Rechnung wurde das gerundete Ergebnis verwendet. Abhängig vom Rechenweg kann es aber dennoch zu leicht abweichenden Ergebnissen kommen!

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1 Prüfung vom KW - 04 Lösungen zur schriftlichen Prüfung aus VO Kraftwerke am Hinweis: Bei den Berechnungen wurden alle Zwischenergebnisse in der technischen Notation (Format ENG) dargestellt und auf drei Nachkommastellen gerundet. Für die weitere Rechnung wurde das gerundete Ergebnis verwendet. Abhängig vom Rechenweg kann es aber dennoch zu leicht abweichenden Ergebnissen kommen!. Auslegung eines Dampfkraftwerks a. Zeichnen Sie ein Ersatzschaltbild des Dampfkreisprozesses und beschriften Sie die thermodynamisch relevanten Punkte. b. Gegeben sind folgende Werte einer Momentaufnahme eines Kohlekraftwerkes. Vervollständigen Sie folgende Tabelle, soweit es ohne Tabelle und Berechnung möglich ist. Die Nummerierung entspricht jener nach Durchlauf durch die jeweilige Komponente. Nr. Komponente Temperatur danach Druck danach 5 Kondensator 8 C 0,0 bar 6 Speisewasserpumpe 30 C 00 bar 7 Vorwärmer 365 C 00 bar 8 Verdampfer 365 C 00 bar Überhitzer 550 C 00 bar Hochdruckturbine 50 bar 3 Zwischenüberhitzer 500 C 50 bar 4 Niederdruck Turbine 0,0 bar

2 KW - 04 Prüfung vom c. Tragen Sie die Punkte 8 aus obiger Tabelle in das beiliegende T-s Diagramm ein. Vervollständigen Sie anschließend das T-s Diagramm. d. Berechnen Sie die spezifische Arbeit zur Verdichtung durch die Speisewasserpumpe. w 56 0,06 (.) e. Wie groß ist die spezifische Arbeit des Zwischenüberhitzers? w 3 438,5 (.) f. Berechnen sie den Wirkungsgrad des Kreisprozesses mit Zwischenüberhitzung! 0,474 47,7 % (.3)

3 Prüfung vom KW Heizkraftwerk a. Zeichnen Sie das h-s Diagramm sowie das p-v Diagramm des Dampfkreisprozesses und kennzeichnen Sie jeweils den Bereich der Fernwärmeentnahme. b. Bestimmen Sie Enthalpie, Druck und Temperatur am Turbinenausgang und Enthalpie, Temperatur und Druck am Turbineneingang, bei einem Gesamtwirkungsgrad der Anlage von 73,745 % und einem x von 0,9. h s t p 43,6 C 4bar 546,096 6,435 K (.) (.) h 34,06 (.3) 6,435 K s (.4) p 00bar t 450 C (.5) c. Welcher Massestrom im Fernheizkreis ist erforderlich, damit bei einer Vorlauftemperatur von 35 C und einer Rücklauftemperatur von 75 C eine thermische Leistung von 30 MW ausgekoppelt werden kann. m 69,84 (.6) s 3. Eigenbedarf eines Kraftwerks a. Bestimmen Sie die Scheinleistung und den Nennstrom des Antriebsmotors für die Kesselspeisepumpe. Berücksichtigen Sie dabei, dass der Motor aus Gründen der Redundanz auf die doppelte Wellenleistung ausgelegt ist. S,96 MVA (3.) rm 3

4 Prüfung vom KW - 04 I,5 ka (3.) rm b. Bestimmen Sie den Anlaufstrom des Antriebsmotors bei Nennbedingungen und damit den Kurschlussstrombeitrag. I 6,56 ka (3.3) A c. Schätzen Sie den Gesamtkurzschlussstrom für einen dreipoligen Kurzschluss an der Sammelschiene BBA ab, wenn entweder aus dem Haupt- oder aus dem Reservenetz gespeist wird. Nehmen sie dazu an, dass die Kurzschlussleistung des Haupt- bzw. Reservenetzes unendlich groß ist. Gerechnet mit c =, I 33,874 ka (3.4) d. Berechnen Sie die Resistanz und die Reaktanz des anlaufenden Motors. '' k R 0,09 Ω (3.5) A X 0,5 Ω (3.6) A e. Schätzen Sie den Spannungseinbruch an der Sammelschiene BBA ab, wenn alle anderen Lasten abgeschaltet sind und der Motor für die Kesselspeispumpe anläuft. Vor Zuschaltung des Motors wird dabei die Spannung an der Sammelschiene BBA über den Stufensteller des speisenden Trafos auf 0% geregelt. Vernachlässigen Sie dazu den resistiven Anteil der Trafoimpedanz. UABB 4,93 j0,5 kv (3.7) u 0,83 (3.8) BBA Die Spannung bricht von 0% um 7,7% auf 8,3% ein, also damit um 7,% unter 00%. 4. Auslegung eines Wasserkraftwerks a. Welche elektrische Leistung weist das Kraftwerk auf, wenn die Wirkungsgrade gem. Angabe vorgegeben sind? P 78,534 MW (4.) el b. Welche Polpaarzahl müsste ein Synchrongenerator aufweisen, damit die Turbine, deren Kennfeld unten gegeben ist, verwendet werden kann? p n 98,667 min,944 (4.) Somit wird die nächstgelegene Polzahl von p 3 gewählt. 4

5 Q [m³/s] Prüfung vom KW - 04 c. Welchen Durchmesser hat diese Turbine für einen optimalen Betrieb? Aus der Abbildung ergibt sich ein maximaler Wirkungsgrad z.b. beim Einheitsvolumenstrom 3 m Q 0,5. s d. Welche Drehzahl wäre für diese Turbine optimal? D,473 m (4.3) Wie sich aus den Berechnungen von Punkt e. zeigt, ist die Drehzahl von.000 min der Turbine nahe am idealen Wert, wenn der spezifische Durchfluss sich im Bereich von 3 m Q 0,5 bewegt! s Wurden hier andere Werte gewählt und basierend darauf andere Durchmesser ermittelt, ergeben sich entsprechend leicht andere Werte für die Drehzahl. e. Welcher Turbinenwirkungsgrad würde sich bei sonst gleichen Parametern einstellen? (in das Kennfeld einzeichnen!) Wasserturbinen Kennfeld einer Peltonturbine n q = 6min -, n ηmax = 46min - Das Verhältnis von aktuellem zu maximalem Wirkungsgrad in der Höhe von 9% kann abgelesen werden. n /n ηmax [%] T, neu 0,88 (4.4) 5

6 Prüfung vom KW - 04 f. Welche elektrische Leistung würde sich mit diesem Wirkungsgrad ergeben? P 7,457 MW (4.5) el 6