Elektrische Energie (Erzeugung und Verteilung)

Strom aus Wasserkraft

Wasserkraftwerke nutzen die Strömungsenergie des Wassers aus. Durch die Turbine entsteht aus einer geradlinigen eine drehende Bewegung. Die Turbine ist mit dem Generator mechanisch verbunden und erzeugt elektrische Energie.

Der Energieinhalt einer Wasserkraft errechnet sich einfach aus:

math3 (1K)

  • E ist dabei die mechanische Energie in Nm
  • q ist die Wassermenge in Liter (1l=1kg)
  • h ist der Höhenunterschied in m

Die zwei Seiten einer Wasserkraft

Hochdruckanlagen Niederdruckanlagen

math3a (1K)

math3b (1K)

Großer Höhenunterschied bei kleiner Wassermenge: Große Wassermenge bei kleinem Höhenunterschied:

E01_05 (4K)

E01_07 (7K)

Der Generator (G) wird durch eine Reaktionsturbine angetrieben. Der Generator (G) wird durch eine Aktionsturbine angetrieben.

Strom aus Dampf

Ein Wärmekraftwerk ist ein Elektrizitätswerk, das Wärme, in elektrische Energie umsetzt. Es wird auch thermisches Kraftwerk oder kalorisches Kraftwerk genannt. Die meisten kalorischen Kraftwerke erzeugen die benötigte Wärme selbst, indem sie Öl, Kohle, Gas oder Müllfossile Brennstoffe verbrennen oder die Wärme bei kontrollierter Atomspaltung gewinnen. Die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme erzeugt im Dampfkessel den Frischdampf. Dieser wird einer Dampfturbine zugeführt, die den Generator antreibt.

Schon 1885 wurde eine Dampfmaschine zum Antrieb elektrischer Generatoren eingesetzt. In modernen kalorischen Kraftwerken treiben Dampfturbinen die Generatoren an. Kalorische Kraftwerke unterscheiden wir nach der Art der Dampferzeugung.

Kohlekraftwerk
Dampf1 (108K)
Atomkraftwerk
Siedewasserreaktor Druckwasserreaktor
Dampf2 (108K) Dampf3 (95K)

Strom aus Windkraft

Windkraftwerke bestehen aus einem Mast, auf dem Rotor und Maschinenhaus sitzen. Die Flügelzahl wird entsprechend dem Windangebot ausgewählt. Die erzeugte Energiemenge ist von der Windgeschwindigkeit abhängig. Man baut Masten daher möglichst hoch, da der Wind mit zunehmender Höhe stärker wird. Außerdem ermöglichen hohe Masten längere Rotorblätter, was die Energieausnutzung erhöht.

Der Energieinhalt der Windkraft errechnet sich einfach aus:

math4 (1K)

  • E ist dabei die mechanische Energie in Nm
  • v3 ist die dritte Potenz der Windgeschwindigkeit in m/s
  • A ist die Rotorfläche in m2
  • t ist die Zeit, in der ein Wind weht

Wind1 (40K)

Auch in Österreich lässt sich mit Ausnahme der westlichen Bundesländer Windenergie nutzen. Dank nahezu idealer Standorte decken Österreichs Windräder 2,6 MIO t SKE.

Österreichs Windkraft 2013: 1.795,0 MW

  • 912 Anlagen (Windparkstandorte in Österreich)
  • 1.795 MW Leistung
  • Rund 3,8 Mrd. kWh Stromerzeugung
  • mehr als 6,5% des Stromverbrauches von 2011

Strom aus Biomasse

Kreislauf der Biomasse

Mit Biomasse meint man die in Pflanzen gespeicherte Sonnenenergie.

Biomasse1 (135K)

Biogasanlage

Biogasanlagen sind Kraftwerke, die aus der Biomasse Methangas erzeugen. Anders als mit Windkraft kann mit Biogas gleichmäßig über den ganzen Tag verteilt Strom erzeugt werden. Biogas ist die einzige Energieform der erneuerbaren Energien, die man speichern kann. Das gespeicherte Biogas kann somit zu Zeiten hoher Nachfrage verstromt werden.

Biomasse ganz (135K)

Es werden verschiedene Rohstoffe, z.B. Gülle, Klärschlamm, Fette oder Pflanzen in einen luftdicht verschlossenen Gärbehälter eingebracht. Dort entsteht durch Gär- oder Fäulnisprozesse das Biogas, das je nach Ausgangsstoff aus 40-75% Methan besteht.

1 GVE (Großvieheinheit)
1 Rind5 Kälber6 Mastschweine250 Hühner

Aus der Gülle eines Rindes (= 1 GVE) kann Methangas gewonnen werden, das durch Verbrennen jährlich ca. 2,5t SKE Energie liefert.

1,5 m3 Biogas/d GVE enthält etwa
  • 2/3 Metan (CH4)
  • 1/3 Kohlendioxid (CO2)
  • 1% Schwefelwasserstoff (H2S)
  • 1% O2
  • 1% O2
  • 3% N

1 m3 = 6kWh el. Energie

Blockheizkraftwerk (BHKW)

Biomasse3 (135K)

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) nützt die Wärmeenergie für Heizung, Stromproduktion und Wasser-Erwärmung. Im großen Format machen das Fernwärmekraftwerke, die Strom produzieren.

Energie von der Sonne

Diese Energie kann

  1. zur Warmwassererzeugung ( = Sonnenkollektoren)
  2. und zur direkten Umwandlung in Strom ( = Fotovoltaik)
genutzt werden.

Darum spricht man auch von Additiver Energie.

Strahlung der Sonne

Die Solarkonstante (Strahlung außer der Athmosphäre:)

E0 = 1376 W/m2

a) nördliche Breite
  • langer Weg durch die Athmosphäre
  • Energie auf große Fläche verteilt
  • in Vlbg: E = 1000W/m2
500px.Sonnenlicht (30K)
b) am Äuquator:
  • kurzer Weg durch die Athmosphäre
  • Energie auf kleine Fläche verteilt

In Vorarlberg liegt die mittlere jährliche globale Einstrahlung bei knapp 3kWh/m2 auf eine horizontale Fläche an einem Tag.

Wärmestrahlung

8m2 Kollektorfläche ersetzen jährlich 1t SKE zur Warmwassererzeugung graph5 (10K)

Energie der Photonen

8m2 Solarzellen ersetzen jährlich 0,25t SKE zur Elektrizitätserzeugung graph6 (9K)

Stromnetze

Der Weg des Stromes

Netz1 (51K)

Spannungsebenen

Netz2 (76K)

Stromverteilung in Vorarlberg

vkw-NETZ (535K)

Stromverteilung in Österreich

Verbund_Netz_2011 (1297K)

Stromverteilung in Europa

Der Blick via klick in die Welt des Stromes.