Primäre Energiequellen (primus = der Erste)

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1 Primäre Energiequellen (primus = der Erste) Primäre Energiequellen kommen in der Natur vor. Du kannst sie mit Rohstoffen vergleichen. Um den Energiebedarf decken zu können, stehen folgende Primäre Energiequellen zur Verfügung: Wind, feste Brennstoffe, flüssige Brennstoffe, gasförmige Brennstoffe, Wasser, Erdwärme, Sonne, Kernenergie, Gezeitenenergie, Biomasse Ordne nun die Begriffe richtig zu: Arbeitsblatt A1

2 Primäre Energiequellen Versuche nun, die Primären Energiequellen einzuteilen in: a) Erneuerbare Energie: b) Nicht erneuerbare Energie: Arbeitsblatt A2

3 Was passiert mit dem Müll?... Flaschencontainer Papiercontainer Metallcontainer Plastikcontainer Biotonne Restmüll Sondermüll Arbeitsblatt A3

4 Was ist Sondermüll? Unterstreiche, welcher Abfall zum Sondermüll gehört. Warum? Wohin gehören die anderen Abfälle? Arbeitsblatt A4

5 Energieträger Vor- und Nachteile Du siehst hier eine Liste mit den unterschiedlichsten Energieträgern: Müll, Windenergie, Wasser, Uran, Kohle, Erdöl, Holz, Erdgas, Erdwärme, Sonne Welche Vor- und Nachteile haben deiner Meinung nach die angeführten Energieträger? Kreuze an und begründe deine Entscheidungen: Energieträger Charakteristika Begrenzter Vorrat Gut zu transportieren Gut zu lagern Wenige Abgase Erneuert sich immer wieder Entsorgung der Abfälle ungeklärt Massive Nutzung schädigt die Umwelt Abhängig von der Jahreszeit Teuer Langfristig verfügbar Lärmbelästigung Kohle Erdöl Erdgas Uran Holz Wasser Wind Sonne Müll Erdwärme Arbeitsblatt A5

6 Emissionswerte MVA Flötzersteig Was sagt dir diese Anzeigetafel? Arbeitsblatt A7

7 Die MVA Spittelau Aufgabe: Mit Hilfe der Abbildungen sollst du die Funktionsweise der MVA Spittelau erkennen. Schneide die Bilder aus und klebe sie in der richtigen Reihenfolge auf. Fülle danach den Lückentext richtig aus. Der Müll wird mit... geliefert und in den... gekippt. Ein... befördert den Müll in den.... Von dort gelangt er auf einen..., wo von unten... zugeführt wird, um die Verbrennung zu ermöglichen. Hinter den Verbrennungskesseln befindet sich der..., der zur Grobabscheidung von... im... dient. Die Rauchgase werden dann im... weiter gereinigt. Zuletzt durchströmt das Rauchgas die..., in der Stickstoffmonoxid aufgespalten und Dioxine und Furane zerstört werden. Danach werden die Rauchgase durch den... ins Freie geleitet. Arbeitsblatt A9

8 Die MVA - Spittelau (Bilder zum Ausschneiden und Aufkleben) Arbeitsblatt A10

9 Flötzersteig - Spittelau (1995) Eine Gegenüberstellung Aufgabe: Du sollst versuchen, die einzelnen aufgelisteten Werte (aus 1995) der beiden Müllverbrennungsanlagen (MVA) prozentuell zu berechnen und in einem Balkendiagramm darzustellen. FLÖTZERSTEIG SPITTELAU Mülldurchsatz t t Betriebszeit ca h ca h Erzeugte Dampfmenge t t Abgegebene Wärmemenge MWh MWh Verbrauch von elektrischer Energie MWh MWh Gasverbrauch für Denoxanlage m m 3 Gasverbrauch für Kesselbrenner m m 3 Kalk 501 t t 25% iges Ammoniak 396 t 771 t Reststoff Schlacke t t Reststoff Asche t t Reststoff Schrott 281 t t Reststoff Filterkuchen 322 t 271 t Arbeitsblatt A12

10 Energie In welchem Satz wird der Begriff Energie nicht im physikalischen Sinn verwendet? Ich lasse mich am Strand von der Energie der Sonne bräunen. Heute habe ich mit viel Energie Fußball gespielt. Meine Energie ist völlig verbraucht. Ein Heizkraftwerk liefert Energie, die zum Heizen genutzt wird. Maschinen brauchen Energie um Arbeit zu verrichten. Im Laufe eines Schultages brauchst du Energie zum Schreiben Lesen Sprechen Gehen Turnen... usw. Dabei kommst du manchmal ganz schön ins Schwitzen. Dein Körper gibt Wärme ab. Dadurch bleibt deine Körpertemperatur ungefähr gleich: 36,3. Bei dieser Temperatur arbeiten die Organe deines Körpers am besten. Steigt die Temperatur, dann hast du ab 37 Fieber, du bist krank. Die Abwärme deines Körpers hilft, deine Körpertemperatur ungefähr gleich zu halten. Stelle grafisch dar (zeichne), wie deinem Körper Energie zugeführt wird.... welcher Teil der Energie wofür genützt werden kann.... dass der Rest der Energie als Abwärme an die Umwelt abgegeben wird. Arbeitsblatt A13

11 Abwärme nützen - aber wie? Um Abwärme nützen zu können, muss sie zuerst:... werden. Dann muss die Wärme... werden. Erst dann kann die Wärme zum Beispiel zum Heizen genützt werden. Aufgabe: Stelle deinen Erfindergeist auf die Probe. Wie könnte Abwärme eingefangen werden? Arbeitsblatt A14

12 Ein Wärmetauscher Durch ein Rohr wird... in den Wärmetauscher geleitet. Durch das gebogene Rohr im Wärmetauscher fließt Wasser. Die Wassertemperatur wird.... Das erhitzte Wasser kann für... oder... wasser genützt werden. Arbeitsblatt A16

13 Dampfkessel Beim Erhitzen von... entsteht.... Energieträger:... Wasserdampf kann... verrichten. Was versteht man unter überhitztem Wasser? Energieträger:... Markiere nun mit einem Farbstift, wo Abwärme ungenützt verloren geht. Arbeitsblatt A17

14 Der Energiefluss im Kraftwerk In einem Flussdiagramm entspricht die Breite der Pfeile dem Prozentanteil: Breite Pfeile für hohen Prozentanteil, dünne Pfeile für geringen Prozentanteil. Versuche, mit Hilfe der Prozentangaben und Fragen ein Energieflussdiagramm zu zeichnen: 8% Kesselverluste 48% Verlust durch die Kühlung 5% sonstige Verluste (Rohrleitungen, elektrische Verluste) 39% Umwandlung in elektrische Energie (Übertragung auf Turbine und Generator) Beantworte folgende Fragen: Welcher Prozentanteil kommt von der Energiequelle? Welcher Prozentanteil der Energie wird durch die Dampfturbine auf den Generator übertragen? Welcher Prozentanteil der Energie ist nach der Turbine noch im Wasserdampf? Welcher Prozentanteil der Energie wird am Kessel, in den Rohren usw. ungenützt abgegeben? Welche Energieanteile sind offensichtlich Abwärme? Welcher Energieanteil könnte mittels Wärmetauscher für Heizzwecke genützt werden? Arbeitsblatt A19

15 Ein geschichtlicher Überblick Fast ein Jahrhundert Kraftwerk Simmering Jahr Ereignis Netzhöchstlast der gesamten Anlage Simmering 1902 Werk I und II liefern Strom für den Betrieb der elektrischen Straßenbahnen und für anderweitige Zwecke. 6,7 MW 1906 Kolbendampfturbinen werden durch Dampfturbinen ersetzt, Kohle muss nicht mehr mit der Hand geschaufelt werden: Eine automatische Beschickung wird eingerichtet Die Versorgung des Kohlebunkers an den Kesseln mit Kohle wird vom Handkarrenbetrieb auf eine automatische Förderanlage umgestellt Rohöl befeuert nun die Anlagen, ein Jahr später Braunkohle ,3 MW 1934 Umstellung der Befeuerung: Heizung mit Erdgas Tage Betriebsunterbrechung im April: Schwere Schäden durch Fliegerangriffe Ausbau des Werkes I, Stilllegung des Werkes II 303 MW Arbeitsblatt A20

16 1962 Ein neues Werk wird in Betrieb genommen: Block 3. Bisher lieferten alle Kessel in eine gemeinsame Dampfschiene, aus der die Turbinen gespeist wurden. Das neue Werk ist ein Blockkraftwerk: Es ist eine unabhängige Einheit, die aus Kessel, Turbine und Blocktransformator besteht Mehr Leistung wird benötigt. Die Blockkraftwerke 4, 5 und 6 gehen an das Netz. 744 MW 1977 Neubau des Werkes 1 / 2. Erstmals wird Fernwärme ausgekoppelt. Die Anlage wird - ebenfalls neu - als Kombiblock geführt: Die Abgase der Gasturbine (Block 2) werden dem Dampferzeuger (Block 1) als Verbrennungsluft zugeführt. Damit wird die Leistung optimiert MW 1979 Lieferung von Wärme an die Fernwärme Wien. Der Umweltschutzgedanke beginnt zu tragen: Es treten strenge Emissionsgrenzwerte in Kraft Das alte Blockkraftwerk 3 wird stillgelegt, die Emissionswerte sinken Das neue Blockkraftwerk BKW 3 geht an das Netz, mit ihm modernste Rauchgasreinigungsanlagen 1210 MW ohne Fernwärme oder 1090 MW Strom MW Fernwärme 1993 Das alte Blockkraftwerk 6 wird stillgelegt, die Emissionswerte sinken Die Blockkraftwerke 1 / 2, 3, 4, 5 liefern Strom und Wärme MW Arbeitsblatt A21

17 Wer viel liest, muss Wichtiges zusammenfassen können. Weißt du, wie sich im Lauf der Zeit die Brennstoffe geändert haben? sich im Lauf der Zeit die Technik geändert hat? wann und wodurch der Wirkungsgrad des Kraftwerkes wesentlich gesteigert werden konnte? Übrigens - wer wenig liest, Daher - lies viel. Arbeitsblatt A22

18 Gasturbine WARNUNG: Lange Erklärung nur für jene, die schon mit anspruchsvollen, aber verständlichen Texten umgehen können. Für die anderen: Unter hohem Druck wird mit Erdgas vermischte Luft verbrannt. Die heißen Gase drehen die Turbine. heiße, sauerstoffhältige Abgase Gasturbinenkraftwerk Die wesentlichen Bestandteile einer Gasturbine sind Verdichter, Brennkammer und Turbine. Der Verdichter saugt Luft an, komprimiert sie und fördert sie in die Brennkammern. Der Brennstoff (Erdgas, Heizöl) wird über Düsen in die Brennkammern gedrückt und mit der komprimierten Luft verbrannt. Durch die Hitze erhöht sich das Volumen des Gases, das dann durch die Turbine strömt und diese antreibt. Die Turbine wiederum setzt den Generator zur Stromerzeugung in Bewegung. Zum Anfahren der Turbine wird der Generator als Anlassmotor benutzt. Der Verdichter kann erst ab einer bestimmten Drehzahl die angesaugte Luft auf den notwendigen Druck komprimieren. Statt des Generators kann aber auch ein zusätzlicher Motor zum Starten benutzt werden. Gasturbinenkraftwerke können bereits wenige Minuten nach ihrem Start elektrische Energie an das Netz abgeben. Bei Verwendung von Dampfturbinen dauert das Anfahren mehrere Stunden: Der Kessel ist in etwa einer halben Stunde auf Temperatur, hingegen dauert das Anwärmen der Turbine mehrere Stunden. Zu unterscheiden ist zwischen Kaltstart (Turbine kalt) und Warmstart (Turbine von vorhergehender Betriebsphase noch warm). Das Anwärmen der Turbine erfolgt mit Dampf aus dem Kessel. Gasturbinen werden grundsätzlich zur Spitzenlastdeckung eingesetzt, etwa zur Mittagszeit an einem Wintertag. Arbeitsblatt A23

19 Neue technische Konzepte Entdecke die sinnvolle Kombination! Gasturbinenkraftwerk: Dampfturbinenkraftwerk: Arbeitsblatt A24