Geografie, 5./6. Schulstufe

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1 Geografie, 5./6. Schulstufe und ihre Umwelt I

2 und ihre Umwelt Sehr geehrte Lehrerinnen und Lehrer, liebe Eltern! Das Wissen unserer Kinder ist das entscheidende Kapital für die Zukunft. Wir alle tragen Verantwortung dafür, dass wir den Jugendlichen die bestmögliche Ausbildung zuteilwerden lassen. Die Energie AG Oberösterreich bekennt sich zu ihrer Verantwortung für kommende Generationen und speziell für die Jugend. Unter dem Motto Energie AG macht Schule wurde das Schulprogramm der Energie AG neu gestartet. Damit stehen für alle Schulstufen der Volksschulen bzw. der Hauptschulen und Gymnasium-Unterstufen lehrreiche und vor allem interessante Unterlagen rund um Energie, Entsorgung und Wasser zur Verfügung. Die Energie AG hat sich in mehr als 120 Jahren Unternehmensgeschichte vom reinen Stromversorger zum Umwelt- und Nachhaltigkeitskonzern entwickelt. Unser Ziel ist es, wichtige Fragen rund um die Themenbereiche Energie, Wasserversorgung und Abfallverwertung für eine saubere Umwelt verständlich aufzubereiten. Die Energie AG bietet für Schulen auf Anfrage gerne Führungen in ihren n an, in denen anschaulich und spannend der Lehrplaninhalt vertieft werden kann. Darüber hinaus bieten wir Ihnen die Möglichkeit, Energie in der Erlebniswelt Energie in Timelkam hautnah zu erleben und im Museum Stromgeschichten die rasante Entwicklung der Energie vom Beginn bis heute zu sehen und zu begreifen. Wir wünschen viel Spaß und spannendes Lernen mit den Schulunterlagen der Energie AG! Generaldirektor KR Prof. Ing. DDr. Werner Steinecker MBA Vorsitzender des Vorstands Dr. Andreas Kolar Mitglied des Vorstands Dipl.-Ing. Stefan Stallinger MBA Mitglied des Vorstands

3 und ihre Umwelt und ihre Umwelt Was fällt dir zum Stichwort Kraftwerk ein? Bevor du etwas Neues lernst, ist es sinnvoll, zunächst einmal in deinen grauen Zellen zu kramen um herauszufinden, was du selber schon zu diesem Thema weißt. Also durchsuche dein Gehirn nach Verbindungen zum Thema Kraftwerk. Schreibe so viele Begriffe wie möglich rund um das Stichwort Kraftwerk auf! Was erwartet dich? Antworten auf folgende Fragen 1 Welche Arten von n gibt es in Oberösterreich? 1.1 Was ist ein Laufkraftwerk? (Beispiel: Lambach) 1.2 Was ist ein Speicherkraftwerk? (Beispiel: Partenstein) 1.3 Was ist ein Biomassekraftwerk? (Beispiel: Timelkam) 1.4 Was ist ein Dampfkraftwerk? (Beispiel: Riedersbach) 1.5 Was ist ein Gas- und Dampfkraftwerk? (Beispiel: Timelkam) 1.6 Wie lauten die Eigenschaften, Vor- und Nachteile unterschiedlicher im Vergleich? 2 Warum werden eigentlich laufend neue gebaut? 2.1 Wie entsteht ein Kraftwerk? 3 Wie kommt die elektrische Energie vom Kraftwerk zum Verbraucher? 3.1 Was ist elektrische Spannung? 3.2 Was sind Umspannwerke und Lastverteilerwerke? 3.3 Und warum wird die elektrische Energie nicht überall auf gleichen Wegen befördert? 3.4 Wer ist überhaupt Verbraucher von elektrischer Energie? Warum das alles? Kannst du dir deinen Alltag ohne elektrische Energie vorstellen? Ob im Haushalt, in Schule und Beruf oder im Verkehr ohne elektrische Energie geht (fast) nichts mehr. Doch elektrische Energie kommt nicht einfach aus der Steckdose. Einer der großen Energieversorger mit elektrischer Energie in Oberösterreich ist die Energie AG. Sie betreibt im ganzen Land eine Reihe von n, in denen neben elektrischer Energie zum Teil auch Fernwärme erzeugt wird. Und sie kümmert sich darum, dass die elektrische Energie zu dir nach Hause kommt. Am Beispiel der Energie AG erfährst du nun Interessantes rund um und die Wege der elektrischen Energie in Oberösterreich. 1

4 Umwelt und undihre ihre Umwelt 1 SCHULE MACHT Welche Arten von n gibt es in Oberösterreich? Denker gefragt! 1a Welche Arten von n zur Bereitstellung von elektrischer Energie kennst du? Wasserkraftwerke nutzen die Energie von fließendem Wasser. Wasser als Energieträger ist einfach von Natur aus vorhanden. Es muss nicht gekauft oder zum Kraftwerk gebracht werden. Das heißt, es werden keine Rohstoffe verbraucht. Außerdem entstehen bei einem Wasserkraftwerk keine Abgase. Wasserkraft ist also ein umweltfreundlicher Weg, um elektrische Energie bereitzustellen. Flüsse und die angrenzenden Wiesen und Wälder bieten Lebensraum für viele Tiere und Pflanzen. Wird ein Wasserkraftwerk gebaut, so bedeutet das eine Veränderung dieses Lebensraumes. Man bemüht sich, die Veränderungen gering zu halten bzw. neue Lebensräume zu schaffen. Anrainer sind durch Wasserkraftwerke vor Hochwasser geschützt. 1.1 Was ist ein Laufkraftwerk? (Beispiel: Lambach) Kraftwerksart Genutzte Energie Erzeugte Energiemenge pro Jahr Verwendung Laufkraftwerk Energie des fließenden Wassers der Traun MWh*, das entspricht einem Jahresbedarf von rund Haushalten Abdeckung der Grundlast Ein Laufkraftwerk, wie das Kraftwerk Lambach, ist immer in Betrieb. Es dient zur Abdeckung der Grundlast. In der kalten Jahreszeit bzw. bei Trockenheit führen Flüsse jedoch weniger Wasser daher kann in diesen Zeiten in Laufkraftwerken nicht so viel elektrische Energie erzeugt werden. Finder gefragt! 1b Bring in Erfahrung, was man unter Grundlast und Spitzenlast versteht. 1.2 Was ist ein Speicherkraftwerk? (Beispiel: Partenstein) Kraftwerksart Genutzte Energie Erzeugte Energiemenge pro Jahr Verwendung Speicherkraftwerk Energie des gespeicherten Wassers der Großen Mühl im Stausee Langhalsen MWh, das entspricht einem Jahresbedarf von rund Haushalten Abdeckung der Spitzenlast. An den Wochenenden kann sich der Stausee wieder auffüllen. Ein Speicherkraftwerk ist nur dann in Betrieb, wenn besonders viel elektrische Energie gebraucht wird, z.b. um die Mittagszeit. Das Kraftwerk kann innerhalb weniger Minuten volle Leistung bringen jedoch nur begrenzt: Wenn die Wassermenge im Stausee verbraucht ist, kann keine weitere Energie bereitgestellt werden. Neben Speicherkraftwerken wie in Partenstein sind auch sogenannte Pumpspeicherkraftwerke im Einsatz, wie z.b. das Kraftwerk Ranna. Du kannst sie dir wie eine riesengroße Batterie vorstellen, in der Energie gespeichert wird. Besteht im Stromnetz ein Energieüberschuss, so werden Pumpen in Betrieb genommen. Sie pumpen Wasser zu einem höher gelegenen Stausee. Der Rest läuft wie bei einem normalen Speicherkraftwerk ab. *) Megawattstunde, Einheit für Arbeit. 1 MWh = kwh = Wh 2

5 und Umwelt ihre Umwelt und ihre Nicht überall gibt es große Flüsse zur Errichtung von Wasserkraftwerken. Eine andere Möglichkeit zur Bereitstellung von elektrischer Energie sind Wärmekraftwerke. In einem Dampfkraftwerk werden Brennstoffe verbrannt, um heißen Wasserdampf zu erzeugen. Dieser treibt die Turbine an. In Gasturbinenanlagen treiben heiße Gase die Turbine direkt an. Ein großer Nachteil von Wärmekraftwerken ist der Verbrauch von Rohstoffen. Sie müssen gekauft und zum Kraftwerk gebracht werden. Hier bemüht man sich, Rohstoffe aus der Umgebung auf umweltfreundlichen Wegen, z.b. mit der Bahn, zum Kraftwerk zu bringen. Außerdem entstehen bei der Verbrennung Luftschadstoffe. Sie müssen mit aufwändigen Filteranlagen aus der Abluft entfernt werden. Wärmekraftwerke können eigentlich immer elektrische Energie liefern. Außerdem wurden Verfahren entwickelt, die es ermöglichen, die Haushalte in der Umgebung gleichzeitig mit Fernwärme zu versorgen. Das steigert den Nutzen eines Wärmekraftwerks deutlich. 1.3 Was ist ein Biomassekraftwerk? (Beispiel: Timelkam) Kraftwerksart Genutzte Energie Dampfkraftwerk Energie beim Verbrennen von Biomasse (rund t pro Jahr) Erzeugte Energie MWh elektrische Energie, das entspricht menge pro Jahr einem Jahresbedarf von rund Haushalten MWh Fernwärme, das entspricht einem Jahresbedarf von rund Haushalten Verwendung Abdeckung der Grundlast Die Biomasse nimmt unter den Brennstoffen für Wärmekraftwerke eine Sonderstellung ein: Sie zählt genauso wie Wasser-, Wind und Sonnenkraft zu den erneuerbaren Energiequellen. Die benötigten Rohstoffe sind entweder frei verfügbar (Wasser, Wind, Sonne) oder sie wachsen nach (Biomasse). Finder gefragt! 1c Was versteht man unter Biomasse? Welche Vorteile hat sie im Vergleich zu Kohle? 1.4 Was ist ein Dampfkraftwerk? (Beispiel: Riedersbach) Kraftwerksart Genutzte Energie Dampfkraftwerk Energie beim Verbrennen von Steinkohle, Heizöl (rund t pro Tag) Erzeugte Energie MWh elektrische Energie, das entspricht menge pro Jahr einem Jahresbedarf von rund Haushalten Verwendung Abdeckung der Grundlast in den Wintermonaten (rund Betriebsstunden, das ist ein bisschen mehr als die Hälfte des Jahres) Im Dampfkraftwerk Riedersbach dient Kohle oder Heizöl als Brennstoff. Dieses Kraftwerk kann vergleichsweise viel elektrische Energie bereitstellen, jedoch ist die Filterung der Abluft aufwändiger. Für Riedersbach muss der Brennstoff mit der Bahn aus dem Ausland zum Kraftwerk gebracht werden. 1.5 Was ist ein Gas- und Dampfkraftwerk? (Beispiel: Timelkam) Kraftwerksart Genutzte Energie Erzeugte Energiemenge pro Jahr Verwendung Gas- und Dampfturbinenanlage Energie beim Verbrennen von Erdgas MWh, das entspricht einem Jahresbedarf von rund Haushalten Abdeckung der Spitzenlast Finder gefragt! 1d Wärmekraftwerke brauchen Kühlwasser. Meistens werden sie deshalb in der Nähe von Flüssen errichtet. Welcher Fluss liefert für Timelkam das Kühlwasser, welcher für Riedersbach? Ein Gas- und Dampfkraftwerk nutzt die Energie des Brennstoffes doppelt: in der Gasturbine und in einer Dampfturbine. Ein Dampfkraftwerk braucht oft mehrere Stunden, bis es seine volle Leistungsfähigkeit erreicht hat. Eine Gas- und Dampfturbinenanlage ist innerhalb weniger Minuten voll leistungsfähig. Deshalb wird sie auch zur Abdeckung der Spitzenlast verwendet. 3

6 Umwelt und undihre ihre Umwelt SCHULE MACHT 1.6 Wie sehen die Eigenschaften, Vor- und Nachteile unterschiedlicher im Vergleich aus? Wasserkraftwerk Wasserkraftwerk Lambach Partenstein Wärmekraftwerk Wärmekraftwerk Timelkam Riedersbach Gas- und Dampfkraftwerk Timelkam Kraftwerksart Genutzte Energie (Art und Menge) Erzeugte Energiemenge pro Jahr in MWh Verwendung Vorteile, zusätzlicher Nutzen Nachteile Wie du siehst, hat jedes Kraftwerk seine Vor- und Nachteile. Für Planer und Verantwortliche ist es eine schwierige Aufgabe, für einen Standort das richtige Kraftwerk zu finden. Finder gefragt! 1e Bringe in Erfahrung, warum es in Österreich keine Atomkraftwerke gibt. Das Stichwort Zwentendorf wird dir dabei helfen. Was sind die Vor- und Nachteile von Atomkraftwerken? 4 Denker gefragt! 1f Warum bemüht man sich, den Verbrauch von Rohstoffen wie Öl und Gas einzuschränken? Wofür braucht man diese Rohstoffe noch?

7 und Umwelt ihre Umwelt und ihre 2 Warum werden eigentlich laufend neue gebaut? In den vergangenen Jahren ist der Bedarf an elektrischer Energie stetig angewachsen: Immer mehr technische Geräte erleichtern uns den Alltag, immer mehr Maschinen und Kraftwerk Agonitz vor dem Umbau Computer übernehmen Aufgaben. Auch das Verkehrsaufkommen nimmt laufend zu. All das macht letztendlich den Bau neuer notwendig. Kraftwerk Agonitz Neuerrichtung Wie entsteht ein Kraftwerk? Gebaut werden von Firmen - wie zum Beispiel der Energie AG. Am Beispiel eines Wasserkraftwerks erfährst du jetzt, woran man beim Bau eines Kraftwerks denken muss: + Zunächst suchen Fachleute einen möglichen Standort für das neue Kraftwerk. + Mit Nachbarn, Vertretern von umliegenden Gemeinden, betroffenen Vereinen (z.b. Wassersport, etc.) werden Gespräche geführt. So können bei der Planung alle Betroffenen ihre Meinung sagen. + Gleichzeitig prüfen Fachleute, ob die ausgewählte Stelle tatsächlich für den Betrieb eines Wasserkraftwerks geeignet ist: Sie finden heraus, ob das Wasser sauber ist, ob man das Wasser gut stauen kann und wie viel Wasser überhaupt fließt. Sie berechnen anhand der gewonnenen Daten, wie viel elektrische Energie in dem Kraftwerk erzeugt werden kann. Sie prüfen das Gelände auf Standfestigkeit (so ein Kraftwerk mit Stau- oder Wehrmauer hat eine beachtliche Masse!). Sie beobachten die Pflanzen- und Tierwelt und suchen Möglichkeiten, möglichst schonend mit der Umwelt umzugehen. Sie stellen fest, ob es bereits in der Nähe gute Wege (Leitungen, Umspannwerke) für die elektrische Energie gibt. + Erst wenn all diese Überprüfungen ergeben: Ja, es macht Sinn, dass wir hier ein Kraftwerk bauen!, erfolgt der nächste Schritt. + Über die Einzelheiten betreffend die Errichtung des Kraftwerks wird ein Plan erstellt. Dieser Plan wird den zuständigen Behörden zur Überprüfung vorgelegt. + Wenn die Behörden mit dem Plan einverstanden sind, genehmigen sie den Bau des Kraftwerks. Jetzt können die Baumaschinen anrücken. + Nach monate- bis jahrelanger Bauzeit kann das Kraftwerk dann endlich seine Arbeit aufnehmen. Denker gefragt! 2a Was, glaubst du, ist bei der Errichtung eines Wärmekraftwerks zu beachten? Die Informationen über die Wärmekraftwerke in Timelkam und Riedersbach sowie die Bilder auf dieser Seite können dir helfen! 2b Was ist bei der Errichtung von Windkraft- und Sonnenkraftanlagen wichtig? 5

8 Umwelt und undihre ihre Umwelt 3 SCHULE MACHT Wie kommt die elektrische Energie vom Kraftwerk zum Verbraucher? Elektrische Energie braucht Wege. Die Straßen der elektrischen Energie sind die Stromleitungen oder Erdkabel. Genauso wie es für Autos unterschiedliche Straßen gibt, Straßen für Autos gibt es auch für elektrische Energie unterschiedliche Leitungen.Sie unterscheiden sich in der elektrischen Spannung, mit der die elektrische Energie transportiert wird. Transportwege für elektrischeenergie Autobahn Höchstspannungsleitungen (380 kv, 220 kv) Bundesstraße Hochspannungsleitungen (110 kv) Landstraße Mittelspannungsleitungen (30 kv, 10 kv) Straßen im Ortsgebiet Niederspannungsleitungen (400 V, 230 V) Transport über sehr weite Strecken, auch ins Ausland Transport von elektrischer Energie von größeren n oder Umspannwerken zu regionalen Verbrauchszentren und Großverbrauchern regionaler Transport über kürzere Entfernungen Die direkte Versorgung einzelner Häuser erfolgt über diese Leitungen. 3.1 Was ist die elektrische Spannung? Die elektrische Spannung ist eine Eigenschaft von elektrischem Strom. Für dich ist in diesem Zusammenhang wichtig: Je höher die elektrische Spannung ist, desto mehr elektrische Energie kann über die Stromleitungen übertragen werden und desto weniger elektrische Energie geht beim Transport verloren. Das ist besonders auf weiten Strecken wichtig. 3.2 Was sind Umspannwerke und Lastverteiler? Der Lastverteiler ist sozusagen die Verkehrsleitzentrale der Stromstraßen. Dort werden der Einsatz von n und der Transport der elektrischen Energie geplant und gesteuert. Die Umspannwerke sind als Kreuzungen der Stromstraßen zu verstehen: Hier wird, wie der Name schon sagt, der elektrische Strom umgespannt. Das heißt, seine Spannung wird für den weiteren Weg verändert. Hochspannungsleitung 3.3 Und warum wird die elektrische Energie nicht überall auf gleichen Wegen befördert? Die einzelnen Leitungsarten haben Vor- und Nachteile. Je nachdem, welche Anforderungen im Vordergrund stehen (Transport über weite Strecken, sichere Versorgung vieler kleiner Häuser...), wählt man die jeweils günstigste Leitungsart. Neben den unterschiedlichen Spannungsebenen kann man auch noch Freileitungen und Erdkabel unterscheiden. Besonders im Mittel- und Niederspannungsbereich werden immer mehr Kabel unter der Erde verlegt. Das ist zwar teurer, aber vor allem für das Landschaftsbild und die Nutzbarkeit von Wiesen und Feldern von Vorteil. 3.4 Wer ist überhaupt Verbraucher von elektrischer Energie? Verbraucher sind nicht nur private Haushalte, sondern auch Geschäfte, Betriebe, der öffentliche Verkehr und die Straßenbeleuchtung (mit Verkehrsleitsystem, wie Ampeln, Anzeigetafeln...) 6 Lastverteiler

9 und Umwelt ihre Umwelt und ihre Was fällt dir jetzt alles zu Kraftwerk ein? Stürme dein Gehirn (Brainstorming) und schreib alles auf, was du nun über weißt! 7

10 und ihre Umwelt Zusammenfassung Der Kern der Sache Überlegt gemeinsam, was nun der Kern der Sache ist was sind die Inhalte, die ihr wirklich wissen sollt? Wasserkraftwerke nutzen die Kraft des Wassers. Sie zählen neben den Sonnen-, Windkraft- und Biomasse- Anlagen zu den n, die umweltfreundliche Energie erzeugen. Ihre Energiequellen sind erneuerbar, das schont die Umwelt. Zu den n mit nicht erneuerbaren Energiequellen zählen, in denen Kohle, Öl und Gas verbrannt werden. Auch Atomkraftwerke gehören in diese Gruppe. Neben der Art der verwendeten Rohstoffe unterscheiden sich auch noch in ihrer Verwendung: Es gibt zur Abdeckung der Grundlast sie arbeiten immer. zur Abdeckung der Spitzenlast werden nur dann in Betrieb genommen, wenn mehr elektrische Energie gebraucht wird (z.b. zur Mittagszeit). Jedes Kraftwerk kann eine bestimmte Menge an elektrischer Energie bereitstellen. Das ist von Kraftwerk zu Kraftwerk unterschiedlich. Die Planung eines Kraftwerks ist eine aufwendige Sache. Viele Dinge müssen berücksichtigt werden, damit das Kraftwerk wirtschaftlich arbeiten kann. Auch auf die Umwelt und die Menschen in der Umgebung muss Rücksicht genommen werden. Elektrische Energie braucht Wege. Das Stromnetz setzt sich aus einem Netz verschiedener Leitungsarten und Knotenpunkte (Umspannwerke, Leitwerke, Transformatoren) zusammen. Leitungen unterscheiden sich in der Spannung des transportierten elektrischen Stroms und in ihrer Bauweise (Freileitungen, Erdkabel). Der Einsatz von n wird so gesteuert, dass immer genau die richtige Menge an elektrischer Energie verfügbar ist. 8

11 und ihre Umwelt Lehrling bei der Energie AG Eine Ausbildung mit Zukunft Die Energie AG Oberösterreich bekennt sich seit sieben Jahrzehnten zu einer umfassenden und intensiven Ausbildung im Konzern. Diese Qualitätsausbildung spiegelt sich Jahr für Jahr in den Lehrlingswettbewerben wider, bei denen die Lehrlinge der Energie AG stets unter den besten ihres Jahrganges zu finden sind. Weit mehr als die Hälfte aller bisher im Unternehmen ausgebildeten Lehrlinge sind noch heute in der Energie AG tätig und mittlerweile bis in Führungspositionen aufgestiegen. Wir bieten in folgenden Berufen eine Lehrlingsausbildung: Elektrotechnik (Hauptmodul Energietechnik) Maschinenbautechnik Bürokaufmann/-frau Schnupperlehre Für interessierte Jugendliche bieten wir in der Lehrwerkstätte in Gmunden eine ein- bzw. zweitägige Schnupperlehre im Rahmen einer Schulveranstaltung an. Weitere Infos unter: Whatchado-Lehrlingsvideos: 9

12 und ihre Umwelt Energie AG Oberösterreich, Linz Alle Rechte vorbehalten, insbesondere das Recht der Verbreitung (auch durch Film, Fernsehen, Internet, fotomechanische Weitergabe, Bild-, Ton- und Datenträger jeder Art) und der auszugsweise Nachdruck. Die Kopiervorlagen sind urheberrechtlich geschützt. Der Erwerber ist berechtigt, davon Vervielfältigungen in Klassensätzen ausschließlich für den eigenen Gebrauch herzustellen. Alle weiteren Vervielfältigungen sind nach dem Urheberrecht unzulässig. Sofern nicht anders angegeben: Fotos Energie AG Oberösterreich, Abdruck honorarfrei bei Bildhinweis: Energie AG Auflage (2015) Gedruckt in Österreich Wir bitten um Verständnis, dass wir uns aus Gründen der leichteren Lesbarkeit im Text größtenteils auf die allgemein übliche von uns jedoch absolut geschlechtsneutral verstandene männliche Form für Personenbezeichnungen beschränken. Impressum: ENERGIE AG Oberösterreich Postfach 298 Böhmerwaldstraße Linz, Austria Service-Nummer: Service-Fax: schule@energieag.at Internet: II