Energiegewinnung aus Strömungsmaschinen

Mechanische Leistung allgemein

P ... mechanische Leistung in Nm/s (W)
F ... Kraft in kgm/s2 (N)
s ... Weg in m
m ... Masse in kg
h ... Fallhöhe in m (Kraftwerk)
      Förderhöhe in m (Pumpe)
g ... Erdbeschleunigung 9,81m/s2
t ... Zeit in s

Mechanische Leistung aus Wasserkraft

Aus m/t (siehe oben) wird ^. Q und mit dem Wirkungsgrad η des wasserbautechnischen Antriebes ergibt sich folgende Formel:

P ... Leistung in kW
q ... Wassermenge in m3/s
h ... Fallhöhe in m
g ... Erdbeschleunigung 9,81m/s2
η ... Wirkungsgrad

Das Feld, in das du klickst wird neu berechnet:

Exkurs zur Kleinwasserkraft

Vorarlberg ist ja das Land der Wasserkraft. Selten sieht man hier Wassermühlen, welche in moderner Form (wie zum Beispiel bei der Inatura in Dornbirn) aber durchaus auch ihren Beitrag leisten können.

Vergleich der Wirkungsgrade von Turbinen und Wasserrädern

Besonders im Bereich des Niedrigwassers also bei stark schwankendem Wasserstand von Fließgewässern freut sich die klappernde Mühle mehr als die pfeifende Turbine.

Aktions- und Reaktionsprinzip

Wenn große Wassermengen im Verhältnis zu kleinen Fallhöhen umgewandelt werden, spricht man vom Aktionsprinzip. Bei Wasserrädern ist das ein Fall für die Flußmühle (unterschlächtiges Wasserrad).

v ... Strömungsgeschwindigkeit in m/s 
A ... Flügelfläche hS x bS in m2

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Wenn kleinere Wassermengen im Verhältnis zu größeren Fallhöhen umgewandelt werden, spricht man vom Reaktionsprinzip. Bei Wasserrädern ist das ein Fall für die oberschlächtige Wasserräder, die praktisch nur mehr durch das Gewicht des geschöpften Wassers in Rotation versetzt werden.

Bei den mittelschlächtigen Rädern findet beide Prinzipien je nach Fließgeschwindigkeit und Ausprägung der Schaufeln Anwendung.

h ... Fallhöhe in m 
Q ... Wassermenge in m3/s

Gesamtbetrachtung

Bei Annahme eines Maschinenwirkungsgrades von knapp 80% ergibt sich eine Überschlagsformel für die erzielbare Leistung von:

Mechanische Leistung aus Windkraft

Der optimale Arbeitspunkt einer Windturbine ist nach Albert Betz erreicht, wenn die Windgeschwindigkeit nach der Turbine durch die Energieentnahme auf ein Drittel gesunken ist.

Die Windstärke ist höhenabhängig. Daher versucht man die Nabenhöhe so hoch wie praktisch möglich zu machen. Das gilt besonders dann als unvermeidlich, wenn man mit Hindernissen vor der Windturbine rechnen muss.

Der Leistungsgewinn ergibt sich aus folgender Beziehung:

v ... Windgeschwindigkeit
A ... Kreisfläche des Windrades
ρ ... Luftdichte im Mittel 1,2kg/m3

Gesamtbetrachtung

Bei Annahme eines Maschinenwirkungsgrades von knapp 80% ergibt sich eine Überschlagsformel für die erzielbare Leistung von:

Energieverarbeitung

Hebezeug

Die mechanische Leistung P_ab wird vom Motor gefordert.

Das Drehmoment

M_r lastet an der Winde

Die Motordrehzahl

n₂ wird gewählt

Die Getriebeübersetzung

i ist das Verhältnis der Motor- zur Windendrehzahl

Die zugeführte Leistung

P_zu ist die elektrische Leistung für die der Motor ausgelegt werden muss.

Das Motormoment

M_Mot ergibt den Drehmomentbedarf für den angenommenen Lastfall.

Schrägaufzug

Außer der Berechnung der neuen Seilzugkraft F als Komponente von G ist alles wie gehabt.