rengerrative Energie (Fach) / reg Energie (Lektion)

Diese Lektion wurde von CarstenKoe erstellt.

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• 1. Definieren Sie den Begriff Energiespeicher. Ein Energiespeicher besteht aus einem Medium, dessen energetischer Zustand durch Energieaufnahme erhöht und durch Energieabgabe erniedrigt wird und das bei diesem Zustandswechsel stofflich nicht verbraucht wird.
• 2. Betrachtet man die spezifische Energiedichte von Brennstoffen, lässt sich von offenen und geschlossenen Kreisläufen sprechen. Was sollen diese Begriffe erklären? Offener Kreislauf: konventionelle Nutzung als Primärernergiequelle, überlichweise durch verbrennung Geschlossener Kreislauf: eine hypothetische Speicheranwendung durch einen reversiblen Redox-Prozess, wobei die Reaktionsprodukte in einem endothermen Reaktion zurückgebildet werden müssen.
• 3. Reversible Energiespeicherr lassen sich in 6 Kategorien einteilen. Nennen Sie diese Speichermethoden und jeweils 2 Beispiele (in einem Fall ggf. nur 1 Beispiel). ·         Thermisch: kapazitive Wärmespeicher ; latente Wärmespeicher ·         Chemisch: Wasserstoff; Methan Methanol Äthanol ·         Thermochemisch: reversible Bindungen; Reformprozesse ·         Elektrochemisch: Batterien; Brennstoffzelle ·         Elektrisch: elektrisches Feld; Magnetfeld ·         Mechanisch: Pumpspeicher; Druckluftspeicher
• 4. Was versteht man unter dem Begriff Wärmespeichermedium? Ein Material , das die thermische Energie aufnimmt
• 5. Was versteht man unter dem Begriff Speicherprozess? Ein physikalischer oder chemischer Vorgang, den das Speichermedium beim Lade Entladevorgang durchführt.
• 6. Was versteht man unter dem Begriff Wärmeträgermedium? Ein Fluid, das zum Transport der Wärme von Speicher zum Nutzer und umgekehrt benötigt wird.
• 7. Was versteht man unter dem Begriff Speicher? Als Komponente besteht er aus dem Speicherbehälter, dem Speichermedium sowie den Lade und Entladevorrichtung mit den erforderlichen Hilfskomponenten.
• 8. Was versteht man unter dem Begriff Speicherkapazität? Die Wärmemenge, die ein Speicher aufnehmen bzw. abgeben kann.
• 9. Was versteht man unter dem Begriff Lade- und Entladeleistung? Die Wärmelistung, die mit dem Wärmeträgermedium in den Speicher ein oder ausgekoppelt wird.
• 10. In welche Kategorien lassen sich Wärmespeicher einordnen? ·         Nach dem Prinzip des Speicherprozesses in sensible, latente und chemische Speicher. ·         Nach der Anwendungstemperatur in Nieder und Hochtemperaturspeicher ·         Nach der Dauer des Speicherzyklus in Kurz oder Langzeitspeicher ·         Nach dem Prinzip der Wärmeein und auskopplung. In direkte und indirekte Wärmespeicher
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• 11. Erklären Sie den Begriff sensible Wärme und erklären Sie den Zusammenhang zur spezifischen Wärmekapazität. Sensible Wärme bedeutet, dass die einem Stoff zugeführte thermische Energie Q mittels einer Temperaturänderung erfühlbar ist. 1 HS Q=m*cp*(T2-T1) Die Beziehung enthält als Proportoinalitätsfaktor die spezifische Wärmekapazität cp
• 12. Nennen Sie mindestens drei sensible Speichermedien und erklären Sie die jeweiligen Vorteile. Wasser = hohe Wärmekapazität Thermoöl = bei hohen Temp. Kein Druckbehälter notwendig. Luft Rauschgas = andere Stoffe lassen sich im Hochtemperaturbereich nur schwer realieren
• Erklären Sie den Begriff latente Wärme und erklären Sie den Zusammenhang zur Speichertechnik. Wie lässt sich die gespeicherte Wärme bzw. die Leistung physikalisch für einen solchen Speicher berechnen? Latenete Wärme wird für einen Phasenumwandlung eines Stoffes benötigte Energie bezeichnet. ( Umwandlungsenthalpie ΔHU), da die Phasenumwandlung bei konstanter Temperatur TU) verläuft. Die aus dem Alltag bekanntesten Phasenwandlungen sind der Übergang fest/flüssig und flüssig/gasförmig. Für die Wärmespeicherung können Phasenumwandlungen sehr vorteilhaft sein, weil mit ihnen Wärmespeicher hoher Energiedichte und konstanter Betriebstemperatur realisierbar sind. Q=m*[cp1*(Tu-T1)+ΔHU+cp2*(T2-Tu)] Indizes 1 und 2 für die Phasen fest und flüssig
• 14. Nennen Sie mindestens drei latente Speichermedien und erklären Sie die jeweiligen Vorteile. Wasser Salzhydrate Paraffine fest/flüssige Phasenwechsel. relativ geringe Schmelzwärme
• 15. Um ein Solarkraftwerk kontinuierlich betreiben zu können, werden Speicher benötigt. Diese Speicher lassen sich nach der Speicherdauer unterscheiden. Wie nennen sich diese Speicher und was zeichnet sie aus? ·         Kurzzeit bzw. Pufferspeicher 0,5-1h Nutzung von Überschlussenergie und Verbesserung des Betriebsverhaltens. ·         Mehrstundenspeicher 2-6h zur Erhöhung des Solaranteils bei Mittellastbetrieb und zur zeitlichen Entkopplung von Solareinstrahlung und Stromerzeugung ·         Chemischer Speicher als Langzeitspeicher mit denen eine signifikante Erhöhung des Solaranteils und damit der weg vom fuel saving zum reinen solaren Grundlastkraftwerk möglich sind.
• 16. Was versteht man unter dem Solarvielfachen und wie ist es definiert? Es ist das verhältnis vom Solarfeld erbrachten thermischen Leistungen zur thermischen Nennleistung der Wärmekraftanlage. Formel siehe Word.
• 17. Was versteht man bei solarthermischen Kraftwerken unter den Begriffen Sommer-und Winterauslegung? Stellen Sie die Unterschiede grafisch dar und erklären Sie! Sommerauslegung nur zur Sommersonnenwende zur Mittagszeit die von der Wärmekraftmaschine benötigte Nennleistung. Sonst nur Teillast. Winterauslegung: an jedem Tag des Jahres zumindest zur Mittagszeit herum die erforderliche thermische Leistung für den Nennlastbetrieb. Abildung S. 300 Skript
• 18. Nennen Sie zwei solarthermische Verfahren, die kraftwerkstechnisch genutzt werden, nennen Sie die grundlegenden Prinzipien dieser Kraftwerke und die jeweiligen Temperaturbereiche. Parabolrinnen-Kraftwerk: mit Mineralöle (300C) oder temperaturbeständige Thermalöle (400C) in flüssiger Phase   Solarturm-Kraftwerke: Temp bis 1000 C am Receiver möglich. Betrieb mit Wasser/Dampf , Natrium, Wärmeträgersalz
• 33. Welche direkte Speichermöglichkeiten für elektrische Energie kommen heutzutage in Frage? Nennen Sie jeweils ein Beispiel! Derzeit nur das elektrische oder magnetische Feld. Elektrisches Feld: Kondensator. Magnetisches Feld: Supraleitende Magnetische Energiespeicher
• 34. Nennen Sie drei Varianten zur Speicherung mechanischer Energie und nennen Sie jeweils die gespeicherte Energieform. ·         Pumpenspeicher: Potenzielle Energie ·         Drucklustspeicher: potenzielle Energie ·         Schwungradspeicher: kinetische Energie
• 35. Stellen Sie schematisch ein Pumpspeicherkraftwerk dar. S.349
• 36. Wie lässt sich die hydraulische Leistung berechnen und welche Bedeutung haben die einzelnen Variablen? P=p*g*H*V*n Leistung = dichte *erdbeschleunigung* Höhe*Volumenstrom*Wirkungsgrad der Turbine
• 37. Welchen Wirkungsgrad bieten Pumpspeicherkraftwerke heutzutage? 75-80%
• 38. Erklären Sie das Prinzip eines Druckluftspeichers, wie wird er gefüttert und wie ist er prinzipiell aufgebaut? Gas wird komprimiert in einen Speicher geleitet.(adiabat) Und Später wird das Gas über eine Turbine entspannt (isentrop)
• 39. Wie lässt sich vereinfacht die Exergie eines Gases in einem Druckluftspeicher berechnen? E=m*cv*(T-T0) unter der Annahme eines idealen Gases.
• 40. Stellen Sie schematisch ein einfaches Luftspeicherkraftwerk dar und bezeichnen Sie die einzelnen Komponenten. Erstellen Sie für dieses Luftspeicherkraftwerk ein h,s- Diagramm und beschreiben Sie die einzelnen Zustandsänderungen. S.360-361
• 41. Welche Vorteile bietet die Energiespeicherung in einem Druckluftspeicher gegenüber einem Pumpspeicherkraftwerk? ·         Die energiespeicherung pro Volumen ist größer ·         Es kommen mehr geologische Formationen wie z.B Salzstöcke und Kavernen in Felsgestein in Frage. ·         Der Landverbrauch ist gering.
• 1. Stellen Sie schematisch ein optimiertes Luftspeicherkraftwerk dar und bezeichnen Sie die einzelnen Komponenten. S.363-364
• 43. Was ist der Hauptgrund für den niedrigen Anlagenwirkungsgrad von Luftspeicherkraftwerken und wie lässt sich dieses Problem verringern? Grund ist der Wärmeverlust der Luft im Speicher. Die unvermeidliche Kompressionswärme der Luft vor dem Speichern entziehen.
• 44. Stellen Sie die Funktionsweise eines adiabaten Druckluftspeicherkraftwerks dar und erklären Sie die Speicher- und die Entladephase. Die Verdichtung der Luft sollte mit möglichst geringer Zwischenkühlung erfolgen. Da der Wärmespeicher die Verdichtungswärme zur späteren Nutzung speichert. In der Entladungsphase gibt der Wärmespeicher die thermische Energie wieder an die Druckluft ab. Die Entspannung in der Luftturbine erfolgt ohne Erdgas-Zufeuerung,
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• 45. Zeigen Sie warum zum Erreichen einer hohen Speicherkapazität eine große Winkelgeschwindigkeit wichtiger ist als eine große Masse. FormelS. 365-366
• 46. Wodurch zeichnen sich moderne Schwungradspeicher aus, was ist heute Standard und was wird angestrebt? Wie werden derartige Schwungradspeicher betrieben und wie wird Ihre Leistung entnommen? Durch die erreichte Umfangsgeschwindigkeit beim Rotor. 2000 m/s nur unter Vakuum. Die Energie kann bei derart hohen Drehzahlen nur über einem am Schwungrad angekoppelten Geno entnommen werden.
• 47. Sofern adiabate Druckluftspeicherung möglich ist, wird Druckluftspeichern ein hohes Potential zugerechnet. Welche Konkurrenz-Anwendungen für Druckluftspeicher müssen aber berücksichtigt werden? ·         Erdgasspeicher ·         CO2 Speicher ·         Abfalllagerung
• 6. Zeigen Sie auf wie man vereinfacht die in einer bestimmten Höhe herrschende Windgeschwindigkeit anhand der vorherrschenden Oberflächenbeschaffenheit berechnen kann. -- Sie messen in der Lüneburger Heide in einer Höhe von 5m eine Windgeschwindigkeit von 10 m/s. Welche Windgeschwindigkeit herrscht in Nabenhöhe einer Windenergieanlage mit einer Gesamthöhe von 140m, wenn der Rotor einen Durchmesser von 80m hat? Siehe christans Rechnung
• 7. Sie befinden sich auf der Anfahrt zu einem Lehrgang von Ihrem in Norddeutschland gelegenen Standort an die österreichische Grenze. Unterwegs beobachten Sie, dass die Türme der Windenergieanlagen mit zunehmender Distanz zur Küste immer höher werden. Warum ist dies so? -- Mit Erreichen des ersten auf dem Weg befindlichen Mittelgebirges stellen Sie fest, dass hier sowohl hohe als auch niedrige Türme vorkommen. Warum ist dies so? die Rauhigkeit des Bodens ist in der Küstenregion geringer, die Grenzschicht somit kleiner. Um den Rotor in einen akzeptablen Bereich zu bringen sind dort daher geringere Höhen notwendig. Auf Anhöhen, wie bspw im Mittelgebierge, kann auch ein niedriger Turm reichen, da druch den Höhenuntershied  der Gradient gering ist.
• 8. Prinzipiell ist eine Gelände-Erhebung eine gute Position für eine Windenergieanlage. Warum ist dies so? Unter welchen Umständen ist dieser Vorteil nicht mehr gegeben? Durch Erhebungen wird das Geschwindigkeitsprofil ceutlich steiler! Schon bei geringeren Höhen sind die Geschwindkeitsunterschiede nicht mehr so groß. Bei steilen Erhebungen kommt es jedoch zu Ablösung der Strömung auf der Windabgewandten Seite, dort sind die Turbulenzen besonders groß, dieser Platz ist also sehr unvorteilhaft.
• 12. Windparks sind in der Regel weit verteilt aufgebaut. Aus welchem Grund muss zwischen den einzelnen Anlagen ein so großer Abstand gewählt werden? Ein windrad verursacht in seinem Schatten drall und turbulenzenbehaftete Störung. Dieses ist unvorteilhaft für due Anströmung eines weiteren Windrades! Es muss durch genügend Freiraum gewähleistet sein, dass keineInterdependenzen entstehen.
• 14. Sie haben eine dreiblättrige Windenergieanlage entwickelt, die einen Leistungsbeiwert von 0.5 erreichen soll. Der Rotor hat einen Radius von 40m. Die Nabe befindet sich in einer Höhe von 60m. Für eine erste Abschätzung nehmen Sie an, dass die den Rotor treffende Windgeschwindigkeit über den gesamten Rotordurchmesser einheitlich ist und der Geschwindigkeit in Nabenhöhe entspricht. Sie haben in einer Höhe von 10m eine Windgeschwindigkeit von 7.5m/s gemessen. Die Anlage soll auf einer küstennahen Ackerfläche aufgestellt werden. -- Verluste von Getriebe, Generator, etc. können vernachlässigt werden. Die atmosphärischen Bedingungen sind labil. -- Welche Leistungsabgabe können Sie von der Anlage erwarten? Rechnung siehe Christian
• 13. Wie lässt sich die im Wind enthaltene Leistung berechnen? Ekin=0,5*Massenstrom*c02

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