Elektrische Energieversorgung

1. Elektrische Energieversorgung

2. Energiefluß Ladungen übertragen Energie von der Spannungsquellezum 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

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: www.wikipedia.de Doppelte Spannung: relativer Verlust: 4

5. Leistungsverlust im realen Stromkreis Der Generator G erzeugt: Spannungsabfall ULeitung erzeugt einen Verlust: relativer Verlust:

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

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 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 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

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

10. Elektrokraftwerke Wärmekraftwerk – Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk: Abgas

11. Elektrokraftwerke Kernkraftwerk:(Nutzung von Wärmeenergie) Die meisten Kernkraftwerke in der BRD sind mit Druckwasserreaktoren ausgestattet:

12. Elektrokraftwerke Kernkraftwerk:(Nutzung von Wärmeenergie) Die meisten Kernkraftwerke in der BRD sind mit Druckwasserreaktoren ausgestattet: Typ Leistung in MW Baujahr Laufzeit

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 % 3. Dish-Stirling-Anlagen 4. andere

14. Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke: 1. Parabolrinnenkraftwerke Kalifornien, Kramer Junction Turbine Solarfeld Wärmetauscher Wärmetauscher

15. Solarturm in Kalifornien Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke: 2. Solarturmanlagen Testphase seit 2009, Stadtwerke Jülich Solarturm bei Jülich (NRW) http://www.solarturm-juelich.de

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. Die dadurch entstandene mechanische Energie wird anschließend in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt.

17. Elektrokraftwerke Wasserkraftwerke: Laufwasserkraftwerk (Pump-)Speicherkraftwerk Quelle: VSE • 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 offenes Meer Damm Staubecken bei Flut bei Ebbe www.marineturbines.com 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 Manzanares 1988, Spanien www.br-online.de Vision der Zukunft: Höhenwindkraftwerk in 5 km Höhe

21. Elektrokraftwerke Geothermische Kraftwerke: Natur und Technik Physik 10/I (Realschule Bayern); Cornelsen 2004 Unterhaching bei München (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. 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 Quellen: Energiebericht Bayern 2001 Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit 2003 570TWh

24. Gewichtung der erneuerbaren Energien Quellen: Energiebericht Bayern 2001 Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit 2003

25. Energieresourcen in EUMENA (Europa / mittlerer Osten / Nordafrika) www.desertec.org a year

26. Video

27. Elektrokraftwerke Brennstoffzelle: Video 27

28. Kraftwerke im Vergleich 28

29. Energiereserven und ihr Potential Zahlen basieren auf den Verbrauchswerten aus dem Jahr 2005. 29