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Physik - UBRM (Subject) / Energieeinsatz und Energiegewinnung (Lesson)
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- Exergie Exergie ist der Anteil an Energie, welcher sich in Arbeit umsetzen lässt. Bei allen irreversiblen Prozessen nimmt die Exergie ab und nur bei reversiblen Prozessen bleibt die Exergie erhalten. Im Gegensatz zur Energie ist die Exergie keine Erhaltungsgröße.
- Leistung eines Wasserkraftwerks Pab = η * P = η *ΔEpot / Δt = η * Δm / Δt * g * h
- Flusskraftwerke (Laufkraftwerke) dienen zur Deckung der Grundlast an elektrischer Energie. Die Leistung beispielsweise der Donaukraftwerke ist zwischen 130 MW und 330 MW. Der Fluss wird mittels einer Wehranlage aufgestaut und dadurch ein Höhenunterschied erzeugt. Das Wasser wird dann durch Turbinen in den unteren Flusslauf gleitet.
- Pumpspeicherkraftwerke dienen zur Deckung von Spitzenlasten. Zu Zeiten, in denen ein "Überschuss" an elektrischer Energie vorhanden ist, wird Wasser in das hoch gelegene Speicherbecken gepumpt. Wenn zu Spitzenzeiten ein erhöhter Strombedarf besteht, dann steht dieser innerhalb von wenigen Minuten zur Verfügung. Ca 75 - 80% der zum Hinaufpumpen von Wasser notwendigen Energie können damit zurückgewonnen werden. Keine andere Speichermethode erreicht annähernd die Leistungsdaten eines Pumpspeicherkraftwerks.
- Speicherkraftwerke nützen den Höhenunterschied zwischen dem Stausee im Gebirge und dem Kraftwerk im Tal. Der Stausee dient dem Aufstauen des Wassers, das durch Niederschläge und während der Schneeschmelze anfällt. Beileitungssysteme dienen der Zuleitung von Wasser aus anderen Gebieten.
- 3 gängige Turbinentypen Pelton - Tangentialturbine Francis - Radialturbine Kaplan - Axialturbine
- Regelarbeitsvermögen Maß für die Stromproduktion eines Kraftwerks Es gibt an, wie viel elektrische Energie in einem Jahr vom Kraftwerk durchschnittlich geliefert werden kann.
- Windkraftanlagen Die Nutzung der Windenergie basiert auf der Übertragung eines Teiles der kinetischen Energie der Luft auf den Rotor.
- Pitch Regelung Verstellung der Rotorblätter eines Windrades dadurch kann die Auftriebskraft und damit die Drehzahl verändert werden. Bei starkem Sturm werden die Blätter 90° zur Windrichtung gedreht und derart stillgelegt. Die Pitch Regelung wird bei größeren Windrädern verwendet.
- Stall Regelung Leistungsbegrenzung durch Strömungsabriss Durch die Form der Rotorblätter kommt es bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten zu einem Strömungsabriss, der die Auftriebskraft begrenzt. Zusätzlich sind diese Windräder mit aerodynamisch wirkenden Bremsklappen ausgestattet. Bei starkem Sutrm wird der Rotor zusätzlich mechanisch zum Stillstand gebremst. Die Stall Regelung wird hauptsächslich bei kleineren Windrädern verwendet.
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- Zugeführte Leistung Pzu Pzu = ΔWkin / Δt = Δm / Δt * v2 / 2 = A * ρ* v3 / 2
- Windgeschwindigkeit v beim Rotor vRotor = (v+w) / 2 v - Geschwindigkeit vorm Rotor w - Geschwindigkeit nach dem Rotor
- Wirkungsgrad η einer Windkraftanlage x = w / v η = ((1 + x) * (1 - x2)) / 2
- Leistung P eines Windkraftwerks Pab = η * Pzu = η * A * ρ * v3 / 2