Welche beiden thermodynamischen Hauptsätze sind für das Verständnis von Wärmekraftmaschinen (WKM) fundamental?
Der 1. Hauptsatz (Energieerhaltung) und der 2. Hauptsatz (Entropie, Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile 2. Art).
Warum kann eine Wärmekraftmaschine (WKM) die zugeführte Wärme nicht vollständig in mechanische Arbeit umwandeln?
Nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik muss ein Teil der Wärmeenergie abgeführt werden, um den Kreisprozess zu schließen und die Entropiebilanz zu erfüllen.
Wie lautet die Formel für den thermischen Wirkungsgrad η(th) einer Wärmekraftmaschine (WKM) in Bezug auf die zugeführte (Q zu) und abgeführte (Qab ) Wärme?
Welche vier Zustandsänderungen umfasst der ideale Carnot-Prozess?
1. Isentrope Kompression, 2. Isotherme Wärmezufuhr, 3. Isentrope Expansion, 4. Isotherme Wärmeabfuhr.
Wie unterscheidet sich die Wärmezufuhr beim Clausius-Rankine-Prozess von der beim Carnot-Prozess?
Beim Clausius-Rankine-Prozess erfolgt die Wärmezufuhr isobar bei gleitender Temperatur, während sie beim Carnot-Prozess isotherm ist.
Welcher thermodynamische Vergleichsprozess dient als Grundlage für Gasturbinenkraftwerke?
Der Joule-Prozess (oder Brayton-Prozess).
Nennen Sie zwei Hauptmaßnahmen zur Steigerung des Wirkungsgrads im Clausius-Rankine-Prozess.
Erhöhung der mittleren Temperatur der Wärmezufuhr und Absenkung der Temperatur der Wärmeabgabe.
Was ist der Zweck der Zwischenüberhitzung (ZÜ) in einem Dampfkraftwerk?
Sie erhöht die mittlere Temperatur der Wärmezufuhr und vermeidet eine zu hohe Nässe am Turbinenaustritt, was den Wirkungsgrad steigert.
Die Anzapfung von Dampf aus der Turbine zur Erwärmung des Speisewassers wird als _____ bezeichnet.
regenerative Speisewasservorwärmung
Was begrenzt die maximal zulässige Nässe am Austritt einer Dampfturbine in der Praxis?
Die Gefahr von Schaufelerosion durch Wassertropfen; üblich sind Grenzen von ca. 12% (fossil) bzw. 15% (nuklear).
Welcher Punkt im Wasser-Phasendiagramm wird überschritten, wenn ein Dampfkraftwerk in einem überkritischen Prozess betrieben wird?
Der kritische Punkt, bei dem kein Unterschied mehr zwischen flüssiger und gasförmiger Phase besteht (für Wasser: p_K = 220,64 bar, T_K = 373,95°C).
Was versteht man unter dem Begriff „Heizwert“ (H_u) eines Brennstoffs?
Die bei der Verbrennung freigesetzte Energie pro kg Brennstoff, wobei das bei der Reaktion entstehende Wasser dampfförmig bleibt.
Wie unterscheidet sich der Brennwert vom Heizwert eines Brennstoffs?
Der Brennwert schließt zusätzlich die Kondensationsenthalpie des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes mit ein.
Die Zunahme des Kohlenstoffgehalts bei der Entstehung von Kohle aus Biomasse wird als _____ bezeichnet.
Inkohlung
Welche Eigenschaft der Asche ist maßgeblich für die Auslegung der Brennkammer und die Festlegung der maximalen Verbrennungstemperaturen?
Das Schmelzverhalten der Asche (Erweichungs-, Schmelz- und Fließpunkt).
Was beschreibt das Luftverhältnis λ bei einer Verbrennung?
Es beschreibt das Verhältnis der tatsächlich zugeführten Luftmasse zur stöchiometrisch erforderlichen Luftmasse für eine vollständige Verbrennung.
Bei einem Luftverhältnis von λ < 1 spricht man von einer _____ Verbrennung.
fetten (Brennstoffüberschuss)
Nennen Sie die drei grundlegenden Voraussetzungen für eine Verbrennung.
Brennstoff, Sauerstoff und Wärme (Aktivierungsenergie).
Welche beiden Haupttypen von NOx entstehen bei der Verbrennung und wovon hängt ihre Bildung primär ab?
Thermisches NOx (entsteht bei hohen Temperaturen aus Luftstickstoff) und Brennstoff-NOx (entsteht aus im Brennstoff gebundenem Stickstoff).
Welcher Feuerungstyp ist Stand der Technik bei großen Kohlekraftwerken?
Die Staubfeuerung.
Was ist der Hauptvorteil einer Wirbelschichtfeuerung (WSF) bezüglich der Schadstoffemissionen?
Durch die niedrigen und homogenen Verbrennungstemperaturen (800-950°C) entstehen von vornherein weniger thermische Stickoxide (NOx).
Welche beiden grundsätzlichen Arten von Gasbrennern werden unterschieden?
Vormischbrenner (Brennstoff und Luft vor der Reaktion gemischt) und Diffusionsbrenner (getrennte Zufuhr, Mischung durch Diffusion).
Wie wird bei Ölfeuerungen die für die Verbrennung notwendige große Oberfläche des Brennstoffs erzeugt?
Durch Zerstäubung des flüssigen Öls in feine Tröpfchen.
Welcher Mechanismus stabilisiert die Flamme in modernen Brennern (z.B. Drallbrennern)?
Ein drallinduziertes Rückströmgebiet, das die Strömungsgeschwindigkeit lokal reduziert.
Die Verbrennung von feinen Kohlepartikeln, die bereits im Flug verbrennen, ist ein Merkmal der _____ bei Rostfeuerungen.
Wurfbeschickung
Was ist die Hauptaufgabe einer Mühle in einer Kohlestaubfeuerungsanlage neben dem Zerkleinern?
Das Trocknen und Sichten (Abscheiden zu großer Partikel) der Kohle.
Bei welcher Anordnung von Staubbrennern wird eine große, rotierende Ringflamme in der Brennkammer erzeugt?
Bei der Tangentialfeuerung.
Welche beiden Hauptbauarten von Dampferzeugern gibt es, unterschieden nach der Anordnung von Wasser/Dampf und Rauchgas?
Großwasserraumkessel (Wasser im Kessel, Rauchgase in Rohren) und Wasserrohrkessel (Wasser in Rohren, umströmt von Rauchgas).
Was versteht man unter der "Siedekrise" bei der Verdampfung in beheizten Rohren?
Ein starker Abfall des Wärmeübergangskoeffizienten beim Phasenwechsel, der zu einem gefährlichen Anstieg der Rohrwandtemperatur führt.
Welche beiden Arten der Siedekrise werden unterschieden?
Siedekrise 1. Art (DNB - Departure from Nucleate Boiling) und Siedekrise 2. Art (Dryout).
Wie wird in modernen Dampferzeugern die Gefahr der Siedekrise durch DNB (Departure from Nucleate Boiling) vermieden?
Durch den Einsatz von innengerillten Verdampferrohren, die durch Drallerzeugung die Flüssigkeit an die Rohrwand transportieren.
Worauf beruht der Wasserumlauf in einem Naturumlaufverdampfer?
Auf dem Dichtegradienten zwischen dem Wasser im Fallrohr und dem Wasser-Dampf-Gemisch in den beheizten Steigrohren.
Welcher Kesseltyp wird für überkritische Dampfprozesse eingesetzt und hat keinen festen Verdampfungsendpunkt?
Der Zwangdurchlaufkessel, insbesondere der Benson-Kessel.
Welche Komponente in einem Umlaufverdampfer trennt Dampf von Wasser und führt das Wasser zurück in den Kreislauf?
Die Dampftrommel.
Wie wird die Frischdampftemperatur in einem Dampfkraftwerk hauptsächlich geregelt?
Durch Einspritzung von kühlerem Speisewasser in den überhitzten Dampf zwischen den Überhitzerstufen.
Eine Turbinenstufe besteht aus einem stehenden _____ und einem rotierenden _____.
Leitrad, Laufrad
Was beschreibt der Reaktionsgrad r_k einer Turbinenstufe?
Er beschreibt die Aufteilung des Enthalpiegefälles zwischen Leitrad und Laufrad.
Bei einer reinen Aktionsstufe (Gleichdruckstufe) findet die Druckabsenkung fast ausschließlich im _____ statt.
Leitrad
Was ist der Hauptvorteil einer zweischaligen (doppelschaligen) Turbinenbauweise gegenüber einer einschaligen?
Sie reduziert die Druck- und Temperaturdifferenzen über das Außengehäuse, was ein besseres thermisches Verhalten und den Einsatz bei höheren Drücken ermöglicht.
Warum werden Niederdruckturbinen (ND-Turbinen) oft mehrflutig ausgeführt?
Wegen des enormen Dampfvolumens am Turbinenende, das aufgeteilt werden muss, um die Schaufellängen handhabbar zu halten und den Axialschub auszugleichen.
Welcher Turbinentyp unterscheidet sich von einer Anzapfturbine dadurch, dass der Dampfdruck an der Entnahmestelle geregelt wird?
Eine Entnahmeturbine.
Welche drei grundsätzlichen Regelkonzepte gibt es für Dampfturbinen?
Drosselregelung, Düsengruppenregelung und Gleitdruckregelung.
Was ist der Hauptvorteil der Gleitdruckregelung im Teillastbetrieb?
Sie vermeidet Drosselverluste an den Ventilen, da der Kesseldruck der Last angepasst wird, was zu einem besseren Teillastwirkungsgrad führt.
Welcher gefährliche Betriebszustand tritt in einer Turbinenstufe bei sehr geringem Durchsatz auf, bei dem sie Leistung aufnimmt statt abgibt?
Ventilation.
Was ist die primäre Ursache für Erosion an den Laufschaufeln der letzten Stufen einer Niederdruckturbine?
Der Aufprall von Wassertropfen (Sekundärtropfen) mit hoher Geschwindigkeit auf die Schaufelvorderkanten.
Nennen Sie eine passive Maßnahme zum Schutz von Laufschaufeln vor Erosion.
Das Auftragen von Schutzschichten, Härten der Vorderkanten oder das Einsetzen von Schutzschilden aus widerstandsfähigem Material (z.B. Stellit).
Welches Verfahren zur Stickoxidminderung (DeNOx) arbeitet bei hohen Temperaturen (ca. 850°C) ohne Katalysator?
Das SNCR-Verfahren (Selektive nicht-katalytische Reduktion).
Das am weitesten verbreitete Verfahren zur Entstickung in Großkraftwerken ist das SCR-Verfahren. Wofür steht SCR?
Selektive katalytische Reduktion (Selective Catalytic Reduction).
Welcher Anlagenteil wird in allen Kohlenstaubfeuerungen zur Abscheidung von Flugasche eingesetzt und erreicht Abscheidegrade von über 99,5%?
Der Elektroabscheider (oder Elektrofilter).
Das gängigste Verfahren zur Rauchgasentschwefelung (REA) ist die _____, bei der Gips als Endprodukt entsteht.
Kalkwäsche
Warum wird der Kondensator in großen Kraftwerken üblicherweise unterhalb der Turbine angeordnet?
Wegen des enorm großen Abdampfvolumenstroms, der kurze und strömungsgünstige Wege erfordert.
Welcher Kondensatortyp wird typischerweise dort eingesetzt, wo nicht ausreichend Kühlwasser zur Verfügung steht?
Ein luftgekühlter Oberflächenkondensator (LuKo).
Was ist der Hauptmechanismus der Wärmeabfuhr in einem Nasskühlturm?
Die Verdunstungskühlung, bei der durch die Verdunstung von Wasser der verbleibenden Wassermenge Wärme entzogen wird.
Warum ist eine aufwendige Speisewasseraufbereitung in Dampfkraftwerken unerlässlich?
Um Korrosion und die Bildung von schädlichen Belägen in Kessel, Überhitzer und Turbine zu verhindern.
Wie wird die spezifische Arbeit einer realen Gasturbine im Vergleich zu einer idealen beeinflusst?
Die spezifische Arbeit der realen Gasturbine ist geringer als die der idealen, da die Turbine eine geringere Enthalpiedifferenz umsetzt und der Verdichter mehr Arbeit benötigt.
Nennen Sie eine Maßnahme zur Steigerung der spezifischen Arbeit und des Wirkungsgrads im Gasturbinenprozess.
Zwischenkühlung im Verdichter oder Zwischenüberhitzung (Wiedererhitzung) in der Turbine.
Was versteht man unter einer "Aeroderivative"-Gasturbine?
Eine aus einem Flugzeugtriebwerk abgeleitete, für die stationäre Energieerzeugung angepasste Industriegasturbine.
Welche moderne Brennkammerbauart zeichnet sich durch ein sehr gleichmäßiges Temperaturprofil und geringe zu kühlende Oberflächen aus?
Die Ringbrennkammer.
Nennen Sie zwei fortschrittliche Kühlkonzepte für hochbelastete Turbinenschaufeln in Gasturbinen.
Prallkühlung (impingement cooling) und Filmkühlung (film cooling).
Was ist das Grundprinzip eines Gas- und Dampf-Kombikraftwerks (GuD)?
Die heißen Abgase einer Gasturbine werden genutzt, um in einem nachgeschalteten Abhitzekessel Dampf für einen Dampfturbinenprozess zu erzeugen.
Warum werden in GuD-Kraftwerken oft Mehrdruck-Prozesse im Abhitzekessel realisiert?
Um den Temperaturverlauf des Wassers/Dampfes besser an den des abkühlenden Rauchgases anzupassen und so die Exergieverluste zu minimieren und den Wirkungsgrad zu steigern.
Welche beiden Isotope des Urans kommen in der Natur hauptsächlich vor und welches davon ist thermisch spaltbar?
Uran-238 und Uran-235; nur Uran-235 ist durch langsame (thermische) Neutronen spaltbar.
Was ist die Funktion eines Moderators in einem Kernreaktor?
Er bremst die bei der Kernspaltung entstehenden schnellen Neutronen auf thermische Energien ab, um die Wahrscheinlichkeit weiterer Spaltungen von U-235 zu erhöhen.
Wodurch wird eine Kettenreaktion in einem Kernreaktor gesteuert?
Durch das Ein- und Ausfahren von Steuerstäben aus neutronenabsorbierendem Material (z.B. Bor, Cadmium).
Warum ist die Kettenreaktion in einem thermischen Reaktor überhaupt steuerbar, obwohl die Neutronengenerationen sehr schnell aufeinanderfolgen?
Weil ein kleiner Anteil der Neutronen (ca. 0,75%) verzögert aus dem Zerfall von Spaltprodukten freigesetzt wird, was die effektive Zykluszeit erheblich verlängert.
Welcher Reaktortyp verdampft das Kühlmittel direkt im Reaktordruckbehälter und leitet den Dampf zur Turbine?
Der Siedewasserreaktor (SWR).
Wie unterscheidet sich der Primärkreislauf eines Druckwasserreaktors (DWR) von dem eines Siedewasserreaktors (SWR)?
Im DWR steht das Wasser unter so hohem Druck (ca. 157 bar), dass es nicht siedet; die Wärme wird über einen Dampferzeuger an einen separaten Sekundärkreislauf übertragen.
Was versteht man unter dem "Brüten" in einem Brutreaktor?
Die Umwandlung von nicht spaltbarem U-238 oder Th-232 durch Neutroneneinfang in spaltbares Plutonium-239 bzw. Uran-233.
Welches Kühlmittel wird typischerweise in schnellen Brutreaktoren verwendet und warum?
Flüssiges Natrium, da es keine moderierende Wirkung hat und über exzellente Wärmeübertragungseigenschaften verfügt.
Was versteht man unter der Nachwärme in einem Kernreaktor?
Die Wärme, die auch nach dem Abschalten der Kettenreaktion durch den radioaktiven Zerfall der Spaltprodukte weiterhin im Brennstoff entsteht.
Welche Gefahr besteht, wenn die Kühlung der Brennelemente nach dem Abschalten eines Reaktors ausfällt?
Die Brennelemente überhitzen durch die Nachwärme, was zur Zirkon-Wasser-Reaktion (Wasserstoffbildung) und schließlich zur Kernschmelze führen kann.
Welche Reaktion wird derzeit für Fusionsreaktoren favorisiert und welche Elemente werden dabei verschmolzen?
Die Deuterium-Tritium-Reaktion (D-T-Fusion).
Welches Reaktorkonzept für die Kernfusion, das in Wendelstein 7-X erforscht wird, nutzt ein komplex verdrilltes Magnetfeld zur Plasmastabilisierung?
Der Stellarator.
Was bedeutet "IGCC" im Kontext von Kohlekraftwerken?
Integrated Gasification Combined Cycle (Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung).
Beim _____ -Verfahren im Rahmen von CCS wird der Brennstoff mit reinem Sauerstoff anstatt mit Luft verbrannt.
Oxyfuel
Warum benötigen solarthermische Kraftwerke konzentrierende Kollektoren?
Um hohe Temperaturen zu erreichen und die Wärmeverluste durch Strahlung und Konvektion, die mit der Absorberfläche skalieren, zu minimieren.
Welcher Kollektortyp fokussiert die Sonnenstrahlung auf eine Linie und verwendet meist Thermo-Öl als Wärmeträgermedium?
Der Parabolrinnenkollektor.
Welche Technologie ermöglicht es solarthermischen Kraftwerken, auch nach Sonnenuntergang Strom zu produzieren?
Thermische Speicher, meist unter Verwendung von Flüssigsalz (Salzschmelze).
Bei einem Solarturmkraftwerk wird die Sonnenstrahlung von einem Feld aus Spiegeln, den sogenannten _____, auf einen zentralen Absorber (Receiver) an der Spitze eines Turms gebündelt.
Heliostaten
Welcher Absorbertyp in Solarturmkraftwerken zeichnet sich durch eine poröse Struktur und eine sehr hohe Oberfläche aus, die eine effiziente Wärmeaufnahme ermöglicht?
Der volumetrische Absorber.
Welches Verfahren wird in der Geothermie angewendet, um aus heißem Wasser Dampf zu erzeugen, indem man den Druck des Wassers schlagartig reduziert?
Das Flash-Verfahren.
Welcher Kraftwerkstyp wird in der Geothermie bei relativ niedrigen Wassertemperaturen (<180°C) eingesetzt und nutzt einen sekundären Kreislauf mit einem organischen Arbeitsmedium?
Ein binäres Kraftwerk, das nach dem ORC-Prozess (Organic Rankine Cycle) arbeitet.
Was ist die Aufgabe des Leitrades in einer Turbinenstufe?
Die Umwandlung von Enthalpie in kinetische Energie durch Druckabsenkung und das Aufprägen von Drall auf die Strömung.
Was ist die Aufgabe des Laufrades in einer Turbinenstufe?
Die Umwandlung der kinetischen und potentiellen Energie des Fluids in Wellenarbeit durch Strömungsumlenkung, wobei der Drall abgebaut wird.
Begriff: Curtisstufe
Eine Aktionsstufe mit zweifacher Umlenkung zum Abbau großer Enthalpiegefälle, oft als Regelrad bei Teilbeaufschlagung eingesetzt.
Was versteht man unter einer Turbine in Topfbauart?
Eine Sonderform der zweischaligen Bauart mit einem rotationssymmetrischen, topfförmigen Außengehäuse für sehr hohe Drücke ($\geq 300$ bar).
Welche Anordnung von mehrgehäusigen Turbinen bezeichnet man als 'Cross Compound'?
Eine parallele Anordnung mit zwei Wellensträngen und zwei Generatoren, die unterschiedliche Drehzahlen haben können.
Welches Kühlkonzept bei Gasturbinenschaufeln schützt die Oberfläche durch eine aus kleinen Löchern ausgeblasene Luftschicht vor dem Heißgas?
Filmkühlung (film cooling).
In einem Fusionsreaktor muss das Plasma durch ein _____ von den Wänden ferngehalten werden, um nicht zu stark abzukühlen.
Magnetfeld
Woraus besteht die typische Schicht in einer Wirbelschichtfeuerung zum größten Teil?
Aus Inertmaterial wie Quarzsand, Kalkstein oder Asche, der Brennstoffanteil liegt nur bei 1-3%.
Welcher Schadstoff kann in einer Wirbelschichtfeuerung durch die direkte Zugabe von Additiven wie Kalkstein gebunden werden?
Schwefeldioxid ($SO_2$).
Welche beiden Haupttypen von Mühlen werden in Staubfeuerungen für Steinkohle eingesetzt?
Hammer-/Schlagradmühlen (eher für Braunkohle) und Wälzmühlen (Kugelring-, Walzen- oder Schüsselmühle).
Was ist der Zweck einer Brüdentrennung in einer Mahlanlage für sehr feuchte Kohle?
Sie trennt den feuchten Wasserdampf (Brüden) vom Kohlestaub, um die Verbrennung nicht negativ zu beeinflussen.
Welche Funktion hat ein Abhitzedampferzeuger (AHDE) in einem GuD-Kraftwerk?
Er nutzt die Abwärme der Gasturbine, um Wasser zu verdampfen und zu überhitzen für den nachgeschalteten Dampfprozess.
Wie beeinflusst eine steigende Umgebungstemperatur die Leistung und den Wirkungsgrad einer Gasturbine?
Sowohl die Leistung als auch der Wirkungsgrad sinken mit steigender Umgebungstemperatur, da die Dichte der Ansaugluft abnimmt.
Welcher Stoff wird im SCR-Verfahren in das Rauchgas eingedüst, um Stickoxide katalytisch zu reduzieren?
Ammoniak NH_3 oder eine Ammoniaklösung.
Im Kalina-Prozess wird ein _____ als Arbeitsfluid verwendet, um den Wirkungsgrad bei niedrigen Temperaturen zu verbessern.
Wasser-Ammoniak-Gemisch
Welche beiden Komponenten bilden in der Regel den Wärmespeicher eines solarthermischen Kraftwerks?
Zwei Tanks für 'kaltes' und 'heißes' Flüssigsalz.
Was ist die Hauptursache für den im Vergleich zu fossilen Kraftwerken geringeren Wirkungsgrad von Kernkraftwerken mit Leichtwasserreaktoren?
Die deutlich niedrigere Frischdampftemperatur (ca. 300°C) aufgrund der Materialgrenzen im Reaktor.
Aus welchem Material besteht die Hülle der Brennstäbe in den meisten Kernreaktoren?
Aus einer Zirkonium-Basislegierung (Zircalloy).
Was ist der wesentliche Nachteil einer Drosselregelung bei Dampfturbinen im Teillastbetrieb?
Es entstehen erhebliche Drosselverluste am Regelventil, die den Wirkungsgrad deutlich verschlechtern.
Welche Bauteile begrenzen in einem Naturumlauf-Dampferzeuger die Anfahr- und Laständerungsgeschwindigkeit am stärksten?
Die dickwandigen Bauteile, insbesondere die Dampftrommel.
Welche Rolle spielen die 'verzögerten Neutronen' bei der Reaktorsteuerung?
Sie verlangsamen die Kettenreaktion so weit, dass sie mit mechanischen Systemen (Steuerstäben) sicher geregelt werden kann.
Welches Problem tritt auf, wenn der Ascheerweichungspunkt in der Brennkammer überschritten wird?
Es kommt zur Verschlackung, d.h. zu geschmolzenen Ascheablagerungen an den Wänden und Wärmeübertragern.
Wie wird bei der direkten Dampferzeugung in Parabolrinnenkraftwerken die Stabilität des Zweiphasen-Gemisches sichergestellt?
Durch Konzepte wie Rezirkulation oder einmaliger Durchlauf (Once-Through), ähnlich wie bei konventionellen Dampferzeugern.
Was versteht man unter 'CCS'?
Carbon Capture and Storage, die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid aus Kraftwerksprozessen.
Was ist der Hauptunterschied zwischen der Post-Combustion und der Pre-Combustion CO2-Abscheidung?
Bei Post-Combustion wird CO2 aus dem Rauchgas nach der Verbrennung abgetrennt, bei Pre-Combustion wird CO2 aus einem Synthesegas vor der Verbrennung entfernt.
Welche beiden Hauptkomponenten enthält der Kernbrennstoff MOX?
Ein Mischoxid aus Urandioxid ($UO_2$) und Plutoniumdioxid ($PuO_2$).
Was ist eine 'Dunkelflaute' im Kontext der Energieversorgung?
Ein Zeitraum mit geringer oder keiner Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie aufgrund von Windstille und geringer Sonneneinstrahlung.
Welches Gas wird in Hochtemperaturreaktoren (HTR) typischerweise als Kühlmittel verwendet?
Helium.
Was ist der entscheidende Vorteil von Trockenkühlung im Vergleich zur Nasskühlung bei Kraftwerken?
Sie benötigt praktisch kein Wasser, was in wasserarmen Regionen entscheidend ist, hat aber einen schlechteren Wirkungsgrad.
Welche Funktion hat der Speisewasserbehälter in einem Dampfkraftwerk neben der Speicherung von Wasser?
Er dient auch als thermischer Entgaser, um gelöste Gase wie Sauerstoff aus dem Wasser zu entfernen.
Welcher thermodynamische Prozess wird durch die regenerative Speisewasservorwärmung angenähert, um den Wirkungsgrad zu steigern?
Der Carnot-Prozess, weshalb dieser Schritt auch als 'Carnotisierung' bezeichnet wird.
Welche Art von Brennstofffeuerung eignet sich besonders gut für Brennstoffe mit geringem Heizwert und hohem Wasseranteil wie Müll?
Schürroste (z.B. Rückschubrost), da sie durch ständige Umlagerung des Brennstoffs einen guten Ausbrand gewährleisten.
Was ist der Nachteil einer zu starken Erhöhung des Frischdampfdrucks bei konstanter Temperatur im Hinblick auf die Turbine?
Es führt zu sehr hohen Nässewerten am Turbinenende, was die Effizienz senkt und zu Schaufelerosion führt.
Welche Maßnahme wird ergriffen, um die im Rauchgas enthaltene Restwärme bei niedrigen Temperaturen nach der regenerativen Vorwärmung doch noch zu nutzen?
Die Luftvorwärmung, bei der das Rauchgas die Verbrennungsluft vorwärmt, was den Gesamtanlagenwirkungsgrad erhöht.
Welche Rolle spielt Tritium ($^3H$) in einem Kernfusionsreaktor nach dem D-T-Prinzip?
Es dient zusammen mit Deuterium als Brennstoff und muss im Reaktor selbst aus Lithium erbrütet werden, da es in der Natur extrem selten ist.
Was versteht man unter dem 'Wobbe-Index' für gasförmige Brennstoffe?
Ein Maß zur Beurteilung der Austauschbarkeit von Gasen, das sicherstellt, dass bei gleichem Druck ein ähnliches Brennverhalten und eine ähnliche Wärmefreisetzung erzielt wird.
Welche Bauart von Gasturbinenbrennkammern wird in den modernsten und größten Anlagen verwendet?
Welcher Brennstoff hat unter den fossilen Energieträgern den geringsten spezifischen $CO_2$-Emissionsfaktor pro Energieeinheit?
Erdgas.
Was ist der 'biologische Schild' in einem Kernkraftwerk?
Eine dicke Betonabschirmung um den Reaktordruckbehälter, die die $\gamma$-Strahlung abfängt.
Welche beiden Regelgrößen werden bei einer Entnahmeturbine mit gekoppeltem Eintritts- und Entnahmeventil gleichzeitig gesteuert?
Der Frischdampf-Massenstrom und der Entnahme-Massenstrom.
Was ist die Funktion des 'Sichters' in einer Kohlemühle?
Er trennt den fertig gemahlenen, feinen Kohlestaub von zu groben Partikeln, die zur weiteren Zerkleinerung in die Mühle zurückgeführt werden.
Welches Bauteil in einem Druckwasserreaktor überträgt die Wärme vom primären zum sekundären Kreislauf?
Der Dampferzeuger.
Warum ist die Abgastemperatur einer Gasturbine ein entscheidender Parameter für ein nachgeschaltetes GuD-Kraftwerk?
Weil eine höhere Abgastemperatur die Erzeugung von Dampf mit höheren Parametern (Druck, Temperatur) im Abhitzekessel ermöglicht und somit den Wirkungsgrad des Dampfprozesses steigert.
Welches Phänomen begrenzt die maximale Leistung eines einzelnen Dampfturbinenstranges?
Die maximal realisierbare Austrittsfläche, die durch die mechanische Belastbarkeit der letzten Schaufelreihe (Endschaufel) begrenzt ist.
Bei welcher Betriebsweise eines Kraftwerks wird die elektrische Leistung konstant gehalten, um den Anforderungen des Netzes zu entsprechen?
Im Netzbetrieb.
Was ist die Hauptfunktion eines Zyklons in der Abgasreinigung oder in einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung?
Die Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom mittels Fliehkraft.
Der Wirkungsgrad von Geothermiekraftwerken ist im Vergleich zu anderen thermischen Kraftwerken relativ gering. Was ist der Hauptgrund dafür?
Das niedrige Temperaturniveau des geothermischen Wärmeträgers (Wasser/Dampf), was den Carnot-Wirkungsgrad physikalisch begrenzt.
Bei welcher Art der Verbrennung wird der Brennstoff (z.B. Kohle) auf einem sich bewegenden Gitter verbrannt?
Bei der Rostfeuerung (z.B. Wanderrost).
Was ist die 'Halbwertszeit' eines radioaktiven Isotops?
Die Zeit, nach der die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Menge an Atomen radioaktiv zerfallen ist.
Was ist der 'Massendefekt' bei Atomkernen?
Die Tatsache, dass die Masse eines Atomkerns geringer ist als die Summe der Massen seiner einzelnen Protonen und Neutronen, wobei die Differenz der Bindungsenergie entspricht.
Bei welchem Prozess wird mehr Energie pro Nukleon freigesetzt: Kernspaltung oder Kernfusion?
Bei der Kernfusion.
Welche beiden Gase sind die Hauptverbrennungsprodukte von Kohlenwasserstoffen?
Kohlendioxid ($CO_2$) und Wasserdampf ($H_2O$).
Was versteht man unter 'Teilbeaufschlagung' einer Turbine?
Ein Betriebszustand, bei dem nur ein Teil des Umfangs der ersten Turbinenstufe mit Dampf beaufschlagt wird, um die Leistung zu regeln (typisch bei Düsengruppenregelung).
Welche Funktion hat ein Abhitzekessel mit 'Zusatzfeuerung'?
Sie ermöglicht es, die Dampferzeugung und damit die Leistung der Dampfturbine unabhängig von der Gasturbinenlast zu erhöhen.
In welchem Zustand befindet sich das Arbeitsmedium im Clausius-Rankine-Prozess bei der Wärmeabfuhr im Kondensator?
Im Zweiphasengebiet (Nassdampf).
Welche Komponente erhöht den Druck des Arbeitsmediums im flüssigen Zustand im Clausius-Rankine-Prozess?
Die Speisewasserpumpe.
Warum müssen HD- und MD-Turbinengehäuse sehr dickwandig sein?
Um den sehr hohen Drücken des Frisch- und Zwischenüberhitzungsdampfes standzuhalten.
Welcher Anlagenteil nimmt in einem modernen Kohlekraftwerk etwa die Hälfte des gesamten Bauvolumens ein?
Die Anlagen zur Abgasnachbehandlung (DeNOx, Filter, REA).
Was ist der Hauptzweck von Gewebefiltern in der Entstaubung?
Die Abscheidung von sehr feinen Staubpartikeln (Feinstaub, $D < 10\mu m$), die in mechanischen Abscheidern nicht erfasst werden.
Welche Art von Strahlung, die bei radioaktivem Zerfall entsteht, ist besonders energiereich und mit Röntgenstrahlung vergleichbar?
Die $\gamma$-Strahlung.
Warum ist die Verwendung von normalem (leichtem) Wasser als Moderator nur mit angereichertem Uran möglich?
Weil leichtes Wasser im Vergleich zu schwerem Wasser oder Graphit eine relativ hohe Neutronenabsorption aufweist, die durch einen höheren Anteil an spaltbarem U-235 kompensiert werden muss.
Wodurch zeichnet sich das PUREX-Verfahren aus?
Es ist ein Wiederaufarbeitungsverfahren für Kernbrennstoffe zur Rückgewinnung von Plutonium und Uran durch Extraktion (Plutonium-Uranium-Recovery by Extraction).
Welche Technologie wird bei einem 'Double-Flash'-Geothermiekraftwerk verwendet?
Der Dampf wird auf zwei unterschiedlichen Druckniveaus erzeugt, um die Energie des Thermalwassers besser auszunutzen.
Was ist der Hauptunterschied zwischen einem 'Trockendampf'- und einem 'Flash'-Geothermiekraftwerk?
Beim Trockendampf-Verfahren wird direkt überhitzter Dampf aus der Erde gefördert, während beim Flash-Verfahren der Dampf erst durch Druckabsenkung aus heißem Wasser erzeugt wird.
Welches Kühlmittel wird in einem Siedewasserreaktor (SWR) gleichzeitig als Moderator verwendet?
Leichtes Wasser ($H_2O$).
Was ist die 'inhärente Sicherheit' von Leichtwasserreaktoren bezüglich einer unkontrollierten Leistungssteigerung?
Bei einer Temperaturerhöhung nimmt die Dichte des Wassers ab, was seine Moderationswirkung verschlechtert und die Kettenreaktion von selbst abbremst.
Was ist der Hauptvorteil von volumetrischen Absorbern gegenüber Rohrabsorbern in Solarturmkraftwerken?
Sie haben eine größere Oberfläche, was zu einer besseren Absorption der Sonnenstrahlung und einem besseren Wärmeübergang an das Wärmeträgerfluid führt.
Wie wird der Axialschub in einer doppelflutigen Niederdruckturbine konstruktiv ausgeglichen?
Durch die gespiegelte Anordnung der Beschaufelung, sodass die axialen Kräfte in entgegengesetzte Richtungen wirken und sich gegenseitig aufheben.
Der _____ gibt die Energiemenge an, die beim Verbrennen von 1 kg Steinkohle freigesetzt wird und beträgt 29,308 MJ.
Steinkohleeinheit (SKE)
Was versteht man unter der 'Durchzündgeschwindigkeit' bei einer Rostfeuerung?
Die Geschwindigkeit, mit der die Zündfront durch die Brennstoffschicht auf dem Rost wandert.
Wodurch wird die maximale Dampfmenge in einem Großwasserraumkessel begrenzt?
Durch die maximal zulässigen Wandstärken des großen Druckbehälters.
In einem Zwangdurchlaufverdampfer vom Typ _____ ist der Verdampfungsendpunkt in einem Sammler fixiert.
Sulzer
Wie lautet die Euler'sche Hauptgleichung für eine Turbinenstufe in ihrer einfachen Form?
$w = u_1 c_{u1} - u_2 c_{u2}$
Welche zwei Arten von festen Brennstoffen werden in den Vorlesungsunterlagen neben fossilen Brennstoffen genannt?
Biomasse und Abfall.
Was ist die primäre Funktion der 'Membranwand' in modernen Brennkammern?
Sie bildet eine gasdichte Rohrwand aus miteinander verschweißten Verdampferrohren.
Welche Art von Turbinenanordnung wird als 'Einwellenbauart' oder 'Tandem compound' bezeichnet?
Eine Anordnung, bei der mehrere Teilturbinen in Reihe auf einer einzigen Welle einen Generator antreiben.
Welches Gas entsteht bei der Zirkon-Wasser-Reaktion, die bei Überhitzung von Kernbrennstäben auftritt?
Wasserstoff ($H_2$).
Welche Anforderung an ein Endlager für hochradioaktive Abfälle besteht bezüglich der Rückholbarkeit?
Die Abfälle müssen für einen Zeitraum von 500 Jahren rückholbar bleiben.
Welches Land hat mit 'Onkalo' das weltweit erste Endlager für hochradioaktive Abfälle fast fertiggestellt?
Finnland.
Was ist der Vorteil einer Gasturbine mit Zwischenkühlung bezüglich des erreichbaren Druckverhältnisses?
Durch die Zwischenkühlung kann ein höheres Gesamtdruckverhältnis im Verdichter erreicht werden.
Wie unterscheidet sich der Abgasstrom bei der Oxyfuel-Verbrennung von dem bei der konventionellen Verbrennung mit Luft?
Das Abgas besteht fast nur aus $CO_2$ und Wasserdampf, da kein Stickstoff aus der Luft zugeführt wird.
Welche Art von Solarstrahlung können konzentrierende Systeme hauptsächlich nutzen?
Nur die Direktstrahlung, diffuse Strahlung wird nicht fokussiert.
Wofür steht 'ORC' im Kontext der Energietechnik?
Organic Rankine Cycle.
Welche Energiequelle ist die Grundlage für die Bildung fossiler Brennstoffe?
Abgestorbene Biomasse, deren Energie ursprünglich aus der Photosynthese (Sonnenenergie) stammt.
Welche Komponente fehlt in einem Dampfkraftwerk mit überkritischem Prozess im Vergleich zu einem unterkritischen?
Die Dampftrommel, da keine Trennung von Wasser und Dampf mehr stattfindet.
Welche Kennzahl wird verwendet, um die thermische Belastung des Volumens einer Brennkammer zu beschreiben?
Die Brennkammer-Volumenbelastung $q_V$ in $MW/m^3$.
Welcher Typ von Kondensator kommt in direkten Kontakt mit dem zu kondensierenden Dampf, was eine hohe Wasserqualität erfordert?
Der Mischkondensator (Einspritzkondensator).
Welches Problem kann bei unzureichender Speisewasserqualität durch im Dampf gelöste Silikate in der Turbine auftreten?
Ablagerungen von Silikaten auf den Schaufeln, die den Wirkungsgrad und die Schluckfähigkeit der Turbine reduzieren.
Wie wird bei der Wassereinspritzung in einer Gasturbine die Leistung gesteigert?
Durch die Erhöhung des Massenstroms durch die Turbine, da das eingespritzte Wasser verdampft.
Welches Gestein gilt aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und Formbarkeit als besonders geeignet für ein Endlager für radioaktive Abfälle?
Salzgestein.
Was versteht man unter der 'statischen Reichweite' von Primärenergieträgern?
Die Zeitspanne, für die die bekannten und wirtschaftlich förderbaren Vorkommen (Reserven) bei aktuellem Verbrauch noch ausreichen.
Was ist der Hauptunterschied zwischen 'Reserven' und 'Ressourcen' bei Rohstoffen?
Reserven sind der Teil der Ressourcen, der derzeit technisch und wirtschaftlich abbaubar ist, während Ressourcen alle nachgewiesenen und vermuteten Vorkommen umfassen.
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