Regenerative Energien
Kurs "Regenerative Energien" an der RUB von Prof. Wagner: Kontrollfragen
Kurs "Regenerative Energien" an der RUB von Prof. Wagner: Kontrollfragen
Kartei Details
| Karten | 70 |
|---|---|
| Lernende | 12 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 15.01.2018 / 11.11.2019 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/20180115_regenerative_energien
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Mit welcher Benutzungsdauer (Volllaststunden) können Windparks an Land in Mitteleuropa betrieben werden?
Küste: 2.000 h/a - 2.200 h/a
Meer: 3.600 h/a - 4.400 h/a
Binnenland: 1.600 - 1.900 h/a
Stellt die Windenergie aus Sicht der elektrischen Energieversorgung gesicherte Leistung dar oder nicht?
Nein, da nur kurzfristig mit einer gewissen Unsicherheit vorhergesagt werden kann ob und wie viel Windenergie zur Verfügung steht.
Was bezeichnet man im Zusammenhang mit der nicht planbaren Windenergie als erforderliche Regelleistung?
Die Leistung bzw. Stromerzeugung der Kraftwerke, die dafür vorgesehen sind die unerwarteten Nachfrageänderungen durch die Verbraucher und die unterschiedliche Windeinspeisung auszugleichen.
Angenommen die Stromerzeugung der Steinkohlekraftwerke (20.000MW, 5.000 Volllaststunden pro Jahr) sollte durch Windenergiestrom ersetzt werden. Welche Windenergiekapazität müsste an Land gebaut werden und wie viele Anlagen wären es, wenn es sich jeweils um 2MW-Anlagen handeln würde? Diskutieren Sie, ob nach dem Bau und der Inbetriebnahme dieser Windenergieanlagen die vorhandenen Kohlekraftwerke stillgelegt werden könnten?
Pel = 20.000MW*5.000h/2.000h = 50.000 MW -> 25.000 2MW-Anlagen
Nein, da die Windkraft keine gesicherte Energiequelle darstellt. Unter deutschen Windverhältnissen können nur etwa 5% der installierten Windenergieleistung als gesicherte Leistung angesehen werden.
Was unterscheidet die Windenergienutzung - Offshore von der Windenergienutzung Onshore (technisch, wirtschaftlich)?
Offshore Parks: höhere Volllaststunden und ein gleichmäßigeres Windenergieangebot; komplexe Fundamente, Stromleitungen zur Küste, Korrosion kann auftreten, es muss sichergestellt werden, dass man bei Störungen schnell zur Anlage kommt.
Höhere Kosten und größeres wirtschaftliches Risiko, jedoch höhere Vergütung des Stromes durch EEG.
Warum müssen in Hinsicht auf Naturschutz Ausgleichsmaßnahmen ergriffen werden, wenn ein Windenergiekonverter errichtet wird?
Weil ein Windenergiekonverter als nicht erforderlicher Eingriff gilt.
Welche Vorteile ergeben sich für den Bau von Windenergiekonvertern daraus, dass sie nach dem Bundesbaugesetz als priviligierte Anlagen gelten?
Priviligierte Anlagen dürfen in Gebieten gebaut werden, in denen normalerweise keine Bebauung erlaubt ist -> Erweiterter Standort
Wodurch wird die Spannung auf einer Photovoltaikzelle bestimmt? Ist sie technisch beeinflussbar?
Die Spannung der Photovoltaikzelle hängt von der Energielücke des Materials ab. Die Energielücke beträgt abhängig vom Material etwa 1-2eV. Die Energielücke ist diejenige Energie, die aufgewendet werden muss um ein Elektron vom Valenzband in das Leitungsband zu bringen. Die Spannung kann durch die Wahl des Materials beeinflusst werden. Die Energielücke ist temperaturabhängig.
Welche Dicke haben Dünnschichtzellen und welche Dicke mono- und multikristalline Zellen?
Dünnschichtzellen sind dünner als 10 mikrometer, mono- und multikristalline Zellen sind dünner als 300 mikrometer.
Wie funktioniert eine Tandemzelle, welche Vorteile hat sie und welche Nachteile?
Tandemzellen bestehen aus zwei übereinander angebrachten Solarzellen verschiedener Materialien. Die beiden Solarzellen sind auf unterschiedliche Wellenlängen des Lichts ausgelegt, dadurch wird ein breiteres Spektrum des Lichts ausgenutzt und der Wirkungsgrad steigt. Tandemzellen sind jedoch aufwändig zu erstellen und sind deshalb sehr teuer.
Wie sieht die elektrische Strom-Spannungskennlinie einer Silizium-Solarzelle aus (Skizze)?
Wie verändert sich die Strom-Spannungskennlinie einer Silizium-Solarzelle bei Erwärmung, wie verändert sie sich bei großer oder kleinerer Einstrahlung?
Bei mono- und multikristallinem Silizium ist die Spannung sehr temperaturabhängig.
Wie ist der Bergriff "Wpeak" definiert?
Die elektrische Leistung einer Solarzelle wird vereinbarungsgemäß der Vergleichbarkeitshalber in Wpeakangegeben. Diese Definition bezieht sich auf: 1 kW/m2 Einstrahlung, 25°C Zellentemperatur und Spektrale Verteilung von AM 1,5 (entspricht demSolarspektrum am 42.-Breitengrad: New York, Rom)
Im Sommer ist bei 1kW/m2 Einstrahlung die Zellentemperatur > 25°C.
Was bezeichnet man bei Photovoltaikanlagen als MPP-Regelung (Maximum-Power-Point)?
Strom und Spannung sind so geregelt, dass sich eine maximale Leistung ergibt. In der Strom-Spannungskennlinie entspricht dies einer möglichst großen Fläche unter der Kurve.
Was kann die teilweise Abschattung einer Solaranlage bewirken?
Solaranlagen sind mit Hilfe von Bypass-Dioden geschützt, andernfalls könnte die Abdeckung eines Abschnitts des Kollektors diesen beschädigen. Dieser Schutzmechanismus koppelt jedoch bei Abdeckung mehrere Zellen vom Kollektor ab. Dadurch sinkt die Leistung deutlich. Eine Abdeckung von 1% der Fläche kann bereits einen Leistungsverlust von 20% und mehr bewirken.
Was ist der Unterschied zwischen Brutto- und Nettoleistung eines Kraftwerks?
Die Bruttoleistung ist die Leistung, die die Generatoren des Kraftwerks erzeugen.
Die Nettoleistung ist die Bruttoleistung abzgl. des Eigenverbrauchs des Kraftwerks - also die Leistung, die an das Netz abgegeben wird.
Erklären Sie die Begriffe "Ausnutzungsdauer", "Benutzungsgrad" und "Capacity-Factor"!
Ausnutzungsdauer = Volllaststundenzahl: Zeit, die ein Kraftwerk unter Nennleistung laufen müsste, um die gleiche Menge Energie zu gewinnen, die es tatsächlich im betrachtetem Zeitraum (i.d.R. 1 Jahr) erzeugt hat.
Benutzungsgrad = Capacity-Factor: Gibt an, wie viel Prozent der Nennleistung die Anlage fiktiv konstant über ein ganzes Jahr laufen müsste um die gleiche Menge Energie zu erzeugen, die es tatsächlich erzeugt hat: Ausnutzungsdauer/8760h
Welche Energieträger werden vorwiegend in der Grundlaststromerzeugung eingesetzt, welche in der Spitzenlaststromerzeugung? Wie groß ist die Ausnutzungsdauer in diesen beiden Bereichen in etwa?
Grundlast: Kohlekraftwerke, Kernkraftwerke, Laufwasserkraftwerke (6.000-8.000h/a)
Spitzenlast: Gasturbinen- und Pumpspeicherkraftwerke (<1.000 h/a)
Was bezeichnet man in der Elekrizitätswirtschaft als gesicherte Leistung, was als ungesicherte Leistung? Nennen Sie jeweils zwei Beispiele!
Gesichert: Es ist weit im Voraus planbar, wann und wie viel Leistung zur Verfügung steht (z.B. Kohle- und Kernkraftwerke)
Ungesichert: Nur bedingt und gar nicht planbar (z.B. Wind- und Sonnenanlagen)
Warum wird die elektrische Energie auf möglichst hohem Spannungsniveau so nah an den Verbraucher herangeführt wie möglich?
Um Verluste durch Widerstände der Leitungen zu verringern. Für die Leistungsverluste gilt: P ~ 1/U2
Was ist die Ursache dafür, dass in einem elektrischen Netz zu jeder Zeit die eingespeisten und verbrauchten Wirk- und Blindleistungen ausgeglichen sein müssen? Welche Größen werden hierzu als Regelgrößen verwendet?
Wird mehr Wirkleistung verbraucht als eingespeist, fällt die Netzfrequenz und umgekehrt -> Regelgröße: Netzfrequenz
Durch die Blindleistung entstehen Ströme im Netz, die wiederum zu Verlusten auf den Leitungen führen und das Netz unnötig belasten -> Regelgröße: Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung (cos(phi)) - Idealfall: phi = 0 -> cos(phi) = 1
An welche Spannungsebene muss beispielweise ein kleiner Windenergiepark, in dem drei 1,5 MW Windenergiekonverter installiert sind, angeschlossen werden? Begründen Sie Ihre Antwort!
An das Mittelspannungsnetz. Je nach Gegebenheiten im Bereich 10-30kV.
Der Anschluss an das Hochspannungsnetz (110kV) ist meistens zu teuer.
Der Anschluss an das Niederspannungsnetz (400/230V) ist nicht möglich, da dieses die eingespeiste Leistung bei üblichen Leitungsquerschnitten nicht übertragen kann + zu große Spannungsschwankungen bei unterschiedlicher Einspeisung.
Was sind die Unterschiede zwischen diffuser und direkter Strahlung, was bezeichnet man als Globalstrahlung und was als maximale Einstrahlung?
Direkte Einstrahlung ist parallel einfallende Strahlung. Diffuse Strahlung kommt aus mehreren Richtungen. Nur die direkte Strahlung ist konzentrierbar.
Globalstrahlung ist der Überbegriff dieser beiden Arten und wird auf der Horizontalen gemessen.
Maximale Einstrahlung ist die direkte und diffuse Einstrahlung, bei der am meisten Leistung übertragen wird. Sie wird auf einer Fläche senkrecht zur direkten Einstrahlung gemessen.
Wie groß ist die Globalstrahlung im Mittelwert in Deutschland pro Jahr? Welche Ausnutzungsdauer (Volllaststundenzahl) ergibt sich daraus rechnerisch für die Nutzung der eingestrahlten Solarenergie?
Globalstrahlung ca. 1.000 kWh/(m2/a).
Bei einer maximalen Einstrahlung von 1 kW/m2 ergibt sich eine Volllaststundenzahl von 1.000 h.
Wie soll eine thermische Flachkollektoranlage in unseren Breiten ausgerichtet werden, um optimal Sonnenenergie für die Warmwasserbereitung zu nutzen?
Elevation von etwa 30° und eine azimutale Ausrichtung nach Süden.
Durch eine leichte Verschiebung Richtung Westen, kann die Sonnenenergie der späten Nachmittagsstunden für die benötigte Warmwasseraufbereitung und Verwendung in den Abendstunden. -> Zeit zwischen Energieaufnahme und Verwendung wird verkürzt.
Warum eignen sich der Mittelmeerraum und der Südwesten der USA besser für die Aufstellung solarthermischer Anlagen als Mitteleuropa?
- dort ist der Anteil an direkter Strahlung viel höher
- solarthermische Anlagen können nur direkte Strahlung zur Stromerzeugung nutzen
2200 kWh/m2a Globalstrahlung bei 80 % Direktstrahlung in Kalifornien
1000 kWh/m2a Globalstrahlung bei 40 % Direktstrahlung in Deutschland
Liegt Deutschland weiltweit gesehen in einem Gebiet mit gutem Windenergieangebot oder eher zu einem Gebiet mit schlechtem bis mittelmäßigem Windenergieangebot?
In Deutschland ist das Windenergieangebot durch seine Lage in der Westwindzone überdurchschnittlich gut.
Skizzieren Sie den Verlauf der Windgeschwindigkeit mit der Höhe und was folgt daraus für die Nutzung der Windenergie?
Die Windgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Höhe. Umso höher die Windräder umso mehr Energiepotenzial.
Ein Windenergiekonverter ist so ausgelegt, dass er bei einer Windgeschwindigkeit von 4 m/s eine elektrische Leistung von 200 kW hat. Welche elektrische Leistung hat dieser Windenergiekonverter bei sonst gleichen Betriebsumständen, wenn die Windgeschwindigkeit 8 m/s beträgt?
1600 kW, da die Windenergie mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit ansteigt.
1.) Welche der angeführten Techniken sind technisch erprobt und werden im energiewirtschaftlichen Maßstab angewendet?
2.) Und welche existieren bisher nur auf dem Papier bzw. in der Grundlagenforschung im Labor?
1.) Geothermisches Kraftwerk, Geothermisches Heizwerk, Laufwasserkraftwerk, Windenergiekonverter, Wärmepumpenanlagen, Biomassekraftwerke, Biomassekonversionsanlagen, Holz-Strohöfen, Solarzelle, Thermischer Kollektor, Thermisches Kraftwerk, Gezeitenkraftwerk
2.) Gletschereiskraftwerke, Fotolyseeinrichtungen
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