Vorlesung 5 Flashcards
Wofür steht RAV?
Regelarbeitsvermögen
Wie lassen sich Wasserkraftanlagen einteilen und wie werden diese jeweils charakterisiert?
• Niederdruckanlagen ( h < 15m) z.B Laufwasserkraftwerke wie Flusskraftwerke und Ausleitungskraftwerke
• Mitteldruckanlagen ( 15m < h < 50m) z.B. Speicherkraftwerke wie Laufwasserkraftwerke
• Hochdruckanlagen ( h > 50m) z.B. Speicherkraftwerke wie Talsperrenkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke
Welche Parameter sind maßgebend für die Leistung einer Wasserkraftanlage?
Zufluss Q
Nettofallhöhe H(netto)
Was ist der Unterschied zwischen geodätischen Fallhöhe und der zur Energieerzeugung notwendigen Rohfallhöhe?
Berücksichtigung der Reibungs- und Krümmungsverluste
Welcher Kraftwerkstyp liefert die schnellste Anpassung an den Tagesbedarf?
Pumpspeicherwerke
Was ist ein Ausleitungskraftwerk?
Bei Ausleitungskraftwerken wird das Wasser vom Fluss weggeleitet. Hierdurch kann eine hohe Energiedichte genutzt werden, da große Fallhöhen erreicht werden können. Problematisch ist die Wasserentnahme aus dem Fluss, der dann häufig nur noch eine Pflichtwasserabgabe erhält.
Was ist das Saugrohr?
Das Saugrohr stellt den Bereich des Rohres zwischen Turbine und Unterwasser dar. Im Saugrohr wird die hinter den Turbinen noch vorhandene kinetische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Dadurch können die kinetische Restenergie minimiert und die Nettofallhöhe maximiert werden
Woraus besteht eine typische Hochdruckanlage?
• Druckstollen
• Druckschacht
• Wasserschloss
• Kraftwerk
Definition Pumpspeicherwerke
Pumpspeicherwerke sind Umwälzwerke, bei denen Wasser aus einem Unterbecken in ein Oberbecken gepumpt wird und dann zur Erzeugung von Wasserkraft zurückgeleitet wird. Auf diese Weise kann z.B. überschüssige Energie in Form potentieller Energie zwischengespeichert werden. Die Zentrale ist dazu sowohl mit Pumpen als auch mit Turbinen ausgestattet. Energieverluste sind zu berücksichtigen, die sowohl beim Pumpen als auch bei der Rückführung des Wassers auftreten.
Viele Pumpspeicherkraftwerke wurden nach dem zweiten Weltkrieg gebaut, als die Industrie nachts weniger Energie benötigte als von den thermischen Kraftwerken bereitgestellt wurde. Aufgrund der Vergleichmäßigung der Tagesganglinie des Stromverbrauchs ist die Bedeutung von Pumpspeicherkraftwerken heute gesunken, allerdings stellen sie immer noch eine ideale Möglichkeit zur kurzfristigen Bereitstellung von Spitzenenergie dar. Auch in Zusammenhang mit der Windenergieerzeugung stellen Pumpspeicherkraftwerke eine Möglichkeit zur Speicherung von Energie dar.
Die größte Pumpspeicheranlage in Deutschland befindet sich im thüringische Goldisthal und erzeugt eine Leistung von 1060 MW.
Insgesamt gibt es in Deutschland 33 Pumpspeicherkraftwerke mit einer Gesamtleistung von 6674 MW (Stand 2005, Quelle: Wikipedia). Es gibt auch Anlagen am Meer (z.B. Japan, Hawaii), wo Meerwasser gepumpt und dann turbiniert wird.
Definition Umwälzwerke
Umwälzwerke nutzen kein natürliches Gewässer, d.h. Wasser wird lediglich von unterstrom nach oberstrom gepumpt. Hierbei geht Energie verloren. Trotzdem sind diese Anlagen in Verbindung mit Laufwasserkraftwerken oder thermischen Kraftwerken sinnvoll, um z.B. einen Energieüberschuss in der Nacht zwischenspeichern und zu Spitzenzeiten am Tag wieder zur Verfügung stellen zu können. Dies bedeutet, dass reine Pumpspeicherkraftwerke nur die Speicherung von überschüssigem Strom übernehmen und keinen Strom selber erzeugen.
Es existieren aber Übergangsbereiche zu normalen Kraftwerken, wenn signifikante Zuflüsse existieren. Den Unterschied zu normalen Wasserkraftwerken stellt die Möglichkeit dar, neben dem Turbinenbetrieb auch in einen Pumpbetrieb umzuschalten. In diesem Zusammenhang werden auch Systeme verwendet, bei denen Turbine und Pumpe auf der gleichen Achse sitzen und der Generator auch als Motor zu verwenden ist. Man unterscheidet hier zwischen dreiteiligen und zweiteiligen Systemen:
▪ bei dreiteiligen Systemen sitzen Turbine und Pumpe auf der gleichen Achse und der Generator kann auch als Motor verwendet werden.
▪ bei zweiteiligen Systemen kann die Turbine auch als Pumpe verwendet werden (Pumpen- Turbine) (z.B. Kombination Radialpumpe mit Francisturbine).
Zwischen welchen Werten liegt der Wirkungsgrad moderner Turbinen?
zwischen 0,8 und 0,9
Berechnung Jahresarbeit
Die Jahresarbeit für eine Wasserkraftanlage kann durch Integration der Leistungsdauerlinie über ein Jahr ermittelt werden.
Berechnung Leistungsdauerlinie
Die Leistungsdauerlinie berechnet sich aus der Multiplikation von Überschreitungsdauerlinie des Zuflusses und Fallhöhendauerlinie.
Berechnung Fallhöhendauerlinie
Die Fallhöhendauerlinie berechnet sich aus den Dauerlinien des Unter- und Oberwasserstandes.
Definition Tagesstrombedarf
Der Strombedarf schwankt über den Tag, die Woche und das Jahr. Um diesen ungleichmäßigen Bedarf abzudecken, sind verschiedene Kraftwerkstypen erforderlich. Diese Kraftwerkstypen sollen die Grundlast (in Dtl.: thermische Kraftwerke, Kernkraftwerke und Laufwasserkraftwerke), die Mittellast (Steinkohlekraftwerke, Gaskraftwerke, Öl, Speicherwasserkraftwerke) und die Spitzenlast (Gasturbinen, Speicherkraftwerke, Pumpspeicherwerke) abdecken.
Die schnellste Anpassung an den Tagesbedarf liefern dabei Pumpspeicherwerke. Mit ihrer Hilfe kann der Strombedarf innerhalb weniger Sekunden durch Umschalten vom Pump- auf den Turbinenbetrieb sichergestellt werden (Hinweis: Halbzeitpause beim Fußball!).
