KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU

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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

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BM

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)

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

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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

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