Prüfung SS15

Berechnen Sie den Brennwert $H_u$ der Steinkohle in MJ/kgB.

Berechnen Sie die Brennstoffzusammensetzung im wasser- und aschefreien Zustand $Y_{i,waf}$.

Berechnen Sie die auf den Heizwert bezogenen $SO_2$-Emissionen in g/kWh unter der Annahme einer vollständigen Umwandlung des im Brennstoff enthaltenen Schwefels $Y_{s,i.r.}$ zu $SO_2$.

Berechnen Sie die Emissionen für diesen Referenzwert in ppm. Eine gut ausgelegte Gasturbine weist unter Referenzbedingungen Emissionen unter 10 ppm auf. Ist dies auch hier der Fall?

Wie groß sind die $NO_x$-Emissionen, angegeben als $NO_2$, in mg/kWh?

Berechnen Sie den volumetrischen Heizwert in MJ/l und den massebezogenen Heizwert in MJ/kg von Bioethanol und vergleichen Sie diese mit denen von reinem Superbenzin.

Können Sie dieses Erdgas in das deutsche Erdgasnetz einspeisen, wenn das dort vorhandene Gasgemisch eine Normdichte $\rho_n$ von 0,84 kg/m³ und einen Heizwert $H_{un}$ von 38,006 MJ/m³ hat? Sie dürfen das Gas austauschen, sofern der Wobbe-Index bis zur ersten Nachkommastelle identisch ist. (Falls Sie für die erste Teilaufgabe kein Ergebnis finden konnten gehen Sie von einem Wobbe-Index von 47,153 MJ/m³ aus.)

$W_{un, EG} = 38,006 \frac{MJ}{m^3} /\sqrt{0,84}/1,293 = 47,153 \frac{MJ}{m^3}$

Auf einer Gasförderplattform in der Nordsee wird Erdgas aufbereitet, um es in das deutsche Erdgasnetz einzuspeisen. Eine Analyse dieses aufbereiteten Erdgases ist in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3: Zusammensetzung des aufbereiteten Erdgases in Volumenanteilen

$\begin{array}{ccccc} Y_{CH_4} & Y_{C_2H_6} & Y_{C_3H_8} & Y_{C_4H_{10}} & Y_{N_2} \\ m^3/m^3EG & m^3/m^3EG & m^3/m^3EG & m^3/m^3EG & m^3/m^3EG \\ 0,9705 & 0,0073 & 0,0026 & 0,0011 & 0,0185 \\ \end{array}$

$P_n = \sum Y_i P_{ni} \qquad P_{n, EG} = 0,9705 \cdot 0,72 \frac{kg}{m^3} + 0,0073 \cdot 1,36 \frac{kg}{m^3} + 0,0026 \cdot 2,01 \frac{kg}{m^3} + 0,0011 \cdot 2,71 \frac{kg}{m^3} + 0,0185 \cdot 1,25 \frac{kg}{m^3} = 0,74002 \frac{kg}{m^3}$

$H_{un} = \sum Y_i H_{uni} \qquad H_{un, EG} = 0,9705 \cdot 35,883 \frac{MJ}{m^3} + 0,0073 \cdot 64,345 \frac{MJ}{m^3} + 0,0026 \cdot 93,215 \frac{MJ}{m^3} + 0,0011 \cdot 123,809 \frac{MJ}{m^3} + 0,0185 \cdot 0 \frac{MJ}{m^3} = 35,673 \frac{MJ}{m^3}$

$W_{un, EG} = H_{un, EG}/P_{n, EG}/P_{n, l} \qquad W_{un, EG} = 35,673 \frac{MJ}{m^3} /\sqrt{0,74002}/1,293 = 47,153 \frac{MJ}{m^3}$

Wie groß ist die erforderliche Dachfläche $A_D$ in m²? (Falls Sie unter der ersten Teilaufgabe kein Ergebnis berechnen konnten nehmen Sie für $E = 4400 kWh/a$ an.)

$A_D = \frac{E}{I \cdot \eta} = \frac{4410 m^2}{1050 \cdot 0,14} = 30 m^2 (29,93m^2)$

Auf einem Hausdach in Stuttgart soll eine 4,5 kW Photovoltaikanlage in Südrichtung installiert werden. Die Sonneneinstrahlung $I$ in Stuttgart beträgt 1050 kWh/(m²-a), der Modulwirkungsgrad $\eta$ liegt bei 14 %. Die Photovoltaikanlage erreicht 980 Volllaststunden pro Jahr.