Wasserkr. Flashcards

Question 1

Q

Beschreibe die ganz grundsätzliche Funktionsweise eines Wasserkraftwerkes!

Answer

A

Ein Wasserkraftwerk nutzt die potenzielle Energie des Wassers und wandelt diese in mechanische Energie und schließlich in Elektrizität um.

Question 2

Q

The Water Cycle
-> siehe slide 4 und in Zsmf.!!

Question 3

Q

Wasserbestände:
- 1,4 x 10^9 km^3
- 0,001 % Wasserdampf in der Atmosphäre
- 2,15% Eis
- 97,8% flüssiges Wasser, hauptsächlich Salzwasser

Question 4

Q

Wasserkreislauf - globale Niederschläge

Sehr hohe Niederschlagswerte vor allem wo?

Answer

A

am Äquator

-> siehe über das Jahr gemittelte Werte für globale Niederschläge auf slide 5

Question 5

Q

Energiepotential des Wassers

Aufgrund von Schwerkraft fließt Wasser einen Fluss hinunter und hat unterschiedliche kinetische und potentielle Energien an verschiedenen spezifischen Punkten

Question 6

Q

Energiepotential des Wassers

Zur Berechnung der Energie kann ein stationärer, reibungsfreier Fluss angenommen werden:

Bernoulli: Gleichung für den hydrostatischen Druck
-> siehe Karteikarte oder slide 6

Question 7

Q

Energiepotential des Wassers (Bernoulli)

Herleitung (slide 7)

Annahme dann, dass für einen Fluss (also ohne Stauung o.Ä.) die Geschwindigkeit und der Druck entlang des Flusses sich nicht ändert.
-> die nutzbare Höhe ist die Differenz der geodätischen Höhe

hnutzbar = (h1 - h2)

Leitung und Energie
-> Potentielle Energie: E = m x g x h
-> Leistung: P = mPunkt x g x h

Wie kann die Leistung des Wassers und die potentielle Energie des Wassers berechnet werden?

Answer

A

Leistung:

Pwa = mPunktwa x g x (h1 - h2)

Potentielle Energie:

E = Vwa x rohwa x g x (h1 - h2)

-> wa: Wasser

Question 8

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks

Beschrifte Abbildung auf slide 8!!!

Question 9

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks - Betrachtung der Rohrleitung

Stellt die Verbindung zwischen ?(1)? und ?(2)? dar.

Weitere Umwandlung von ?(3)? in ?(4)?.

Energieverluste durch ?(5)?.

Answer

A

(1) Einlass

(2) Turbine

(3) potentieller Energie

(4) Druckenergie

(5) Reibung

Question 10

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks - Betrachtung des Zulaufs

Beschrifte Abbildung slide 9!

Question 11

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks - Betrachtung des Zulaufs

?(1)? am Eingang des Zulaufs gegen schwimmende Gegenstände.

?(2)? wird bei Wartungsarbeiten genutzt, um Zulauf zu schließen.

Das ?(3)? stoppt den Durchfluss bei Unfällen o.Ä.

Answer

A

(1) Rechen (Sieb)

(2) Dammbalkenverschluss

(3) Schnellschlussventil

Question 12

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks - Betrachtung der Rohrleitung

Optimierungsmöglichkeiten zur Reduzierung von Energieverlusten durch Reibung?

Answer

A

Durchmesser der Rohrleitung erhöhen –> ABER: erhöht die Kosten(!)

Question 13

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks - Betrachtung der Rohrleitung

?? besitzen keine Druckleitungen, das Wasser fließt direkt aus dem Einlass in die Turbine.

Answer

A

Laufwasserkraftwerke

Question 14

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks - Betrachtung der Turbine

Umwandlung der ?(1)? in ?(2)?

Answer

A

(1) Druckenergie

(2) mechanische Energie

Question 15

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks - Betrachtung der Turbine

Der Turbinenwirkungsgrad etaT umfasst die auftretenden Verluste, bedingt durch: ??

Answer

A

Volumenänderung

Turbulenzen

Reibung

Question 16

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks - Betrachtung der Turbine

Wie kann die Leistung einer Turbine (PTurbine) berechnet werden?

Answer

A

PTurbine

= etaTurbine x g x mPunktwa x hnutzbar

= etaTurbine x Pwa,act

Pwa,act: Leistung Wasser

hnutzbar -> nutzbare Höhe (immer höherer Punkt - niedrigerer)

eta Turbine: Turbinenwirkungsgrad
(–> umfasst auftretende Verluste, bedingt durch die Volumenänderung, Turbulenzen, Reibung)

Question 17

Q

Beschreibe die Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerkes!

Answer

A

Zulauf:
-> partielle Umwandlung potentielle Energie in kinetische Energie (Energieverluste)
Druckrohrleitung (nicht in jedem Wasserkraftwerk*1):
-> weitere Umwandlung von potentieller Energie in Druckenergie
-> Energieverluste durch Reibung
Turbine:
Umwandlung der Druckenergie*2 in mechanische Energie
-> Verluste durch Volumenänderung, Turbulenzen, Reibung
Auslass:
Rohrauslass ist im Durchmesser größer als hinter Turbine
-> reduziert Druck hinter Turbine
-> verringert Verwirbelungen und damit die daraus resultierenden Verluste
-> effizientere Ausnutzung der Fallhöhe (pot. Energie)

*1 –> Laufwasserkraftwerke besitzen keine Druckleitungen, das Wasserr fließt direkt aus dem Einlass in die Turbine!

*2 –> Niederdruckturbinen arbeiten hier eher mit kinetischer Energie

Question 18

Q

Energieumwandlung entlang eines Wasserkraftwerks - Betrachtung des Auslasses

Turbinen- und Saugrohrauslass besitzen das gleiche ?(1)?.

Der Rohrauslass ist im Durchschnitt ?(2)? als direkt hinter der Turbine. Der Querschnitt vergrößert sich kontinuierlich über den Saugrohrauslass. Hierdurch verringert sich auch die Geschwindigkeit kontinuierlich.

Da sich Geschwindigkeit und Druck immer ?(3)? zueinander verhalten, nimmt der Druck zum Auslass hin zu. Der Umgebungsdruck im Wasser kann nicht verändert werden und liegt vor. Durch den Saugrohrauslass hat man es aber geschafft, hinter der Turbine einen geringen Druck zu erzeugen, wodurch die Druckdifferenz zwischen vor und hinter der Turbine größer ist. Hierdurch kann die Turbine mehr Energie umwandeln.

Kurz: Reduzierung der Verluste aufgrund von Verwirbelungen und damit effizientere Ausnutzung der Fallhöhe.

Answer

A

(1) geodätische Niveau

(2) größer

(3) antiparallel

Question 19

Q

Wie lautet die Formel zur Berechnung der Gesamtleistung eines Wasserkraftwerks?

Answer

A

Ptotal =

Pwa,act x
etaTurbine x
etaGenerator x etaTransformator

Pwa,act: Leistung des Wassers
eta: Wirkungsgrad

Question 20

Q

Anlagentechnik (quasi allg. Aufbau Wasserkraftwerk)

-> Zeichne und beschrifte slide 15!!

Question 21

Q

Wasserkraftanlagen - Kategorisierung & Konstruktionstypen

Welche möglichen Klassifizierungen sind gebräuchlich? (2)

Answer

A

Klassifizierung anhand der Druckstufe:
- Niederdruckanlagen
- Mitteldruckanlagen
- Hochdruckanlagen

Klassifizierung in:
- Laufwasserkraftwerke
- Speicherwasserkraftwerke

Zusammenhang siehe slide 16!

Question 22

Q

Wasserkraftanlagen - Kategorisierung & Konstruktionstypen

Niederdruckanlagen wie unterteilt werden?

Answer

A

Ausleistungskraftwerke

Flusskraftwerke:
- Buchtenkraftwerke
- Pfeilerkraftwerke
- überströmte Kraftwerke
- zusammenhängende Kraftwerke

–> Sind i.d.R. Laufwasserkraftwerke

Question 23

Q

Wasserkraftanlagen - Kategorisierung & Konstruktionstypen

Wie ist die Zuteilung von Niederdruckanlagen, Mitteldruckanlagen und Hochdruckanlagen in die Kategorisierung nach Laufwasserkraftwerke oder Speicherwasserkraftwerke.

Answer

A

Niederdruckanlagen sind i.d.R. immer Laufwasserkraftwerke

Mitteldruckanlagen sind meist Speicherwasserkraftwerke, können bei kleineren Anlagen auch Laufwasserkraftwerke sein

Hochdruckanlagen sind immer Speicherwasserkraftwerke

Question 24

Q

Hochdruckanlagen sind im Allgemeinen immer Speicherwasserkraftwerke.

Wahr/Falsch?

Question 25

Q

Was charakterisiert Niederdruckanlagen?

Answer

A

Charakterisiert durch großflächige Flüsse und geringes Gefälle bis zu 20m

Question 26

Q

Niederdruckanlagen (niedriges Gefälle) - Ausleitungskraftwerk

Beschreibe und skizziere grob den Aufbau eines Ausleitungskraftwerkes!

Nenne auch einen Vorteil dieses Kraftwerkstyps ggü. einem Flusskraftwerk.

Answer

A

Beschreibung:

Umleitung des Wassers bei einem Wehr in einen Kanal
-> Wehr dient als Absperrbauwerk, welches das Volumen des Oberwassers reguliert
Leitung des Wassers durch einen Oberwasserkanal o.Ä. zur Anlage und anschließende Rückführung am Ende der Umleitung in den Fluss
Anlage ist außerhalb des Flussbettes
Die sogenannte Restwassermenge verbleibt im ursprünglichen Flussbett
-> hier müssen hinsichtlich der Menge ökologische und ökonomische Kriterien erfüllt werden

Skizze siehe slide 18!!

Vorteil: Anlage ist außerhalb des Flussbettes (weniger Aufwand bei Errichtung)

Question 27

Q

Wo befindet sich die Wasserkraftanlage bei:
1) Ausleitungskraftwerken
2) Flusskraftwerken

Answer

A

1) Außerhalb des Flussbettes (bei Oberwasserkanal)
-> Vorteil: weniger Aufwand

2) Im Flussbett

Question 28

Q

Niederdruckanlagen (niedriges Gefälle) - Flusskraftwerk

Beschreibe grob den Aufbau eines Flusswasserkraftwerkes!
–> Nenne auch die unterschiedlichen Bauweisen und Ausprägungen!

Zeichne sowohl allgemeine Skizze also auch jeweils ein Schema für jede Bauweise/Ausprägung!

Answer

A

Beschreibung:
Die Anlage befindet sich mit dem Wehr im Flussbett

Unterschiedliche Bauweisen der Kraftwerke und Wehre möglich:

zusammenhängende Kraftwerke
–> konventionelles Block Design
–> eingelassenes Block-Design bzw. Buchtenkraftwerk
aufgelöste Kraftwerke
-> zwei-geteiltes Block-Design
-> Pfeilerkraftwerke
überströmte Kraftwerke (unterhalb der Wasseroberfläche)

Skizze siehe slide 19 + die einzelnen Bauweisen auf slide 20 (!)

Question 29

Q

Niederdruckanlagen (niedriges Gefälle) - Flusskraftwerk

Nenne Vorteile eines Flusskraftwerkes! (3)

Answer

A

Vorteile für:
- Hochwasserschutz
- Wasserführung
- Grundwasserstabilisation

Question 30

Q

Niederdruckanlagen (niedriges Gefälle) - Flusskraftwerk

Bauweise: zusammenhängende Kraftwerke

Beschreibe und skizziere (Schema) das konventionelle Block Design!
-> Welche Beschränkung gibt es?

Answer

A

Die Längsachse des Wehr steht senkrecht zum Flusslauf

Turbine wird vertikal oder horizontal durchflossen

Kraftwerke befinden sich üblicherweise in Bögen, aufgrund der geringen Bettlast am äußeren Flussufer

Beschränkung: Wasser muss auch bei höchster Flut durch die Stauwehrabschnitte gefördert werden können (ohne Hochwasser)

Skizze (Schema und ausführliche Abbildung) slide 21

Question 31

Q

Niederdruckanlagen (niedriges Gefälle) - Flusskraftwerk

Bauweise: zusammenhängende Kraftwerke

Beschreibe und skizziere (Schema) das eingelassene Block-Design (bzw. Buchtenkraftwerk)!

Nenne auch einen Nachteil!

Answer

A

Die Station wird außerhalb des ursprünglichen Flussbettes in einer künstlich angelegten Bucht aufgestellt

Dies ist vor allem in schmalen Flüssen notwendig, damit der Damm die gesamte Breite als Flutkanal nutzen kann.

Nachteil: künstliche Herstellung der Bucht sehr aufwendig

Skizze slide 22

Question 32

Q

Niederdruckanlagen (niedriges Gefälle) - Flusskraftwerk

Bauweise: aufgelöste Kraftwerke

Beschreibe und skizziere (Schema) das zweigeteilte Block-Design!

Answer

A

Die Kraftwerksblöcke liegen zu beiden Seiten des Flusses

Anwendung v.a. an Grenzflüssen, damit beide Länder getrennt Energie erzeugen können.

Skizze slide 23

Question 33

Q

Niederdruckanlagen (niedriges Gefälle) - Flusskraftwerk

Bauweise: aufgelöste Kraftwerke

Beschreibe und skizziere (Schema) ein Pfeilerkraftwerke (Installation in Brückenpfeiler)!

Nenne auch zwei Vorteile dieser Bauweise!

Answer

A

Die mechanische Implementierung und damit das Kraftwerk sind in den Pfeilern integriert, die die Tore der Staustufe stützen

Vorteile:
- günstige Fließeigenschaften
- platzsparendes Design

Question 34

Q

Niederdruckanlagen (niedriges Gefälle) - Flusskraftwerk

Bauweise: überströmte Kraftwerke (unterhalb der Wasseroberfläche)

Beschreibe und skizziere (Schema)!

Nenne einen Vor- und einen Nachteil!

Answer

A

Kraftwerk und Damm sind in einem Block verbaut

Vorteil:
- Keine Landschaftsveränderungen durch das Kraftwerk
- oberhalb des Wasserstandes sind kaum Anlagenteile sichtbar

Nachteil:
- Platzbedarf von Maschinen und des Wehr werden reduziert

Question 35

Q

Mitteldruckanlagen (mittleres Gefälle)

Wodurch sind diese Wasserkraftanlagen gekennzeichnet?

Answer

A

Werden nur als Staustufen gebaut

Hauptsächlich bestehend aus Damm und einem Kraftwerk

Anlagen nutzen das durch das Wehr künstlich erzeugte Gefälle von 20-100m

Das Wasser wird teilwiese durch ein Reservoir bereitgestellt (Wassermanagement)

Teilweise als Ausleitungskraftwerk umgesetzt

Question 36

Q

Hochdruckanlagen (hohes Gefälle)

Wodurch sind diese Wasserkraftanlagen gekennzeichnet?

Answer

A

Gefälle beträgt zwischen 100 und 2000m
-> Vorkommen: niedrige-hohe Gebirgszüge

Mit einem Speicherreservoir ausgestattet

geringe Durchflussraten
-> Leistung auf hohes Gefälle (hohen Druckunterschied) zurückzuführen

Question 37

Q

mittlere Gefälle -> ?? m
hohes Gefälle -> ?? m

Answer

A

mittlere Gefälle -> 20-100 m
hohes Gefälle -> 100-2000 m

Question 38

Q

Hochdruckanlagen (hohes Gefälle)

Skizziere eine solche Wasserkraftanlage!

Answer

A

siehe Abbildungen slide 27!!!

Question 39

Q

Anlagentechnik - Komponenten

Damm, Wehr oder Stauanlage

1) Aufstauen des Wasser, um?

Bestehend aus festen Wehren, Erde, Felsbögen, Mauerwerk oder Beton

2) Vor dem Sperrwerkt liegt was?

3) Damm und Überlauf müssen was ausgleichen können?

4) In Laufwasserkonstruktionen müssen Stauanlagen und Wehre mit beweglichen Toren eingesetzt werden, um?

Answer

A

1) eine kontrollierte Wasserversorgung des Kraftwerkes zu ermöglichen

2) Speicherreservoir

3) Überflutungen und Niedrigwasser

4) den Wasserspiegel konstant zu halten

Question 40

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Wehrverschlüsse

1) Nenne zwei Wehrverschlüsse !

2) Welcher hat sich zunehmend durchgesetzt?

Answer

A

1)
fish-belly Überlauf

Aufblasbarer Damm

2) aufblasbarer Damm (in jüngster Vergangenheit

Question 41

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Wehrverschlüsse

Beschreibe kurz den fish-belly Überlauf?

Answer

A

Werden hydraulisch oder mechanisch durch Ketten angetrieben.

Bei einer Flut werden sie auf Höhe des Damms abgesenkt.

(skizze slide 29)

Question 42

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Wehrverschlüsse

Beschreibe kurz den Aufblasbaren Damm?

Answer

A

Besteht aus einer sehr festen, mehrschichtigen Gummimembran und ist mit Luft oder Wasser gefüllt.

Eine angeschlossene Pumpe reguliert das Niveau des Dammes.

(skizze slide 29)

Question 43

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Reservoir

Berge schaffen natürliche Bedingungen für die ?(1)?.

Solche natürlichen oder künstlichen Seen funktionieren als Tages-, Wochen-, Monats und Jahresspeicher.

Sie schaffen ein Ausgleich zwischen dem ?(1)? und dem ?(3)?.

Pumpspeicherkraftwerke können außerdem vorübergehend ?(4)? speichern.

Der verzögerte Abfluss aus den Stauseen während der Niedrigwasserperioden im Winter trägt ebenfalls zu einer erhöhten Strömung (durch gutes Wassermanagement) in den unteren Flüssen und damit zu einer erhöhten Stromerzeugung in den dort installierten Kraftwerken bei.

Answer

A

(1) Wasserspeicherung

(2) fluktuierenden natürlichen Wasserangebot

(3) variablen Bedarf an elektrischer Energie

(4) Überschussenergie

Question 44

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Reservoir

Abbildungen slide 30 zuordnen können…

Question 45

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Zulauf

Beschreibe Aufbau und Funktion kurz!

Answer

A

Verbindet das Oberwasser mit der Druckleitung

Am Eingang finden sich Rechen die schwimmende Gegenstände aufhalten.

Tore und Schnellschlussventile, um den Zufluss für das Kraftwerk während Wartungsarbeiten oder bei Notfällen zu unterbrechen.

((Für sehr kleine Wasserkraftwerke sind diese Tore nicht notwendig oder nur als einfache Rutschtore ausgebildet)

Question 46

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Rohrleitung

Wasser aus dem Reservoir fließt direkt über den Zulauf oder vorher durch einen Kopfkanal, Tunnel oder Rohre in die Turbine.

Es ist wichtig die Verluste so gering wie möglich zu halten
-> ?(1)? Durchmesser und Geometrie

Falls nötig kann ?(2)? vor der Rohrleitung integriert werden
-> Zur Reduktion von Wasserschlägen oder Druckfluktuationen während hoch- und runterfahren der Anlage

In Laufwasserkraftwerken mit ?(3)? Höhen fließt das Wasser direkt über den Zulauf in die Turbine
-> keine Tunnel, Wasserschlösser oder Rohrleitungen

Rohrleitungen werden meistens aus einzelnen Rohren aus gewalzten Stahlrohren gebaut.
-> auch Stahlbeton oder Stahlrohren möglich

Leitungen können als offener (druckloser) Kanal oder als Nieder- oder Hochdruckrohr ausgeführt werden.

In kleinen Wasserkraftanlagen können andere Stoffe verwendet werden (PCV oder Holzrohre)

Answer

A

(1) große

(2) Wasserschloss

(3) niedrigen

Question 47

Q

Anlagentechnik - Komponenten

Das ?? beinhaltet die Hauptkomponenten des Wasserkraftwerkes

Answer

A

Kraftwerksgebäude

Question 48

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Kraftwerksgebäude

Beinhaltet die Hauptkomponenten des Wasserkraftwerkes: ?? (6)

Answer

A

Hauptkomponenten:
- Turbine
- ggf. Getriebe
- Generator
- Steuerungssystem
- Transformator und Netzanschluss
- ggf. Not-Stop Ventil für die Rohrleitungen

(siehe slide 35)

Question 49

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinen

?(1)? Maschine, die die Energie des Wassers in ?(2)? umwandelt.

Vielzahl an Turbinentypen vorhanden, abhängig von den ?(3)?, ?(4)? und daraus resultierenden ?(5)? und ?(6)?

Answer

A

(1) Hydraulische

(2) Rotationsenergie

(3) Fallhöhen

(4) Abflüssen

(5) Drücken

(6) Geschwindigkeiten

Question 50

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinen

Turbinentypen können grundsätzlich klassifiziert werden nach? (2)
–> Nenne jeweils Beispiel-Turbinentypen zu jeder Kategorie

Answer

A

Überdruckturbinen (bzw. Reaktionsturbinen)
-> z.B. Francis-, Kaplan-, Rohr- oder Strafloturbine

Gleitdruckturbinen (bzw. Aktionsturbinen)
-> z.B. Peltonturbine

Question 51

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinen

Beschreibe die Funktionsweise von Überdruckturbinen (bzw. Reaktionsturbinen)!

Answer

A

Wandeln die potentielle Energie überwiegende in Druckenergie um, welche durch die Turbine in Rotationsenergie gewandelt wird

Question 52

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinen

Beschreibe die Funktionsweise von Gleitdruckturbinen (bzw. Aktionsturbine)!

Answer

A

Umwandlung der Lage- und Druckenergie des Wassers vor der Turbine durch die Wasserführung vollständig in Geschwindigkeitsenergie und anschließend in Rotationsenergie
-> Druck vor und nach der Turbine sind gleich und entsprechen fast dem Atmosphärendruck

Question 53

Q

Wesentlicher Unterschied zwischen Überdruckturbinen (Reaktionsturbinen) und Gleitdruckturbine (Aktionsturbine)?

Answer

A

Bei Gleitdruckturbine ist der Druck vor und nach der Turbine gleich. Anders als bei der Überdruckturbine wird hier nicht mit der Druckenergie Energie gearbeitet, sondern mit der kinetischen Energie (bzw. Geschwindigkeitsenergie).

(weil Lage- und Druckenergie des Wasser wird vor der Turbine durch Wasserführung vollständig in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt)

Question 54

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinentypen

Ordne Pelton, Kaplan vertikal, Kaplan horizontal und Francis nach Nutzhöhen aufsteigend!

Answer

A

Kaplan horizontal (2-20m) < Kaplan vertikal (10-60m) < Francis (30-700m) < Pelton (600-2000m)

Question 55

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinentypen

Vergleich der Wirkungsgrade verschiedener Turbinentypen bei Teillast.

Beschrifte slide 37!!

Question 56

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinentypen

Kaplan-Turbine

Beschreibe das Arbeitsprinzip der Kaplan-Turbine, falls notwendig benutzte eine Skizze. Wie wird dieses Arbeitsprinzip genannt?

Answer

A

Arbeitsprinzip: Überdruckturbine (bzw. Reaktionsturbine)

Arbeitet wie ein umgedrehter Propeller.

Die Flussrichtung des Wassers ist axial durch die Turbine

Der Wasserfluss wird umgeleitet -> höhere Verluste

Verstellbare Leitschaufeln und verstellbare Laufradschaufeln (doppelt regulierbare Turbine)
-> bessere Anpassung an unterschiedliche Durchflussmengen und damit einen höheren Wirkungsgrad

Skizze siehe slide 39!

Question 57

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinentypen

Rohrturbine

Beschreibe das Arbeitsprinzip der Rohrturbine, falls notwendig benutzte eine Skizze. Wie wird dieses Arbeitsprinzip genannt?

Answer

A

Arbeitsprinzip: Überdruckturbine (bzw. Reaktionsturbine)

sind wie Kaplanturbinen, die jedoch horizontal durchströmt werden
-> hier keine Richtungsänderung und somit weniger Verluste
Der Generator sitzt vor der Turbine hermetisch abgeschlossen
doppelt regulierbare Turbine

Skizze slide 41!

Question 58

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinentypen

Straflo-Turbine

Beschreibe das Arbeitsprinzip der Straflo-Turbine, falls notwendig benutzte eine Skizze. Wie wird dieses Arbeitsprinzip genannt?

Answer

A

Arbeitsprinzip: Überdruckturbine (bzw. Reaktionsturbine)

externer Ringgenerator bei dem der Rotor als Ring auf dem Laufrad sitzt
Vor und hinter der Turbine sind nur die Lager untergebracht

Skizze slide 42!

Question 59

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinentypen

Straflo-Turbine

Nenne einen Vor- und einen Nachteil dieses Turbinentypes!

Answer

A

Vorteil:
Sehr flache Wirkungsgradkurve
-> hoher Wirkungsgrad über großen Durchflussbereich

Nachteil:
Hohe Kosten für die Abdichtung zwischen Rotor und Stator

Question 60

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinentypen

Francis-Turbine

Benenne und beschreibe das Arbeitsprinzip der Francis-Turbine, falls notwendig benutzte eine Skizze.

Answer

A

Arbeitsprinzip: Überdruckturbine (bzw. Reaktionsturbine)

Beschreibung:
- Flussrichtung wird umgelenkt von radial zu axial (vertikal) durch die Turbine

durch diese Umleitung des Wasserflusses entstehen höhere Verluste
im Gegensatz zur Kaplan-Turbine (doppelt) nur einfach regulierte Turbine über verstellbare Leitschaufeln (feste, starre Laufradschaufeln)

(Ziel sind hohe Drehzahlen
-> geringeres Drehmoment an der Turbine -> kleinere Abmessungen -> Turbinengröße und Kraftwerkskomponenten können reduziert werden)

Skizze slide 43!

Question 61

Q

Anlagentechnik - Komponenten - Turbinentypen

Pelton-Turbine (wichtig)

Beschreibe das Arbeitsprinzip der Pelton-Turbine, falls notwendig benutzte eine Skizze. Wie wird dieses Arbeitsprinzip genannt?

Answer

A

Arbeitsprinzip: Gleichdruckturbine (bzw. Aktionsturbine)

Umwandlung der Lage- bzw. Druckenergie des Wassers in kinetische Energie (bzw. Geschwindigkeitsenergie)
(-> welche anschließend dann in Rotationsenergie gewandelt wird)

Beschreibung:

Wasserfluss wird über eine oder mehrere Düsen gesteuert

-Wasser wird in einem Strahl auf die Schaufelblätter geschossen

Nach Umwandlung in mechanische Energie tropft das Wasser in ein Unterbecken

(Skizze slide Zsmf!)

Question 62

Q

Vergleiche Kaplan-Turbine (mit und ohne spitalförmigen Einlauf), Rohrturbine, Straflo-Turbine, Francis-Turbine und Peltonturbine hinsichtlich 1) Einsatzbereich (+Nennfallhöhe) und 2) Wirkungsgrad!

Answer

A

Kaplan-Turbine:

1) hauptsächlich in Flusskraftwerken, bei Nennfallhöhe bis 60m mit stark fluktuierenden Wassermengen

2) Hoher Wirkungsgrad innerhalb eines Wasserdurchflusses von 30-100%

Rohrturbine:
1) in Flusskraftwerken, Nennfallhöhe bis 25m

2) Hoher Wirkungsgrad in weitem Stellbereich des Durchflusses
(–> wie Kaplanturbine, jedoch horizontal durchströmt ohne Richtungsänderung -> weniger Verluste)

Straflo-Turbine:
1) in Flusskraftwerken, Nennfallhöhe bis 50m

2) sehr flache Wirkungsgradkurve -> hoher Wirkungsgrad über großen Durchflussbereich

Francis-Turbine:
1) in Speicher- und Flusskraftwerken, bei mittleren Nennfallhöhen bis 700m und konstantem Durchfluss

2) Hohe Wirkungsgrade erst ab 60% vom Auslegungsdurchfluss erreichbar
(-> Guter Wirkungsgrad von 60 - 100% Wasserdurchfluss)

Peltonturbine:
1) in Speicherkraftwerken, für hohe Nennfallhöhe bis 2000m und geringe Wassermengen wirtschaftlich

2) Sehr flache Wirkungsgradkurve bereits ab 10-100% Nenndurchfluss

Question 63

Q

Im Gegensatz zur Kaplan-Turbine handelt es sich bei der Francis-Turbine nicht um eine doppelt regulierbare Turbine.

Wahr/Falsch?

Answer

A

Wahr

-> bei der Francis-Turbine nur die Leitschaufeln verstellbar. Die Laufradschaufeln sind dagegen fix
-> daher erst gute Wirkungsgrade bei Wasserdurchflussraten von 60-100%

Question 64

Q

Bei der Francisturbine können die Laufräder höhere Drehzahlen aushalten als bei der Kaplan-Turbine.

Wahr/Falsch?

Answer

A

Wahr (weil starr fixiert an der Turbine)

Answer 55

A

Wahr
-> dadurch kleinere Abmessungen, sodass Turbinengröße und Kraftwerkskomponenten reduziert werden können

Answer 56

A

(1) Turbine

(2) Saugrohr

(3) Diffusors

(4) reduziert

(5) steigt (weil immer antiparallel zur Geschw.)

(6) Verlustarme

(7) Wirkungsgrades

Answer 57

A

(1) direkt gekoppelt

(2) über ein Getriebe

Answer 58

A

Die Drehzahl zu erhöhen und standardisierte und effiziente Generatoren verwenden zu können

Answer 59

A

(1) mechanischen

(2) elektrische

(3) synchronen

(4) asynchronen

Answer 60

A

Das Kraftwerk ein Inselnetz speist oder ein Hauptkraftwerk im Netz ist
-> Regelung der Spannung und Lieferung von Blindleistung

Answer 61

A

Netzparallelbetrieb

Answer 62

A

(1) 90 - 95%

(2) 95 - 99%

Answer 63

A

(1) niedrigen

(2) hohen

(3) 99%

(Generatoren haben immer eine niedrigere Spannung als das Netz (zu hoher Aufwand für Isolation auf kleinem Bauraum))

Answer 64

A

Wandlung der potentiellen Energie (des am Wehr anstehenden Wassers) in kinetische Energie & Druckenergie (innerhalb der Druckleitung)
-> kinetische Energie bei Gleitdruckturbinen (z.B. Peltonturbine)
-> Druckenergie bei Überdruckturbinen (z.B. Francis- oder Kaplan-Turbine)
Wandlung der kinetischen Energie und Druckenergie in mechanische Energie (durch Turbine, auch wieder je nach Turbinentyp kinetisch oder Druck)
ggf. Umwandlung der mechanischen Energie in mechanische Energie (Änderung Drehmoment und Drehzahl durch Getriebe)
Umwandlung mechanische Energie in elektrische Energie (durch Generator)
Meist elektrische - elektrische Umwandlung (Änderung Spannungsniveau durch Transformator)

Answer 65

A

(1) 80%

(2) 90%

(3) 70 - 85%

(4) 50 bis 70%

Answer 66

A

Auch in dieser grundlastfähigen erneuerbaren Energie wird ein Einfluss des Klimawandels spürbar werden.

Answer 67

A

(1) abnehmend

-> siehe slide 59!

Answer 68

A

Baukosten, Kosten für Maschinenbau, Kosten für elektrische Einrichtung, bauliche Nebenkosten, Baunebenkosten, Gemeinkosten, Bauzinsen

-> Details zur Aufteilung slide 61

Answer 69

A

(1) ökologische Ausgleichsmaßnahmen

(2) Betriebskosten

Answer 70

A

(1) 4-6 ct/kwh

(2) 7-9 ct/kWh

(3) 10 - 17 ct/kWh

Answer 71

A

Technische Lebensdauer

Bauliche Anlagen: 60-80 Jahre

Maschinen und elektr. Anlagen: 30-40 Jahre

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