Elektrische Energieversorgung

Präsentation zum Thema: "Elektrische Energieversorgung"—  Präsentation transkript:

1 Elektrische Energieversorgung
Foto: Christian Weiss

2 Energiefluß Ladungen übertragen Energie von der Spannungsquelle zum Verbraucher: Zufuhr von nicht elektrischer Energie Abgabe von nicht elektrischer Energie Energie wird übertragen z. B. chemische Energie mechanische Energie Strahlungsenergie z. B. chemische Energie mechanische Energie Strahlungsenergie Quelle: Natur und Technik Physik 10/I (Realschule Bayern); Cornelsen Verlag, Berlin; 2004; S. 36

3 Energiefluß „Wieviel Energie steckt in der Spannungsquelle ?“
In der Spannungsquelle müssen die Ladungen getrennt werden. Dazu ist Arbeit notwendig: Q = I ∙ t Mechanik: Je höher die Mauer werden soll, desto mehr Arbeit pro Ziegel ist nötig. Je höher die Spannung U sein soll, desto mehr Arbeit pro Ladung ist nötig.

4 Leistungsverlust im realen Stromkreis
Der Generator G erzeugt: Spannungsabfall ULeitung erzeugt einen Verlust: relativer Verlust: Doppelte Spannung: Grafik: Lizenzfrei aus relativer Verlust: 4 4

5 Leistungsverlust im realen Stromkreis
Der Generator G erzeugt: Spannungsabfall ULeitung erzeugt einen Verlust: relativer Verlust: Grafik: Lizenzfrei aus

6 Leistungsverlust im realen Stromkreis
Bsp.: Elektrorasenmäher U = 230V PR = 1150W R = r · Länge / Querschnittsfläche rKabeltrommel ≈ 2 ∙ 0,01786 Ω mm2/m I = 5A Leitungslänge (Querschnitt 1 mm2): Widerstand: Verlustleistung: 50m: R = 1,79 Ω PV = RI2 = 45 W Uni – Impulsarena: (ca. 2 km) R = 71 Ω PV = RI2 = 1786 W

7 Hochspannungsübertragung
Reduktion der Verluste durch Verringerung der Stromstärke, d.h. die Anzahl der bewegten Teilchen nimmt ab; dafür muss die Spannung steigen, damit die übertragene Energie (bzw. Leistung) erhalten bleibt. UUni = 230 V UL = 2300 V UStadion = 230 V Foto Strommast: Andreas Löbhard IUni = 5 A IL = 0,5A IStadion = 5A PV (50m Leitung) = 45 W PV (Uni-Stadion) = RIL2 =17,8 W PV (100m Leitung) = 90 W vgl. ohne Transformation: R = 71Ω (Uni – Impulsarena): PV = 1786W bei PR = 1150W,

8 Das Verteilungsnetz Übliche Spannungen in Deutschland sind:
Natur und Technik Physik 10/I (Realschule Bayern); Cornelsen 2004 Übliche Spannungen in Deutschland sind: Niederspannung: 230V / 400V Mittelspannung: 10 kV / 20 kV Hochspannung : 110 kV Höchstspannung: 220 kV 380 kV Bild: Natur und Technik Physik 10/I (Realschule Bayern); Cornelsen Verlag, Berlin; 2004; S. 68

9 Elektrokraftwerke Wärmekraftwerk – Dampfkraftwerk:
Bild: Wärmequellen können sein: Kohle Müll Öl, Gas Kernzerfallswärme ...

10 Elektrokraftwerke Wärmekraftwerk – Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk: Abgas
Diese Datei wurde unter den Bedingungen der „Creative Commons Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen Unported“-Lizenz in der Version 3.0 veröffentlicht. Lizenzvertrag: Diese Datei wurde unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation veröffentlicht. Es ist erlaubt, die Datei unter den Bedingungen der GNU-Lizenz für freie Dokumentation, Version 1.2 oder einer späteren Version, veröffentlicht von der Free Software Foundation, zu kopieren, zu verbreiten und/oder zu modifizieren. Es gibt keine unveränderlichen Abschnitte, keinen vorderen Umschlagtext und keinen hinteren Umschlagtext. Quelle: Wikipedia „Prinzip eines Kombikraftwerks“; Urheber: Peter Lehmacher

11 Elektrokraftwerke Kernkraftwerk: (Nutzung von Wärmeenergie)
Die meisten Kernkraftwerke in der BRD sind mit Druckwasserreaktoren ausgestattet: Bild: Diese Datei ist lizenziert unter der Creative-Commons-Lizenz Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 2.0 Deutschland; Urheber: Steffen Kuntoff; u.a. veröffentlicht auf

12 Elektrokraftwerke Kernkraftwerk: (Nutzung von Wärmeenergie)
Die meisten Kernkraftwerke in der BRD sind mit Druckwasserreaktoren ausgestattet: Typ Leistung in MW Baujahr Laufzeit Emsland DWR 1.400 10. August 1982 2022 Gundremmingen C SWR 1.344 20. Juli 1976 2021 Gundremmingen B 2017 Philippsburg 2 1.468 7. Juli 1977 2019 Neckarwestheim 2 9. November 1982 Isar 2 1.485 15. September 1982 Brokdorf 1.480 1. Januar 1976 Grohnde 1.430 1. Juni 1976 Grafenrheinfeld 1.345 1. Januar 1975 2015 Bild: Diese Datei ist lizenziert unter der Creative-Commons-Lizenz Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 2.0 Deutschland; Urheber: Steffen Kuntoff; u.a. veröffentlicht auf

13 Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke:
Es stehen verschiedene Varianten solarthermischer Kraftwerke (CSP-Kraftwerke, Concentrating Solar Power ) im Mittelpunkt der Diskussion: Aufteilung CSP-Kraftwerke Weltweit 2008 1. Parabolrinnenkraftwerke 94 % 2. Solarturmanlagen 6 % Quelle: 3. Dish-Stirling-Anlagen 4. andere

14 Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke:
1. Parabolrinnenkraftwerke Kalifornien, Kramer Junction Bild Kramer Junction: Bilder oben: /Lizenziert unter der Creative Commons-Lizenz Attribution ShareAlike 2.5 Autor: Andrew Buck Turbine Solarfeld Wärmetauscher Wärmetauscher

15 Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke: 2. Solarturmanlagen
Solarturm in Kalifornien 2. Solarturmanlagen Solarturm bei Jülich (NRW) Testphase seit 2009, Stadtwerke Jülich Bild links: Bodo Klecksel Bild rechts:

16 Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke: 3. Dish-Stirling-Anlagen
(„Küchenschüssel“) Almeria, Spanien Ein Parabolspiegel konzentriert die Sonnenenergie auf einen Absorber. Ein Arbeitsgas im Absorber treibt den Stirlingmotor an. Foto: Pedro Servera Die dadurch entstandene mechanische Energie wird anschließend in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt.

17 Elektrokraftwerke Wasserkraftwerke:
(Pump-)Speicherkraftwerk Quelle: VSE Laufwasserkraftwerk Bild: Privates Kraftwerk: Andreas Löbhard Bild: Laufwasserkraftwerk: Markus Schweiss Bild: (Pump-)Speicherkraftwerk: Pelton -Turbine (radiale Anströmung, radiale Abströmung, hohe Fallhöhen) Francis - Turbine (radiale Anströmung, axiale Abströmung, mittlere Fallhöhen) Kaplan - Turbine (axiale Anströmung, axiale Abströmung, geringe Fallhöhen Laufwasserkraftwerk Kaufering, Lechstaustufe 18, 11 m Fallhöhe und 3 Kaplan-Turbinen)

18 Elektrokraftwerke Wasserkraftwerke: Gezeitenkraftwerk
Meeresströmungskraftwerk 2003 offenes Meer Damm Staubecken bei Flut offenes Meer Damm Staubecken Bild links: Louis Rast / K.Vogel aus: Bild rechts: Diese Datei wurde unter den Bedingungen der Creative Commons „Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Unported. Autor dieser Datei ist: Feldoncommon bei Ebbe Rohrturbine mit Generator Niveauunterschied

19 Elektrokraftwerke Ziel: Im Jahr 2015, 25 MWh für 30.000 Haushalte
Das weltweite Energiepotenzial der Osmosekraft wird auf 1700 TWh geschätzt, das wäre die Hälfte der innerhalb der europäischen Union gewonnenen Energie. Osmosekraftwerk in Tofte, Nov. 2009

20 Elektrokraftwerke Windrad Vision der Zukunft: Höhenwindkraftwerk
Manzanares 1988, Spanien Bild „Aufwindkraftwerk“: Diese Datei ist lizenziert unter der Creative-Commons-Lizenz Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 2.0 Deutschland; Urheber: Steffen Kuntoff; u.a. veröffentlicht auf Bild „Höhenwindkraftwerk“: (Stand ) Vision der Zukunft: Höhenwindkraftwerk in 5 km Höhe

21 Elektrokraftwerke Geothermische Kraftwerke: Unterhaching bei München
Natur und Technik Physik 10/I (Realschule Bayern); Cornelsen 2004 Unterhaching bei München Quelle: Natur und Technik Physik 10/I (Realschule Bayern); Cornelsen Verlag, Berlin; 2004; S. 36 (Strom für 1000 Haushalte)

22 Elektrokraftwerke Biomasse-Kraftwerke: Gülle und Biomasse werden dem
Gärbehälter zugeführt. Im Gärbehälter werden diese Stoffe durch anaerobe Bakterien zersetzt, dabei entsteht als Abfallprodukt Dünger und ein Methan-Kohlendioxid-Gemisch, das Biogas. Durch das Verbrennen des entstandenen Gases in einem Motor, an den ein Generator angeschlossen ist, entsteht Wärme und Strom. Quelle: (Stand: ) Dieser Strom kann entweder direkt in Haushalten oder Betrieben verwendet werden, und/oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

23 Energiewirtschaft Anteil am Grundlastverbrauch: 83,7TWh 570TWh
Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit 2003 Quellen: Energiebericht Bayern 2001 Quelle Bayern 2001: Energiebericht Bayern 2001 Quelle Deutschland 2003: Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit; Verband der Elektrizitätswirtschaft( VDEW) e.V.; 2003 570TWh

24 Gewichtung der erneuerbaren Energien
Quelle Bayern 2001: Energiebericht Bayern Quelle Deutschland 2003: Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit; Verband der Elektrizitätswirtschaft( VDEW) e.V.; 2003 Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit 2003 Quellen: Energiebericht Bayern 2001

25 Energieresourcen in EUMENA
(Europa / mittlerer Osten / Nordafrika) Quelle: "DESERTEC Foundation /  a year

26 Video Quelle: "DESERTEC Foundation / www.desertec.org"
Videolink: Video

27

28

29 Elektrokraftwerke Brennstoffzelle: Video
Videolink: Bild links: NASA Bild rechts: Natur und Technik Physik 10/I (Realschule Bayern); Cornelsen Verlag, Berlin; 2004; S. 169 Video 29 29

30 Kraftwerke im Vergleich
Wärme-KW Kern-KW Biomasse-KW Wasser-KW Wind-KW Photovoltaik Wirkungsgrad ca. 40% ca. 33% 20-35% bis 95% 20-40% 13-17% (steigend) Brennstoff Kohle Müll Heizöl Uran Biogas Erdgas Holzabfälle, ... Standort benötigt nicht in Staustufen; Küstenländer; alle Freiflächen und Infrastruktur; Ballungsgebieten; Stauseen Bergkämme Hausdächer mit Gewässer zur Südlage Kühlung Umwelt Abwärme radioaktive Stoffe vgl. Wärme-KW Eingriff in Natur Lärm und Herstellung; (60% der Energie können in die und flimmernder Entsorgung heizt die Umwelt Umgebung Landschaftsbild Schattenwurf auf; gelangen; durch Treibhauseffekt) Problem der Rotorblätter Endlagerung; Aussichten noch unverzicht- nur noch bis noch ausbaubar kaum noch nur bei höherem (Deutschland) bar 20.. in Betrieb ausbaubar Wirkungsgrad und geringeren Herstellungskosten gut Quelle: Natur und Technik Physik 10/I (Realschule Bayern); Cornelsen Verlag, Berlin; 2004; S. 36 30 30

31 Energiereserven und ihr Potential
Weltweit: jährliche wirtschaftlich bei unverändertem Stromproduktion förderbare Verbrauch erschöpft Vorräte für im 1000 TWh Jahr Öl 45 2680 2047 Gas 24 1600 2069 Kohle 33 5700 2175 Uran 4 460 2106 Gesamt: 106 10440 2103 Zahlen basieren auf den Verbrauchswerten aus dem Jahr 2005. EUMENA: mögl. rentable jährl. Stromproduktion 1000 TWh Windkraft 1950 Photovoltaik 325 Biomasse 1350 Geothermie 1100 Wasserkraft Solarthermie 630000 Quelle: "DESERTEC Foundation /  31 31