Energiewandler

Energiewandler
Ordnung stufenweiser Energiewandlungen zur Stromerzeugung
Anteile der Primärenergieträger an der Stromerzeugung in Deutschland

Energiewandler tauschen Energie zwischen einem System und der Umgebung in mindestens zwei Energieformen aus: zum Beispiel wird chemische Energie so zu kinetischer Energie (Motor). Großtechnische Energiewandlungsanlagen wie Kraftwerke bestehen aus mehreren Energiewandlern, die stufenweise Primärenergieformen in technisch nutzbare Energieformen wie elektrische Energie oder thermische Energie (Prozess- und Fernwärme) umwandeln.

Energiewandlung nennt man entsprechend eine Kategorie von Prozessen, bei denen Energie zwischen einem System und der Umgebung in mindestens zwei Energieformen ausgetauscht wird. Besonders für eine Energiewandlung in elektrische Energie ist auch der umgangssprachliche Begriff Energieerzeugung üblich und bezieht sich auf die nach dem Prozess zur Verfügung gestellte Energieform (elektrische Energie), siehe Stromerzeugung.

Inhaltsverzeichnis

Grundlagen

Energiewandlungen unterliegen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. So ist die Energie in abgeschlossenen Systemen eine Erhaltungsgröße, kann also weder erzeugt noch vernichtet werden. Entscheidend beim technischen Einsatz ist der Wirkungsgrad der Wandlung, da bei realen Systemen nicht 100% einer Energieform in eine andere überführt werden kann. Es treten dort immer Verluste in andere Kanäle auf, meist in Form von nicht genutzter Wärme, also thermischer Energie.

Beispiele

Beispiele für Umwandlungen von Energieformen
nach →
↓ von
Mechanische Energie Thermische Energie Strahlungsenergie Elektrische Energie Chemische Energie Nukleare Energie
Mechanische Energie Getriebe Bremsen Synchrotronstrahlung Generator Eischnee Reaktionen im Teilchenbeschleuniger
Thermische Energie Dampfturbine Wärmeübertrager Schwarzer Strahler Thermoelement Hochofen Supernova
Strahlungsenergie Radiometer Solarkollektor Nichtlineare Optik Solarzelle Photosynthese Kernphotoeffekt
Elektrische Energie Elektromotor Elektroherd Blitz Transformator Akkumulator
Chemische Energie Muskel Ölheizung Glühwürmchen Brennstoffzelle Kohlevergasung
Nukleare Energie Atombombe Kernreaktor Gammastrahlen Radionuklidbatterie Radiolyse Brutreaktor

Elektromotor

Beispiel 1: Ein Elektromotor hebt ein Gewichtsstück an, es wird elektrische Energie in mechanische Energie gewandelt. Beide Energieformen tragen nur in einem idealen Denkmodell keine Entropie, so dass Wandlungsverluste, meist Wärme, ein Perpetuum Mobile absolut sicher verhindern. Die mit dieser Wärme verbundene und im Prozess erzeugte Entropie stellt das vom Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik in realen Prozessen geforderte Anwachsen der Gesamtentropie sicher.

Dampfturbine

Beispiel 2: Eine Dampfturbine treibt einen elektrischen Generator an, es wird thermische Energie in elektrische Energie gewandelt. Die der Turbine bei der Temperatur T1 zugeführte Wärme ΔQ1 trägt die Entropie ΔS1 = ΔQ1/T1 mit sich. Die erzeugte elektrische Energie ΔW trägt keine Entropie. Würde die gesamte Wärme in elektrische Energie gewandelt, so würde dabei die Entropie ΔS1 verschwinden, was aber dem Zweiten Hauptsatz widerspräche. Die Turbine muss also eine Abwärme ΔQ2 mit der Temperatur T2 abgeben, welche mindestens die Entropie ΔS1 trägt. Es gilt daher für die Energie: ΔQ1 = ΔW + ΔQ2 und für die Entropie: ΔS2 ≥ ΔS1 ⇔ ΔQ2/T2 ≥ ΔQ1/T1. Aus der zweiten Gleichung folgt ΔQ2 ≥ ΔQ1 · T2/T1. Diese Abwärmeverluste ΔQ2 sind wegen des Zweiten Hauptsatzes zwingend notwendig und können bei vorgegebenen Temperaturen T1 und T2 durch keine technischen Maßnahmen unterschritten werden. Diese Grenze des Wirkungsgrades für eine Wärmekraftmaschine ist in theoretischen Kreisprozessen wie dem Carnot-Prozess realisiert. Dazu kommen noch technisch bedingte Wandlungsverluste.

Solarenergie

Der Wirkungsgrad von Wandlungen steigt mit den Temperaturunterschieden (oder deren Äquivalent), die im Wandlungssystem genutzt werden können. Beispielsweise findet zunehmend der photoelektrische Effekt in der Photovoltaik Verwendung. Die durch die direkte photoelektrische Wandlung erzielten Wirkungsgrade liegen aber heute noch unterhalb der konventionellen, doppelten thermisch-mechanisch-elektrischen Wandlung. Viel höhere Temperaturunterschiede treten dagegen bei Sonnenwärmekraftwerken auf, in denen beispielsweise die durch Spiegel konzentrierte Strahlungsenergie erst durch Absorption in thermische, dann konventionell in mechanische und schließlich elektrische Energie umgewandelt werden.

Siehe auch


Wikimedia Foundation.

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • erneuerbare Energien: Perspektiven der Nutzung —   Energie entsteht nicht aus dem Nichts, sie kann auch nicht verloren gehen. In einem abgeschlossenen Raum ist Energie konstant. Aber jeder Energiewandlungsschritt geht mit einer Entwertung der Energie einher: Jede Maschine und jeder Prozess, der …   Universal-Lexikon

  • erneuerbare Energien: Nutzung der Sonnenenergie —   Es gäbe kein Leben auf der Erde ohne die Sonne. Die Pflanzen, die Tiere, der Mensch sie existierten nicht ohne Sonnenenergie. Die Geschichte der Sonne zählt 4,5 Milliarden Jahre, noch einmal so lange wird es dauern, bis sie erlischt. Das ist es …   Universal-Lexikon

  • Energieflussdichte — Die Leistungsdichte ist eine physikalische Größe. Diese kurze, fast umgangssprachliche Bezeichnung ist allerdings nicht eindeutig: Bei Transport und Flussvorgängen ist sie eine flächenbezogene Größe mit der Einheit W/m2. Hierzu zählen auch… …   Deutsch Wikipedia

  • Energiewirtschaft in der Zukunft —   Die fossilen Energien haben die Industrialisierung der Welt getragen, erst im letzten Fünftel der zweieinhalb Jahrhunderte ihrer Geschichte ergänzt durch einige Prozent Kernenergie. Wenn auch Kohle, Öl, Erdgas, Uran zunächst weiterhin das… …   Universal-Lexikon

  • erneuerbare Energien: Aufbruch ins solare Zeitalter —   Es gibt kaum einen Vorgang, der nicht mit Energie zu tun hat, sowohl in der Natur als auch beim Menschen. Dabei geht es immer um Energiewandlung, um die Umwandlung von einer Energieform in die andere: Die Pflanze wandelt Lichtenergie der Sonne… …   Universal-Lexikon

  • Batterien — Zelle der Baugröße Mignon (AA, LR 6/AM 3) Schaltzeichen einer Batterie Der Begriff „Batterie“ bezeichnet ursprünglich eine Zusammenschaltung (zumeist die Reihenschaltung) mehrerer als Energiequelle genutzter …   Deutsch Wikipedia

  • Batterietyp — Zelle der Baugröße Mignon (AA, LR 6/AM 3) Schaltzeichen einer Batterie Der Begriff „Batterie“ bezeichnet ursprünglich eine Zusammenschaltung (zumeist die Reihenschaltung) mehrerer als Energiequelle genutzter …   Deutsch Wikipedia

  • Batteriezelle — Zelle der Baugröße Mignon (AA, LR 6/AM 3) Schaltzeichen einer Batterie Der Begriff „Batterie“ bezeichnet ursprünglich eine Zusammenschaltung (zumeist die Reihenschaltung) mehrerer als Energiequelle genutzter …   Deutsch Wikipedia

  • Brennstoffzelle — Mit Methanol betriebene Brennstoffzelle Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Im… …   Deutsch Wikipedia

  • EnOcean — GmbH Unternehmensform GmbH Gründung 2001 Unternehmenssitz …   Deutsch Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”