Dein Suchergebnis zum Thema: Wasser

Im küstennahen Meer gibt es genügend Platz, um eine große Anzahl von Windrädern für die Stromerzeugung aufzustellen. Da es auf dem Meer auch mehr Wind gibt, erzielt man eine um die Hälfte größere Energieausbeute als an Land. Ein Problem ist die Übertragung der elektrischen Energie in das Stromnetz des Festlands. Benutzt man dazu die moderne Technologie der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) über Seekabel, erfolgt die Übertragung mit minimalen Verlusten. Hinweise und Ideen: Wie unterscheiden sich Offshorewindparks von denen an Land? Was sind die Vor- und Nachteile? Welche Hürden gilt es zu überwinden, z. B. bei der Einspeisung ins Stromnetz? Welche ökologischen Folgen können auftreten?
Wasser und Wind – traditionelle Energielieferanten neu entdeckt Beschreibung: Im

In einem Windkraftwerk wird die Bewegungsenergie der Luftmassen in elektrische Energie umgewandelt. Wie das funktioniert, wird hier erklärt. Besonders viel Potenzial steckt in der Nutzung der Windenergie auf dem offenen Meer (Offshorewindenergie). Hier kommt die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) zum Einsatz. Da Strom aus Windenergie nicht rund um die Uhr zur Verfügung steht, braucht man Energiespeicher. Welchen Anteil am Strommix die Windkraft in einzelnen Ländern hat, zeigt die Statistik. Übrigens: Das Aufwindkraftwerk ist kein Wind-, sondern ein solarthermisches Kraftwerk. Hinweise und Ideen: Als Einführung für eine Exkursion zu einer Windkraftanlage geeignet. Unter Verwendung der Quellen: ABB AG; Fraunhofer IWES; WindEurope; GWEC
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In einem Wellenkraftwerk wird die kinetische Energie der Meereswellen in elektrische Energie umgewandelt. Das Wellenkraftwerk z. B. arbeitet nach dem Prinzip einer oszillierenden Wassersäule: Ein trichterförmiges Dach deckt die Wasseroberfläche ab. Darin steigen die Wellen auf und ab, wobei die eingeschlossene Luft komprimiert und dekomprimiert wird. Die in dem Druckunterschied gespeicherte Energie wird über eine sog. Wells-Turbine und einen Generator in Strom umgewandelt. Das Besondere an der Wells-Turbine ist, dass – wenn sie einmal in Bewegung ist – sie die Drehrichtung beibehält, egal aus welcher Richtung sie durchströmt wird. Ein Wellenkraftwerk in Schottland versorgt bereits 50 Haushalte mit elektrischer Energie. Experten schätzen das nutzbare Energiepotenzial der Wellenkraft auf ein Terawatt – das entspricht etwa der Leistung von rund 1.400 konventionellen Kraftwerksblöcken. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis ist allerdings relativ schlecht, es wurden daher seit 2011 weltweit kaum weitere Wellenkraftwerke dieser Art gebaut. Hinweise und Ideen: Worin unterscheidet sich ein Wellenkraftwerk von einem konventionellen Wasserkraftwerk? Wie unterscheiden sich die verwendeten Turbinen in Aufbau und Funktion? Wie kommt es physikalisch zustande, dass sich die Wells-Turbine immer in dieselbe Richtung dreht? Wo auf der Welt gibt es optimale Bedingungen für Wellenkraftwerke? Wie funktioniert der modernste Typ von Meereskraftwerken nach dem „Seaflow“ Prinzip?
So verweisen Sie auf das Medium Medienpaket: Wasser und Wind – traditionelle Energielieferanten

In einem Wellenkraftwerk wird die kinetische Energie der Meereswellen in elektrische Energie umgewandelt. Das Wellenkraftwerk z. B. arbeitet nach dem Prinzip einer oszillierenden Wassersäule: Ein trichterförmiges Dach deckt die Wasseroberfläche ab. Darin steigen die Wellen auf und ab, wobei die eingeschlossene Luft komprimiert und dekomprimiert wird. Die in dem Druckunterschied gespeicherte Energie wird über eine sog. Wells-Turbine und einen Generator in Strom umgewandelt. Das Besondere an der Wells-Turbine ist, dass – wenn sie einmal in Bewegung ist – sie die Drehrichtung beibehält, egal aus welcher Richtung sie durchströmt wird. Ein Wellenkraftwerk in Schottland versorgt bereits 50 Haushalte mit elektrischer Energie. Experten schätzen das nutzbare Energiepotenzial der Wellenkraft auf ein Terawatt – das entspricht etwa der Leistung von rund 1.400 konventionellen Kraftwerksblöcken. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis ist allerdings relativ schlecht, es wurden daher seit 2011 weltweit kaum weitere Wellenkraftwerke dieser Art gebaut. Hinweise und Ideen: Worin unterscheidet sich ein Wellenkraftwerk von einem konventionellen Wasserkraftwerk? Wie unterscheiden sich die verwendeten Turbinen in Aufbau und Funktion? Wie kommt es physikalisch zustande, dass sich die Wells-Turbine immer in dieselbe Richtung dreht? Wo auf der Welt gibt es optimale Bedingungen für Wellenkraftwerke? Wie funktioniert der modernste Typ von Meereskraftwerken nach dem „Seaflow“ Prinzip?
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In einem Windkraftwerk wird die Bewegungsenergie der Luftmassen in elektrische Energie umgewandelt. Wie das funktioniert, wird hier erklärt. Besonders viel Potenzial steckt in der Nutzung der Windenergie auf dem offenen Meer (Offshorewindenergie). Hier kommt die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) zum Einsatz. Da Strom aus Windenergie nicht rund um die Uhr zur Verfügung steht, braucht man Energiespeicher. Welchen Anteil am Strommix die Windkraft in einzelnen Ländern hat, zeigt die Statistik. Übrigens: Das Aufwindkraftwerk ist kein Wind-, sondern ein solarthermisches Kraftwerk. Hinweise und Ideen: Als Einführung für eine Exkursion zu einer Windkraftanlage geeignet. Unter Verwendung der Quellen: ABB AG; Fraunhofer IWES; WindEurope; GWEC
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Im küstennahen Meer gibt es genügend Platz, um eine große Anzahl von Windrädern für die Stromerzeugung aufzustellen. Da es auf dem Meer auch mehr Wind gibt, erzielt man eine um die Hälfte größere Energieausbeute als an Land. Ein Problem ist die Übertragung der elektrischen Energie in das Stromnetz des Festlands. Benutzt man dazu die moderne Technologie der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) über Seekabel, erfolgt die Übertragung mit minimalen Verlusten. Hinweise und Ideen: Wie unterscheiden sich Offshorewindparks von denen an Land? Was sind die Vor- und Nachteile? Welche Hürden gilt es zu überwinden, z. B. bei der Einspeisung ins Stromnetz? Welche ökologischen Folgen können auftreten?
Wasser und Wind – traditionelle Energielieferanten neu entdeckt Beschreibung: Im

Das hier gezeigte Dreiflügel-Windrad mit horizontaler Rotationsachse ist bei großen Windkraftanlagen die häufigste Konstruktion. Das Windrad besteht aus einem Rotor und einer Gondel („Maschinenhaus“), die auf einem hohen Turm angebracht sind. Das Funktionsprinzip: Das Anemometer misst die Windgeschwindigkeit. Die Daten werden an den Überwachungscomputer gesendet. Dieser steuert das Windrad und bedient den Nachführmotor, der das Windrad ausrichtet. Steht das Windrad optimal zum Wind, so übt dieser ein Drehmoment auf die Rotorblätter aus: Das Windrad dreht sich (ca. 20 Umdrehungen/min) und mit ihm die Antriebswelle. Das Getriebe wandelt die Drehzahl des Rotors in die für den Generator nötige Drehzahl (in Europa 1.500 U/min oder 3.000 U/min, in den USA 1.800 U/min oder 3.600 U/min) um. Der Generator erzeugt den Strom. Dieser wird über Kabel zum Fuß des Windrads hinuntergeleitet. Dort erfolgt die Einspeisung ins Netz. Der Wirkungsgrad eines Windrads liegt bei optimalen Windverhältnissen bei 40 – 51 %. (Der theoretisch maximale Wert liegt bei 59,3 %, ist aber praktisch nicht erreichbar.) Übrigens: Die Bremse sorgt dafür, dass das Windrad sich nicht drehen kann, z. B. bei extremem Sturm oder wenn es gewartet werden muss. (Es gibt auch Windräder ohne Getriebe, siehe dazu die Beschreibung beim Medium „Generator für Windrad“!). Hinweise und Ideen: Welche Vorteile hat ein Dreiflügel-Windrad gegenüber einem Ein-, Zwei- oder Vierblattflügler? Es lohnt der Hinweis, dass es auch Windräder mit vertikaler Drehachse gibt (Savonius-, Darrieus-Windrad). Wann setzt man diese Bauformen ein?
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Das Fundament bildet die Verankerung der Windkraftanlage im Erdreich. Um die Standfestigkeit der Windenergie-Anlage zu gewährleisten, wird je nach Festigkeit des Untergrundes eine Pfahl- oder Flachgründung vorgenommen. Der Turm ist das größte und schwerste Teil einer Windenergieanlage. Er ist üblicherweise zwischen ein bis 1,8 Mal länger als der Rotordurchmesser und kann mehrere Hundert Tonnen schwer sein. Die Turmkonstruktion selbst trägt nicht nur die Massen der Maschinengondel und der Rotorblätter, sondern muss auch die enormen statischen Belastungen durch die wechselnden Kräfte des Windes auffangen. Man verwendet in der Regel Rohrkonstruktionen aus stapelbaren Beton- oder Stahlsegmenten. Die Turmhöhe bzw. die Nabenhöhe beträgt bei 3 MW bis ca. 6 MW Leistung und bei einem Rotordurchmesser von ca. 110 bis 130 m zwischen ca. 120 bis 130 m. Der Rotor ist diejenige Komponente, die mithilfe der Rotorblätter die im Wind enthaltene Energie in eine mechanische Drehbewegung umwandelt. Die Gondel mit Maschinenstrang (Triebstrang) enthält den gesamten Maschinensatz. (Funktionen im Detail siehe Medium „Windrad – Innenansicht“!) Hinweise und Ideen: Im Rahmen des Physikunterrichts könnte geklärt werden, warum es bei Durchströmung mit Wind zu einer Bewegung der Rotorbätter kommt (Strömungslehre von Venturi und Bernoulli).
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Das hier gezeigte Dreiflügel-Windrad mit horizontaler Rotationsachse ist bei großen Windkraftanlagen die häufigste Konstruktion. Das Windrad besteht aus einem Rotor und einer Gondel („Maschinenhaus“), die auf einem hohen Turm angebracht sind. Das Funktionsprinzip: Das Anemometer misst die Windgeschwindigkeit. Die Daten werden an den Überwachungscomputer gesendet. Dieser steuert das Windrad und bedient den Nachführmotor, der das Windrad ausrichtet. Steht das Windrad optimal zum Wind, so übt dieser ein Drehmoment auf die Rotorblätter aus: Das Windrad dreht sich (ca. 20 Umdrehungen/min) und mit ihm die Antriebswelle. Das Getriebe wandelt die Drehzahl des Rotors in die für den Generator nötige Drehzahl (in Europa 1.500 U/min oder 3.000 U/min, in den USA 1.800 U/min oder 3.600 U/min) um. Der Generator erzeugt den Strom. Dieser wird über Kabel zum Fuß des Windrads hinuntergeleitet. Dort erfolgt die Einspeisung ins Netz. Der Wirkungsgrad eines Windrads liegt bei optimalen Windverhältnissen bei 40 – 51 %. (Der theoretisch maximale Wert liegt bei 59,3 %, ist aber praktisch nicht erreichbar.) Übrigens: Die Bremse sorgt dafür, dass das Windrad sich nicht drehen kann, z. B. bei extremem Sturm oder wenn es gewartet werden muss. (Es gibt auch Windräder ohne Getriebe, siehe dazu die Beschreibung beim Medium „Generator für Windrad“!). Hinweise und Ideen: Welche Vorteile hat ein Dreiflügel-Windrad gegenüber einem Ein-, Zwei- oder Vierblattflügler? Es lohnt der Hinweis, dass es auch Windräder mit vertikaler Drehachse gibt (Savonius-, Darrieus-Windrad). Wann setzt man diese Bauformen ein?
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Das Fundament bildet die Verankerung der Windkraftanlage im Erdreich. Um die Standfestigkeit der Windenergie-Anlage zu gewährleisten, wird je nach Festigkeit des Untergrundes eine Pfahl- oder Flachgründung vorgenommen. Der Turm ist das größte und schwerste Teil einer Windenergieanlage. Er ist üblicherweise zwischen ein bis 1,8 Mal länger als der Rotordurchmesser und kann mehrere Hundert Tonnen schwer sein. Die Turmkonstruktion selbst trägt nicht nur die Massen der Maschinengondel und der Rotorblätter, sondern muss auch die enormen statischen Belastungen durch die wechselnden Kräfte des Windes auffangen. Man verwendet in der Regel Rohrkonstruktionen aus stapelbaren Beton- oder Stahlsegmenten. Die Turmhöhe bzw. die Nabenhöhe beträgt bei 3 MW bis ca. 6 MW Leistung und bei einem Rotordurchmesser von ca. 110 bis 130 m zwischen ca. 120 bis 130 m. Der Rotor ist diejenige Komponente, die mithilfe der Rotorblätter die im Wind enthaltene Energie in eine mechanische Drehbewegung umwandelt. Die Gondel mit Maschinenstrang (Triebstrang) enthält den gesamten Maschinensatz. (Funktionen im Detail siehe Medium „Windrad – Innenansicht“!) Hinweise und Ideen: Im Rahmen des Physikunterrichts könnte geklärt werden, warum es bei Durchströmung mit Wind zu einer Bewegung der Rotorbätter kommt (Strömungslehre von Venturi und Bernoulli).
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