Kapitel 2: Elektrische Energieerzeugung - klassisch

Question 1

Was ist ein Kraftwerk?

Wie werden sie hinsichtlich ihrer Auslastung unterteilt. Welche Jahreslaufzeiten in % gehören zu jeder Kategorie?

(Nennen Sie mindestens ein Beispiel zu jeder Kategorie)

Answer 1

Ein Kraftwerk ist eine technische Einrichtung die Bindungsenergie eines Primärenergieträgers in elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie umwandelt.

• Grundlastkraftwerke : 100% Nennleistung (z.B. Kernkraftwerk)
• Mittellastkraftwerke : 20 bis 63% (z.B. Gaskraftwerk)
• Spitzenkraftwerke:

Question 2

Worüber erfolgt die theoretische Beschreibung des Dampfkraftprozesses?

Answer 2

Die theoretische Beschreibung des Dampfkraftprozesses erfolgt dem Clausius Rankine Kreisprozess (CRK).

Question 3

Der Clausius-Rankine-Kreisprozess (CRK) ist ein …………?

Answer 3

Der CRK ist ein thermodynamischer Kreisprozess.

Question 4

Skizzieren Sie den CRK-Vergleichsprozess für das Dampfkraftwerk mit Turbine (T), Kondensator (Ko), Speisepumpe (Sp) und Kessel mit Überhitzer (Ke)

Answer 4

Question 5

Skizzieren Sie den CRK-Vergleichsprozess (pV-Diagramm) für das Dampfkraftwerk mit Turbine (T), Kondensator (Ko), Speisepumpe (Sp) und Kessel mit Überhitzer (Ke) graphisch. Nennen Sie Ungefährwerte der Isobaren. Welche Temperaturen treten an den Eckpunkten ungefähr auf ?

Answer 5

Punkt 1: 220bar und 570°
Punkt 2: 2bar und 170°
Punkt 3: 2bar und 80°
Punkt 4: 220bar und 250°

Question 6

Welchen Wirkungsgrad kann ein konventionelles Wärmekraftwerk etwa erreichen?

Answer 6

50%

Question 7

Was bedeutet Kraft-Wärme-Kopplung?

Welche Wirkungsgrade lassen sich erreichen?

Answer 7

Ein Teil des entstehenden Dampfes wird in einem Kraftwerk für Heizzwecke ausgekoppelt.

Wirkungsgrad der Strom-Erzeugung bis zu 90%.

Question 8

Welche Grundtypen von Turbinen gibt es?

Wodurch unterscheiden sie sich baulich und energetisch

Answer 8

Überdruckturbine:

• Schlechter Reaktionsgrad
• Hohe Wirkungsgrad
• Kinetische und potentielle Energie genutzt.
• Trommelbauweise

Gleichdruckturbine:

• Hoher Reaktionsgrad
• Nur kinetische Energie
• Kleinere Turbinen
• Kammerbauweise

Question 9

Was ist ein Kernkraftwerk?

Answer 9

Ein Kernkraftwerk (KKW), ist ein Wärmekraftwerk zur Gewinnung elektrischer Energie aus Kernenergie durch kontrollierte Kernspaltung (Fission).

Question 10

Was ist Kernspaltung ?

Nennen Sie mindestens zwei Möglichkeiten welche eine Kernspaltung auslösen können.

Answer 10

Kernspaltung: bezeichnet einen Prozess der Kernphysik, bei dem ein Atomkern unter Energiefreisetzung in zwei oder mehr Bestandteile zerlegt wird.

• Photospaltung
• Induzierte Spaltung

Question 11

Was ist ein Nuklid ?

Answer 11

Ein Nuklid ist eine Art von Atomen mit gleichen Atomkernen.

Die Atomkerne eines Nuklids stimmen überein in den Anzahlen ihrer Protonen und Neutronen.

Question 12

Was ist ein Isotop?

Nennen Sie zwei typische Uranisotope in der üblichen Schreibweise.

Welche Bedeutung haben die beiden Zahlen am Elementsymbol und wie heißen sie.

Answer 12

Als Isotop bezeichnet man Nuklide, wenn ihre Atomkerne die selbe Anzahl Protonen (gleiche Ordnungszahl), aber verschiedenen viele Neutronen erhalten.

^235₉₂U und ^238₉₂U

• *Massezahl:** Gesamtzahl der Protonen und Neutronen. (235)
• *Ordnungszahl:** Zahl der Protonen. (92)

Question 13

Was ist Radioaktivität?

Answer 13

Radioaktivität bezeichnet die Eigenschaft instabiler Atomkerne, sich spontan in andere Atomkerne umzuwandeln und dabei ionisierende Strahlung auszusenden.

Question 14

In welchen Strahlungsarten wird die beim Umwandlungsprozess frei werdende Energie für gewöhnlich emittiert ?

Woraus bestehen diese Strahlungen ?

Answer 14

• In Alphastrahlung : Sie ist eine ionisierende Strahlung die beim radioaktiven Alphazerfall auftritt.
• In Betastrahlung : Sie ist eine ionisierende Strahlung die beim radioaktiven Zerfall auftritt.
• In Gammastrahlung: ist eine elektromagnetische Strahlung, die bei spontanen Zerfall der Atomkerne vieler natürlich vorkommender oder künstlich erzeugter radioaktiver Nuklide entsteht.

Question 15

In welcher Einheit wird Radioaktivität gemessen?

Was bedeutet die Messgröße ?

Answer 15

In Becquerel : Ein Becquerel entspricht einem radioaktiven Zerfall pro Sekunde.

Question 16

Kernreaktoren werden unterschieden sich hinsichtlich ?

Answer 16

Nach Kühlung, Moderation, verwendeten Brennstoff und Bauweise unterteilt

Question 17

Nennen Sie mindestens drei verschiedene Reaktorarten.

Welche Reaktorart wird in Deutschland kommerziell verwendet?

Welche zwei Typen dieser Reaktorart kennen Sie ?

Answer 17

Reaktorarten :

• Leichtwasserreaktoren
• Schwerwasserreaktoren
• Graphitreaktoren
• Brutreaktoren
• Flüssigsalzreaktoren
• Natürlicher Reaktor

Leichtwasserreaktoren :

• Siedewasserreaktor
• Druckwasserreaktor

Question 18

Was ist eine Kernschmelze ?

Answer 18

Bezeichnet man einen schweren Unfall in einem Kernreaktor, bei dem sich einige oder alle Brennstäbe im Reaktorkern übermäßig erhitzen und schmelzen.

Question 19

Was bedeutet Moderation in Kernkraftwerken?

Welche Materialien werden in Kernkraftwerken typischerweise für die Moderation verwendet ?

Answer 19

Freie Neutronen werden abgebremst.

• Wasserstoff (als leichtes Wasser)
• Deuterium (als schweres Wasser)
• Sauerstoff
• Uran.

Question 20

Warum muss in Leichtwasserreaktoren angereichertes Uran verwendet werden ?

Welches Uranisotop wird angereichert?

Warum ist der Leichtwasserreaktor „relativ“ sicher, im Vergleich mit anderen Reaktorarten?

Answer 20

Absorption von Neutronen durch das Wasser.

Uran²³⁹.

Inhärent stabil: Anzahl der Kernspaltung sinkt.

Question 21

Was ist ein Brutreaktor?

Was bedeutet „Brüten“?

Mit welchen Uranisotopen wird in der Brut- und Spaltzone gearbeitet ?

Warum konnte der „Schnelle Brüter“ bisher nicht realisiert werden?

Answer 21

Brutreaktor: Kernreaktor, zur Energiegewinnung und gleichzeitiger Erzeugung weiteren spaltbaren Materials.

Brüten: idealerweise wird mehr Spaltmaterial erzeugt als verbraucht → mehr als zwei Neutronen / Spaltung (bisher nicht realisiert –wg. Neutronenverlust)

In Brutzone: Natururan

In Spaltzone: Uran-Plutonium-Mischoxid (MOX).

Schnelle Brüter : konnte bisher nicht realisiert wegen Neutronenverluste.

Question 22

Wozu werden Schwerwasserreaktoren verwendet ?

Was ist schweres Wasser (Name und Isotopenschreibweise)?

Answer 22

Verwendung von Uran in der natürlichen Isotopenzusammensetzung.

Schweres Wasser: Deuterium Oxid (2H2o, D2O)

Question 23

Was ist ein Gasturbinenkraftwerk?

Was ist ein GuD-Kraftwerk?

Answer 23

Gasturbinenkraftwerk: Kraftwerk zur Stromerzeugung, das mit Brenngasen, wie zum Beispiel Erdgas betrieben wird und Gastrubinen mit angekoppelte Generatoren antreibt.

GuD-Kraftwerk: Kraftwerk, in dem die Prinzipien eines Gasturbinenkraftwerks und eines Dampfkraftwerks kombiniert werden.