VL 9 Strom aus erneuerbaren Energien Flashcards
Was sind „Erneuerbare Energien“?
Erneuerbare Energien sind Energieträger/-quellen, die sich ständig erneuern bzw. nachwachsen.
Nutzung regenerativer Energien
Quelle
- > Natürliche Umwandlung
- > Technische Umwandlung
- > Sekundärenergie
Theoretisches Angebotspotenzial
Physikalisches Angebot ohne “praktische” Randbedingungen
Technisch nutzbares Potenzial
Berücksichtigung des technischen Standes (Exergieanteil, Wirkungs-, Nutzungsgrad)
Verfügbare Fläche, Einbindung
Wirtschaftliches Potenzial
Einbeziehung der Kosten Wirtschaftlichkeitsvergleich zu
Alternativen
Umweltverträgliches Potenzial
Teil des technischen Potenzials, dessen Nutzung nicht zu “unzumutbaren” Eingriffen in die Natur führt
Erwartungspotenzial
Realistische Abschätzung für einen Zeitraum, “Prognose”
Erneuerbare-Energien-Gesetz
(EEG)
-> wichtigstes Klimaschutzinstrumente
Grundprinzipien:
- > Einspeisevergütung
- > Anspruch auf unverzüglichen und vorrangigen Anschluss an Stromnetz
- > EEG-Umlage
EEG-Umlage
Differenz aus Ausgaben und Einnahmen bei der Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen durch das EEG
(wird auf alle Stromverbraucher umgelegt)
Entstehung des Windes
Durch den Einfluss der Sonne kommt es zu
Temperaturunterschieden auf der Erde, wodurch der Wind entsteht.
Arbeitsprinzipien einer Windkraftanlage
-> „Auftreibsprinzip“:. Die Strömungsumlenkung
bewirkt eine Auftriebskraft A
-> „Widerstandsprinzip“: Ein breites Segel bremst den
Wind stark ab. Es entsteht eine Widerstands- bzw.
Schubkraft W
Aufbau einer WKA
- Gondel mit: • Rotorwelle • Bremse • Getriebe • Generator - Rotor - (Rotor-)Nabe - Turm - Elektrische Komponenten - Gründung (an Land: Fundament)
Wandlungskette Wind
100%
1) 40% Physikalisch nicht entnehmbare Leistung
60% mechanische Energie im Rotor
2) 10 % Aerodynamische Rotorverluste und
mechanische Verluste in Lager und Getriebe
50% mechanische Energie in Welle
3) 5 % Elektrische Verluste in Generator und
andere elektrische Komponenten
45% Elektrische Energie
Rotorleistung:
𝑃𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝑃𝑊𝑖𝑛𝑑 * 𝑐𝑝,𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟
𝑐𝑃: Leistungsbeiwert
Grenzwerte für den Betrieb einer WKA
Cut-in speed (𝑣 ≥ 3 𝑚/𝑠) und cut-out
speed (𝑣 ≤ 25 𝑚/𝑠)
Nennleistung
Immer vom Generator und seiner Bauart vorgegeben und entspricht seiner maximal dauerhaft abzugebenden elektrischen Leistung
Nennwindgeschwindigkeit
Windgeschwindigkeit bei der die Windenergieanlage gerade ihre elektrische Nennleistung erreicht
Teillastbereich
Drehzahl flexibel maximale Effizienz
Volllastbereich
Um den Generator vor Überdrehzahl zu schützen werden ab Erreichen der rated speed die Pitchwinkel der Flügel "abgeregelt". Dabei wird der aerodynamische Wirkungsgrad (cp) der Blätter verschlechtert.
Der Fusionreaktor Sonne
-> größteregenerative Energiequelle der Erde
Bestandteile:
– Wasserstoff (H): ~ 80 %
– Helium (𝐻𝑒): ~ 20 %
Globale Sonnenstrahlung=
Direktstrahlung (kommt aus der Sonnenrichtung: Schattenwurf)
+ Diffusstrahlung (besitzt keine definierte Richtung)
Einfluss der Atmosphäre auf Sonnenstrahlung
- Reflexion
– Absorption
– Streuung
=> Abschwächung der aus dem Weltraum kommenden Sonnenstrahlung
Funktionsprinzip einer Solarzelle
Grundlage: photoelektrischer Effekt
~10-20% elektrische Energie
~80-90% nur Lichtspektrum nutzbar, Umwandlungsverluste
Die Erzeugung elektrischer Energie erfolgt durch im Halbleiter entstehenden beweglichen Elektronen mittels Lichteinwirkung.
Solarthermie
thermische Nutzung der Sonnenenergie
Solarthermie - Arten
– Nicht konzentrierende solarthermische Anlagen: Wärmeerzeugung
– Konzentrierende solarthermische Anlagen: Wärme- und Stromerzeugung -> Solarthermische Kraftwerke
Solarthermische Kraftwerke
großtechnische Stromerzeugungssysteme, bei denen die solare Direktstrahlung durch Spiegelsysteme gebündelt wird; sie sind deswegen für einen Einsatz in Gebieten mit einem hohen Direktstrahlungsanteil geeignet : „Sonnengürtel“
Konzentrierte Kollektoren
nutzen Spiegel oder Linsen, um die Sonneneinstrahlung
mehrerer Kollektoren auf einen Absorber zu konzentrieren
Bestandteile:
- Strahlungskonzentrator (reflector)
- Strahlungsempfänger (absorber), der Sonnenenergie absorbiert und in Wärme umwandelt
Konzentrationsfaktor C
Maß für die Konzentration der solaren Strahlung
C = Aperaturfläche / Absorberfläche
Gezeitenkraftwerke
(Gravitationsenergie) -> nutzen die Lageenergie und Bewegungsenergie der Wassers bei Ebbe und Flut aus, um Strom zu generieren.
Wasserkraftwerk - physikalischer Hintergrund
~5% Umwandlungsverluste
~95% mechanische Energie in der Welle
~5-10% elektrische Verluste
~85-90% elektrische Energie
Wasserkraftwerk - Leistungsberechnung
𝑃 = 𝜌 ⋅ 𝑔 ⋅ 𝐻 ⋅ 𝑉 ⋅ n
𝜌 Dichte des Wassers (1000kg/m^3)
H Höhenunterschied -> Epot
V Volumenstrom in m^3/s -> Ekin
n Wirkungsgrad
Arten von Wasserkraftwerken
fließende Gewässer -> Laufwasserkraftwerk
gestaute Gewässer -> Speicherwasserkraftwerk
bei 2 gestauten Gewässern -> Pumpspeicherkraftwerk
Wasserturbinen
Francisturbinen -> Für alle Kraftwerke
Kaplanturbinen -> Laufwasserkraftwerke
Peltonturbinen -> Speicher und Pumpspeicherkraftwerke
Argumente für EE
- Effektiver Klimaschutz
- Erneuerbare Energien (EE) liefern zuverlässig Energie und verursachen nur minimale CO2 - Emissionen.
- Weniger Rohstoffimporte // Heimische Ressourcen
- Schwindende fossile Ressourcen machen die Energieversorgung immer unsicherer und teurer.
- Öl und Gas kommen aus politisch instabilen Regionen und finanzieren autoritäre Regime und
Menschenrechtsverletzungen. - Transparente Förderung, im Gegensatz zu den versteckten Kosten, die durch konventionelle Energien
entstehen. - Innovative Technik und Jobmotor
- EE bringen die entscheidenden Innovationen für nachhaltiges Wirtschaftswachstum und sichern
deshalb zukunftsfeste Arbeitsplätze. - Regional und dezentral
- Der Ausbau EE generiert lokale Wertschöpfung – davon profitieren Deutschlands Regionen
