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• E=m x c²
• Exkurs: E=mc²

  E ist die Energie in Joule bzw. Wattsekunde (1 J = 1 Ws) und m ist die Masse in kg.

  c ist die Lichtgeschwindigkeit. Sie ist eine Naturkonstante und beträgt 300.000.000 Meter pro Sekunde (ca. 7 ½ mal um die Erde pro Sek.). Das ist die Geschwindigkeit mit der sich elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht) fort zu bewegen pflegt. Eine zügigere Geschwindigkeit sollte es laut Relativitätstheorie nicht geben können.

  Bei der Verschmelzung (Fusion) zweier Atomkerne kommt es zu einem Masseverlust, der als Energie abgestrahlt wird. Das Ganze ist also weniger als die Summe seiner Teile!

  Dieser Vorgang findet permanent in unserer Sonne statt, wo Wasserstoffkerne zu Heliumkernen fusionieren und uns dadurch mit Energie versorgen. In einem weiter fortgeschrittenen Stadium können auch noch die Atomkerne größerer Elemente entstehen. So entsteht ein Teil der uns bekannten Elemente. Die großen Kerne entstehen durch Sternenexplosionen (Supernovae).

  Masse ist Energie und umgekehrt. Wie viel es davon gibt im Universum wurde beim Urknall festgesetzt. Ich wüsste nicht, dass der Vorgang bei dem Energie in Masse umgewandelt schon mal beobachtet wurde bzw. ob das möglich ist. Am Ende einer Reihe von Zwischennutzungen verliert sich alle Energie auf einem nicht weiter nutzbarem Niveau mit geringer Energiedichte in den weiten des Universums.

  Der Versuch Atomkerne gezielt verschmelzen zu lassen, soll irgendwann mal mit Hilfe des Fusionsreaktor gelingen. Da die Temperaturen, die nötig sind, um diesen Prozess zu starten, mehrere tausend Grad betragen, würden sie sofort jeden bekannten Stoff auf der Stelle verdampfen lassen.

  Es wird versucht das Plasma (Atomkerne, die bekanntlich stets positiv geladen sind) in einem Magnetfeld in der Schwebe zu halten, was wohl nicht so ganz einfach ist.

  Das bestechende an der Kernfusion ist, dass der Rohstoff (Wasserstoffkerne) in unerschöpflichen Mengen vorhanden ist und keine Schadstoffe oder radioaktive Abfallprodukte entstehen.

  Würde es gelingen den Fusionsprozess zu beherrschen wären unsere Energieprobleme wohl gelöst.

• Das Heizkraftwerk produziert Wärme und Strom, was äusserst sinnvoll ist, da Strom so gut wie immer durch Wärme generiert wird und deshalb sowieso immer ein grosser Teil davon als Abwärme anfällt. Das Niveau der Abwärme ist so hoch, dass damit Fernwärmenetze versorgt werden können. Oft liegt der Grund die Wärme nicht zu nutzen darin, dass einfach kein FWN vorhanden ist, so dass die Wärme runtergekühlt oft in Gewässern landet (siehe Kraftwerk).

  Moderne HKWs weren als Gas- und Dampf-HKWs (GuD-HKW) gebaut. Diese erreichen zur Zeit die besten Gesamtwirkungsgrade von über 80%.

• Ein Heizwerk produziert nur Wärme. Der Begriff ist wenig geläufig, da es kaum große Werke gibt, die ausschliesslich Wärme produzieren. Für grössere Gebäude oder Anlagen gebräuchlicher ist der Begriff des Wärmehauses oder der Wärmezentrale, wo die Wärme generiert und verteilt wird.

• Im Kraftwerk wird nur Strom generiert. Der Begriff Kraft wird in diesem Zusammenhang oft benutzt, wenn elektrische Energie gemeint ist. Das ist leider verwirrend, da er in der Physik eine ganz andere Bedeutung hat.

  Strom wird in KWs fast ausschliesslich mit Hilfe von Wärme generiert.
  Die auch heute noch am häufigsten betriebenen KWs sind KohleKraftWerke. Hier wird die Kohle verheizt um Wasser zu überhitzen, so dass Wasserdampf entsteht. Dieser baut in Kesseln Überdruck auf, der dann durch Turbinen geleitet wird. Die dadurch in Rotation versetzten Turbinen treiben dann einen Generator an, der den Strom generiert. Der entspannte Wasserdampf wird in Kühltürmen heruntergekühlt, verflüssigt und entlassen. Die Restwärme bleibt zumeist ungenutzt und belastet Gewässer thermisch (siehe HeizKraftWerk).

  Weiterhin gibt es Gas-KWs (moderne, dann aber auch als GuD-HKWs ausgebildet (siehe HKW), die ähnlich arbeiten.

  Der Wirkungsgrad reiner KWs ist mit 30-40 % äußerst schlecht!

• Das ist in unserem Zusammenhang der Wärmebedarf der zu versorgenden Verbraucher. Man kann wohl sagen, die Verbraucher belasten den Erzeuger.

In der Lastgangskurve wird die Last eines Verbrauchers übers Jahr dargestellt (siehe Last).

• Power to Heat ist mit Strom zu Wärme zu übersetzen. Gemeint ist hiermit zumeist, den überschüssigen Strom aus Windenergieanlagen (WA) zu nutzen, um daraus Wärme herzustellen. Überschüssiger Strom entsteht, wenn zum exakten Zeitpunkt, in dem er von der WA produziert wird, gerade kein Bedarf besteht.

(siehe Volllaststunde)

Die Volllaststunden geben an, wie viele Stunden die Anlage mit voller Leistung betrieben wurde. Dies geschieht relativ selten, da die Anlage für den kältesten Tag ausgelegt ist, der überhaupt in dieser Region zu erwarten ist. Die Anlage arbeitet deshalb zumeist im Teilllastbereich, Die Teilllaststunden werden dann zu Volllastunden zusammengefasst, um leichter beurteilen zu können, was die Anlage über einen bestimmten Zeitraum geleistet hat. So werden zum Beispiel 2 Stunden, in denen die Anlage nur mit halber Auslastung arbeitet (in Teillast) zu einer Volllaststunde zusammengerechnet. Um eine Wirtschaftlichkeit zu erreichen, muss die Anlage eine bestimmte Anzahl an Volllaststunden im Jahr absolvieren, z.B. 6500 Stunden im Jahr.

• Eine WP besteht aus einem geschlossenen Kreislaufsystem, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Weitere zentrale Bestandteile sind ein zumeist elektrisch betriebener Verdichter und ein Expansionsventil.
  Auf der einen Seite wird der WP Umweltenergie in Form von Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau (z.B. 5 °C) zugeführt, wodurch das Kältemittel von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand über geht, also verdampft. Hierbei nimmt es sog. latente Energie auf. Danach wird das Gas von dem Verdichter stark komprimiert (z.B. 15 bar), wodurch die Temperatur ansteigt. Jetzt gibt das Gas die Temperatur an den Heizkreis ab und verflüssigt sich wieder. Hierbei gibt es auch die aufgenommene latente Energie wieder ab. Damit der Prozess wieder von vorn beginnen kann, wird die noch unter hohem Druck stehende Flüssigkeit über das Expansionsventil entspannt, wodurch die Temperatur wieder unter die Siedetemperatur des Kältemittels sinkt und es unter erneuter Aufnahme der Umweltenergie wieder verdampfen kann.
  Man bekommt also einen Teil der Energie aus der Umwelt und pumpt diese dann auf ein höheres Temperaturniveau.

  Dieser “thermodynamische Kreisprozess” erschließt sich der Vorstellungskraft nicht ohne weiteres, da er in der Natur kaum zu beobachten ist. Andererseits findet der Prozess umgekehrt in jedem Kühlschrank statt.

  Die Effizienz einer WP bemisst sich aus dem Verhältnis der entnommenen thermischen Energie und der aufgewandten elektrischen Energie, ausgedrückt durch die sog. Arbeits- oder Leistungszahl. Dieses Verhältnis hängt stark von den Betriebsbedingungen ab. Bevorzugt werden WPs dort eingesetzt, wo die erforderliche Vorlauftemperatur niedrig ist oder der Anteil an regenerativ generiertem Strom hoch ist.

  Als Wärmequellen werden in erster Linie die Umgebungsluft oder das Erdreich genutzt.