Kraftwerke und Thermodynamik Flashcards
1
Q
Was ist ein offenes System?
s17
A
Die Grenzen eines offenen Systems sind durchlässig für Stoffe und Energien. Ein Beispiel für ein offenes System ist der Wärmetauscher
2
Q
Was ist ein geschlossenes System?
s17
A
Die Grenzen eines geschlossenen Systems sind undurchlässig für Stoffe und durchlässig für Energien. Ein geschlossenes System enthält daher stets dieselbe Stoffmenge. Der Zylinder in Bild 2.3 ist ein Beispiel für ein geschlossenes System.
3
Q
Was ist ein abgeschlossenes System ?
s17
A
Die Grenzen eines abgeschlossenes oder isolierten System ist undurchlässig für Stoffe und Energien.
4
Q
Was ist ein adiabatisches System?
s17
A
Die Grenzen eines adiabatischen Systems sind undurchlässig für Wärme. Eine solche Annahme ist grundsätzlich eine Näherung der Realität, die immer dann zulässig ist, wenn die zu oder abgeführten Wärmemengen so gering sind, dass sie für das Systemverhalten nicht relevant sind. Die Wasserturbine ist ein Beispiel für ein offenes, adiabatisches System
5
Q
Was für ein System stellt die Wasserturbine dar?
s18
A
adiabatischen offenen System
6
Q
Was für ein System stellt die Wärmetauscher dar?
s18
A
Wärmetauscher als Bsp. für offenes Systems
7
Q
Was für ein System stellt die Zylender dar?
s19
A
geschlossenen System
8
Q
Zustandsgrößen werden unterteilt in…
s18
A
Äußere bzw. mechanische Zustandsgrößen dienen der Lage beschreibung des Systems. Z.B.
Geschwindigkeit
Ortshöhe
Innere bzw. thermodynamische Zustandsgrößen beschreiben die Stoffe innerhalb des Systems.
9
Q
Zu den (inneren) thermodynamsichen Zustandsgrößen zählen…
s19
A
Druck
absolute Temperatur
Volumen
innere Energie
Enthalpie
Entropie
Stoffmenge
Masse
10
Q
Wenn ich … thermodynamischen Zusatandsgrößen kenne, kann ich den Rest bestimmen
s19
A
2
11
Q
Die Zustandsgrößen werden unterschieden in
* extensiven Zustandsgrößen
* intensiven Zustandsgrößen
diese werden definiert als…
s19
A
Extensive Zustandsgrößen ändern sich mit der Größe des Systems.
Stoffmenge
Masse
innere Energie
Enthalpie
Entropie
Volumen
Intensive Zustandsgrößen ändern sich nicht mit der Größe des Systems.
Druck
Temperatur
12
Q
Bsp. für extensive Zustandgrößen…
s19
A
- ****Stoffmenge
- Masse
- innere Energie
- Enthalpie
- Entropie
- Volumen
13
Q
Bsp. für intensiven Zustandsgrößen sind…
A
- Druck
- Temperatur
14
Q
Wie bekommen wir eine spezifische Zustandsgröße?
A
Teilt man eine extensive Zustandsgröße durch die Masse des Systems so erhält man eine spezifische Zustandsgröße. Diese sind spezifisches Volumen, innere Energie, Enthalphie und Entrophie
15
Q
Was sind Prozzesgrößen?
A
Wärme und Arbeit
16
Q
Wann wird ein System homogen bezeichnet?
A
- chemische Zusammensetzung des Stoffes konstant ist
- Der Stoff im System hat einen konstanten, eindeutigen Aggregatzustand (flüssig, gasförmig oder fest).
- Die intensiven Zustandsgrößen sind konstant.
17
Q
Was ist ein Prozess?
s20
A
Die Wechselwirkung eines Systems mit seiner Umgebung
18
Q
Wann haben wir eine stationäre Prozess?
s20
A
Wenn ein zeitlich konstanter Systemzustand durch kontunierliche oder periodische äusere Einwirkung aufrechterhalten wird.
19
Q
Prozzese werden unterscheiden in ….
s20
A
adiabatsiche Prozesse
isobare Prozesse
isochore Prozesse
isotherme Prozesse
isentrope Prozesse
20
Q
Was ist ein konservatives System
A
Wärme und innere Energie tragen nicht zur technischen Arbeit bei.
21
Q
Bei adiabatischen Prozessen wird zwischen dem System und seiner Umgebung …
A
Bei adiabatischen Prozessen wird zwischen dem System und seiner Umgebung keine Wärme ausgetauscht.
22
Q
Bei isobaren Prozessen bleibt …
A
der Druck konstant
23
Q
Bei isochoren Prozessen bleibt…
A
das Volumen konstant.
24
Q
Bei isothermen Prozessen bleibt…
A
die Temperatur konstant.
25
Bei **isentropen Prozessen** bleibt ...
die Entropie konstant.
26
Innere Energie eines Stoffes besteht aus...
* thermischer Anteil, der auf allen **ungeordneten Rotaitonen**, **Bewegungen** und **Schwingungen der Moleküle** beruht
* chemischer Anteil, der auf der **Bindungsenergie in den Molekülen** beruht
* kernphysikalische Anteil, der auf **potentiellen Energien in Atomkernen** beruht
27
Was besagt der **erste Hauptsatz** der Thermodynamik?
Energieerhaltungssatz: 𝑑𝑈=𝑑𝑊𝑡+𝑑𝑄
die Summe aller Energien in einem abgschlossenem System ist konstant.
28
Was besagt dieses Satz: 𝑑𝑈=𝑑𝑊𝑡+𝑑𝑄
Dass die in einem geschlossenem System zugeführte Wärme und die am gesch. System verrichtete Arbeit die innere Energie des Systems erhöht.
29
in welcher Formen kann einen Wärmetransport erfolgen?
Wärmeleitung
Konvektion
Strahlung
30
Wärmeleitung ist überwiegend innerhalb von ... dominant
Festkörpern
31
Konvektion beschreibt den Wärmeaustausch zw. ... und ...
Festkörpern und Fluiden
32
Welche Konstante ist bei der Wärmetransport durch Wärmestrahlung relevant
Stefan Boltzmann Konstante
33
# INFO
Erster Hauptsatz der Thermodynamik für konservative Systeme
𝑊𝑡12+𝑊𝑉1- 𝑊𝑉2+𝐸𝑘𝑖𝑛1−𝐸𝑘𝑖𝑛2+𝐸𝑝𝑜𝑡1−𝐸𝑝𝑜𝑡2=0
34
Was fasst der Enthalpie eines Stoffes zusammen?
innere Energie des Stoffes und die Verschibearbeit eines Stoffes
35
Wofür ist das Gesetz von Bernoulli relevant?
für Wasser und Windkraftwerke. Es sit eine Vereinfachung des ersten Hauptsatzes für langsam bewegte fluide konstanter Temp.
vereinfachter, erster Hauptsatz für langsam bewegte Fluide konstanter Temperatur (
𝑊t12=0; 𝑄12=0
36
Der zweite Satz der thermodynamik beschreibt in welche .... die Prozzese laufen
Ríchtung
37
In der Realität existieren keine `reversiblen`/`irreversiblen` Prozzese?
reversiblen
38
# INFO
Carnot Prozess ist eine ..., ideale ... Prozzes, die zum Vgl. mit realen Prozzesen herangezogen werden kann.
theoretische
reversible
39
Erkläre die Eigenschaften von
**Entropie**
s
Maß für die Irreversibilität von Prozessen
Änderung der Entropie S während eines Prozesses: deltaS
Je irreversibler der Prozess, desto größer die Entropie! -> reversibler Kreisprozess deltaS=0
deltaS = deltaQ / T
40
Zweiter HS der Thermodynamik Eigenschaften
* Körper wärmer als Umgebung
* Körper gibt Wärme ab
* Körper nimmt Temp. der Umgebung an
* IMMER von warm zu kalt, nie andersherum
Das gleiche gilt mit Druck, geben Druck an Umgebung ab, bis gleicher Druck herrscht wie in der Umgebung
41
Erkläre die Eiegenschaften der **Enthalpie**
h
fasst innere Energie des Stoffes und die Verschiebearbeit eines Stoffstromes zusammen
42
Was ist **Exergie**
Exergie bezeichnet den Anteil der Energie eines Stoff- Wärmestromes dQ, der Arbeit verrichten kann
43
Was ist die **Anergie**
Anergie ist die übrige Teil der Energie eines Wärmestromes, der nicht in Arbeit umgewandelt werden kann
44
# INFO
….. und… Energie enthalten keine Anergie
kinetische
potenzielle
45
# INFO
kinetische und potenzielle Energie enthalten keine Anergie, dh mit reversiblen Prozessen vollständig in Arbeit umgewandelt werden
46
Arbeitsstoffe liefern weietere Zusammenhänge zw. ....
Zustandsgrößen
47
Unter Arbeitsstoffen zählen...
Wasserdampf bei DampfKW
heiße Verbrennungsgase bei Gasturbinen
Wasser bei WasserKW
Luft bei Windturbinen
48
Bei der Zustandsbeschreibung eines Arbeitsstoffes verwendet man
3 therm. Zustandsgrößen p, v und T über therm. Zustandsgleichung f(p,v,T)=0
3 abgeleiteten Größen u, h und s über 1. und 2. HS
2 Zustandsgrößen beschreiben vollständig einen Zustand
49
Zustandsdiagramme stellen...
Zsmhänge zwischen Zustandsgrößen graphisch dar (experimentelle Ermittlung)
50
Für die Berechnung technischer Prozesse sind insbesondere zwei Zustandsdiagramme von Bedeutung:
T-s oder Belpaire Diagramm
h-s oder Mollier Diagramm
51
# INFO
Im T-s (Belpaire)Diagramm wird die **absolute Temp**. T **über die Entropie s** mit *isobaren*, *Isochoren* und seltener *Isenthalpen* als Parameter aufgetragen.
52
# INFO
Im h-s oder Mollierdiagramm wird die **Enthalpie** h **über die Entropie s** mit *isobaren*, *isochoren* und *Isothermen* als Parameter aufgetragen.
53
Was ist das besondere an das Wasser?
| Nassdampfgebiet
Das besondere an das Wasser ist, dass er neben Einphasegebieten, in denen der Aggregatzusatnd des Wassers eindeutig fest, flüssig oder Gas ist ein zweiphasengebiet hat, in dem flüssiges Wasser und Dampf im GG koexistieren.
Dieses Zweiphasengebiet heißt Naßdampfgebiet
54
welche thermodynamische Kernprozesse hat einen Dampfkraftwerk?
**Dampfkreislauf** (A in Bild 3.1)
**Verbrennungsprozess** (B in Bild 3.1)
**Kühlkreislauf** (C in Bild 3.1)
**Elektromechanische Energiewandlung** (D in Bild 3.1)
55
Was ist der andere Name für des Dampfkreislaufes?
Clausius Rankine Kreisprozess
56
in welchen thermodynamsiche Systeme wird ein Clausius Rankine Kreisprozess eingeteilt?
Dampferzeuger
Turbine
Kondensator
Pumpe
| jedes dieser Systeme sind stationäres offenes System
57
# INFO
In Dampfkreislauf können die Änderungen des kinetischen und potenziellen ggü. Änderungen der Enthalphie vernachlässigt werden
58
System Prozess Einordnung für Dampfkreislauf
System-> **Pumpe **
Prozess-> ?
adiabatische, isochore und
isentrope (idealisiert) Kompression
59
System Prozess Einordnung für Dampfkreislauf
System-> **Dampferzeuger**
Prozess-> ?
isobare Wärmezufuhr
60
System Prozess Einordnung für Dampfkreislauf
System- > **Turbine**
Prozess-> ?
adiabatische und isentrope
(idealisiert) Expansion
61
System Prozess Einordnung für Dampfkreislauf
System-> **Kondensator**
Prozess-> ?
isobare Kondensation
(Wärmeabfuhr)
62
was ist ein Prozess
Wechselwirkung eines Systems mit seiner Umgebung
63
was ist ein Kreisprozess
Abfolge von Prozessen, nach deren Ablauf ein System wieder den Ausgangszustand erreicht
64
Wirkungsgrad (technisches Optimierungsziel) bei Rankine Kreisprozess ist hoch wenn...
**Wärmezufuhr** bei **möglichst hohen Temperaturen** und die
**Wärmeabfuhr** bei **möglichst niedrigen Temperaturen** erfolgt
65
Warum nutzt man eine Zwischenüberhitzung?
* Verbesserung des Wirkungsgrades durch Steigerung der Temperatur der Wärmezufuhr
* Zusätlicher Wärmetauscher heizt Dampf aus dem Kessel weiter auf (bis 630C bei 280 bar)
* Dampfgehalt 100% -> keine Tropfenbildung und Schädigung der Turbinenschaufeln
* Dampf wird nach Teilexpansion in Hochdruckturbine erneut erhitzt
Erst dann vollständige Entspannung in Niederdruckturbine
66
Welche Gasen werden freigesetzt wenn Rauchgas nicht gerreingt wird?
CO2, Stickoxide, Ruß, Schwefelsäure
67
Welche übliche Maßnahmen an Rauchgasreinigung gibt es ?
**Entstickung** durch selektive katalytische Reaktion mit Ammoniak (NH 3)
**Entstaubung** durch elektrostatische Filter
**Entschwefelung** durch Research Cotrell Verfahren mit Kalkmilch (CaCO 3)
68
Rheinfolge der Entstickung, Entstaubung und Entschwefelung?
Entstickung ->Entstaubung->Entschwefelung
69
Abscheidung des CO2 aus den Rauchgasen erfolgt durch...
* Rauchgaswäsche mit CO2-Lösungsmittel (Aminwäsche als bekannteste Verfahren, sogar die ebstehende KW können mit dieser Anlage ausgerüstet werden, Nachteil hohe Energiebearf, sodass Senkung des KW Wirkunggrades)
* Oxyfuelverfahren
* Integrated Combined Combustion- Verfahren
70
Wie läuft die Oxyfuelverfahren ab?
Vor der Verbrennung die Luft in O2 und Stickstoff zerlegt. Nur O2 gelangt in Brennkammer, sodass Rauchgas ausschließlich CO2 enthält.
Vorteil, geringe Energieverbrauch, keinen Gebrauch für Entstickungsanlage.
71
Wie läuft die Integrated Gasifaction Combined Cycle - IGCC - Verfahren
Grundidee von Kohle und Wasser, Wasserstoff und CO2 herzustellen. Kohlevergasung.
Wasserstoff kann wiederverwendet werden.
72
# INFO
Salzstöcke, Öl-Gasfelder tiefe Felsformatrionen zur CO2 Einlagerung
73
Welche Isotop wird zur Spaltung genutzt?
U-235
74
Wann findet eine Kettenreaktion statt?
Eine Kettenreaktionfindet statt wenn die Anzahl der durch Spaltung produzierten Neutronen gleich oder größer den Neutronenverlusten durch Absorption und Randflächenleckage ist.
75
Leichtwasserreaktoren werden unterteilt in...
* Siedewasserreaktoren
* Druckwasserreaktoren
76
Woran unterschedien sich die Siedewasserreaktoren und Druckwasserreaktoren?
hinsichtlich der Anzahl ihrer Kühlmittelkreisläufe
77
Druckwasserreaktor erklären
2 Kreisläufe: als Primärkreislauf der Dampferzeuger und als Sekundärkreislauf die Turbine
Wasser(dampf) in der Turbine fließt nicht durch den Reaktor und ist daher nicht radioaktiv
Reaktor ist durch Betonwand getrennt und hat eigene Pumpe
Zwischen Kreis 1 und 2 ist ein Wärmetauscher, der pumpt Dampf in die Turbine
Neuere Technologie
78
Siedewasserreaktoren erkären
Es gibt nur einen Kreislauf
Wasser das durch den Reaktor fließt, fließt auch durch Turbine und ist radioaktiv
Reaktor mit eigener Pumpe ist durch Betonwand vom Rest getrennt
Im Reaktor wird aus Wasser Dampf, dieser Dampf geht in die Turbine und kontaminiert auch die Turbine
Alte Technologie, wurden alle in bereits abgestellt
79
# INFO
Ein Molekül Wasser (H2O) besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Besitzen beide Wasserstoffatome (H) im Kern nur ein Proton (positiv geladener Baustein), aber kein Neutron (ungeladener Baustein des Atomkerns), bezeichnet man die Verbindung mit Sauerstoff als "**leichtes Wasser**".
Bei "**schwerem Wasser**" hingegen besitzen beide Wasserstoffatome im Kern ein Proton und ein Neutron. Diese Wasserstoffatome bezeichnet man auch als Deuterium - ein Isotop von Wasserstoff.
80
Um was für einen Kreisprozess handelt es sich um Kernkraftwerken?
ClausRankine Kreisprozess **ohne** Überhitzung.
81
Welche Luftkühlung in Kühltürme haben wir kennengelernt?
Nasskühlturm
Trockenkühlturm
82
Nasskühlturm erklären
* Kühlwasser aus dem Kondensator fließt in Rohren durch den Nassturm, wird versprenkelt und von Luftstrom gekühlt
* Wasser über Konvektion gekühlt und Luft gewärmt
* Ein Teil des Wassers verdunstet->Wasserverlust
* (Es fließt an den Wänden runter und sammelt sich unten wo es abgepumpt wird/ Kühlturmtasse)
83
Trockenkühlturm erläutern
* Wasser fließt in dünnen Rohren, die mit Kühlrippen ausgestattet sind, in den Turm
* Wird auch durch Luftkühlung gekühlt und verdampft nicht
* Kein Wasser geht verloren -> Wasser nicht in direkten Kontakt mit der Atmosphäre
* Umgebungsluft strömt an den Kühlrippen vorbei, wird erwärmt, steigt durch Konvektion auf und transportiert damit die übertragene Wärme ab
* Große Ventilatoren können die Konvektion unterstützen (wenn kein hoher Turm gebaut werden kann)
84
# INFO
Gasturbinenkraftwerk Eigenschaften
* Stromerzeugung aus Erdgas oder Erdölprodukten
* geringe spez. Errichtungskosten und Investitionskosten
* hohe Betriebskosten ; hohe Brennstoffkosten -> als SpitzenlastKW oder für Bereitstellung von Reserveleistung
* höchste Wirkungsgrade unter den fossilen KWtypen
* sehr schnell zu errichten
85
Joule-Brayton-Kreisprozess
(Komponenten von GasturbinenKW)
| öffne Skript Seite 60
Kompressor (1-2) adiabatische (dQ=0) und isentrope (s1=s2) Kompression
Brennkammer (2-3) isobare (p2=p3) Wärmezufuhr (s und T steigt) (Qzu)
Turbine (3-4) adiabatische (dQ=0) und isentrope (s3=s4) Expansion (V nimmt zu; T nimmt ab)
Umgebung (4-1) isobare (p4=p1) Wärmeabfuhr (s und T nehmen ab)(Qab)
1: Luft
2: komprimierte Luft (hoher Druck)
3: verbrannte Gase (hoher Druck)
86
Welche Maßnahmen werden genutzt um die mittlere Temperatur der Wärmezufuhr zu erhöhen und die mittlere Temperatur der Wärmeabfuhr zu senken, um so den Wirkunsgrad zu erhöhen?
Zwischenerhitzung
Zwischenkühlung
Regeneration
87
Was ist denn anders bei den realen GasturbinenKW
* Die Kompression und die Expansion ist nur näherungsweise Isentrop.
* Modifikation mit der Zwischenüberhutzung und der Zwischenkühlung sowie Regeneration
88
Wirkungsgrad einer Joule-Kreisprozeses steigern mit
**Zwischenkühlung**: Reduzieren d. Verdichterarbeit durch Kühlen der Luft während Verdichtung
**Zwischenerhitzung**: Arbeitsgas nach Expansion in 2. Brennkammer erneut erhitzen
**Regeneration**: Wärme des Abgases heizt verdichtete Luft
89
Was ist einen Regeneration in der realen Joule-Kreisprozess
Vorwärmung des Luftes durch die Abgaswärme
90
# INFO
in GuD KW ist es nicht erwünscht einen Regenerator zu haben, der einen geringen Spitzentemp bei der nachgelagerten DKW führen würde
91
# INFO
Gas- und DampfKW (GuD)
* Wirkungsgrad bis 60%, sehr effizient
* Abgas der Gasturbine genutzt um anschließenden Dampfturbinenprozess zu feuern
* 1 Dampfkreislauf und 1 Gaskreislauf
*
* 1 Dampfturbine und 1 Gasturbine
*
* Luft wird komprimiert und verbrannt mit Gas und betreibt eine Gasturbine
* Abgas der Turbine erhitzt Wasser zu Dampf, welcher eine Dampfturbine antreibt
* Dampf kommt dann in Kondensator
* Es werden auch 2 Generatoren betrieben
92
Die gesamte Strahlungsenergie besteht aus ...
**direkter** und **diffuser** Einstrahlung
Direkter Einstrahlung geht bei einer bewölkten Himmel gegen 0.
Die Diffuse Anteil ist das "Leuchten" von Himmel.
93
Für solarthermische Anlagen ist ausschließlich die ..... Einstrahlung nutzbar. PV Anlagen können auch .... Strahlung in Strom wandeln.
direkte
diffuse
94
Bis heute sind die kommerzielle solarthermische KW ausschließlich als ...... errichtet worden.
(Andasol)Parabolrinnenkraftwerke
95
# INFO
Solarthermische KW erklären
Umwandlung Sonnenenergie -> thermische Energie
Konzentretion der Sonnenstrahlen um Wärme absorbierenden Arbeitsstoff (Öl) zu erhitzen und in angeschlossenem Dampfprozess elektrischen Strom erzeugen
Höhere Benutzungsstundenzahl
nutzt nur *direkte* Sonnenstrahlung
als Parabolrinnenkraftwerk oder Solarturmkraftwerk (höhere Temp. möglich)
Verluste: Rückstrahlung, Verschattung, Nachführung
96
# INFO
Sonnenstunden(Benutzungsstunden)
Süddeutschland vs Süditalien vs Naher Osten
Süddeutschland wenig 900-1100 h/a
Süditalien,Spanien viel ca. 1800 h/a
Sahara Naher Osten, Arabien sehr viel 2200-2400 h/a
97
Was für ein System hadelt es sich um ein Wasserkraftwerk?
Von was ergibt sich die technische Leistung?
* offenes konservatves System
* Entweder aus Höhen oder Druckunterschied
98
# INFO
Hydraulische KW
* Anteil in D etwa 3%, Weltweit 16%
* Potential in Asien und Amerika sehr hoch
* PumpspeicherKW haben als Speicher für elektr. Strom zentrale Bedeutung
* techn. Leistung ergibt sich aus Höhen- oder Druckunterschied
* mehrpolige Generatoren wegen geringer Drehzahl
99
Je nach Head unterscheidet man zwischen .... ( >150m), ....(15-150m) und .... (<15m)
Hochdurckanlagen (Speicher - PumpKW)
Mitteldruckanlagen (Speicher - PumpKW)
Niederdruckanlagen (LaufwasserKW)
100
Welche Turbinenarten haben wir
* Kaplanturbine
* Francisturbine
* Peltonturbine
101
Welche Turbinenart erzielt die größte Wirkungsgrad bei den geringen Fallhöhen und hohen Volumenstrom besitzende Laufwasserkraftwerken?
**Kaplanturbine**, die sind dank geringen verlusten bei deren Leiträdern auch im Teillastbereich sehr effizient.
102
*Welches Turbine sind diese Daten zuzuordnen*
Fallhöhe: 6-70 m
Max. Leistung: 300 MW
Wirkungsgrad: 94%
für großen Volumenstrom (zB LaufwasserKW)
im Teillastbereich schon sehr effizient
Wasser kommt vertikal von oben nach unten. Einsatz: Für kleine Höhen und großen Volumenstrom
Kaplanturbine
103
Welche Turbinenart lässt sich am besten für Pumpspeicherkw und Speicherkw einsetzen mit Fallhöhen von 100m?
Francisturbine, diese lassen sich sowohl als Pumpen als auch als Turbinen verwenden.
104
*Welches Turbine sind diese Daten zuzuordnen*
vgl. Laufrad
Fallhöhe: 100 m
Max. Leistung: 800 MW
Wirkungsgrad: 95%
Nutzung auch als Pumpe -> geeignet für PumpenspeicherKW
Wasser kommt seitlich und fließt nach unten ab. Kann als Motor betrieben werden -> Einsatz als Pumpe
Francisturbine
105
Welche Turbinenart lässt sich am besten für **sehr große Fallhöhen** jenseits 900m für **geringe Volumenströme** einsetzen?
Peltonturbine
106
*Welches Turbine sind diese Daten zuzuordnen?*
Wasser kommt von der Seite mit Einspritzdüse und läuft an der Seite ab. Große Höhe oder hoher Druck.
vgl. Wasserrad
Fallhöhe: 100-1770 m
Max. Leistung: 500 MW
Wirkungsgrad: 90%
für geringen Volumenstrom
Freistrahlturbine
Peltonturbine
107
Welche drei WasserKraftwerkstypen kennen wir?
LaufwasserKW
SpeicherKW
PumpspeicherKW
108
**Welches WasserKW sind diese Daten zuzuordnen?**
Einsatz in der Flüsse und Kanäle
Aufstauen des Wassers nicht oder sehr begrenzt möglich
Deckung der Grundlast
Investitionskosten 3000-7000 €/kW
LaufwasserKW
## Footnote
FunFact: Bei einem Hochwasser sinkt die erzeugbare Leistung, denn die Unterwasserspiegel ansteigt und Oberwasserspiegel nahezu konst. bleibt.
109
*Welcher KW sind diese Datenzuzuordnen?*
stauen natürlich fließendes Gewässer zu großen Reservoir
Trinkwassergewinnung, Schiffbarmachung, Vermeidung von Überschwämung
Einsatzoptimierung in Abhängigkeit des Strommarktpreises
Investitionskosten 2000-4000 €/kW
SpeicherKW
110
Wie viel der gesamten Energiemenge kann thoeretisch max. entnommen werden? Warum?
16/27, also Leistungsbeiwert CpMax, denn ansonsten die Luftstrom sehr langsam wäre und keine mehr nachströmen kann.
111
# INFO
Windenergieeinspeisung
* hohe Volatilität und hohe Leistungsänderungsgeschwindigkeit
* schwer vorhersehbar
* längere Windflauten
* wetterabhängig
* bei Sturm Abschaltung und somit Leistungsabfall von Nennleistung auf Null
* Investitionskosten onshore: 400-1200 €/kW
* Investitionskosten offshore: 1200-1700 €/kW (deutlich höhere Benutzungsstunden)
112
Wann haben wir eine Abnahme der Volatilität
Durch mehr Anlagen am Netz, die weiter verteilt sind
113
Hauptsätzliche Typen der Batterien
Blei-Säure-Batterie
Lithium-Ionen-Batterie
Natrium-Schwefel-Batterie
Redox-Flow-Batterie
114
(Pelton)Turbine
Prozessgrößen
Systemeigenschaften
Annahmen beim Treffen von Prozessen
Formel für die Beschreibung
Isochor und isotherm
Offenes, konservatives adiabatisches System
Isochor, denn Flüssigkeiten annähernd nicht kompresibel
Vernachlässigte Reibung und Wärmeaustausches über die Grenzen
Erster Satz von Td für offene konservative Systeme.
115
Windkraftanlage
Prozessgrößen
Systemeigenschaften
Annahmen beim Treffen von Prozessen
Formel für die Beschreibung
Isochor und isotherm
Offenes, konservatives, adiabatishces System
Langsame Gase sind. Näherungsweise inkompressabel
1. Hauptsatz der Thermodynamik für offene, konservative Systeme (Skript S. 23
116
Wärmetauscher
Prozessgrößen
Systemeigenschaften
Annahmen beim Treffen von Prozessen
Formel für die Beschreibung
Isobaren Prozess
Offene, nicht konservatives System, nicht adiabatisch
-
Erster Hauptsatz offene, nicht konservative Systeme (Skript S. 25)
117
Der Dampfkreislauf ( Rankine Zyklus) in Dampfkraftwerken nutzt als Arbeitsstoff .....
Wasserdampf (strömendes Fluid)
118
# INFO
Ein Fluidteilchen, das sich durch ein System hindurchbewegt, bildet selbst ein geschlossenes, bewegtes Subsystem (vgl. Skript
119
Verwendung der .... als energetische Zustandsgröße für Beschreibung von Dampfkreisprozessen
Enthalpie
120
Definition der Entropie erfolgt über .... und nicht .....
Änderung
absolute Größe
121
Wird das Wasser beim konstanten Druck weitere Energie zuzugeführt ändert sich
nicht .... , sondern Dampfgehalt 𝑥
Wird bei konstantem Druck weitere Energie zugeführt ändert sich
nicht Temperatur, sondern Dampfgehalt x
𝑥 = 𝑚𝐷𝑎𝑚𝑝𝑓/(𝑚𝐷𝑎𝑚𝑝𝑓 + 𝑚𝐹𝑙ü𝑠𝑠𝑖𝑔𝑘𝑒𝑖𝑡)
122
Heiße Verbrennungsgase eines Gasturbinenprozesses lassen sich näherungsweise als .... beschreiben
Für isentrope und damit auch adiabatische Zustandsänderungen, wie sie bei Kompressor und Turbine im Gasturbinenprozess näherungsweise vorliegen, liegt dem Modell des idealen Gases die Annahme zugrunde, dass seine innere Energie nur von der ..... abhängig ist . (vgl. Skript S.37
ideales Gas
Temperatut
123
Die Abhängigkeit der Zustandsgrößen 𝑢 bzw. ℎ von der Zustandsgröße
𝑇 kann dann über Stoffeigenschaften […] beschrieben werden.
Gesucht wird dann eine Stoffeigenschaft 𝑐𝑣, sodass
𝑑𝑢=𝑐𝑣∙𝑑𝑇 gilt
Diese gesuchte Stoffeigenschaft 𝑐𝑣 entspricht dem spezifischen Wärmekoeffizienten des betrachteten Gases bei isochorer ( 𝑣=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) Prozessführung 𝑐𝑣 = 𝑑𝑢/𝑑𝑇|𝑣
Die gesuchte Stoffeigenschaft 𝑐𝑝 entspricht dem spezifischen Wärmekoeffizienten des betrachteten Gases bei isobarer ( p=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) Prozessführung 𝑐𝑣 = 𝑑h/𝑑𝑇|p
Der Quotinent dieser beiden spezifichen Wärmekoeff wird [....] gennant 𝑘=𝑐𝑝/𝑐𝑣
die spezifischen Wärmekoeff. c
Isentropenkoeffizient
124
Ideale Gase genügen der allgemeinen Zustandsgleichung:
𝑝∙𝑣=(𝑅/𝑀)∙𝑇
125
Isentrope Zustandsänderungen des idealen Gases (Skript Formel 2.33) seite 37 ac
𝑇2/𝑇1=(𝑣1/𝑣2)^𝑘−1
