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Universität Augsburg Didaktik der Physik

Elektrische Energieversorgung Wichtiges Grundwissen für den Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule. Universität Augsburg Didaktik der Physik. Elektronenstrom und Energiestrom. Ladungen übertragen Energie von der Stromquelle zum Verbraucher :. Zufuhr von nicht

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Presentation Transcript

  1. Elektrische EnergieversorgungWichtiges Grundwissen für den Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule Universität Augsburg Didaktik der Physik

  2. Elektronenstrom und Energiestrom Ladungen übertragen Energie von der Stromquelle zum Verbraucher: Zufuhr von nicht elektrischer Energie Abgabe von nicht elektrischer Energie elektrische Energie wird übertragen z. B. chemische Energie mechanische Energie Strahlungsenergie z. B. thermische Energie mechanische Energie Strahlungsenergie Im Gegensatz zu den Ladungsträgern fließt die el. Energie nicht im Kreislauf.

  3. Elektronenstrom und Energiestrom „Energie steckt in der Spannungsquelle“ Spannung U = ∆E Energieunterschied Q = I ∙ t U = = transportierte Energie E = U · I ∙ t = Wel elektrische Arbeit Wel= Pel∙ t Pel =

  4. Leitungsverlust im realen Stromkreis Bewegung erfordert Arbeit: R = U / I W = U · I · t mit U = R ∙ I folgt: W = R ∙ I ∙ I ∙ t =R · I2 · t = Arbeit zur Überwindung des Widerstands

  5. Leitungsverlust im realen Stromkreis Gesamtenergiedurchsatz im Stromkreis: mit W = R · I2 · t ist: E = Woben+ ∆ELampe+ Wunten = Roben · I2 · t + PL ∙ t + Runten · I2 · t mit P = E/t ist: P = Roben · I2 + PL + Runten · I2 =(Ro + Ru) · I2+ PL I = 5A P = PV + PL Bsp.: Elektrorasenmäher U = 230V PR = 1150W RKabeltrommel ≈ 2 ∙ 0,0112 Ω/m Leitungslänge: Widerstand: Verlustleistung: 50m: R = 1,12 Ω PV = 28 W Uni – Impulsarena: (ca. 2 km) R = 45 Ω PV = 1125 W

  6. Hochspannungsübertragung Reduktion der Verluste durch Verringerung der Stromstärke, d.h. die Anzahl der bewegten Teilchen nimmt ab; dafür muss die Spannung steigen, damit die transportierte Energiemenge (bzw. Leistung) erhalten bleibt. UUni = 230 V UL = 2300 V UStadion = 230 V PUni = 3400 W PL = 3400 W PStadion = 3400W IUni = 5 A IL = 0,5A IStadion = 5A PV (50m Leitung) = 28 W PV (Uni-Stadion) = 11,25 W PV (100m Leitung) = 56 W vgl. ohne Transformation: R = 45Ω (Uni – Impulsarena): PV = 1125W bei PL= 1150W,

  7. Das Verteilungsnetz • Übliche Spannungen in Deutschland sind: • Niederspannung: 230V / 400V • Mittelspannung: 10 kV / 20 kV • Hochspannung : 110 kV • Höchstspannung: 220 kV • 380 kV

  8. Elektrokraftwerke Wärmekraftwerk – Dampfkraftwerk: Wärmequellen können sein: Kohle Müll Öl Kernzerfallswärme ...

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

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

  11. Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke: Es stehen verschiedene varianten solarthermischer Kraftwerke (CSP-Kraftwerke) im Mittelpunkt der Diskussion: Aufteilung CSP-Kraftwerke Weltweit 2008 1. Parabolrinnenkraftwerke 94 % 2. Solarturmanlagen 6 % 3. Dish-Stirling-Anlagen 4. andere

  12. Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke: 1. Parabolrinnenkraftwerke Kalifornien, Kramer Junction Salz- tank Turbine Solarfeld Wärmetauscher Wärmetauscher

  13. Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke: 2. Solarturmanlagen Solarturm in Kalifornien Solarturm bei Jülich (NRW) Video

  14. Elektrokraftwerke Solarthermische Kraftwerke: 3. Dish-Stirling-Anlagen 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.

  15. Elektrokraftwerke Solarelektrische Direktumwandlung: Photovoltaischer Effekt

  16. Elektrokraftwerke Wasserkraftwerke: Laufwasserkraftwerk (Pump-)Speicherkraftwerk Generator Quelle: VSE Laufrad der Turbine Privates Kraftwerk mit 3m Fallhöhe und 25kW Leistung

  17. Elektrokraftwerke Wasserkraftwerke: Gezeitenkraftwerk Meeresströmungskraftwerk offenes Meer Damm Staubecken offenes Meer Damm Staubecken bei Flut bei Ebbe Rohrturbine mit Generator Niveauunterschied

  18. Elektrokraftwerke Windkraftwerke: Windrad Vision der Zukunft: Höhenwindkraftwerk

  19. Elektrokraftwerke Geothermische Kraftwerke: „Hot-Dry-Rock-Verfahren“

  20. 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.

  21. Elektrokraftwerke Brennstoffzelle: Video

  22. Kraftwerke im Vergleich

  23. Energiewirtschaft Anteil am Grundlastverbrauch: 83,7TWh 570TWh

  24. Gewichtung der erneuerbaren Energien

  25. Energieresourcen in EUMENA a year

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

  27. Video

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