6. Umwandlung von Brennstoffen in Strom und Wärme (2.Umwandlung) Flashcards
Worauf beruht die Stromerzeugung in Kraftwerken?
auf der Wandlung von Energie
Die Wandlung von chemischer und nuklearer (Primär-)Energie in elektrische (Nutz-)Energie erfolgt über den “Umweg” der?
Wärmeerzeugung
Dasjenige Teilsystem, welches die Umwandlung von Wärme in mechanische Energie ausführt, nennt man?
thermodynamische Maschine (auch Wärmekraftmaschine WKM)
Die erste weitverbreitete WKM war die Dampfkraftmaschine, welche die ?(1)? Energie von ?(2)? in ?(3)? Energie wandelt.
(1) innere
(2) heißem Wasserdampf
(3) mechanische
Die Umwandlung erfolgt nie vollständig, denn bei jeder Wärmekraftmaschine (WKM) entsteht was?
Abwärme
?? mindert aufgrund des Energieerhaltungssatzes die bereitgestellte mechanische Energie.
Abwärme
Hauptpfade der Energiewandlung
Stromerzeugung in Kraftwerken kann unterteilt werden in? (3)
Stromerzeugung :
- mit Wärmekraftmaschine & Generator
- ohne Wärmekraftmaschine
- ohne Generator
Hauptpfade der Energiewandlung
Nenne Formen der Stromerzeugung in Kraftwerken mit Wärmekraftmaschine und Generator! (4)
Nuklear
Geothermisch
Solarthermisch
Brennstoffe
(siehe Folie 4!!)
Hauptpfade der Energiewandlung
Nenne Formen der Stromerzeugung in Kraftwerken ohne Wärmekraftmaschine! (2)
Windkraft
Wasserkraft
Hauptpfade der Energiewandlung
Nenne Formen der Stromerzeugung in Kraftwerken ohne Generator! (2)
Solarzellen
Brennstoffzellen
Installierte Nettonennleistung und Bruttostromerzeugung in Deutschland 2021
-> siehe Folie 5!
…
Installierte Nettonennleistung und Bruttostromerzeugung in Deutschland 2021
Summe konventioneller Nettonennleistung: ??
Summe konventioneller Bruttostromerzeugung: ??
Summe konventioneller Nettonennleistung: 84.347 MW
Summe konventioneller Bruttostromerzeugung: 325,4 TWh
Schema auf Folie 6 ansehen!
…
Formel energetischer Kraftwerks-Wirkungsgrad (brutto/netto) = ??
elektr. Leistung (brutto/netto)
/
Energiestrom des Brennstoffs (Brennstoff-Leistung)
Formel energetischer Kraftwerks-Nutzungsgrad (brutto/netto) = ??
(elektr. Energie (brutto/netto) \+ ausgekoppelte Wärmeenergie) / Brennstoffenergie
Beschreibe die Wandlungskette von thermischen Kraftwerken mit Feuerungsanlage! (Umwandlungsschritte/-systeme + nach jedem Schritt vorliegende Energieform und Anteil)
Chemische Energie des Brennstoffes: 100%
–> 1. Verbrennung
Innere Energie des Verbrennungsgases: 97% (Schlacke ca. 3%)
–> 2. Dampferzeugung
Innere Energie des Dampfes: ca. 92% (Innere Energie des Abgases: ca. 3%)
–> 3. Thermodynamische Maschine: Turbine
Bewegungsenergie des Laufrades: 42% (Innere Energie des Kühlwassers: ca. 50%)
—> 4. Generator
elektr. Energie: ca. 40% (Eigenbedarf und Generatorverluste: ca. 3%)
(siehe Folie 8!!)
Ablauf Wandlungskette von thermischen Kraftwerken mit Feuerungsanlage!
Die Brennstoffenergie wird zunächst in Wärme überführt.
Die Umwandlung der Wärme in mechanische Energie erfolgt mit ?(1)?, die im Energiewandlungssystem ?(2)? ausgeführt werden.
Dem System wird dazu ?(3)? zugeführt. Es leistet daraus ?(4)? und gibt schließlich ?(5)? ab.
Der Wärmetransport innerhalb des Prozesses erfolgt mit einem ?(6)?. Man unterscheidet zwischen Prozessen, die mit einem ?(7)? oder einem ?(8)? arbeiten.
(1) thermodynamischen Kreisprozesse
(2) “Turbine”
(3) Hochtemperaturwärme
(4) nutzbare Arbeit
(5) Niedertemperaturwärme
(6) Arbeitsmedium
(7) homogenen Medium (Gas)
(8) heterogenen Medium (Wasser/Dampf)
Funktionsprinzip der Dampfturbinen:
Der erhitzte Wasserdampf strömt aus dem ?(1)? durch eine ?(2)?. Dabei erhöht sich die ?(3)? der Dampfteilchen.
Die Dampfteilchen strömen ?(4)? auf die Schaufeln der Turbine und
versetzen diese in ?(5)?.
Bei jedem Auftreffen auf ein Schaufelrad wird ?(6)? des Dampfes in
?(7)? des Schaufelrades
umgewandelt.
Dabei ?(8)? sich die Temperatur und Druck des Dampfes. Als Folge
davon nimmt das ?(9)? zu.
Die erste praktikable Dampfturbine aus
dem Jahr 1888, hatte bereits einen Wirkungsgrad von fast 30 %. Moderne Hochdruckdampfturbinen erreichen Wirkungsgrade nahe ?(10)? %.
(1) Dampfkessel
(2) Düse
(3) kinetische Energie
(4) tangential
(5) Rotationsbewegung
(6) innere Energie
(7) kinetische Energie
(8) verringern
(9) Dampfvolumen
(10) 50
Meist sitzen bei modernen Dampfturbinen zur Erhöhung der Leistung mehrere Schaufelräder auf
einer Achse.
Wahr/Falsch?
Wahr
Dampfturbinen
Da der einströmende Dampf durch ein rotierendes Schaufelrad abgelenkt wird,
führt man ihn vor dem Auftreffen auf das
nächste Schaufelrad durch ein ?(1)?. Dieses sorgt dafür, dass der ?(2)? des Dampfes auf das nächste Schaufelrad wieder optimal ist.
(1) feststehendes Leitrad.
(2) Auftreffwinkel
Das Grundprinzip der Stromerzeugung: ??
elektromagnetische Induktion
Die Kombination aus Turbine und Generator: der ??
Turbosatz
Wozu dienen Generatoren?
Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie
Physikalische Grundlage aller Generatoren ist die ??
elektromagnetische Induktion
Physikalische Grundlage aller Generatoren ist die elektromagnetische Induktion: Durch die Bewegung eines ?(1)? in einem ?(2)?, wird in diesem ?(1)? eine ?(3)? induziert.
(1) elektrischen Leiters
(2) Magnetfeld
(3) Spannung
Bei einem einfachen ?(1)? (siehe Abbildung Folie 10) rotiert ein Elektro- oder Dauermagnet (?(2)?) in einem Hohlzylinder, der mehrere Spulenwicklungen besitzt (?(3)?).
Wenn sich die Magnetpole des Rotors (rot) an den Spulenwicklungen des Stators (gelb) vorbeibewegen, induzieren sie in ihnen eine ?(4)?, die an den ?(5)? der Leiter abgegriffen werden kann.
Die mechanische Energie des Rotors wird durch die rotierenden ?(6)? über die ?(7)? geliefert.
(1) Innenpolgenerator
(2) Rotor
(3) Stator
(4) Wechselspannung
(5) Enden
(6) Turbinenschaufeln
(7) Turbinenwelle
Der Dampfkraftwerksprozess:
Der heiße Dampf im Dampferzeuger kann durch was gewonnen werden? (3)
durch:
- die Verfeuerung von Brennstoffen (z.B. Kohle, Erdöl, Biomasse)
- einen Kernreaktor
- eine konzentrierende solarthermische Anlage
Der Dampfkraftwerksprozess
Nach Erzeugung des heißen Dampfes im ?(1)? wird dieser durch mehrere nacheinander geschaltete ?(2)? geleitet und dort schrittweise ?(3)?. Gleichzeitig kommt es auch zu einer ?(4)? des Dampfes. Alle ?(2)? sitzen - ebenso wie der Generator - auf der gleichen ?(5)?
Im ?(6)? wird der Dampf abgekühlt und kondensiert zu ?(7)?. Mit der ?(8)? wird das Wasser wieder in den ?(9)? gepumpt.
Die Abkühlung im Kondensator geschieht durch ein ?(10)? durch das kaltes Wasser aus einem ?(11)? oder abgekühltes Wasser aus einem ?(12)? mit der ?(13)? gleitet wird. Im Dampfturbinen-Kraftwerk gibt es also zwei Kreisläufe: Den ?(14)? und den ?(15)?
–> Schema Folie 11 dazu ansehen!!!!!!!! (zum Lernen den Prozess selbst aufschreiben/erklären)
(1) Dampferzeuger
(2) Turbinen
(3) entspannt
(4) Abkühlung
(5) Achse
(6) Kondensator
(7) Wasser
(8) Speisewasserpumpe
(9) Verdampfer
(10) Rohrsystem
(11) Fluss
(12) Kühlturm
(13) Kühlwasserpumpe
(14) Dampfkreislauf
(15) Kühlwasserkreislauf
Im Dampfturbinen-Kraftwerk gibt es zwei Kreisläufe: ??
Dampfkreislauf
Kühlwasserkreislauf
In ihrer einfachsten Ausführung besteht eine
Gasturbinenanlage aus welchen wesentlichen Bestandteilen?
Bestandteile:
- Turboverdichter
- Brennkammer
- Turbine
- Generator
Dampfkraftwerk Neurath
FOLIE 12 ansehen!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
…
Die Gasturbinenanlage -
Arbeitsweise:
Der ?(1)? saugt Luft aus
der Umgebung an und verdichtet diese auf ein
Mehrfaches ihres Druckes. Die verdichtete Luft
wird in die ?(2)? geführt und reagiert dort mit dem zugeführten ?(3)?.
In der ?(4)?, die analog zu einer Dampfturbine arbeitet, wird das Gas auf ?(5)? entspannt und verlässt die Anlage.
Der ?(6)?, der auf der selben ?(7)? rotiert, wandelt die mechanische Energie in ?(8)? um.
Bei dem im Kraftwerk meist angewandten ?(9)? Prozess, wird die ?(10)? aus der Umgebung angesaugt und die ?(11)? werden in diese wieder abgegeben.
–> siehe Ablauf auf Schnittbild einer stationären Axial-Gasturbine, Folie 13!!!
(1) (Turbo-) Verdichter
(2) Brennkammer
(3) Brennstoff
(4) Turbine
(5) Umgebungsdruck
(6) Generator
(7) Welle
(8) elektrische Energie
(9) offenen
(10) Verbrennungsluft
(11) Abgase
Entscheidendes Merkmal der Gasturbine ist?
Arbeitet immer nur mit einem Aggregatszustand (gasförmig)!
Heizkraftwerk Berlin Mitte
–> Folie 14 ansehen!
…
Verschaltung von Gas- und Dampfkraftwerken: GuD-Anlagen
Welchen Vorteil hat eine Kombination von Gas- und Dampfkraftprozess? Begründe!
Der Wirkungsgrad von Gasturbinenkraftwerken wird deutlich erhöht
Begründung:
die heißen Abgase aus der Gasturbinenanlage können für den Betrieb eines Dampfkraftwerkes verwendet werden.
Verschaltung von Gas- und Dampfkraftwerken: GuD-Anlagen - Funktionsweise
Der ?(1)? überträgt den Großteil der ?(2)? Energie des ?(3)? auf den
?(4)?-Kreislauf.
Die ?(5)? und ?(6)? Energie
des Dampfs wandelt die Dampfturbine in ?(7)? Energie um.
(1) Abhitzekessel
(2) thermischen
(3) Gasturbinenabgases
(4) Wasser-Dampf
(5) thermische
(6) kinetische
(7) mechanische
Verschaltung von Gas- und Dampfkraftwerken: GuD-Anlagen
Wie ist die Leistungsaufteilung zwischen den beiden Kraftwerken?
2/3 der Leistung durch Gasturbine erbracht
Dampfturbine erbringt nur noch 1/3 der Leistung der Gasturbine
(Nachfragen, ob 1/3 der Gasturbine oder 1/3 der gesamten Leistung??)
Vereinfachtes Schaltbild einer GuD-Anlage
–> Folie 15!!!
….
GuD-Anlage erreichen einen Wirkungsgrad von ??%
60%
Gasturbinenanlagen alleine haben nur einen Wirkungsgrad von 30% bzw. Andere Angabe Erdgas Gasturbine Solo: 38%
GuD-Heizkraftwerk Dresden Nossener Brücke (270 MW)
–> Folie 16
…
Kernkraft
Siedewasserreaktor
Die ?(1)? geben die Wärme direkt an das ?(2)? ab, das dadurch zu ?(3)? beginnt.
Neben dem Antrieb der Turbine übernimmt das ?(4)? im Reaktor die Funktion eines Moderators. Ein Moderator ?(5)? die schnellen ?(6)? ab, wodurch sie leichter vom ?(7) absorbiert werden können und damit die ?(8)? erhöhen.
Im ?(9)? befinden sich weniger Wassermoleküle, sodass die ?(10)? Wirkung des Wassers abnimmt, je mehr ?(9)? vorliegt, also je ?(11)? der Reaktor wird.
–> Schema siehe Folie 18!!!
(1) Brennstäbe
(2) umgebende Wasser
(3) sieden
(4) Wasser
(5) bremst
(6) Neutronen
(7) Spaltmaterial (U-235)
(8) Spaltausbeute
(9) Dampf
(10) moderierende
(11) heißer
