Energietechnik - Energy technology
Energietechnik ist eine interdisziplinäre Ingenieurwissenschaft mit dem effizienten, sicheren zu tun hat, umweltfreundliche und wirtschaftliche Gewinnung, die Umwandlung, Transport, Lagerung und Verwendung von Energie , gezielt auf einen hohen Wirkungsgrad ergeben , während Sockelnebenwirkungen auf den Menschen, der Natur und der Umgebung.
Energie ist für die Menschen ein überwältigender Bedarf und als knappe Ressource eine der Ursachen für politische Konflikte und Kriege. Die Sammlung und Nutzung von Energieressourcen kann für lokale Ökosysteme schädlich sein und globale Auswirkungen haben.
Energie ist auch die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Wir können Energie aus Nahrung gewinnen. Energie kann verschiedene Formen haben, wie kinetisch, potentiell, mechanisch, Wärme, Licht usw. Energie wird für den Einzelnen und die gesamte Gesellschaft für Beleuchtung, Heizung, Kochen, Betrieb, Industrie, Transport und so weiter benötigt. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Energie, je nachdem, welche Quelle sie sind; 1.Erneuerbare Energiequellen 2.Nicht erneuerbare Energiequellen
Interdisziplinäre Felder
Als interdisziplinäre Wissenschaft ist die Energietechnik auf vielfältige, sich überschneidende Weise mit vielen interdisziplinären Feldern verknüpft.
- Physik , für Thermodynamik und Kernphysik
- Chemie für Kraftstoff , Verbrennung , Luftverschmutzung , Rauchgas , Batterietechnik und Brennstoffzellen .
- Elektrotechnik
- Engineering , oft für Fluidenergiemaschinen wie Verbrennungsmotoren , Turbinen , Pumpen und Kompressoren .
- Geographie , für Geothermie und Ressourcenexploration.
- Bergbau , für petrochemische und fossile Brennstoffe .
- Land- und Forstwirtschaft , für erneuerbare Energiequellen .
- Meteorologie für Wind- und Sonnenenergie .
- Wasser und Wasserstraßen , für Wasserkraft .
- Abfallmanagement , für Umweltauswirkungen.
- Transportation , für energiesparende Transportsysteme.
- Umweltstudien zur Untersuchung der Auswirkungen des Energieverbrauchs und der Energieerzeugung auf Umwelt , Natur und Klimawandel .
- (Lichttechnik), für natürliche und künstliche Lichtplanung, Installationen und Energieeinsparungen im Innen- und Außenbereich
- (Energiekosten-Nutzen-Analyse), zur einfachen Amortisation und Lebenszykluskostenrechnung von Energieeffizienz-/Einsparmaßnahmen empfohlen
Elektrotechnik
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Die Elektroenergietechnik befasst sich mit der Erzeugung und Nutzung von elektrischer Energie , was das Studium von Maschinen wie Generatoren , Elektromotoren und Transformatoren beinhalten kann . Die Infrastruktur umfasst Umspannwerke und Umspannwerke , Stromleitungen und elektrische Kabel . Lastmanagement und Energiemanagement über Netzwerke haben einen bedeutenden Einfluss auf die Gesamtenergieeffizienz. Auch Elektroheizungen sind weit verbreitet und werden erforscht.
Thermodynamik
Die Thermodynamik beschäftigt sich mit den grundlegenden Gesetzen der Energieumwandlung und entstammt der theoretischen Physik .
Thermische und chemische Energie
Thermische und chemische Energie sind mit Chemie und Umweltstudien verflochten . Bei der Verbrennung geht es um Brenner und Chemiemotoren aller Art, Roste und Verbrennungsanlagen sowie um deren Energieeffizienz, Umweltverschmutzung und Betriebssicherheit.
Die Abgasreinigungstechnologie zielt darauf ab, die Luftverschmutzung durch verschiedene mechanische, thermische und chemische Reinigungsmethoden zu verringern . Die Abgasreinigungstechnik ist ein Gebiet der Verfahrens- und Verfahrenstechnik . Kesseltechnik befasst sich mit der Planung, den Bau und den Betrieb von Dampfkesseln und Turbinen (auch in Kernkrafterzeugung verwendet, siehe unten), aus gezogenem angewandten Mechanik und Werkstofftechnik .
Die Energieumwandlung hat mit Verbrennungsmotoren, Turbinen, Pumpen, Ventilatoren usw. zu tun, die für Transport, mechanische Energie und Stromerzeugung verwendet werden. Hohe thermische und mechanische Belastungen führen zu betrieblichen Sicherheitsbedenken, denen in vielen Bereichen der angewandten Ingenieurwissenschaften begegnet wird.
Kernenergie
Die Kerntechnik befasst sich mit der Kernenergieerzeugung aus Kernreaktoren sowie der Verarbeitung von Kernbrennstoffen und der Entsorgung radioaktiver Abfälle, wobei sie sich auf die angewandte Kernphysik , die Kernchemie und die Strahlenwissenschaft stützt.
Die Kernenergieerzeugung ist in vielen Ländern seit Jahrzehnten politisch umstritten, aber die durch Kernspaltung gewonnene elektrische Energie ist von weltweiter Bedeutung. Es gibt große Hoffnungen, dass Fusionstechnologien eines Tages die meisten Kernspaltungsreaktoren ersetzen werden, aber dies ist immer noch ein Forschungsgebiet der Kernphysik .
Erneuerbare Energie
Erneuerbare Energien haben viele Zweige.
Solarenergie
- Photovoltaik gewinnt Strom aus Sonnenstrahlung durch Solarzellen , entweder lokal oder in großen Photovoltaikkraftwerken und nutzt Halbleitertechnologie .
- Solarheizung verwendet Sonnenkollektoren, die Wärme aus Sonnenlicht sammeln, um Gebäude und Wasser zu heizen.
- Solarthermie erzeugt Strom durch die Umwandlung von Sonnenwärme.
Windkraft
Windkraftanlagen wandeln Windenergie in Strom um, indem sie einen sich drehenden Rotor mit einem Generator verbinden. Windkraftanlagen beziehen Energie aus atmosphärischen Strömungen und werden aerodynamisch mit Erkenntnissen aus dem Maschinenbau und der Elektrotechnik konstruiert. Der Wind streicht über die aerodynamischen Rotorblätter und erzeugt auf beiden Seiten des Blattes einen Bereich mit höherem Druck und einen Bereich mit niedrigerem Druck. Die Auftriebs- und Widerstandskräfte werden durch den Luftdruckunterschied gebildet. Die Auftriebskraft ist stärker als die Widerstandskraft; daher dreht sich der Rotor, der mit einem Generator verbunden ist. Die Energie entsteht dann durch den Wechsel von der aerodynamischen Kraft zur Rotation des Generators.
Als eine der effizientesten erneuerbaren Energiequellen anerkannt, gewinnt Windkraft immer mehr an Bedeutung und wird weltweit genutzt. Windkraft verwendet kein Wasser zur Energieerzeugung und ist daher eine gute Energiequelle für Gebiete mit wenig Wasser. Windenergie könnte auch bei einer Klimaänderung nach aktuellen Vorhersagen produziert werden, da sie allein auf Wind angewiesen ist.
Geothermie
Tief in der Erde befindet sich eine extreme Hitze produzierende Schicht aus geschmolzenem Gestein, das Magma genannt wird. Die sehr hohen Temperaturen des Magmas heizen nahes Grundwasser auf. Es gibt verschiedene Technologien, die entwickelt wurden, um von dieser Wärme zu profitieren, wie zum Beispiel der Einsatz verschiedener Arten von Kraftwerken (trocken, Flash oder binär), Wärmepumpen oder Brunnen. Diese Prozesse der Wärmenutzung beinhalten eine Infrastruktur, die in der einen oder anderen Form eine Turbine aufweist, die entweder durch das heiße Wasser oder den von ihr erzeugten Dampf gedreht wird. Die mit einem Generator verbundene Spinnturbine erzeugt Energie. Eine neuere Innovation beinhaltet die Verwendung flacher geschlossener Systeme, die Wärme zu und von Strukturen pumpen, indem sie die konstante Temperatur des Bodens in einer Tiefe von etwa 3 m nutzen.
Wasserkraft
Wasserkraft bezieht mechanische Energie aus Flüssen, Meereswellen und Gezeiten . Bauingenieurwesen wird verwendet, um Dämme , Tunnel , Wasserstraßen zu untersuchen und zu bauen und Küstenressourcen durch Hydrologie und Geologie zu verwalten . Eine Wasserturbine mit niedriger Drehzahl , die von fließendem Wasser angetrieben wird, kann einen elektrischen Generator antreiben , um Elektrizität zu erzeugen.
Bioenergie
Bioenergie befasst sich mit der Gewinnung, Verarbeitung und Nutzung von Biomasse, die in der biologischen Produktion, Land- und Forstwirtschaft angebaut wird und aus der Kraftwerke brennenden Brennstoff beziehen können. Ethanol , Methanol (beide umstritten) oder Wasserstoff für Brennstoffzellen können aus diesen Technologien gewonnen und zur Stromerzeugung genutzt werden.
Technologien ermöglichen
Wärmepumpen und Thermische Energiespeicher sind Technologieklassen, die die Nutzung erneuerbarer Energiequellen ermöglichen können, die sonst aufgrund einer zu niedrigen Temperatur für die Nutzung oder einer zeitlichen Verzögerung zwischen der Bereitstellung der Energie und dem Bedarf nicht zugänglich wären. Während die Temperatur der verfügbaren erneuerbaren Wärmeenergie erhöht wird, haben Wärmepumpen die zusätzliche Eigenschaft, elektrische Energie (oder in einigen Fällen mechanische oder thermische Energie) zu nutzen, indem sie diese dazu verwenden, zusätzliche Energie aus einer Quelle geringer Qualität (wie Meerwasser, Boden, Luft oder Abwärme eines Prozesses).
Thermische Speichertechnologien ermöglichen die Speicherung von Wärme oder Kälte für Zeiträume von Stunden oder über Nacht bis hin zu Zwischensaisons und können die Speicherung von sensibler Energie (dh durch Änderung der Temperatur eines Mediums) oder latenter Energie (dh durch Phasenänderungen eines Mediums) beinhalten , wie zwischen Wasser und Matsch oder Eis). Thermische Kurzzeitspeicher können zum Peak-Shaving in Fernwärme- oder Stromverteilungsnetzen eingesetzt werden. Zu den erneuerbaren oder alternativen Energiequellen, die aktiviert werden können, gehören natürliche Energie (z. B. gesammelt über solarthermische Kollektoren oder Trockenkühltürme zum Sammeln der Winterkälte), Abfallenergie (z. B. aus HLK-Geräten, industriellen Prozessen oder Kraftwerken) oder überschüssige Energie (zB saisonal aus Wasserkraftprojekten oder zeitweise aus Windparks). Die Drake Landing Solar Community (Alberta, Kanada) ist beispielhaft. Die Erdwärmespeicherung ermöglicht es der Gemeinde, 97% ihrer ganzjährigen Wärme aus Sonnenkollektoren auf den Garagendächern zu beziehen, die im Sommer den größten Teil der Wärme sammeln. Arten von Speichern für sensible Energie sind isolierte Tanks, Bohrlochcluster in Substraten von Kies bis Grundgestein, tiefe Grundwasserleiter oder flach ausgekleidete Gruben, die oben isoliert sind. Einige Speichertypen sind in der Lage, Wärme oder Kälte zwischen entgegengesetzten Jahreszeiten zu speichern (insbesondere wenn sie sehr groß sind), und einige Speicheranwendungen erfordern den Einbau einer Wärmepumpe . Latentwärme wird typischerweise in Eistanks oder sogenannten Phasenwechselmaterialien (PCMs) gespeichert.