauch 25,2 Mio t Erdöl und Produkte um 90 Tage den Bedarf zu sichern Kaverne: V = 600.000 m³ H= 500 m D= 40 m Tiefe …1.300 m ∙ IVG Caverns GmbH ∙ NWKG GmbH · Tanklager NWO GmbH Wilhelmshaven 90-Tage Bevorratung (Deutschland): 2010: 21,6 Mio t Öl und Ölprodukte 7. Einsparung von Energie: 节能 Energieverbrauch in Deutschland消耗能 Energiebedarf eines privaten Haushalts 一个家庭的能源需求 Energieeinsparungsgesetz für Gebäude 建筑节能法 · Schlechte Beispiele! 负面示例 未作保温 Thermobild einer ungedämmten Hauswand Hummer H2 von GM: V8 6,2 l Hubraum, 232 kW, 24 l/100 km 悍马 Glühlampe: 5 % Licht, 95 % Wärme白炽灯 Marode Fernwärmeleitung 保温差的热力管道 火炬常燃 Abfackeln von Prozessgas Osterfeuer oder Abfallverbrennung? 焚烧垃圾 Brand auf illegaler Mülldeponie 填埋场自燃 Raumtemperatur im Winter 冬季室温设置过高 Alte Heizungstechnik 老旧采暖技术 Birnen aus Chile Weintrauben aus Südafrika Erdbeeren aus Indonesien · Gute Beispiele 正面示例 Energielabel einer Waschmaschine 洗衣机能效 Isoliertes Mauerwerk保温墙壁 Verbrauch ca. 4-5 l/100 km 节油车 Freizeitgestaltung ohne Motorkraft 绿色假日 8. Wasserstofftechnologie 氢能技术 存储 太阳 能量 电解 可再生能源 电流 氢气 应用 ∘ Herstellung von Wasserstoff, Elektrolyse (klassisch): 制备氢，电解法 Eigenschaften von H2 Siedepunkt: -252,9 °C Dichte 273 °C: 0,0899 kg /m3 Energieinhalt: 120 MJ/kg Kritischer Druck: 13,15 bar Vergleich: Benzin: 43,2 MJ/kg 1 kg Wasserstoff entspricht 2,8 kg Benzin. ∘ Zentrales Problem der Energiespeicherung:储能器的主要问题 所需面积大 投资大 仅少数中心场所 所需面积小 投资少 分布设置 - Möglichkeiten der Wasserstoffspeicherung: 氢能的存储 Speicherdichte -- Speicherung in Drucktanks 200 – 300 bar: 压力容器存储 - Vakuumisolierte Flüssigkeitsstank 低压液化存储 Druck: 1,2 - 3,5 bar Temperatur: 21 - 25 K Verdampfungsverluste: 1 – 2 %/d 保温层 加料口 安全阀 测量探头 Bild: Messer Griesheim - Chemisch: 化学法 - N-Carbazol / Perhydro-N-Carbazol ∘ Transport: 输送 ∘ Brennstoffzelle: 燃料电池 - Versuchs-KFZ mit Brennstoffzelle - U31 seit 2002 mit Brennstoffzellen, Howaldtswerk-Deutsche Werft (HDW): Sauerstoff aus Drucktanks 氧气由存储钢瓶 Wasserstoff aus Metallhydridspeicher 氢由金属存储 Brennstoffzelle: 306 kW Dieselmotor: 1.050 kW E-Motor: 1.700 kW
