Ü7 Umw. - Str. aus ern. Qu. Flashcards
Zahlen und Fakten der Windenergie in Deutschland:
Anzahl der Anlagen (2021): ??
Anteil an Stromproduktion (2021): ?? %
Anzahl der Anlagen (2021): 29.731
Anteil an Stromproduktion (2021): 23 %
Zahlen und Fakten der Windenergie in Deutschland:
Installierte Leistung pro Bundesland in MW
Was ist auffallend?
Nord-Süd-Gefälle
Im Norden deutlich mehr installierte Leistung. Gründe hierfür sicherlich, dass in Nord- und teilweise Mitteldeutschland deutlich mehr und stärkerer Wind weht, aber auch rechtliche Hürden z.B. in Bayern
Zahlen und Fakten der Windenergie in Deutschland:
Installierte Leistung in Deutschland in MW, 2021?
63.924 MW
Prinzipieller Aufbau einer Windkraftanlage (WKA)
- -> FOLIE 5 beschriften
- -> SOLL MAN BENENNEN KÖNNEN !!!!!
…
Wandlungskette von Windkraftanlagen
- -> Erkläre die Wandlungskette und die dabei auftretenden Verluste
- -> dann Folie 6 ansehen!!!
….
Wandlungskette von Windkraftanlagen
Wie viel Prozent der Windleistung ist physikalisch durch den Rotor nicht entnehmbar?
50%
Wandlungskette von Windkraftanlagen
Welche Verluste treten auf? (mit %-Angabe) (3)
Verluste:
- physikalisch nicht entnehmbare Leistung (50%)
- aerodynamische Rotorverluste und mechanische Verluste in Lager und Getriebe (10%)
- elektrische Verluste in Generator und andere elektrische Komponenten (5%)
Wandlungskette von Windkraftanlagen
Wie lässt sich die mechanische Energie im Wind berechnen?
Ewind = 0,5 * m * v2 (Formel kinetische Energie)
müsste bei Rotor, Welle auch so sein glaub
Wandlungskette von Windkraftanlagen
Wie berechnet man die Windleistung Pwind?
Pwind = EPunktwind = 0,5 * mPunkt * v^2
Wandlungskette von Windkraftanlagen
Wie berechnet man die Rotorleistung PRotor?
PRotor = Pwind * csubp,Rotor
mit csubp: Leistungsbeiwert (Idealfall: ca. 0,6)
Wandlungskette von Windkraftanlagen
Wie hoch ist der Leistungsbeiwert csubp bei der Rotorleistung im Idealfall?
csubp ca. 0,6
Wandlungskette von Windkraftanlagen
Wie berechnet man die elektrische Leistung?
elektrische Leistung
Pel = PRotor * elektrischer Wirkungsgrad (etael)
Was zeigt die Leistungskurve einer Windkraftanlage an?
Wie hoch die abgegebene elektrische Leistung in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit ist.
Zeichne den typischen Verlauf einer Leistungskurve von einer Windkraftanlage und markiere folgende Punkte/Bereiche: Einschaltgeschwindigkeit (cut-in speed), Erreichen der Nennleistung, Nennwindgeschwindigkeit, Abschalt-Windgeschwindigkeit (cut-out speed), Teillastbereich, Volllastbereich!
SIEHE FOLIE 7
beachte, dass der Verlauf fast immer gleich bleibt, aber natürlich die Werte abhängig von der Anlage verändern
Leistungskurve einer Windkraftanlage
Wie liegen normalerweise die Grenzwerte für den Betrieb (in Bezug auf die Windgeschwindigkeit)?
Cut-in speed: v >= 3 m/s
Cut-out-speed: v <= 25 m/s
Leistungskurve einer Windkraftanlage
Die Nennleistung (Rated power output) wird immer durch was vorgegeben?
Generator und seiner Bauart
Leistungskurve einer Windkraftanlage
Was entspricht die Nennleistung (Rated power output)?
Entspricht der vom Generator maximal dauerhaft erzeugbaren elektrischen Leistung.
Leistungskurve einer Windkraftanlage
Für was steht die Nennwindgeschwindigkeit (rated speed)?
Für die Windgeschwindigkeit bei der die Windkraftanlage gerade ihre elektrische Nennleistung erreicht
Leistungskurve einer Windkraftanlage
Im Teillastbereich ist die Drehzahl ?(1)? für ?(2)?.
(1) flexibel
(2) maximale Effizienz
Warum wird im Volllastbereich ab Erreichen der Nenngeschwindigkeit die Neigungswinkel der Flügel angepasst?
Um den Generator vor Überdrehzahl zu schützen
Volllastbereich
Um den Generator vor Überdrehzahl zu schützen wird was gemacht?
Es werden ab Erreichen der Nenngeschwindigkeit die Neigungswinkel der Flügel angepasst.
–> dabei wird der aerodynamische Wirkungsgrad (csubp) der Blätter verschlechtert
(Kipp- und Strollregelung)
Jede bewegte Masse m (Körper, Flüssigkeit oder Gas) enthält?
kinetische Energie Esubkin
Jede bewegte Masse m (Körper, Flüssigkeit oder Gas) enthält kinetische Energie Esubkin.
Für Windkraftanlagen ist die bewegte Masse was?
die Luft, die durch die Rotorfläche strömt
Der Luftdurchsatz, auch Massenstrom genannt, der in einer bestimmten Zeit durch die Rotorfläche eines Windrades strömt berechnet sich wie? (mPunkt)
mPunkt = roh * VPunkt = roh * A * v
mit A = pi * R^2
Rotorleistung der Windkraftanlage:
Eine Windturbine kann die kinetische Energie des Windes vollständig in mechanische Rotationsenergie umwandeln.
Wahr/Falsch?
FALSCH!!!
NICHT VOLLSTÄNDIG
Wie berechnet man die Rotorleistung der Windkraftanlage (PRotor) ?
PRotor = PWind * csubp
mit csubp: Leistungsbeiwert
csubp,Betz = 0,593, Leistungsbeiwert nach Betz, Maximalwert, also ca. 0,6
Elektrische Leistung der Windkraftanlage:
In Lager, Getriebe, Generator und anderen elektrischen Komponenten treten ?(1)? und ?(2)? auf.
(1) mechanische
(2) elektrische
Wie berechnet man die elektrische Leistung (PElek)?
PElek = PRotor * Wirkungsgradsubel,mech
mit Wirkungsgradsubel,mech: elektrischer und mechanischer Wirkungsgrad zws. Rotor und Netzanschluss
Wie berechnet sich die Anzahl der Vollaststunden (VLS)?
Als Quotient aus der Jahresenergieproduktion (Wel in Wh) und der Nennleistung (Pel in W):
VLS = Wel / Pel
[Wh / W = h]
Mit Volllaststunden wird was für eine Zeit bezeichnet?
Die Zeit, für die eine Anlage bei Nennleistung betrieben werden müsste, um die gleiche elektrische Arbeit umzusetzen, wie die Anlage innerhalb eines festgelegten Zeitraums, in dem auch Betriebspausen oder Teillastbetrieb vorkommen können, tatsächlich umgesetzt hat.
(theoretisch, weil Wind nicht immer in gleichem Umfang bereitsteht)
Vollaststunden können zum Vergleichen zum Technologien genutzt werden.
Wahr/Falsch
Wahr
Installierte Leistung pro Bundesland in MW, 2021
Was fällt auf im Vergleich zur Windkraft?
Das Nord-Süd-Gefälle dreht sich im Vergleich zur Windkraft einmal um.
Im Süden gibt es entsprechend deutlich mehr installierte Leistung bei Photovoltaik als in den nördlichen Bundesländern. (grob gesagt)
–> siehe FOLIE 15!!
Zahlen und Fakten zur Photovoltaik in Deutschland
Entwicklung installierter Leistung in Deutschland:
Anzahl Anlagen (in 2021): ??
Anteil an Stromproduktion (2021): ??
Anzahl Anlagen (in 2021): 2,2 Millionen
Anteil an Stromproduktion (2021): 10 %
–> Folie 15 ansehen!!
Definition von Photovoltaik?
Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität
Photovoltaik - Wirkungsgrade
Anfänglich: 5% (1950er)
Heute bis zu ??%
20%
Photovoltaik
Was erlaubt der modulare Aufbau?
die Stromversorgung von Taschenrechnern bis hin zur öffentlichen Elektrizitätsversorgung
Photovoltaik
?? im solaren Energieangebot beeinflussen Energieausbeute.
Schwankungen
Nenne Einflüsse auf die Verfügbarkeit solarer Strahlung! (4)
Einflüsse:
- Jahres- und Tageszeiten
- Wetter
- Ausrichtung
- Verschattung durch Gebäude oder Bäume
- -> Verhältnis zwischen Direkt- und Diffusstrahlung an der Globalstrahlung
Einflüsse auf die Verfügbarkeit solarer Strahlung
Nenne zwei wichtige Winkel in Bezug auf die Sonneneinstrahlung!
Azimutwinkel
Elevationswinkel
(Folie 17 ansehen!!)
Funktionsprinzip einer Solarzelle
Bei der Umwandlung von Licht von der Sonne in elektrische Energie ist welcher Effekt die Grundlage?
Photoelektrischer Effekt
Funktionsprinzip einer Solarzelle
Wie hoch sind die Umwandlungsverluste von Licht von der Sonne zu elektrischer Energie und warum?
80-90%
–> weil nur ein bestimmter Teil des Lichtspektrums nutzbar ist
Funktionsprinzip einer Solarzelle
Wie funktioniert die Erzeugung elektrischer Energie?
Durch im Halbleiter entstehende bewegliche Elektronen mittels Lichteinwirkung
–> Aufbau FOLIE 18 ansehen und Videos ansehen!!!!
Wirkungsgrade vers. Solarzellen
Ordne folgende Arten von Solarzellen nach ihren Wirkungsgraden! (Polykristalline Siliciumzellen, Monokristalline Siliciumzellen, Amorphes Silizium (Dünnschicht), Dünnschicht (CdTe, CIGS, etc.))!
Monokristalline Siliciumzellen (20-22%) > Polykristalline Siliciumzellen (15-20%) > Dünnschicht (CdTe, CIGS, etc.) (ca. 15%) > Amorphes Silizium (Dünnschicht) (8%)
Zahlen und Fakten zur Wasserkraft in Deutschland
In welchen beiden Bundesländern gibt es mit Abstand am meisten installierte Leistung in MW (aktueller Stand)?
Bayern (2.674 MW)
Baden-Württemberg (884 MW)
–> siehe Folie 22!
Zahlen und Fakten zur Wasserkraft in Deutschland
Wie hoch ist aktuell die gesamt installierte Leistung in Deutschland in MW?
5.612 MW
Zahlen und Fakten zur Wasserkraft in Deutschland
Anzahl Anlagen (in 2021): ??
Anteil an Stromproduktion 2021: ?? %
Anzahl Anlagen (in 2021): 7.099
- -> Speicherk.: 1420 (20%)
- -> Laufwasserk.: 5.680 (80%)
Anteil an Stromproduktion 2021: 4 %
Dargebot der Wasserkraft
Insgedamt gibt es auf der Erde rund 1,4 Milliarden km^3 Wasser. ?(1)? % davon sind Salzwasser in den Meeren und nur 6?(2)?% Süßwasser, davon wiederum sind nur ?(3)? % Oberflächenwasser, der Rest ist Eis (Polkappen) und Grundwasser.
(1) 97,4
(2) 2,6
(3) 1,2
Dargebot der Wasserkraft
Durch den Einfluss der Sonne ?(1)? im Jahr insgesamt ?(2)? Wasser von der Erdoberfläche.
Rund ?(3)? % der gesamten auf der Erde eingestrahlten Sonnenenergie werden in diesem Wasserkreislauf umgesetzt
Diese Energie entspricht fast dem 3000fachen des ?(4)? der Erde
(1) verdunsten
(2) 500.000 km^3
(3) 22
(4) Primärenergiebedarfs
Welche Arten von Wasserkraftwerken gibt es? (3)
Laufwasserwerk
Speicherwasserkraftwerk
Pumpspeicherkraftwerk
Laufwasserwerk
Wie ist das Prinzip?
Das Gewässer wird aufgestaut. Es entsteht ein größerer Stausee, der als Energiespeicher zur Verfügung steht.
Stellen Laufwasserwerke Grundlastenergie zur Verfügung?
Im Allgemeinen Ja!
–> denn sie arbeiten 24h kontinuierlich
Ein Laufwasserwerk sorgt für eine kontinuierliche Stromerzeugung.
Wahr/Falsch?
Wahr
Was versteht man unter Speicherwasserkraftwerken?
Wasserkraftwerke, die potentielle Energie in Form von höher gelagertem Wasser speichern und bei Bedarf in elektrische Energie umwandeln.
Die Leistung des Speicherwasserkraftwerkes steht bei Bedarf innerhalb von ?(1)? zur Verfügung und kann in einem weiten Bereich ?(2)? geregelt werden (?(3)?kraftwerk)
(1) Minuten
(2) flexibel
(3) Spitzenlastkraftwerk
Speicherwasserkraftwerk
Nutzung zur?
Deckung schwankender Lastspitzen
Prinzip Pumpspeicherkraftwerk?
Es wird Grundlaststrom in nachfrageschwachen Zeiten genutzt, um das Wasser in den höher gelegenen Speicher zu pumpen. Bei erhöhter Nachfrage kann diese Energie schnell zur Verfügung gestellt werden.
(Also quasi Speicherung von elektrischer Energie als mechanische (potentielle?) Energie möglich)
Pumpspeicherkraftwerk
Die Leistung steht bei Bedarf innerhalb von ?(1)? zur Verfügung und kann in einem weiten Bereich ?(2)? geregelt werden (Spitzenlastdeckung, ?(3)?energie
(1) Minuten
(2) flexibel
(3) Regelenergie
Wasserkraftwerke - physikalischer Hintergrund
Wandlungskette mit Verlusten auf Folie 26 ansehen!!
…
Wasserkraft - physikalischer Hintergrund
Leistungsberechnung PWasser?
PWasser = roh * g * H * VPunkt * eta
VPunkt: Volumenstrom
–> kinetische Energie
H: Höhenunterschied zws. Ober- und Unterwasser in m –> potentielle Energie
roh: Dichte des Wassers (1000kg/m^3)
eta: Wirkungsgrad der Wasserturbine einschließlich elektrischer Ausrüstung (eta ungefähr 90%)
g: Erdbeschleunigung (9,81 m/s^2)
Wasserturbinen
Nenne 3 Arten!
Kaplanturbine
Francisturbine
Peltonturbine
–> ordne sie den Abb. auf Folie 27 zu!
Die ?? arbeitet mit Überdruck. Der Leitapparat und die Laufradschaufeln sind verstellbar. Einsatzgebiet: 2-60m Gefälle, Volumenstrom 4 - 2000 m^3/s, Flüsse
Kaplanturbine
–> Aufbau auf Folie 27!
Die ?? arbeitet mit Überdruck. Die Schaufeln des Leitrades sind verstellbar. Einsatzgebiet: 20 - 700m Gefälle, Volumenstrom 0,3 - 1000 m^3/s, Talsperren
Francisturbine
–> Aufbau auf Folie 27!
Die ?? arbeitet unter normalem Umgebungsdruck. Das Wasser “schießt” aus einer oder mehreren Düsen auf die becherförmigen Schaufeln des Laufrades. Einsatzgebiet: 150 - 2000m Gefälle, Volumenstrom 0,02 - 70 m^3/s, Speicherkraftwerk im Hochgebirge
Peltonturbine
Die größten Wasserkraftwerke der Welt nutzen ?? Turbinen
Francis
siehe Folie 28!
Alle Rechenübungen machen!
…
