Einführungsvortrag Kompetenzfeld Energie

Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik
Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht
Übersichtsvorträge
Kompetenzfeld Energie- und
Umwelttechnik (BSc MA)
Spezialisierungsfächer
(MSc ENT, MSc verf)
Prof. Dr. techn. Günter Scheffknecht
18.10.2011
Heizkraftwerk der Universität Stuttgart
und das Institutsgebäude des IFK
2
Übersicht
3
Aufgaben zukünftiger Energieversorgung
•
•
•
Versorgungssicherheit
Wirtschaftlichkeit
Schutz der Umwelt
• lokal
Minderung sogenannter Primäremissionen wie NOx, SO2, (Fein-)Staub,
PCDD/PCDF, HCl, HF, Schwermetalle (Hg), …..
• global
Minderung der CO2-Emissionen
• Energie sparen
• Wirkungsgrad der Anlagen verbessern
• CO2-arme Energieerzeugung und CO2-arme Brennstoffe
• CO2-freie Stromerzeugung
4
Feuerungsanlagen zur Wärme- und
Stromerzeugung
Kraftwerke
mit Kohle-, Öl- und
Gasfeuerungen,
Biomassezufeuerung
Industrielle Prozessfeuerungen
z.B. Wärme- und Stromerzeugung, Zementwerke, Stahlwerke, Glashütten, Ziegelherstellung, etc.
Hausheizungen
Kleinfeuerungsanlagen für Öl,
Gas und Holz als Brennstoff
Thermische Abfallbehandlungsanlagen
Hausmüll- und Sondermüllverbrennung
5
Forschung
6
Kleine und große Feuerungen
Feuerungswärmeleistung
100 W
Feuerungswärmeleistung
100 MW
7
Simulation einer Kraftwerksfeuerung
Feuerraum und numerisches Gitter
8
HKW2-Video
9
Experimentelle Untersuchungen an Versuchsanlagen des IFK und in Großanlagen
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Emissionsverlauf Kleinfeuerung
(Strohverbrennung)
CO2 in Vol%
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Anfahren
VOC
NOx
CO
Teillast
Volllast
2.000
16
1.600
12
1.200
8
800
4
400
0
0
0:00
0:07
0:14
0:21
0:28
0:36
0:43
0:50
CO, VOC und NOx in
mg/m3
CO2
0:57
Versuchszeit in h:mm
11
Luftverunreinigungen im Izmir-Becken
in der Türkei
12
Feinstaubmessstationen
13
Temperature differential [°C]
CO2-concentration in atmosphere [ppm]
Mittlere Temperatur and CO2-Konzentration in
der Atmosphäre
Year
Quelle: Berner, BGR 2004 nach Glaser 2000 und CDIAC 2001
14
Verbrennung mit reinem Sauerstoff
15
Lehre
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HERZLICH WILLKOMMEN ZUM STUDIUM AM IFK
Studiengang Maschinenwesen
Kompetenzfeld Energie- und Umwelttechnik (BSc)
Spezialisierungsfächer (MSc):
Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (MB, ENT)
Erneuerbare thermische Energiesysteme (Biomasse, Solarthermie) (ENT)
Energiespeicherung und -verteilung (ENT)
Energie und Umwelt (ENT)
Studiengang Verfahrenstechnik: Wahl- und Vertiefungsmodule
in MSc: Energieverfahrenstechnik und Umweltverfahrenstechnik
Studiengang Umweltschutztechnik:
Wahl-, Kern- und Ergänzungsmodule
BSc: Grundlagen der Luftreinhaltung
MSc: Studienrichtung Luftreinhaltung
MSc: Studienrichtung Energie (mit IER, IGE, ITW)
Studiengang Erneuerbare Energien:
Wahlbereich Thermische Energiesysteme
Pflichtmodule mit Wahlmöglichkeit
Vertiefung in Projekt-, Semester-, Studien-, Bachelor- und Masterarbeiten
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Studiengänge der Fakultäten 4 und 7
Bachelor-Studiengänge
Master-Studiengänge
18
Allgemeine Informationen zum Modul-Nr. 13940
Energie- und Umwelttechnik
•
Umfang: 4 SWS (davon 1 SWS Übungen) / 6 Leistungspunkte
•
Termin: Montag, 8:00 - 11:15
•
Die Übungen finden als Blockveranstaltungen statt (3 Montagstermine)
•
Schriftliche Prüfung (Termin wird vom Prüfungsamt bekannt gegeben)
•
•
Dauer 2h
Gewichtung: Vorlesung (Fragenkatalog) 3/4 , Übungen (Aufgaben) 1/4
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Inhalt des Modul Energie- und Umwelttechnik
(1)
1. Introduction
Fundamentals in energy conversion, units, energetic characteristics, various forms of energy,
transport and storage of energy, energy balances of various systems
2. Energy demand statistics, reserves and resources
1. Primary energy supply and final energy consumption
2. Key indicators
3. Detailed statistics of certain nations (typical)
4. Reserves and resources of fossil and nuclear fuels
5. Future trends
3. Fossil fuels: characterisation, processing and utilisation
1. Coal
2. Crude oil
3. Natural gas
4. Calorific value, particle size distribution, fundamental reactions
4. Conversion technologies in the various sectors
1. Conversion technologies for power generation
2. Conversion technologies in the industries
3. Conversion technologies for residential heating
20
Inhalt des Modul Energie- und Umwelttechnik
(2)
5. Environmental control technologies
1. Regulation policies
2. Particulate matter control
3. SOx-control
4. NOx-control
5. Others
6. Greenhouse gas emissions
1. Fundamentals
2. Current status of greenhouse gas emissions and forecast
3. Regulation and directives
4. Abatement of greenhouse gas emissions
7. Renewable energy
1. Overview, regulation and incentives
2. Geothermal
3. Hydropower
4. Solar thermal
5. Photovoltaic
6. Wind
7. Heat pump
8. Biomass
8. Hydrogen and fuel cells
Overview hydrogen economy, energy conversion and utilisation schemes, fuel cell
technologies, hydrogen production and storage, roadmap towards hydrogen economy
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MSc Energietechnik
Spezialisierungsfächer (fachspezifisch)
•
•
•
•
•
•
•
•
Erneuerbare thermische Energiesysteme
Feuerungs- und Kraftwerkstechnik
Gebäudeenergetik
Kernenergietechnik
Strömungsmechanik und Wasserkraft
Techniken zur Effizienten Energienutzung
Thermische Turbomaschinen
Windenergie
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MSc Energietechnik - Spezialisierungsfächer
mit Querschnittscharakter
•
•
•
•
•
•
Elektrische Maschinen und Antrieb
Energie und Umwelt
Energiespeicher und -verteilung
Energiesysteme und Energiewirtschaft
Festigkeitslehre und Werkstofftechnik
Methoden der Modellierung und Simulation
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Enthaltene Module im Spezialisierungsfach
Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (MB + ENT)
Verantwortlicher Professor:
Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK)
Kernfächer (6 LP):
•
Firing Systems and Flue Gas Cleaning
•
Kraftwerksanlagen
•
Dampferzeugung
Ergänzungsfächer (6 LP)
•
Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse
•
Regelung von Kraftwerken und Netzen
•
Modellierung und Simulation von Technischen Feuerungsanlagen
•
Einführung in die numerische Simulation von Verbrennungsprozessen
•
Modellierung und Simulation turbulenter reaktiver Strömungen
Ergänzungsfächer (3 LP)
•
Thermal Waste Treatment
•
Basics of Air Quality Control
•
Regelungstechnik für Kraftwerke
•
Optimierung des Kraftwerksportfolios
•
Kraftwerksabfälle
•
Verbrennung und Verbrennungsschadstoffe
•
Dampfturbinentechnologie
•
Solartechnik II
•
Konstruktion von Wärmeübertragern
Praktikum: Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (3 LP)
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Enthaltene Module im Spezialisierungsfach
Erneuerbare Thermische Energiesysteme (nur ENT)
Verantwortliche Professoren:
Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK)
Prof. Dr.-Ing. K. Spindler, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW)
Kernfächer (6 LP):
•
Solarthermie
•
Firing Systems and Flue Gas Cleaning
•
Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse
•
Biologische und chemische Verfahren für die industrielle Nutzung von Biomasse
Ergänzungsfächer (6 LP)
•
Thermische Energiespeicher
•
Simulation thermischer Prozesse
•
Berechnung von Wärmeübertragern
•
Produktionsökologie von Energiepflanzen und nachwachsenden Rohstoffen
•
Grundlagen der Energiepflanzenproduktion I
•
Rohstoffliefernde Pflanzen der Tropen und Subtropen
Ergänzungsfächer (3 LP)
•
Solartechnik II
•
Wärmepumpen
•
Kraft-Wärme-Kältekopplung (BHKW)
•
Rationelle Wärmeversorgung
•
Optimale Energiewandlung
•
Geothermische Energienutzung
•
Sonderprobleme der Gebäudeenergetik
•
Verbrennung und Verbrennungsschadstoffe
•
Dampfturbinentechnologie
•
Kraftstoffe aus Erneuerbaren Energien
Praktikum: Erneuerbare Thermische Energiesysteme (3 LP)
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Enthaltene Module im Spezialisierungsfach
Windenergie
Verantwortlicher Professor:
Prof. Voit-Nitschmann (Kommissarischer Abteilungsleiter SWE),
A. Rettenmeier, Stifungslehrstuhl Windenergie (SWE) am Institut für Flugzeugbau (IFB)
Kernfächer (6 LP):
•
Grundlagen der Windenergie
•
Planung und Betrieb von Windparks
•
Entwurf von Windenergieanlagen
•
Windenergie-Projekt
Ergänzungsfächer (6 LP)
•
Leichtbau
•
Festigkeitslehre I
•
Fluidmechanik 2
•
Numerische Strömungsmechanik
Ergänzungsfächer (3 LP)
•
Netzintegration von Windenergie
•
Numerische Methoden in Fluid- und Strukturmechanik
•
Festigkeitslehre II
•
Strömungs- und Schwingungsmesstechnik für Turbomaschinen
Praktikum: Werkstoff- und Bauteilprüfung (3 LP)
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Enthaltene Module im Spezialisierungsfach
Energie und Umwelt (nur ENT)
Verantwortliche Professoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Baumbach, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK)
Prof. Dr.-Ing. R. Friedrich, Institut für Energiewirtschaft u. Rationelle Energieanwendung
(IER)
Kernfächer (6 LP):
•
Grundlagen der Verbrennung und Umweltauswirkungen der Energiewandlung
Ergänzungsfächer (6 LP)
•
Firing Systems and Flue Gas Cleaning
•
Air Quality Control and Management
•
Energie- und Umwelttechnik
Ergänzungsfächer (3 LP)
•
Thermal WasteTreatment
•
Kraftwerksabfälle
•
Grundlagen technischer Verbrennungsvorgänge I + II
•
Umweltökonomie, Umweltrecht, Umweltmanagement
•
Measurement of Air Pollutants
•
Emissionsminderung bei ausgewählten industriellen und gewerblichen Prozessen
•
Luftreinhaltung am Arbeitsplatz
•
Strahlenschutz
Praktikum: Energie und Umwelt (3 LP)
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Enthaltene Module im Spezialisierungsfach
Energiespeicherung und -verteilung (nur ENT)
Verantwortliche Professoren:
Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK)
Prof. Dr.-Ing. K. Spindler, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW)
Kernfächer (6 LP):
•
Thermische Energiespeicher
•
Elektrochemische Energiespeicher
Ergänzungsfächer (6 LP)
•
Regelung von Kraftwerken und Netzen
•
Dynamik elektrischer Verbundsysteme
•
Solarthermie
•
Simulation thermischer Prozesse
•
Kraft-Wärme-Kopplung und Versorgungskonzepte
•
SMART GRIDS
Ergänzungsfächer (3 LP)
•
Optimale Energiewandung
•
Regelungstechnik für Kraftwerke
•
Elektrochemische Energiespeicherung in Batterien
•
Lithiumbatterien: Theorie und Praxis
•
Energiewirtschaft in Verbundsystemen
•
Netzintegration von Windenergie
Praktikum: Energiespeicherung und -verteilung (3 LP)
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Enthaltene Module im Spezialisierungsfach
Energieverfahrenstechnik (MSc verf)
Verantwortlicher Professor:
Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK)
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Berechnung von Wärmeübertragern
Brennstoffzellentechnik - Grundlagen, Technik und Systeme
Elektrochemische Energiespeicherung in Batterien
Firing Systems and Flue Gas Cleaning
Flue Gas Cleaning
Grundlagen der Luftreinhaltung
Konstruktion von Wärmeübertragern
Kraft-Wärme-Kältekopplung (BHKW)
Kraftwerksanlagen
Kältetechnik
Lithiumbatterien: Theorie und Praxis
Measurement of Air Pollutants
Modellierung und Simulation von Technischen Feuerungsanlagen
Numerische Methoden in der Energietechnik
Optimale Energiewandlung
Rationelle Wärmeversorgung
Simulation solarthermischer Anlagen
Solartechnik I
Solartechnik II
Thermal Waste Treatment
Thermophysikalische Stoffeigenschaften
Wärmepumpen
29
Berufsbild und
Berufsaussichten
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Der Ingenieur in der Energie- und
Kraftwerkstechnik - Berufschancen
• Planung
Planungs- und Ingenieurbüros für
Energieversorgungsanlagen,
Kraftwerke, Feuerungs- und
Abgasreinigungsanlagen
• Herstellerindustrie
für Komplettanlagen oder
Komponenten
• Betreiber der Anlagen
• Entsorgung
Müll- und Abfallverwertungskonzepte, Entsorgung von
Kraftwerksnebenprodukten
• Überwachung
Ministerien, Gewerbeaufsicht,
Techn. Überwachungsvereine,
Messinstitute
• Forschung
Industrie und
Forschungseinrichtungen
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Wo kommen der Strom und die Raumwärme
in der Universität her?
Besichtigung des Heizkraftwerks
der Universität Stuttgart für
Studierende des 5. Semesters
Mittwoch, 26.10.2011, 14.00 Uhr
Treffpunkt:
Institut für Feuerungsund Kraftwerkstechnik (IFK)
Pfaffenwaldring 23, Foyer IFK
Bitte tragen Sie sich bei der Fachschaft in die
entsprechende Liste ein!