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KMA (Subject) / Skript 6 - Regenerative Energiequellen/ Klausur 05/15 (Lesson)

Allgemein

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  • Skript 6: Zu den regenerativen Energiequellen gehört u.a. die Erdwärme bzw. die Geothermie. Dabei wird zwischen geothermischen Heiz- und geothermischen Kraftwerken unterschieden. 6.1 Beschreiben Sie das Grundprinzip eines geothermischen Heizwerks. 6.1 Grundprinzip eines geothermischen Heizwerks:  Bei geothermischen Heizwerken fördert eine Pumpe aus einer Bohrung heißes Thermalwasser an die Oberfläche. Ein Wärmetauscher entzieht dem Thermalwasser seine Wärme und gibt sie an ein Gernwärmenetz ab. Über eine Reinjektionsbohrung wird das abgekühlte Thermalwasser wieder in die wasserführende Schicht verpresst.
  • Skript 6: Zu den regenerativen Energiequellen gehört u.a. die Erdwärme bzw. die Geothermie. Dabei wird zwischen geothermischen Heiz- und geothermischen Kraftwerken unterschieden. 6.2 Welche geothermischen Kraftwerks-Typen bzw. Kraftwerks-Konzepte sind Ihnen bekannte? Nennen Sie mindestens zwei. 6.2 Geothermische Kraftwerkstypen bzw. -konzepte: Direktdampfnutzung Flash-Kraftwerke ORC-Kraftwerke (Organic RANKINE Cycle-Kraftwerke) HDR-Kraftwerke (Hot Dry Rock-Kraftwerke)
  • Skript 6: Definition Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse Definition Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse Der Aufbau ist verhältnismäßig einfach. Der elektrische Generator, ggf. das Getriebe und die elektrische Steuerung können in einer Bodenstation untergebracht werden, wodurch die Wartung unkomplizierter ist. Außerdem müssen sie nicht dem Wind nachgeführt werden. Aufgrund ihres geringen Wirkungsgrades und des meist höheren Materialaufwandes konnten sich aber unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht gegen Rotoren mit horizontaler Drehachse durchsetzen. Unterschiedliche Rotorformen: Savonius-Rotor, Darrieus-Rotor und H-Rotor.
  • Skript 6: Moderne Windkraftanlagen sind Auftriebsläufer, bei denen die Rotorblätter durch das Prinzip des aerodynamischen Auftriebes bewegt werden. 6.1 Beschreiben Sie das Prinzip des aerodynamischen Auftriebes. 6.1 Prinzip des aerodynamischen Auftriebes: Wenn der Wind auf ein Rotorblatt trifft, so wird Luft oerhalb und unterhalb des Blattes entlanggeführt. Da das Blatt gewölbt ist, hat die Luft oberhalb des Blattes einen längeren Weg um das Profil herum und muss somit schneller fließen als die Luft auf der Unterseite. Dadurch entsteht oberhalb des Blattes ein Unterdruck (Saugseite) und unterhalb ein Überdruck (Druckseite). Durch diese Druckdifferenz wird eine Antriebskraft erzeugt, die immer senkrecht zur Anströmung steht und das Rotorblatt antreibt.
  • Skript 6: Moderne Windkraftanlagen sind Auftriebsläufer, bei denen die Rotorblätter durch das Prinzip des aerodynamischen Auftriebes bewegt werden. 6.2 Welche zwei aerodynamischen Verfahren zur Regulierung der Leistung einer Windkraftanlage kennen Sie? 6.2 Aerodynamische Verfahren zur Regullierung der Leistung einer Windkraftanlage: Stall-Regelung (Regelung durch Strömungsabriss). Pitch-Regelung (Blattwinkelverstellung).
  • Skript 6: Moderne Windkraftanlagen sind Auftriebsläufer, bei denen die Rotorblätter durch das Prinzip des aerodynamischen Auftriebes bewegt werden. 6.3 Was wird in Windparks unter dem Begriff der "Anlagenverschattung" verstanden? 6.3 Begriff der "Anlagenverschattung": Stehen Windkraftanlagen dicht beieinander, können sie sich gegenseitig den Wind "wegnehmen". Die Leistung der hinteren Anlagen geht dann zurück. Dieser Sachverhalt wird als Anlagenverschattung bezeichnet.
  • Skript 6: Moderne Windkraftanlagen sind Auftriebsläufer, bei denen die Rotorblätter durch das Prinzip des aerodynamischen Auftriebes bewegt werden. Definition Stall-Regelung: Definition Stall-Regelung: Die Rotorblätter sind bei den Anlagen mit einer Stall-Regelung mit einem festen Wnkel an der Rotornabe angebracht. Das Rotorblattprofil ist dabei so ausgelegt, dass sich bei zu hoher Windgeschwindigkeit an der windabgewandten Seite des Rotorblattes Turbulenzen bilden. Zugleich wird die Leistungsaufnahme bei sehr starkem Wind durch den Asynchrongenerator begrenzt. Er bindet die Drehzal der Anlage an die Frequenz des elektrischen Netzes, sodasss der Rotor auch bei sehr starkem Wind nicht schneller drehen kann. Dadruch reist die Strömung an den Flügeln ab und die Leistungsaufnahme der Anlage wird so begrenzt.
  • Skript 6: Moderne Windkraftanlagen sind Auftriebsläufer, bei denen die Rotorblätter durch das Prinzip des aerodynamischen Auftriebes bewegt werden. Definition Pich-Regelung: Definition Pich-Regelung: Hier misst ein Regler ständig die Leistungsabgabe der Anlage. Bei zu starkem Wind werden die Rotorblätter um ihre Längsachse aus dem Wind gedreht. Auf diese Weise wird der Auftrieb verringert, sodass auch bei hohen Windgeschwindigkeiten die Leistungsabgabe des Rotors konstant bleibt. Jedes einzelne Rotorblatt kann dabei stufenlos verstellt werden. Der Antrieb der Verstellung kann mechanisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgen.
  • Skript 6: Moderne Windkraftanlagen sind Auftriebsläufer, bei denen die Rotorblätter durch das Prinzip des aerodynamischen Auftriebes bewegt werden. Definition Leeläufer Definition Leeläufer: Leeläufer sind so ausgelegt, dass sich der Rotor in Windrichtung hinter dem Turm befindet.  Nachteil: der vom Turm verursachte Windschatten, größere Lämemissionen Vorteil: Rotorblätter können bei starkem Sturm nicht gegen den Turm gedrückt werden und sie stellen sich selbständig in die Windrichtung.
  • Skript 6: Moderne Windkraftanlagen sind Auftriebsläufer, bei denen die Rotorblätter durch das Prinzip des aerodynamischen Auftriebes bewegt werden. Definition Luvläufer Definition Luvläufer: Luvläufer berfinden sich in Windrichtung vor dem Turm. Bei der Auslegung ist zu beachten, dass die Rotorblätter bei starkem Wind von vorne nicht gegen den Turm gedrückt weden. Luvläufer müssen im Gegensatz zu den Leeläufern dem Wind nachgeführt werden, da sie sich nicht selbst in die Windrichtung stellen.
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  • Skript 6: Im Zusammenhang mit den regenerativen Energiquellen kommt den Pumpspeicherkraftwerken eine wichtige Rolle zu. 6.1 Beschreiben Sie die allgemeine Funktionsweise eines Pumpseicherkraftwerks 6.1 Furnktionsweise eines Pumpseicherkraftwerks: Pumpseicherkraftwerke verfügen über ein oberes und ein unteres Staubecken. Bei geringer STromnachfrage wird das Wasser mit elektrischer Energie aus dem unteren Becken in den höher gelegenen Speichersee gepumpt. Wird wieder mehr elektrische Energie benötigt, kann das im oberen Stausee gespeicherte Wasser zum Antrieb der Kraftwerksturbinen genutzt werden, um wieder Strom zu gewinnen.
  • Skript 6: Im Zusammenhang mit den regenerativen Energiquellen kommt den Pumpspeicherkraftwerken eine wichtige Rolle zu. 6.2 Begründen Sie kurz, warum sich Pumpseicherkraftwerke zur Lastglättung und zur Vereitstellung von Regelleistung eigenen. 6.2 Grund für die Eignung zur Lastglättung und Bereitstellung von Regelleistung: Ein Pumpspeicherkraftwerk kann innerhalb kürzester Zeit in Betrieb genommen und flexibel geregelt werden.
  • Skript 6: Im Zusammenhang mit den regenerativen Energiquellen kommt den Pumpspeicherkraftwerken eine wichtige Rolle zu. 6.3 Welche weiteren Wasserkraftwerkstypen zur Stromerzeugung kennen Sie? Nennen Sie drei. 6.3 Weitere Wasserkraftwerkstypen zur Stromerzeugung: Laufwasserkraftwerke Speicherkraftwerke Gezeitenkraftwerke Meeresströmungskraftwerke Meereswellenkraftwerke Osmosekraftwerke Ozeanthermische Kraftwerke
  • Skript 6: Im Zusammenhang mit den regenerativen Energiquellen kommt den Pumpspeicherkraftwerken eine wichtige Rolle zu. Definition Gezeitenkraftwerk Gezeitenkraftwerk Verwenden für die Stromerzeugung den ständigen Wechsel von Ebbe und Flut. Der beim Gezeitenwechsel auftretende Höhenunterschied wird genutzt, um das Wasser bei auflaufender Flut hinter einem Damm aufzustauen und bei niedrigem Wasserstand abfließen zu lassen. Zusätzlich wird das Wasser aber auch bei Einströmen in das Staubecken durch die Turbinen gleitet. -> Stromerzeugung bei Ebbe und Flut Damit diese doppelte Nutzung möglich ist, müssen die Turbinen für diesen Betrieb ausgelegt sein: Verstellbare Schaufelräder, die sich jeweils auf die Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit einstellen lassen.
  • Skript 6: Im Zusammenhang mit den regenerativen Energiquellen kommt den Pumpspeicherkraftwerken eine wichtige Rolle zu. Definition Meereströmungskraftwerk Meereströmungskraftwerk So wie Windkraftanlagen, nur das sich Mast mit Rotor unterhalb der Wasseroberfläche befinden.
  • Skript 6: Im Zusammenhang mit den regenerativen Energiquellen kommt den Pumpspeicherkraftwerken eine wichtige Rolle zu. Definition Meereswellenkraftwerk Meereswellenkraftwerk Schwimmersysteme: Ein Schwimmer folgt der Wellenbewegung. Ein fest stehender Teil ist auf dem Meeresgrund verankert. Die Auf- und Abbewegung des Schwimmers lässt sich durch Lineargenerator in Strom umwandeln. Kammersysteme: Es wird Kammer mit Lufeinschluss geschaffen. Die Wellen drücken die Luft zusammen. Über eine Öffnung kann die verdrängte Luft entweichen und eine Turbine antreiben. Tapered-Channel-Anlagen: Wellen laufen im Küstenbereich in einen konisch zulaufenden und ansteigenden Kanal. Ein Oerbecken fängt die Wellen auf. Beim Rückströmen ins Meer treibt das Wasser eine Turbine an.
  • Skript 6: Im Zusammenhang mit den regenerativen Energiquellen kommt den Pumpspeicherkraftwerken eine wichtige Rolle zu. Definition Osmosekraftwerke Osmosekraftwerke Verwenden den unterschiedlichen Salzgehalt von Süß- und Salzwasser, um daraus elektrische energie zu gewinnen. Hier wird ein geeignetes flüssiges Arbeitsmedium (Ammoniak oder Kohlenmomoxid) durch Kontakt mit einem wärmeren Oberflächenwasser zur Verdampfung gebracht und leistet bei der dadurch verursachten Ausdehnung mechanische Arbeit, die über einen Generator zur Stromerzeugung genutzt wird. Danach wird das Arbeitsmedium durch Kontakt mit dem kälteren Tiefenwasser wieder abgekühlt und verflüssigt, wonach der Zyklus wieder von vorn beginnt.
  • Skript 6: Im Zusammenhang mit den regenerativen Energiquellen kommt den Pumpspeicherkraftwerken eine wichtige Rolle zu. Definition Ozeanthermische Kraftwerke Ozeanthermische Kraftwerke Werden Anlagen bezeichnet, die aus der Temperaturdifferenz zwischen Oberflächenwassser und kälterem Tiefenwasser Energie gewinnen und darauf Strom erzeugen.
  • Skript 6: Definition Biogasherstellung - Prozess der Vergärung Definition Biogasherstellung - Prozess der Vergärung 1. Verflüssigungsphase2. Versäuerungsphase3. Essigsäurebildung4. MethanbildungDer beschriebene Prozess muss unter Licht- und Sauerstoffabschluss stattfinden und erfordert eine gleichmäßige Temperatur.
  • Skript 6: Definition Biomasse-Heizkraftwerk Definition Biomasse-Heizkraftwerk Produziert mittels Verbrennung elektrische Energie. Ideale Brennstoffe sind Holzpellets, Holzhackschnitzel, Stroh, Getreide, Schilf. Neben der elektrischen Energie wird auch thermische Energie produziert, die zusätzich in das Wärmenetz eingespeist werden kann.Zunächst wird die Biomasse verbrannt. Die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase werden zur ERhitzung von Wasser genutzt, das durch die Hitze in Wasserdampf umgewandelt wird. In einer speziellen Turbine wird die thermische Enrgie letztlich zu elektrischer Energie umgewandelt.
  • Skript 6: Stromnetze Defintion Smark Grids Stromnetze Smart Grids: Ist ein System, in dem Stromerzeugung, Stromspeicherung, Übertragungs- und Verteilnetze sowie die Energieverbraucher über modernste Informations- und Kommunikationstechnologien verbunden sind. Dadurch kann die aus erneuerbaren und aus konventionellen Energieträgern eingesetzte Primärenergie so effizient, sicher, wirtschaftlich und umweltfreundlich wie möglich genutzt werden.
  • Skript 6: Sonnenenergie Defintion Solarthermische Kraftwerke Solarthermische Kraftwerke Wandeln Sonnenwärme in elektrische Energie um. Dazu bündeln sie die Sonnenstrahlen mittels konzentrierter Spiegel und fokussieren diese auf einen Receiver. Im Receiver wird die absorbierte Sonnenenergie an ein Medium abgegeben. Die transferierte thermische Energie wird zum Betrieb eines Wärmekraftprozesses mit Gasturbine und/oder Dampfmaschine oder Stirling-Motor genutzt.
  • Skript 6: Sonnenenergie Definition Parabolrinnenkraftwerk Parabolrinnenkraftwerk Ist aus vielen großen rinnenförmigen Parabolspiegeln aufgebaut, welche in einer mehrere Hundert Meter langen Reihe nebeneinander aufgestellt werden. Viele parallele Reihen formen das Solarkollektorfeld. Die einzelnen Spiegel können sich um ihre Längsachse drehen, um dem Lauf der Sonne zu folgen. Das sich in der Brennlinie befindliche Absorberrohr wird von einem speziellen Thermoöl durchströmt. Zur Reduktion von Wärmeverlusten ist das Absorberrohr in eine evakuierte Glashülle eingebettet.Eine spezielle selektive Beschichtung auf dem Absorberrohr verringert die Wärmeabstrahlung der Rohroberfläche.
  • Klausur 05/15: Die nachfolgende Abbildung zeigt eine Windkraftanlage mit horizontaler Drehachse zur Stromerzeugung. (Klausur 05/15 Seite 4/4). 6.1 Benennen Sie die mit  bis  ge- kennzeichneten Komponenten der abgebildeten Windkraftanlage. 6.1 Komponenten der abgebildeten Windkraftanlage:  Rotornabe.  Blattverstellung.  Rotorblatt.  Windrichtungsnachführung. 
  • Klausur 05/15: Die nachfolgende Abbildung zeigt eine Windkraftanlage mit horizontaler Drehachse zur Stromerzeugung. (Klausur 05/15 Seite 4/4). 6.2 Erörtern Sie das Prinzip der Pitch- Regelung zur Einstellung der Leis- tung einer Windkraftanlage. Gehen Sie dabei von einer hohen Windge- schwindigkeit aus. 6.2  Pitch-Regelung zur Einstellung der Leistung einer Windkraftanlage: Bei der Pitch-Regelung misst ein Regler ständig die Leistungsabgabe der Anlage. Bei zu starkem Wind werden die Rotorblätter um ihre Längsachse aus dem Wind gedreht. Auf diese Weise wird der Auftrieb verringert, sodass auch bei hohen Windgeschwindigkeiten die Leistungsabgabe des Rotors konstant bleibt. 
  • Klausur 05/15: Die nachfolgende Abbildung zeigt eine Windkraftanlage mit horizontaler Drehachse zur Stromerzeugung. (Klausur 05/15 Seite 4/4). 6.3 Neben Windkraftanlagen mit hori- zontaler Drehachse existieren auch Anlagen mit vertikaler Drehachse. Überlegen und nennen Sie mind. drei Vorteile von Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse. 6.3  Vorteile von Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse: V erhältnismäßig einfacher (robuster) Aufbau. Der elektrische Generator, gegebenenfalls das Getriebe und die elektrische Steuerung können in einer Bodenstation untergebracht werden. Die Wartung ist unkompliziert. Die Rotoren müssen nicht dem Wind nachgeführt werden. Besonders für Regionen mit schnell wechselnder Windrichtung geeignet. (Andere richtige Nennungen sind zu bewerten.) 

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