Welche Funktion hat der Kühlturm eines thermischen Kraftwerks?
Ein Kühlturm dient dazu die Anergie mit möglichst wenig Exergie in Form eines Wärmestroms an die Umgebung abzugeben. Des Weiteren diesen Kühltürme auch dazu die Entropie des zugeführten Wärmestroms, sowie die entstandene Entropie im Kraftwerk aufgrund von irreversiblen Prozessen, aus dem System zu führen.
Definieren Sie in einem kurzen Satz, was eine Wärmekraftmaschine kennzeichnet.
Hochtemperaturreservoir in einen Arbeitsstrom um und geben die Abwärme an ein Niedertemperaturreservoir ab.
Wie ist der Kühturm mit dem Wasser Dampf Kreislaug verschaltet? (Skizze)
Was sind die wesentlichen Komponenten des Wasserdampfkreislaufs?
1) Turbine
2) Kondensator (+ Kühlkreislauf)
3) Speisewasserpumpe
4) Verdampfer
Erklären sie die Funktionen der Komponenten in einem thermischen Kraftwerk
1) Turbine: -dient dazu die Exergie des Wasserdampfes abzuführen in Form eines elektrischen Arbeitsstroms. Geschieht mittels Entspannung wodurch der zu Beginn einphasige Wasserdampf aufgrund des Druckverlusts und der Volumenzunahme in das Zweiphasengemisch eintritt (zunehmender Flüssigkeitsanteil)
2) Kondensator: Der Wasserdampf kondensiert mit Hilfe des Kühlwasserkreislaufs. Es wird versucht so wenig wie möglich Exergie über den Kühlwasserkreislauf zu verlieren. Der Kondensator dient hauptsächlich der Abfuhr von Anergie
3) Speisewasserpumpe: Erhöht den Druck des kondensierten Wassers (teilweise über 250 bar). Lediglich eine Zufuhr von elektrischen Arbeitsstrom (Exergiestrom)
4) Verdampfer: Dient unter Zufuhr eines Wärmestroms (Mischung aus Exergie- und Anergiestrom) der Verdampfung des Wassers. Zunächst steigt die Temperatur auf die Verdampfungstemperatur (Druckabhängig) und danach durch Zweiphasengemisch. Im Anschluss wird der entstandene Dampf überhitzt.
Wie sind die Hauptkomponenten eines thermischen Kraftwerks verschaltet?
Was setzt der isentrope Gütegrad einer Turbine zueinander ins Verhältnis?
Der isentrope Gütegrad gibt an wie nah die reale Entspannung in einer Turbine an die isentrope Entspannung herankommt. Dafür wird die spezifische Turbinenarbeit bzw. die reale Enthalpiedifferenz der Turbine geteilt durch die isentrope Enthalpiedifferenz der Turbine gererchnet.
Warum werden im Rahmen der Energiewende in Deutschland nicht die bestehenden thermischen Kraftwerke auf Biomasse umgerüstet?
Viele der bestehenden thermischen Kraftwerke haben eine Leistung von über mehreren hundert Megawatt. Das führt dazu, dass eine enorme Menge an Material zur Verbrennung benötigt wird. Bei Biomasse ist der Transportaufwand jedoch relativ hoch, sodass ein Transport der gesamten Biomasse zu den thermischen Großkraftwerken aus wirtschaftlicher Sicht nicht sinnvoll ist.
Am besten ist es kleine thermische Kraftwerke direkt in der Nähe der Erzeugungsstandort von Biomasse zu errichten.
Setzen Sie die Begriffe Clausius-Rankine-Prozess und Organic-Rankine-Prozess in Beziehung – handelt es sich um unterschiedliche thermodynamische Prozesse?
Bei dem Clausius-Rankine-Prozess wird Wasser als Arbeitsmedium verwendet, da dies gute Eigenschaften unter hohen Drücken und hohen Temperaturen aufweist.
In anderen Anwendungen, wo die Temperatur nicht so hoch ist, macht Wasser als Arbeitsmedium nicht viel Sinn. Hier werden organische Arbeitsmittel verwendet, wodurch der Prozess dann Organic-Rankine-Prozess heißt.
Prinzipiell handelt es sich um den gleichen Aufbau, allerdings mit anderen Arbeitsmitteln und auch anderen Drücken und Temperaturen.
Wie unterscheiden sich „nasse“ und „trockene“ Fluide bezüglich ihrer Entspannung aus dem Sattdampfzustand? Warum ist das bei der Anlagenplanung wichtig für die Turbine?
Nasser Fluid = Der Wasserdampf, welcher der Turbine zugeführt wird, befindet sich noch im Zweiphasengebiet und besteht somit sowohl aus Wasserdampf als auch aus Flüssigkeit
Trockenes Fluid = Hier handelt es sich um ein vollständig verdampftes Fluid
Bei trockenen Fluiden liegt die Temperatur beim Verlassen der Turbine oberhalb der Kondensationstemperatur. Somit entstehen während des Entspannungsprozesses keine Flüssigkeitstropfen, die die Turbinenblätter beschädigen könnten.
Erklären Sie die Funktion eines Regenerators (innerer Wärmeübertrager) eines ORC-Prozesses. Warum ist der Einsatz eines Regenerators bei Nutzung „nasser“ Fluide nicht relevant?
Da bei trockenen Fluiden die Temperatur des Dampfes, der die Turbine verlässt, oberhalb der Kondensationstemperatur liegt, kann ein Teil der überschüssigen Energie bereits verwendet werden, um das die Speisewasserpumpe verlassende Arbeitsfluid zu erhitzen. Dies ist die Aufgabe des Regenerators (innerer Wärmeübertrager). Nasse Fluide können eventuell nicht so effizient die thermische Energie abgeben, da es bereits schon im Zweiphasengemisch liegt und die Temperatur somit niedriger liegt
Erklären Sie den Nutzen eines Regenerators mit dem Begriff der Exergie.
Da es sich um einen stationären Prozess handelt, der Massenstrom im gesamten System also gleich ist, können die Enthalpiedifferenzen beider Massenströme als identisch angenommen werden.
Es muss auch gegeben sein, dass die gesamte Exergie, die aus dem Dampf entzogen wird, vollständig auf den anderen Massenstrom übertragen wird. In der Realität geht auch ein Teil der thermischen Energie über das Gehäuse des Wärmeübertrages verloren. Dies ist hier vernachlässigt.
In welchem Leistungsbereich werden kommunale Biomassekraftwerke gebaut, die mit regionaler Biomasse betrieben werden? Vergleichen Sie dies mit dem Leistungsbereich, der für Kohlekraftwerke üblich ist.
Kommunale Biomassekraftwerke ca. 1 – 20 MW
Kohlekraftwerke gibt es kleine mit unter 100 MW und Kraftwerke mit über einem Gigawatt
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