Startseite Brennstoffzelle: Kleiner Generator für Strom und Warmwasser

Von Fouad Sabry

Was ist eine Brennstoffzelle für den Heimgebrauch?

Eine elektrochemische Zelle kann entweder für die Haupt- oder die Notstromerzeugung verwendet werden, und eine Brennstoffzelle für den Heimgebrauch oder eine Brennstoffzelle für Privathaushalte ist eine solche Zelle. Sie sind vergleichbar mit den größeren industriellen stationären Brennstoffzellen, jedoch sind sie für den Einsatz in häuslichen Umgebungen in bescheidenerer Größe konstruiert. Die Technologie hinter diesen Brennstoffzellen wird meist als Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW) oder Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (Mikro-KWK) bezeichnet und ermöglicht es ihnen, nicht nur Strom, sondern auch warmes Wasser oder Luft zu erzeugen. p>

Wie Sie davon profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Brennstoffzelle für Zuhause

Kapitel 2: Stromerzeugung

Kapitel 3: Dezentrale Erzeugung

Kapitel 4: Photovoltaik

Kapitel 5: Kraft-Wärme-Kopplung

Kapitel 6: Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung

Kapitel 7: Thermophotovoltaik

Kapitel 8: Mikroerzeugung

Kapitel 9: Erneuerbare Wärme

Kapitel 10: Erdwärmepumpe

Kapitel 11: Finanzielle Förderung der Photovoltaik

Kapitel 12: Einspeisevergütung

Kapitel 13: Solarstrom

Kapitel 14: Solarenergie in den Vereinigten Staaten

Kapitel 15: Energierecycling

Kapitel 16: Photovoltaikanlage

Kapitel 17: Elektrische Energieeffizienz auf Vereinigte Staaten Farmen

Kapitel 18: Energie in Malta

Kapitel 19: Steuergutschrift für Energieinvestitionen von Unternehmen

Kapitel 20: Erneuerbare Energien in Dänemark

Kapitel 21: Net Metering in New Mexico

(II) Beantwortung der öffentlichen Top-Fragen zu Heimbrennstoffzellen.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Verwendung von Heimbrennstoffzellen in vielen Bereichen.

(IV) 17 Anhänge zur kurzen Erläuterung von 266 neuen Technologien in jeder Branche, um ein umfassendes 360-Grad-Verständnis der Brennstoffzellentechnologien für den Heimgebrauch zu erhalten.

Wer Dieses Buch ist für

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Bastler und alle, die über grundlegendes Wissen oder Informationen für jede Art von Brennstoffzelle für den Heimgebrauch hinausgehen möchten.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 16. Okt. 2022

Buchvorschau

Urheberrecht

Home Brennstoffzelle Copyright © 2022 by Fouad Sabry. Alle Rechte vorbehalten.

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form oder mit elektronischen oder mechanischen Mitteln, einschließlich Informationsspeicher- und -abrufsystemen, ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert werden. Die einzige Ausnahme ist ein Rezensent, der kurze Auszüge in einer Rezension zitieren kann.

Cover entworfen von Fouad Sabry.

Dieses Buch ist ein Werk der Fiktion. Namen, Charaktere, Orte und Ereignisse sind entweder Produkte der Phantasie des Autors oder werden fiktiv verwendet. Jede Ähnlichkeit mit realen Personen, lebenden oder toten, Ereignissen oder Schauplätzen ist völlig zufällig.

Bonus

Sie können eine E-Mail an [e-mail] mit dem Betreff Home Fuel Cell: Small generator for power and heated water senden und erhalten eine E-Mail mit den ersten Kapiteln dieses Buches.

Fouad Sabry

Besuchen Sie die Website von 1BK unter

www.1BKOfficial.org

Vorwort

Warum habe ich dieses Buch geschrieben?

Die Geschichte des Schreibens dieses Buches begann 1989, als ich Schüler der Secondary School of Advanced Students war.

Es ist bemerkenswert wie die STEM-Schulen (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik), die jetzt in vielen fortgeschrittenen Ländern verfügbar sind.

STEM ist ein Lehrplan, der auf der Idee basiert, Schüler in vier spezifischen Disziplinen - Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik - in einem interdisziplinären und angewandten Ansatz auszubilden. Dieser Begriff wird typischerweise verwendet, um eine Bildungspolitik oder eine Lehrplanwahl in Schulen anzusprechen. Es hat Auswirkungen auf die Entwicklung der Arbeitskräfte, nationale Sicherheitsbedenken und die Einwanderungspolitik.

Es gab eine wöchentliche Klasse in der Bibliothek, in der jeder Schüler jedes Buch frei wählen und 1 Stunde lang lesen kann. Ziel des Kurses ist es, die Schüler zu ermutigen, andere Fächer als den Lehrplan zu lesen.

In der Bibliothek, während ich mir die Bücher in den Regalen ansah, bemerkte ich riesige Bücher, insgesamt 5.000 Seiten in 5 Teilen. Der Buchname ist The Encyclopedia of Technology, der alles um uns herum beschreibt, vomabsoluten Nullpunkt bis zu Halbleitern, fast jede Technologie wurde damals mit bunten Illustrationen und einfachen Worten erklärt. Ich fing an, die Enzyklopädie zu lesen, und natürlich konnte ich sie nicht in der 1-stündigen wöchentlichen Klasse beenden.

Also überzeugte ich meinen Vater, die Enzyklopädie zu kaufen. Mein Vater kaufte am Anfang meines Lebens alle technischen Werkzeuge für mich, den ersten Computer und die erste Technologie-Enzyklopädie, und beide haben einen großen Einfluss auf mich und meine Karriere.

Ich habe die gesamte Enzyklopädie in den Sommerferien dieses Jahres fertiggestellt, und dann begann ich zu sehen, wie das Universum funktioniert und wie man dieses Wissen auf alltägliche Probleme anwendet.

Meine Leidenschaft für die Technologie begann vor mehr als 30 Jahren und immer noch geht die Reise weiter.

Dieses Buch ist Teil von The Encyclopedia of Emerging Technologies, was mein Versuch ist, den Lesern die gleiche erstaunliche Erfahrung zu geben, die ich in der High School hatte, aber anstelle von Technologien des 20. Jahrhunderts  interessiere ich mich mehr für die aufkommenden Technologien, Anwendungen und Branchenlösungen des 21. Jahrhunderts.

The Encyclopedia of Emerging Technologies wird aus 365 Büchern bestehen, jedes Buch wird sich auf eine einzelne aufkommende Technologie konzentrieren. Sie können die Liste der neuen Technologien und ihre Kategorisierung nach Branchen im Teil von Coming Soon am Ende des Buches lesen.

365 Bücher, um den Lesern die Möglichkeit zu geben, ihr Wissen über eine einzige aufstrebende Technologie jeden Tag im Laufe eines Jahres zu erweitern.

Einleitung

Wie habe ich dieses Buch geschrieben?

In jedem Buch von The Encyclopedia of Emerging Technologies versuche ich, sofortige, rohe Sucheinblicke direkt aus den Köpfen der Menschen zu erhalten und ihre Fragen über die aufkommende Technologie zu beantworten.

Es gibt jeden Tag 3 Milliarden Google-Suchanfragen, von denen 20% noch nie zuvor gesehen wurden. Sie sind wie ein direkter Draht zu den Gedanken der Menschen.

Manchmal ist das Wie entferne ich Papierstaus. In anderen Fällen sind es die schmerzhaften Ängste und geheimen Sehnsüchte, die sie immer nur mit Google teilen würden.

In meinem Bestreben, eine unerschlossene Goldgrube an Inhaltsideen über Home Fuel Cell zu entdecken, benutze ich viele Tools, um Autocomplete-Daten von Suchmaschinen wie Google zu hören, und kurbele dann schnell jede nützliche Phrase und Frage heraus, die die Leute um das Stichwort Home Fuel Cell stellen.

Es ist eine Goldgrube an Menscheneinblicken, die ich nutzen kann, um frische, äußerst nützliche Inhalte, Produkte und Dienstleistungen zu erstellen. Die freundlichen Menschen, wie Sie, wollen es wirklich.

Personensuchen sind der wichtigste Datensatz, der jemals über die menschliche Psyche gesammelt wurde. Daher ist dieses Buch ein Live-Produkt und wird ständig durch immer mehr Antworten auf neue Fragen zur Home Fuel Cell aktualisiert, die von Menschen wie Ihnen und mir gestellt werden, die sich über diese neue aufkommende Technologie wundern und mehr darüber erfahren möchten.

Der Ansatz für das Schreiben dieses Buches besteht darin, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Menschen in Home Fuel Cell suchen, Fragen und Fragen aufzudecken, die ich nicht unbedingt aus dem Kopf heraus denken würde, und diese Fragen in super einfachen und verdaulichen Worten zu beantworten und das Buch auf einfache Weise zu navigieren.

Wenn es darum geht, dieses Buch zu schreiben, habe ich darauf geachtet, dass es so optimiert und zielgerichtet wie möglich ist. Dieser Buchzweck ist es, den Menschen zu helfen, ihr Wissen über Home Fuel Cell weiter zu verstehen und zu erweitern. Ich versuche, die Fragen der Menschen so genau wie möglich zu beantworten und viel mehr zu zeigen.

Es ist eine fantastische und schöne Möglichkeit, Fragen und Probleme der Menschen zu erforschen und sie direkt zu beantworten und dem Inhalt des Buches Einsicht, Bestätigung und Kreativität hinzuzufügen - sogar Pitches und Vorschläge. Das Buch deckt reiche, weniger überfüllte und manchmal überraschende Forschungsbereiche auf, die ich sonst nicht erreichen würde. Es besteht kein Zweifel, dass erwartet wird, dass es das Wissen der potenziellen Leser erweitert, nachdem das Buch mit diesem Ansatz gelesen wurde.

Ich habe einen einzigartigen Ansatz angewendet, um den Inhalt dieses Buches immer frisch zu machen. Dieser Ansatz hängt davon ab, den Köpfen der Menschen zuzuhören, indem die Suchwerkzeuge verwendet werden. Dieser Ansatz hat mir geholfen:

Treffen Sie die Leser genau dort, wo sie sind, damit ich relevante Inhalte erstellen kann, die einen Nerv treffen und mehr Verständnis für das Thema schaffen.

Bleiben Sie am Puls der Zeit, damit ich Updates erhalten kann, wenn die Leute auf neue Weise über diese aufkommende Technologie sprechen, und Trends im Laufe der Zeit überwachen kann.

Entdecken Sie verborgene Schätze von Fragen, die Antworten auf die aufkommende Technologie benötigen, um unerwartete Einblicke und versteckte Nischen zu entdecken, die die Relevanz des Inhalts erhöhen und ihm einen entscheidenden Vorteil verschaffen.

Der Baustein für das Schreiben dieses Buches umfasst Folgendes:

(1) Ich habe aufgehört, die Zeit mit Bauchgefühl und Vermutungen über die von den Lesern gewünschten Inhalte zu verschwenden, den Buchinhalt mit dem gefüllt, was die Leute brauchen, und mich von den endlosen Inhaltsideen verabschiedet, die auf Spekulationen basieren.

(2) Ich habe solide Entscheidungen getroffen und bin weniger Risiken eingegangen, um in der ersten Reihe zu sehen, was die Leute lesen und wissen wollen - in Echtzeit - und Suchdaten zu verwenden, um mutige Entscheidungen darüber zu treffen, welche Themen aufgenommen und welche ausgeschlossen werden sollen.

(3) Ich habe meine Content-Produktion optimiert, um Content-Ideen zu identifizieren, ohne einzelne Meinungen manuell durchsuchen zu müssen, um Tage und sogar Wochen Zeit zu sparen.

Es ist wunderbar, den Menschen zu helfen, ihr Wissen auf einfache Weise zu erweitern, indem sie nur ihre Fragen beantworten.

Ich denke, der Ansatz, dieses Buch zu schreiben, ist einzigartig, da es die wichtigen Fragen sammelt und verfolgt, die von den Lesern in Suchmaschinen gestellt werden.

Bestätigungen

Ein Buch zu schreiben ist schwieriger als ich dachte und lohnender, als ich es mir jemals hätte vorstellen können. Nichts davon wäre ohne die Arbeit renommierter Forscher möglich gewesen, und ich möchte ihre Bemühungen würdigen, das Wissen der Öffentlichkeit über diese neue Technologie zu verbessern.

Widmung

Für die Erleuchteten, diejenigen, die die Dinge anders sehen und wollen, dass die Welt besser wird - sie mögen den Status quo oder den bestehenden Staat nicht. Du kannst ihnen zu sehr widersprechen, und du kannst noch mehr mit ihnen streiten, aber du kannst sie nicht ignorieren, und du darfst sie nicht unterschätzen, weil sie immer Dinge verändern ... Sie treiben die menschliche Rasse voran, und während einige sie als die Verrückten oder Amateure betrachten, sehen andere Genie und Innovatoren, weil diejenigen, die erleuchtet genug sind, um zu denken, dass sie die Welt verändern können, diejenigen sind, die es tun und die Menschen zur Aufklärung führen.

Epigraph

Eine elektrochemische Zelle kann entweder für die Haupt- oder Notstromerzeugung verwendet werden, und eine Hausbrennstoffzelle oder eine Brennstoffzelle für Wohngebäude ist eine solche Zelle. Sie sind vergleichbar mit den größeren industriellen stationären Brennstoffzellen, aber sie sind auf einer bescheideneren Größe für den Einsatz in häuslichen Umgebungen gebaut. In den meisten Fällen ist die Technologie hinter diesen Brennstoffzellen als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (Mikro-KWK) bekannt und ermöglicht es ihnen, nicht nur Strom, sondern auch warmes Wasser oder Luft zu erzeugen.

Inhaltsverzeichnis

Urheberrecht

Bonus

Vorwort

Einleitung

Bestätigungen

Widmung

Epigraph

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1: Brennstoffzelle zu Hause

Kapitel 2: Stromerzeugung

Kapitel 6: Pumpspeicherkraftwerke

Kapitel 4: Dezentrale Erzeugung

Kapitel 5: Kraft-Wärme-Kopplung

Kapitel 6: Energiespeicherung im Netz

Kapitel 7: Fernwärme

Kapitel 11: Hybridantrieb

Kapitel 9: Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung

Kapitel 10: Mikroerzeugung

Kapitel 11: Erneuerbare Wärme

Kapitel 12: Einspeisevergütung

Kapitel 15: Solarenergie

Kapitel 14: Energierecycling

Kapitel 15: Photovoltaikanlage

Kapitel 16: Bloom Energy Server

Kapitel 17: Elektrische Energieeffizienz in landwirtschaftlichen Betrieben in den Vereinigten Staaten

Kapitel 18: Energie in Malta

Kapitel 19: Steuergutschrift für Energieinvestitionen für Unternehmen

Kapitel 20: Erneuerbare Energien in Dänemark

Kapitel 21: Net Metering in New Mexico

Epilog

Über den Autor

Demnächst

Anhänge: Neue Technologien in jeder Branche

Kapitel 1: Brennstoffzelle zu Hause

Eine elektrochemische Zelle kann entweder für die Haupt- oder Notstromerzeugung verwendet werden, und eine Hausbrennstoffzelle oder eine Brennstoffzelle für Wohngebäude ist eine solche Zelle. Sie sind vergleichbar mit den größeren industriellen stationären Brennstoffzellen, aber sie sind auf einer bescheideneren Größe für den Einsatz in häuslichen Umgebungen gebaut. In den meisten Fällen ist die Technologie hinter diesen Brennstoffzellen als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (Mikro-KWK) bekannt und ermöglicht es ihnen, nicht nur Strom, sondern auch warmes Wasser oder Luft zu erzeugen.

Eni-Farm ist der Name einer Brennstoffzelle, die heute in Japan im kommerziellen Maßstab in Betrieb ist. Diese Zelle wird mit Erdgas betrieben und erzeugt mit Unterstützung der lokalen Regierung Strom sowie warmes Wasser.

Da es für eine Brennstoffzelle nicht möglich ist, jederzeit genau die benötigte Menge an Strom und Wärme bereitzustellen, werden Brennstoffzellen in der Regel nicht als eigenständige Systeme in Wohnhäusern installiert. Sie können stattdessen vom Netz abhängig sein, wenn die erzeugte Strommenge entweder ausreicht oder nicht ausreicht, um die Nachfrage zu decken. Darüber hinaus kann ein typischer Ofen, der ausschließlich Wärme erzeugt, mit einer Heimbrennstoffzelle gepaart werden, um ein Hybridheizsystem zu schaffen. So stellt das deutsche Unternehmen Viessmann eine Brennstoffzelle für Wohngebäude her, die eine elektrische Leistung von 0,75 kW und eine thermische Leistung von 1 kW hat. Diese Brennstoffzelle ist in einen konventionellen Wärmeerzeugungsofen mit einer Leistung von 19 kW integriert und speist für zusätzlichen oder zusätzlichen Strombedarf ans Netz.

PEMFC-Brennstoffzelle m-KWK arbeitet bei niedrigen Temperaturen (50 bis 100 °C) und erfordert hochreinen Wasserstoff.

Es ist anfällig für Verunreinigungen, und es können Anpassungen vorgenommen werden, damit es bei höheren Temperaturen funktioniert und den Kraftstoffreformer verbessert.

Die SOFC-Brennstoffzelle m-CHP arbeitet bei hohen Temperaturen (500 bis 1.000 °CP) und kann mit verschiedenen Energiequellen umgehen, aber die hohe Temperatur erfordert teure Materialien, um die Temperatur zu bewältigen.

Änderungen können vorgenommen werden, um bei einer niedrigeren Temperatur zu funktionieren.

Als direkte Folge der erhöhten Temperatur ist die Anlaufzeit für SOFC-Systeme oft länger.

Das Effizienzpotenzial erreicht nahezu hundert Prozent, da die Brennstoffzelle im Haus sowohl Strom als auch Wärme produziert, die beide vor Ort verbraucht werden. Dies steht im Gegensatz zur herkömmlichen Methode der Erzeugung von Fremdstrom mit Brennstoffzellen, die sowohl zu Transmissionsverlusten als auch zu Abwärme führt, was einen erhöhten Energieverbrauch für die Hausheizung erforderlich macht. Angesichts der Tatsache, dass eine Haushaltsbrennstoffzelle in den meisten Fällen nicht in der Lage ist, genau die Menge an Wärme und Strom zu produzieren, die zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt wird, ist eine solche Anlage typischerweise keine eigenständige Anlage, sondern eine, die mit einem konventionellen Ofen kombiniert und an das Netz angeschlossen wird, um den Strombedarf zu decken, der entweder über oder unter dem von der Brennstoffzelle erzeugten Bedarf liegt. Infolgedessen liegt der Gesamtwirkungsgrad unter hundert Prozent. Aufgrund der hohen Effizienz, die mit Brennstoffzellen im Haus erreicht werden kann, haben mehrere Nationen, wie Deutschland, begonnen, den Einbau von Brennstoffzellen im Rahmen eines Klimaschutzprogramms finanziell zu unterstützen.

Brennstoffzellen für den Haushalt sind so konzipiert und konstruiert, dass sie entweder in einem mechanischen Innenraum oder im Freien installiert werden können, wo sie rund um die Uhr geräuschlos betrieben werden. Haushaltsbrennstoffzellen lassen sich einfach in bereits vorhandene elektrische und hydraulische Systeme integrieren und entsprechen den Vorschriften, die Versorgungsunternehmen für die Zusammenschaltung haben. Heimbrennstoffzellen sind über das Hauptservicepanel des Hauses an das öffentliche Stromnetz angeschlossen und verwenden Net Metering. Bei einer Unterbrechung des Stromnetzes geht das System automatisch in einen netzunabhängigen Modus über. Dies ermöglicht es, eine unterbrechungsfreie Notstromversorgung für bestimmte Stromkreise im Haus bereitzustellen, während das Netz ausgefallen ist. Wenn Sie möchten, kann es auch so angepasst werden, dass es unabhängig vom Stromnetz funktioniert.

Es gibt bereits zwanzig Unternehmen, die Brennstoffzellen von Bloom Energy in ihren Einrichtungen installiert haben. Zu diesen Organisationen gehören Google, eBay und FedEx.

Die typische Lebensdauer einer Brennstoffzelle liegt bei etwa 60.000 Stunden. Dies entspricht einer prognostizierten Lebensdauer zwischen zehn und fünfzehn Jahren für PEM-Brennstoffzellen, die sich über Nacht selbst abschalten sollen.

Auf einer Dollar-pro-Watt-Basis ist die Mehrheit der Haushaltsbrennstoffzellen wettbewerbsfähig mit inländischen Solarenergie-Photovoltaikanlagen. Selbst an möglichst großen Solarstandorten können einige Haushaltsbrennstoffzellen, die mit Erdgas betrieben werden, in einem Jahr bis zu achtmal so viel Energie erzeugen wie eine Solaranlage gleicher Größe. Zum Beispiel kann ein Haushaltsbrennstoffzellensystem mit einer Leistung von 5 kW jährlich rund 80 MWh Kraft-Wärme-Kopplung erzeugen, was viel mehr ist als die geschätzten 10 MWh, die von einer 5-kW-Solaranlage erzeugt werden können. Solarenergie hingegen ist eine erneuerbare Ressource, die fast keine Betriebskosten verursacht, während Erdgas dies weder hat noch tut. Dies macht es unmöglich, die beiden Systeme direkt zu vergleichen.

Die Betriebskosten für Haushaltsbrennstoffzellen können so niedrig wie 6,0 ¢ pro kWh sein, basierend auf 1,20 USD pro Therm für Erdgas, vorausgesetzt, dass die gesamte elektrische und thermische Last genutzt wird.

Die anfänglichen Investitionen für Brennstoffzellen für Privathaushalte können beträchtlich sein. Bis Dezember 2012 hatten Panasonic und Tokyo Gas Co., Ltd. rund 21.000 PEM Eni-Farm-Einheiten in Japan zu einem Preis von jeweils 22.600 US-Dollar vermarktet, bevor die Einheiten installiert wurden.

Als Bestandteil der allgemeinen Politik der Vereinigten Staaten zu erneuerbaren Energiequellen sind Brennstoffzellensysteme für Wohngebäude sowohl auf staatlicher als auch auf Bundesebene für erhebliche finanzielle Rückerstattungen und Anreize qualifiziert. Zum Beispiel würden der Rabatt des California Self Generation Incentive Program (SGIP) (2.500 USD pro kW) und die Federal Tax Credits (1.000 USD pro kW Wohngebäude und 3.000 USD pro kW Gewerbe) die Nettokapitalkosten für den Kunden erheblich senken. Zusätzliche monetäre Vorteile können Unternehmen durch den Einsatz von Brennstoffzellen erzielen, dank Boni und beschleunigten Abschreibungsmöglichkeiten.

Insbesondere im Bundesstaat Kalifornien berechnen Versorgungsunternehmen höhere Preise pro Kilowattstunde, wenn der Energieverbrauch über definierte Basiswerte hinausklettert. Die oberste Stufe wird auf die höchsten Raten festgelegt, um die Verwendung auf solchen Ebenen zu verhindern. Mit anderen Worten, höhere Raten bedeuten höhere Kosten. Kunden, die Brennstoffzellen für zu Hause verwenden, haben eine geringere Chance, die höchstmöglichen Tarife zu zahlen, was zu jährlichen Einsparungen von bis zu 45 Prozent für Hausbesitzer führen kann.

Der Markt für Brennstoffzellen für Privathaushalte ist relativ jung und signalisiert einen deutlichen Wandel in der Art und Weise, wie Energie erzeugt wird. Die Installation eines einzelnen Brennstoffzellensystems in einer Residenz in den Vereinigten Staaten trägt zu dem größeren Ziel bei, Energieunabhängigkeit im Land zu erreichen. Einer der langfristigen Vorteile der Brennstoffzellentechnologie für Wohngebäude wird die Schaffung von Netzwerken von Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungssystemen (KWK) sein, die über Gemeinden und Gewerbegebiete verteilt werden. Diese Eigenerzeugung von Energie in einem dezentralen Erzeugungsansatz wird die Stromerzeugungskapazität der Vereinigten Staaten sichern und erhöhen. Es wird auch ermöglichen, ungenutzten Strom in die Netze zurückzuschicken, wodurch der Bau neuer Kraftwerke und Übertragungsleitungen entfällt. Die Installation eines Brennstoffzellensystems in einem Haus hat das Potenzial, es den Bewohnern zu ermöglichen, unabhängig vom Stromnetz zu leben, erheblich zur Verbesserung der Energieeffizienz beizutragen und die Abhängigkeit der Vereinigten Staaten von Energieimporten aus anderen Ländern zu verringern.

{Ende Kapitel 1}

Kapitel 2: Stromerzeugung

Stromerzeugung bezieht sich auf den Prozess der Erzeugung von elektrischer Energie aus Hauptenergiequellen wie fossilen Brennstoffen. Es ist die Phase im Stromgeschäft vor seiner Lieferung (Übertragung, Verteilung usw.) an Endverbraucher oder seiner Speicherung für die Versorgungsunternehmen, die in der Industrie tätig sind (z. B. unter Verwendung des Pumpspeicherverfahrens).

Da Elektrizität nicht direkt aus der Umwelt gewonnen werden kann, muss sie hergestellt werden (dh andere Energieformen in Elektrizität umwandeln). Der Herstellungsprozess findet in Kraftwerken (auch Kraftwerke genannt) statt. Elektromechanische Generatoren sind die häufigste Art von Generatoren, die in Kraftwerken verwendet werden. Diese Generatoren werden hauptsächlich von Wärmekraftmaschinen angetrieben, die entweder durch Verbrennung oder Kernspaltung angetrieben werden. Strom kann aber auch mit anderen Methoden wie der kinetischen Energie von fließendem Wasser und Wind erzeugt werden. Solare Photovoltaik und Geothermie sind zwei weitere Arten erneuerbarer Energiequellen.

Die Beseitigung von Kraftwerken, die Kohle und letztendlich Gas verbrennen, wird dazu beitragen, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren.

Michael Faraday, ein britischer Wissenschaftler, entdeckte in den 1820er und frühen 1830er Jahren die Grundprinzipien, die der Stromerzeugung zugrunde liegen. Seine Technik, die noch heute verwendet wird, beinhaltet die Bewegung einer Drahtschleife, manchmal auch als Faradaysche Scheibe bezeichnet, zwischen den Polen eines Magneten, um Elektrizität zu erzeugen. Die Erfindung der Wechselstromübertragung, die Leistungstransformatoren verwendet, um Strom mit hoher Spannung und mit geringen Verlusten zu transportieren, ermöglichte es zentralen Kraftwerken, finanziell rentabel zu werden.

Nach dem Anschluss des Dynamos an die hydraulische Turbine konnte endlich die Stromerzeugung für die kommerzielle Nutzung beginnen. Die mechanische Erzeugung elektrischer Energie markierte den Beginn der Zweiten Industriellen Revolution und ebnete den Weg für eine Reihe von Innovationen, die Elektrizität nutzten. Die bedeutendsten Beiträge zu dieser Revolution waren Nikola Tesla und Thomas Alva Edison. In der Vergangenheit war die einzige Möglichkeit, Strom zu erzeugen, der Einsatz chemischer Prozesse oder Batteriezellen, und die einzige Verwendung von Elektrizität, die eine reale Bedeutung hatte, war der Telegraf.

Im Jahr 1882 erzeugte eine Dampfmaschine an der Pearl Street Station in New York City einen Gleichstrom (DC) durch den Betrieb eines Dynamos. Dieser Gleichstrom wurde verwendet, um die öffentlichen Lichter in der Pearl Street mit Strom zu versorgen. Dies war der Beginn der Stromerzeugung in zentralen Kraftwerken. Die neue Technologie wurde sofort von zahlreichen Städten auf der ganzen Welt angenommen, und dabei stellten sie ihre gasbetriebenen Straßenlaternen auf elektrische um. Bald darauf wurde elektrisches Licht in öffentlichen Gebäuden, in Unternehmen und zur Stromversorgung öffentlicher Verkehrsmittel wie Straßenbahnen und Züge eingesetzt. Dies geschah nicht lange danach.

Die ursprünglichen Kraftwerke nutzten entweder Wasserkraft oder Kohle zur Stromerzeugung. Die moderne Gesellschaft nutzt viele verschiedene Arten von Energie, darunter Kohle, Kernkraft, Erdgas, Wasserkraft, Windkraft, Öl und andere Quellen wie Solarenergie, Gezeitenkraft und Geothermie.

Nach ihrem Debüt in den 1880er Jahren wurde der Glühbirne weitgehend die Katalyse des explosiven Wachstums der Elektroindustrie zugeschrieben. Obwohl es 22 andere gibt, denen die Erfindung der Glühbirne vor Thomas Edison und Joseph Swan zugeschrieben wird, wurde die Innovation, die Edison und Swan entwickelten, die kommerziell rentabelste und am weitesten verbreitete von allen. In den frühen Jahren des 19. Jahrhunderts wurden bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Elektrowissenschaft und -technik erzielt. Darüber hinaus führte die Entwicklung der Elektrotechnik und des Ingenieurwesens in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zu einer weit verbreiteten Verwendung von Elektrizität im täglichen Leben. Der Bedarf an Elektrizität in Privathaushalten stieg als Reaktion auf die weit verbreitete Verbreitung mehrerer elektrischer Innovationen und die Einbeziehung dieser Innovationen in Routineaktivitäten des täglichen Lebens sprunghaft an. Infolge dieser steigenden Nachfrage sahen viele Unternehmer die Chance auf Gewinn und begannen, Investitionen in die elektrische Infrastruktur zu tätigen, was schließlich zur Gründung der ersten öffentlichen Stromversorger führte. Der Begriff Elektrifizierung wird oft verwendet, um sich auf diesen historischen Prozess zu beziehen.

Anfangs wurde die Machtverteilung von einzelnen Konzernen gehandhabt, die völlig getrennt voneinander waren. Ein Kunde würde Energie von einem Erzeuger kaufen, der sie dann über seine eigene Strominfrastruktur verteilt, nachdem er die Zahlung vom Verbraucher erhalten hat. Die Gesamtproduktivität und Effizienz der Generation stieg parallel zur Entwicklung neuer Technologien. Erfindungen wie die Dampfturbine hatten nicht nur einen erheblichen Einfluss auf die Effektivität der Art und Weise, wie Strom erzeugt wird, sondern auch auf die Kosten dafür. Diese Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit war der von Dampfmaschinen sehr ähnlich, aber in einem viel größeren Maßstab und mit einer wesentlich höheren Leistung. Die Verbesserungen dieser Großkraftwerke waren für den Prozess der Zentralisierung der Stromerzeugung von wesentlicher Bedeutung, da erwartet wurde, dass diese Anlagen für das gesamte heute verwendete Energiesystem unverzichtbar werden würden.

In der Mitte des 20. Jahrhunderts begannen mehrere Versorgungsunternehmen, ihre Vertriebsnetze zu konsolidieren, um die finanziellen und betrieblichen Vorteile daraus zu nutzen. Die Anfänge der Anlagenkoordination gehen auf die Entwicklung der Fernstromübertragung zurück, die etwa zur gleichen Zeit stattfand. Die regionalen Netzbetreiber wurden dann beauftragt, dieses System zu sichern, um seine Zuverlässigkeit und Stabilität zu gewährleisten. Großstädte und Metropolregionen in Nordeuropa und Nordamerika waren in den 1920er Jahren die ersten, die ihre Wohnviertel und ihren Wohnungsbestand elektrifizierten.