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ERÜ > Ü7 Umw. - Str. aus ern. Qu. > Flashcards

Ü7 Umw. - Str. aus ern. Qu. Flashcards

1
Q

Zahlen und Fakten der Windenergie in Deutschland:

Anzahl der Anlagen (2021): ??

Anteil an Stromproduktion (2021): ?? %

A

Anzahl der Anlagen (2021): 29.731

Anteil an Stromproduktion (2021): 23 %

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2
Q

Zahlen und Fakten der Windenergie in Deutschland:

Installierte Leistung pro Bundesland in MW

Was ist auffallend?

A

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

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3
Q

Zahlen und Fakten der Windenergie in Deutschland:

Installierte Leistung in Deutschland in MW, 2021?

A

63.924 MW

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4
Q

Prinzipieller Aufbau einer Windkraftanlage (WKA)

  • -> FOLIE 5 beschriften
  • -> SOLL MAN BENENNEN KÖNNEN !!!!!
A

…

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5
Q

Wandlungskette von Windkraftanlagen

  • -> Erkläre die Wandlungskette und die dabei auftretenden Verluste
  • -> dann Folie 6 ansehen!!!
A

….

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6
Q

Wandlungskette von Windkraftanlagen

Wie viel Prozent der Windleistung ist physikalisch durch den Rotor nicht entnehmbar?

A

50%

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7
Q

Wandlungskette von Windkraftanlagen

Welche Verluste treten auf? (mit %-Angabe) (3)

A

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%)
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8
Q

Wandlungskette von Windkraftanlagen

Wie lässt sich die mechanische Energie im Wind berechnen?

A

Ewind = 0,5 * m * v2 (Formel kinetische Energie)

müsste bei Rotor, Welle auch so sein glaub

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9
Q

Wandlungskette von Windkraftanlagen

Wie berechnet man die Windleistung Pwind?

A

Pwind = EPunktwind = 0,5 * mPunkt * v^2

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10
Q

Wandlungskette von Windkraftanlagen

Wie berechnet man die Rotorleistung PRotor?

A

PRotor = Pwind * csubp,Rotor

mit csubp: Leistungsbeiwert (Idealfall: ca. 0,6)

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11
Q

Wandlungskette von Windkraftanlagen

Wie hoch ist der Leistungsbeiwert csubp bei der Rotorleistung im Idealfall?

A

csubp ca. 0,6

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12
Q

Wandlungskette von Windkraftanlagen

Wie berechnet man die elektrische Leistung?

A

elektrische Leistung

Pel = PRotor * elektrischer Wirkungsgrad (etael)

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13
Q

Was zeigt die Leistungskurve einer Windkraftanlage an?

A

Wie hoch die abgegebene elektrische Leistung in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit ist.

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14
Q

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!

A

SIEHE FOLIE 7

beachte, dass der Verlauf fast immer gleich bleibt, aber natürlich die Werte abhängig von der Anlage verändern

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15
Q

Leistungskurve einer Windkraftanlage

Wie liegen normalerweise die Grenzwerte für den Betrieb (in Bezug auf die Windgeschwindigkeit)?

A

Cut-in speed: v >= 3 m/s

Cut-out-speed: v <= 25 m/s

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16
Q

Leistungskurve einer Windkraftanlage

Die Nennleistung (Rated power output) wird immer durch was vorgegeben?

A

Generator und seiner Bauart

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17
Q

Leistungskurve einer Windkraftanlage

Was entspricht die Nennleistung (Rated power output)?

A

Entspricht der vom Generator maximal dauerhaft erzeugbaren elektrischen Leistung.

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18
Q

Leistungskurve einer Windkraftanlage

Für was steht die Nennwindgeschwindigkeit (rated speed)?

A

Für die Windgeschwindigkeit bei der die Windkraftanlage gerade ihre elektrische Nennleistung erreicht

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19
Q

Leistungskurve einer Windkraftanlage

Im Teillastbereich ist die Drehzahl ?(1)? für ?(2)?.

A

(1) flexibel

(2) maximale Effizienz

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20
Q

Warum wird im Volllastbereich ab Erreichen der Nenngeschwindigkeit die Neigungswinkel der Flügel angepasst?

A

Um den Generator vor Überdrehzahl zu schützen

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21
Q

Volllastbereich

Um den Generator vor Überdrehzahl zu schützen wird was gemacht?

A

Es werden ab Erreichen der Nenngeschwindigkeit die Neigungswinkel der Flügel angepasst.
–> dabei wird der aerodynamische Wirkungsgrad (csubp) der Blätter verschlechtert

(Kipp- und Strollregelung)

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22
Q

Jede bewegte Masse m (Körper, Flüssigkeit oder Gas) enthält?

A

kinetische Energie Esubkin

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23
Q

Jede bewegte Masse m (Körper, Flüssigkeit oder Gas) enthält kinetische Energie Esubkin.

Für Windkraftanlagen ist die bewegte Masse was?

A

die Luft, die durch die Rotorfläche strömt

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24
Q

Der Luftdurchsatz, auch Massenstrom genannt, der in einer bestimmten Zeit durch die Rotorfläche eines Windrades strömt berechnet sich wie? (mPunkt)

A

mPunkt = roh * VPunkt = roh * A * v

mit A = pi * R^2

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25
Q

Rotorleistung der Windkraftanlage:

Eine Windturbine kann die kinetische Energie des Windes vollständig in mechanische Rotationsenergie umwandeln.

Wahr/Falsch?

A

FALSCH!!!

NICHT VOLLSTÄNDIG

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26
Q

Wie berechnet man die Rotorleistung der Windkraftanlage (PRotor) ?

A

PRotor = PWind * csubp

mit csubp: Leistungsbeiwert
csubp,Betz = 0,593, Leistungsbeiwert nach Betz, Maximalwert, also ca. 0,6

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27
Q

Elektrische Leistung der Windkraftanlage:

In Lager, Getriebe, Generator und anderen elektrischen Komponenten treten ?(1)? und ?(2)? auf.

A

(1) mechanische

(2) elektrische

28
Q

Wie berechnet man die elektrische Leistung (PElek)?

A

PElek = PRotor * Wirkungsgradsubel,mech

mit Wirkungsgradsubel,mech: elektrischer und mechanischer Wirkungsgrad zws. Rotor und Netzanschluss

29
Q

Wie berechnet sich die Anzahl der Vollaststunden (VLS)?

A

Als Quotient aus der Jahresenergieproduktion (Wel in Wh) und der Nennleistung (Pel in W):

VLS = Wel / Pel

[Wh / W = h]

30
Q

Mit Volllaststunden wird was für eine Zeit bezeichnet?

A

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)

31
Q

Vollaststunden können zum Vergleichen zum Technologien genutzt werden.

Wahr/Falsch

A

Wahr

32
Q

Installierte Leistung pro Bundesland in MW, 2021

Was fällt auf im Vergleich zur Windkraft?

A

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!!

33
Q

Zahlen und Fakten zur Photovoltaik in Deutschland

Entwicklung installierter Leistung in Deutschland:

Anzahl Anlagen (in 2021): ??

Anteil an Stromproduktion (2021): ??

A

Anzahl Anlagen (in 2021): 2,2 Millionen

Anteil an Stromproduktion (2021): 10 %

–> Folie 15 ansehen!!

34
Q

Definition von Photovoltaik?

A

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität

35
Q

Photovoltaik - Wirkungsgrade

Anfänglich: 5% (1950er)
Heute bis zu ??%

A

20%

36
Q

Photovoltaik

Was erlaubt der modulare Aufbau?

A

die Stromversorgung von Taschenrechnern bis hin zur öffentlichen Elektrizitätsversorgung

37
Q

Photovoltaik

?? im solaren Energieangebot beeinflussen Energieausbeute.

A

Schwankungen

38
Q

Nenne Einflüsse auf die Verfügbarkeit solarer Strahlung! (4)

A

Einflüsse:

  • Jahres- und Tageszeiten
  • Wetter
  • Ausrichtung
  • Verschattung durch Gebäude oder Bäume
  • -> Verhältnis zwischen Direkt- und Diffusstrahlung an der Globalstrahlung
39
Q

Einflüsse auf die Verfügbarkeit solarer Strahlung

Nenne zwei wichtige Winkel in Bezug auf die Sonneneinstrahlung!

A

Azimutwinkel

Elevationswinkel

(Folie 17 ansehen!!)

40
Q

Funktionsprinzip einer Solarzelle

Bei der Umwandlung von Licht von der Sonne in elektrische Energie ist welcher Effekt die Grundlage?

A

Photoelektrischer Effekt

41
Q

Funktionsprinzip einer Solarzelle

Wie hoch sind die Umwandlungsverluste von Licht von der Sonne zu elektrischer Energie und warum?

A

80-90%

–> weil nur ein bestimmter Teil des Lichtspektrums nutzbar ist

42
Q

Funktionsprinzip einer Solarzelle

Wie funktioniert die Erzeugung elektrischer Energie?

A

Durch im Halbleiter entstehende bewegliche Elektronen mittels Lichteinwirkung
–> Aufbau FOLIE 18 ansehen und Videos ansehen!!!!

43
Q

Wirkungsgrade vers. Solarzellen

Ordne folgende Arten von Solarzellen nach ihren Wirkungsgraden! (Polykristalline Siliciumzellen, Monokristalline Siliciumzellen, Amorphes Silizium (Dünnschicht), Dünnschicht (CdTe, CIGS, etc.))!

A 
Monokristalline Siliciumzellen (20-22%) 
> 
Polykristalline Siliciumzellen (15-20%) 
> 
Dünnschicht (CdTe, CIGS, etc.) (ca. 15%) 
>
Amorphes Silizium (Dünnschicht) (8%)
44
Q

Zahlen und Fakten zur Wasserkraft in Deutschland

In welchen beiden Bundesländern gibt es mit Abstand am meisten installierte Leistung in MW (aktueller Stand)?

A

Bayern (2.674 MW)
Baden-Württemberg (884 MW)
–> siehe Folie 22!

45
Q

Zahlen und Fakten zur Wasserkraft in Deutschland

Wie hoch ist aktuell die gesamt installierte Leistung in Deutschland in MW?

A

5.612 MW

46
Q

Zahlen und Fakten zur Wasserkraft in Deutschland

Anzahl Anlagen (in 2021): ??

Anteil an Stromproduktion 2021: ?? %

A

Anzahl Anlagen (in 2021): 7.099

  • -> Speicherk.: 1420 (20%)
  • -> Laufwasserk.: 5.680 (80%)

Anteil an Stromproduktion 2021: 4 %

47
Q

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.

A

(1) 97,4
(2) 2,6
(3) 1,2

48
Q

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

A

(1) verdunsten
(2) 500.000 km^3
(3) 22
(4) Primärenergiebedarfs

49
Q

Welche Arten von Wasserkraftwerken gibt es? (3)

A

Laufwasserwerk

Speicherwasserkraftwerk

Pumpspeicherkraftwerk

50
Q

Laufwasserwerk

Wie ist das Prinzip?

A

Das Gewässer wird aufgestaut. Es entsteht ein größerer Stausee, der als Energiespeicher zur Verfügung steht.

51
Q

Stellen Laufwasserwerke Grundlastenergie zur Verfügung?

A

Im Allgemeinen Ja!

–> denn sie arbeiten 24h kontinuierlich

52
Q

Ein Laufwasserwerk sorgt für eine kontinuierliche Stromerzeugung.

Wahr/Falsch?

A

Wahr

53
Q

Was versteht man unter Speicherwasserkraftwerken?

A

Wasserkraftwerke, die potentielle Energie in Form von höher gelagertem Wasser speichern und bei Bedarf in elektrische Energie umwandeln.

54
Q

Die Leistung des Speicherwasserkraftwerkes steht bei Bedarf innerhalb von ?(1)? zur Verfügung und kann in einem weiten Bereich ?(2)? geregelt werden (?(3)?kraftwerk)

A

(1) Minuten
(2) flexibel
(3) Spitzenlastkraftwerk

55
Q

Speicherwasserkraftwerk

Nutzung zur?

A

Deckung schwankender Lastspitzen

56
Q

Prinzip Pumpspeicherkraftwerk?

A

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)

57
Q

Pumpspeicherkraftwerk

Die Leistung steht bei Bedarf innerhalb von ?(1)? zur Verfügung und kann in einem weiten Bereich ?(2)? geregelt werden (Spitzenlastdeckung, ?(3)?energie

A

(1) Minuten
(2) flexibel
(3) Regelenergie

58
Q

Wasserkraftwerke - physikalischer Hintergrund

Wandlungskette mit Verlusten auf Folie 26 ansehen!!

A

…

59
Q

Wasserkraft - physikalischer Hintergrund

Leistungsberechnung PWasser?

A

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)

60
Q

Wasserturbinen

Nenne 3 Arten!

A

Kaplanturbine

Francisturbine

Peltonturbine

–> ordne sie den Abb. auf Folie 27 zu!

61
Q

Die ?? arbeitet mit Überdruck. Der Leitapparat und die Laufradschaufeln sind verstellbar. Einsatzgebiet: 2-60m Gefälle, Volumenstrom 4 - 2000 m^3/s, Flüsse

A

Kaplanturbine

–> Aufbau auf Folie 27!

62
Q

Die ?? arbeitet mit Überdruck. Die Schaufeln des Leitrades sind verstellbar. Einsatzgebiet: 20 - 700m Gefälle, Volumenstrom 0,3 - 1000 m^3/s, Talsperren

A

Francisturbine

–> Aufbau auf Folie 27!

63
Q

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

A

Peltonturbine

64
Q

Die größten Wasserkraftwerke der Welt nutzen ?? Turbinen

A

Francis

siehe Folie 28!

65
Q

Alle Rechenübungen machen!

A

…

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