Wärmelehre

Wärmekraftmaschinen

Wärmekraftmaschinen

  • Wie funktioniert eigentlich eine Dampfmaschine?
  • Was ist so besonders an einem WANKEL-Motor?
  • OTTO- oder DIESEL-Motor?
  • Was versteht man unter einem Wirkungsgrad?

Wirkungsgrad eines Steinkohlekraftwerks

Aufgabe

Über das Kraftwerk Ibbenbüren gibt der Betreiber RWE folgende Daten an:

Kraftwerkstyp: Steinkohlenkraftwerk

Gesamtleistung:
Brutto:
Netto:


752 MW
709 MW
Einsatzbereich: Grund- und Mittellast
Brennstoffverbrauch: 1,4 Mio. t SKE
Brennstoffverbrauch stündlich: 231 t SKE
Verfügbarkeit: 97 %

Hinweis: Die Tabelle über verschiedene Heizwerte hilft dir weiter!

a) Was bedeutet die Angabe von Brutto- und Nettoleistung?

b) Was bedeutet Verfügbarkeit?

c) Was bedeutet Grund- und Mittellast?

d) Schätze aus den gegeben Daten den Wirkungsgrad dieses Steinkohlekraftwerkes ab.

Lösung

Kraftwerkstyp: Steinkohlenkraftwerk

Gesamtleistung:
Brutto:
Netto:


752 MW
709 MW
Einsatzbereich: Grund- und Mittellast
Brennstoffverbrauch: 1,4 Mio. t SKE
Brennstoffverbrauch stündlich: 231 t SKE
Verfügbarkeit: 97 %

 

a) Die Bruttoleistung ist diejenige Leistung, die das Kraftwerk insgesamt "produziert". Ein Teil der Leistung wird aber im Kraftwerk benötigt (z.B. Rauchgasentschwefelung). Die Nettoleistung ist diejenige Leistung, die tatsächlich ins Netz abgegeben wird.

b) Verfügbarkeit bedeutet den Anteil der Zeit in einem Jahr, zu dem das Kraftwerk verfügbar ist. Wegen Wartung, Störfällen usw. muss das Kraftwerk manchmal abgeschaltet werden. Die Angabe besagt also, dass das Kraftwerk an 0,97×365 Tagen = 354 Tagen in Betrieb war.

c) Der Bedarf an elektrischer Energie ist über den Tag hinweg nicht immer gleich hoch. Kraftwerke für die Grund- und Mittellast decken den größten Teil des Bedarfes über den ganzen Tag hinweg ab. Spitzenlast-Kraftwerke decken den Spitzenbedarf (z.B. am Vormittag, wenn die Betriebe mit der Arbeit beginnen) ab. Sie müssen ohne großen Aufwand schnell aus- und eingeschaltet werden können.

d) In einer Stunde werden 231 t Steinkohle verbrannt. Die zugeführte Energie beträgt also: \[ E = H \cdot m \quad \Rightarrow \quad E = 30 \cdot 231 \cdot 10^3\, \mathrm{\frac{MJ}{kg} kg} = 6,9 \cdot 10^{12}\, \mathrm{J} \] Damit ist die aufgewandte Leistung: \[ P_\text{auf} = \frac{E}{t} \quad \Rightarrow \quad P_\text{auf} = \frac{6,9 \cdot 10^{12}}{3600}\, \mathrm{W} = 1,9 \cdot 10^9\, \mathrm{W} \] Für den Wirkungsgrad gilt dann:\[ \eta = \frac{P_\text{nutz}}{P_\text{auf}} \quad \Rightarrow \quad \eta = \frac{709 \cdot 10^6}{1,9 \cdot 10^9} = 37\,\% \] Der Wirkungsgrad des Steinkohle-Kraftwerkes ist ca. 37%.