Diplomarbeit Johannes Nu£baumer - Hochschule Mittweida Maschinenbau / Mechatronik...

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  • Maschinenbau / Mechatronik

    Nußbaumer, Johannes

    Konzept zur Energieversorgung

    von Erdgassonden bei der

    Rohöl- Aufsuchungs- AG (RAG)

    - eingereicht als Diplomarbeit -

    Hochschule Mittweida – University of Applied Sience (FH)

    Erstbetreuer Zweitbetreuer

    Prof. Dr.-Ing. Ralf Hartig

    Attnang-Puchheim 2011

  • I. Inhaltsverzeichnis II

  • I. Inhaltsverzeichnis III

    I. Inhaltsverzeichnis

    II. AbbildungsverzeichnisII. AbbildungsverzeichnisII. AbbildungsverzeichnisII. Abbildungsverzeichnis................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................VVVV

    III. TabellenverzeichnisIII. TabellenverzeichnisIII. TabellenverzeichnisIII. Tabellenverzeichnis............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................VIVIVIVI

    IV. AnlagenverzeichnisIV. AnlagenverzeichnisIV. AnlagenverzeichnisIV. Anlagenverzeichnis ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................VIIVIIVIIVII

    V. Abkürzungsverzeichnis / GlossarV. Abkürzungsverzeichnis / GlossarV. Abkürzungsverzeichnis / GlossarV. Abkürzungsverzeichnis / Glossar....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................VIIIVIIIVIIIVIII

    VI. KurzfassungVI. KurzfassungVI. KurzfassungVI. Kurzfassung ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ IXIXIXIX

    VII. Executive SummaryVII. Executive SummaryVII. Executive SummaryVII. Executive Summary........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ XXXX

    1111 EinleitungEinleitungEinleitungEinleitung ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................11111111

    2222 Theoretische GrundlagenTheoretische GrundlagenTheoretische GrundlagenTheoretische Grundlagen............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................13131313

    2.1 Energiebereitstellung mit Photovoltaik ...........................................................13

    2.1.1 Aufbau und Wirkungsweise einer Solarzelle...........................................13

    2.1.2 Solarzellentypen ................................................................................................16

    2.1.3 Komponenten einer Photovoltaikanlage..................................................18

    2.1.4 Anlagenkonzepte und Einsatzmöglichkeiten ..........................................20

    2.1.5 Dimensionierung von Inselanlagen ...........................................................21

    2.1.6 Kosten ...................................................................................................................22

    2.1.7 Vor- und Nachteile der Photovoltaik..........................................................22

    2.2 Energiebereitstellung mit Brennstoffzellen ...................................................24

    2.2.1 Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle ......................................................24

    2.2.2 Wirkungsgrad ......................................................................................................25

    2.2.3 Zellspannung ......................................................................................................28

    2.2.4 Klassifizierung der Brennstoffzellen ...........................................................29

    2.2.5 Wasserstoff und Methanol - Energieträger für die Brennstoffzelle32

    2.2.6 Herstellung von Wasserstoff .........................................................................32

    2.2.7 Herstellung von Methanol .............................................................................34

    2.2.8 Kosten ...................................................................................................................34

    2.2.9 Vor- und Nachteile von Brennstoffzellen .................................................34

    2.3 Energiespeicher ......................................................................................................35

    2.3.1 Batterien und Akkumulatoren ......................................................................35

    2.3.2 Wichtige Kenngrößen für Akkumulatoren................................................36

    2.3.3 Zukünftige Energiespeichertechnologien .................................................37

  • IV

    2.3.4 Kosten ...................................................................................................................39

    2.3.5 Vor- und Nachteile der Energiespeicher ..................................................40

    2.4 Ökostromgesetz (ÖSG) .......................................................................................43

    2.5 Stromversorgung ....................................................................................................43

    2.5.1 Kosten ...................................................................................................................44

    3333 Evaluierung verschiedener autarker Energieversorgungen zum BetreibenEvaluierung verschiedener autarker Energieversorgungen zum BetreibenEvaluierung verschiedener autarker Energieversorgungen zum BetreibenEvaluierung verschiedener autarker Energieversorgungen zum Betreiben

    einer ausgewählten Erdgassondeeiner ausgewählten Erdgassondeeiner ausgewählten Erdgassondeeiner ausgewählten Erdgassonde ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................45454545

    3.1 Der ausgewählte Standort der Erdgassonde................................................45

    3.2 Energieversorgung einer Erdgassonde...........................................................47

    3.2.1 Versorgung mit einer Photovoltaikanlage ................................................48

    3.2.2 Kostenschätzung ...............................................................................................51

    3.2.3 Versorgung mit Photovoltaikanlage und Brennstoffzelle....................54

    4444 Berechnung und ErgebnisseBerechnung und ErgebnisseBerechnung und ErgebnisseBerechnung und Ergebnisse ....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................61616161

    4.1 Photovoltaik-Anlage...............................................................................................61

    4.1.1 Simulationsergebnisse ....................................................................................61

    4.2 Photovoltaik-Anlage und Brennstoffzelle....................................................