ELEKTRIZITAT
Von der Muskelkraft zum Stromverbrauch
Strom aus Wind
Strom aus Wind
Strom aus Wasserkraft 55232pbi45gqy6c
Strom aus der Erdumdrehung
Strom aus einem Staudamm
Strom aus Wasserdampf
Strom durch Kernspaltung bq232p5545gqqy
Wärmekraftwerke
Stromversorgungsnetze
Strom aus Wind
Ein
Windrad nutzt die Windkraft und wandelt sie in brauchbare Energie wie
z.B. Strom um. Es gibt Windräder und Windmühlen schon seit dem
Mittelalter. In Persien ,dem heutige Iran, baute man einfache Windmühlen
schon seit dem 10. Jahrhundert. Sie dienten vor allem zur Bewässerung
und zum Mahlen von Getreide. Bei den ersten Windmühlen war das Windrad
mit Segeln horizontal gelagert und trieb eine vertikal stehende Achse
an. Diese Vorrichtungen waren zwar nicht sehr leistungsstark,
verbreiteten sich jedoch bis nach China und dem Mittleren Osten.
Wahrscheinlich gelangte diese Technik auch über die Kreuzzüge nach
Europa. Zwischen dem 15. und dem 18. Jahrhundert erfüllten Windmühlen
neben dem Mahlen von Getreide und der Bewässerung von Ackerland eine
Vielfalt weiterer Aufgaben. Zu diesen gehörte das Abpumpen von
Meereswasser aus Gebieten, die unter dem Meeresspiegel lagen, außerdem
dienten Windmühlen zum Sägen von Holz, zur Papierherstellung, zum
Ölpressen aus Samen und zum Mahlen unterschiedlicher Rohmaterialien.
Insbesondere durch die Niederländer wurde der Windmühlenbau im 17. und
18. Jahrhundert gefördert. Bis zum 18. Jahrhundert hatten die
Niederländer annähernd 9 000 Windmühlen gebaut. Zu den wichtigsten
technischen Verbesserungen der Windmühle zählt eine im Jahr 1745
erfundene mechanische Einrichtung zur Windrichtungsnachführung. Mit
Hilfe dieser Konstruktion ließen sich die Flügel automatisch in den Wind
drehen. Wie wir wissen, werden heute Windkraftanlagen meist zur
Stromerzeugung genutzt. Man unterteilt diese Anlagen in zwei Kategorien:
Anlagen mit horizontal laufender Achse und solche mit vertikaler Achse.
Bei Anlagen mit horizontal laufender Achse ist an einem Achsenende ein
zwei- oder mehrblättriger Rotor installiert, der über ein Getriebe mit
einem elektrischen Generator verbunden ist. Der Rotor wird zwecks
optimaler Ausbeute mit Hilfe eines Computers in den Wind gedreht. Bei zu
großer Windstärke wird der Rotor automatisch verriegelt. Die
gebräuchlichste Konstruktion mit vertikal laufender Achse ist der
sogenannte Darrieus-Rotor. Diese Maschine ist von der Windrichtung
unabhängig und sieht im Prinzip so ähnlich aus wie ein Schneebesen. Ein
Darrieus-Rotor kann jedoch nicht von selbst anlaufen. Deshalb werden
Darrieus-Rotoren mit leicht anlaufenden Savonius-Rotoren kombiniert.
Beim Savonius-Rotor stehen sich zwei gebogene, vertikal stehende Flügel
gegenüber. Wissenschaftler schätzen, daß bis Mitte des 21. Jahrhunderts
zehn Prozent des Strombedarfs der gesamten Welt durch Windkraftwerke
geliefert werden könnte. Die erfolgreichsten Windenergieanlagen für eine
großangelegte Energiegewinnung sind von mittlerer Größe (von 15 bis 30
Metern Durchmesser und einer Leistung von 100 bis 400 Kilowatt). In
Deutschland wurden 1990 über 4 000 Windkraftanlagen errichtet, das hört
sich viel an, es sind aber nur 0,5 % des Netto-Stromverbrauchs von
Deutschland. Es sollte mindestens einen Windjahresdurchschnitt von 4 bis
5 Metern pro Sekunde haben, dass es sich lohnt eine Windkraftanlage zu
errichten. Diese Werte sind fast nur an Küstenregionen zu finden.
Strom aus Wasserkraft
Die
Nutzung der Wasserkraft reicht bis ins antike Griechenland und Rom
zurück, wo Wasserräder meist zum Mehlmahlen eingesetzt wurden. Die
Verfügbarkeit der billigen Arbeitskraft von Sklaven und Tieren
verhinderte jedoch bis um das 12. Jahrhundert eine weitere Verbreitung.
Im Mittelalter entwickelte man große Wasserräder aus Holz, die eine
maximale Leistung von etwa 37 Kilowatt erbrachten. Die moderne
Wasserkraft verdankt ihre Entwicklung dem englischen Bauingenieur John
Smeaton, der als erster große Wasserräder aus Gußeisen baute. Die ersten
Wasserkraftwerke zur Stromgewinnung wurden 1880 im englischen
Northumberland errichtet. Die Wiedergeburt der Wasserkraft erfolgte um
die Jahrhundertwende mit der Entwicklung des Generators, der
Weiterentwicklung der Wasserturbine und der wachsenden Nachfrage nach
Strom.
Strom aus der Erdumdrehung:
Eine
große Höhendifferenz zwischen Ebbe und Flut und eine natürliche
Meeresbucht oder eine entsprechende Flußmündung sind die Voraussetzungen
für ein Gezeitenkraftwerk. Es besteht im wesentlichen aus einem
künstlichen Damm, der die Bucht vom Meer abschneidet. Das Meerwasser
kann nun nur noch durch röhrenförmige Durchlässe , die in den Damm
eingebaut sind, in die Bucht oder zurück strömen. In diesen Röhren
befinden sich natürlich Turbinen, die meist die Strömung nach beiden
Richtungen verarbeiten. Das erste und bekannteste Gezeiten- kraftwerk
ist La Rance in Frankreich. Der Damm hat eine Länge von 700 Meter und
besitzt 24 Turbinen, die Gemeinsam eine Leistung von 240 MW aufbringen.
Dabei fließen bis zu 260 m3 Wasser pro Sekunde durch eine
Turbine. Die Entwicklung von Gezeitenkraftwerken wird vor allem in der
Sowjetunion vorangetrieben. Denn ihre Küsten grenzen an drei Randmeere,
in denen günstige Bedingungen für die Nutzung der Flutwellen vorhanden
sind.
Strom aus einem Staudamm:
Ein
Staudamm ist eine Barriere, die z. B. gegen einen Fluß oder eine
Strömung errichtet wird, um entweder das Hinterland vor eindringendem
Wasser zu schützen oder einen Stauraum zur Wasser-sicherung zu schaffen
(Stausee). Zweck-mäßigerweise errichtet man einen Staudamm in einem
Flußtal und erhält so eine Talsperre. Talsperren dienen zur Erzeugung
von elektrischem Strom zur Trink- und Brauchwasserversorgung und zur
Wasserspeisung für landwirtschaftlich genutzte Bewässerungs- systeme.
Darüber hinaus haben einige Dämme auch andere Funktionen, wie z. B.
Begradigung oder Umleitung von Flüssen. Der älteste noch erhalten
gebliebene Staudamm wurde am Orontes (Syrien) 1300 v. Chr. erbaut.
Zahlreiche Erdwälle aus jenen Zeiten waren Teile eines aufwendigen
Bewässerungssystems. Die Konstruktion von scheinbar unzerstörbaren
Dämmen mit großer Höhe und enormer Speicherkapazität wurde erst sehr
viel später durch den Einsatz von Zement und Beton sowie moderner
Fördertechnik möglich. Dass das Wasser ablaufen kann, gibt es einen
Auslasskanal. In diesem Auslasskanal befindet sich eine Turbine. Die
Turbine wird durch das Wasser angetrieben, die Turbine wiederum treibt
einen Generator, der dann Strom erzeugt, an.
Strom aus Wasserdampf
Zur
Erzeugung von Wasserdampf ist ein Dampfkessel notwendig. Wasserdampf
wird vorallem zum Antrieb von Turbinen, Dampfmaschinen, zur
Gebäudebeheizung oder für sonstige Maschinen genutzt. Je nach
Nutzungsart läßt sich Dampf mit entsprechend benötigten Temperaturen und
Drücken erzeugen. Konstruktion und Ausmaße der Anlage hängen ebenfalls
von der Art der Nutzung ab. Bei einem Dampfkraftwerk ist meist ein hoher
Druck vorhanden. Wie bei fast allen Stromerzeugungsmethoden wird auch
hier eine Turbine angetrieben, jedoch eine eigens dafür konstruierte
Dampfturbine, diese treibt dann wieder einen Generator an. Eine
Dampfturbine, wie oben im Bild zu sehen ist, besteht zum einen aus
feststehenden Leiträdern, und zum anderen aus gleich vielen drehbaren
Laufrädern. Der Dampf strömt unter hohem Druck in die Turbine. Die
feststehenden Leiträder leiten den Dampf mit hoher Geschwindigkeit durch
Düsen auf die drehbaren Blätter. Der Dampf bewegt sich durch zwei oder
mehr aufeinanderfolgende Paare von Leiträdern und Laufrädern. Turbinen
mit mehr Laufrädern und Leiträdern sind wirkungsvoller als Turbinen mit
weniger Laufpaaren.
Strom durch Kernspaltung
Ein
Atomkraftwerk produziert durch Kernspaltung Hitze. Wenn die Atomkerne
auseinanderbrechen, werden große Mengen Energie freigesetzt. Im
Innenraum des Reaktors findet eine anhaltende atomare Kettenreaktion
statt. Weltweit ist der Druckwasserreaktor der am häufigsten gebaute
Reaktortyp. Er verfügt über zwei Wasserkreisläufe. Der erste
Wasserkreislauf pumpt Wasser, das im Reaktorinnenraum erhitzt wurde
durch Spiralrohre in einen Wärmetauscher. Das Wasser bleibt selbst bei
300°C flüssig, weil es auf ein Drucknivou von 150 Atmosphären gebracht
wurde. Im zweiten Kreislauf wird das im Wärmetauscher in Dampf
umgewandelte Wasser unter hohem Druck zu den Turbinen geführt. Den Dampf
kühlt man mit Wasser, das aus großen Reservats wie Flüssen oder Meeren
entnommen wird. Das kondensierte Wasser wird durch Pumpen in den
Wärmetauscher zurückgeführt. Schließlich produzieren die Generatoren
Elektrizität, die über Leitungen ins Stromverteilungsnetz geführt wird.
Wärmekraftwerke
Zu den
Wärmekraftwerken gehören die meisten Kraftwerke. Es sind Kraftwerke, bei
denen Wärmeenergie frei wird. Dazu zählen Atomkraftwerke und Kraftwerke
bei denen Kohle, Erdöl, Erdgas und andere Brennstoffe in Wärmeenergie
umgesetzt werden. Mit dieser Wärmeenergie wird Wasserdampf erzeugt. Der
Wasserdampf treibt dann wieder Turbinen an und die Turbine erzeugt dann
wieder Strom.
