Pumpspeicherwerk

Aus SystemPhysik
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Umwälzwerk Grimsel 2

Grimsel 2 ist das modernste Kraftwerk der KWO (Kraftwerke Oberhasli AG). Erbaut von 1973 bis 1980. Die vier Maschinengruppen mit je einem Pumpenrad und einem Turbinenrad an der gleichen Welle nutzen das Gefälle zwischen Oberaarsee und Grimselsee, resp. pumpen Wasser vom Grimselsee in den Oberaarsee. Mit dem Umwälzwerk Grimsel 2 pumpt man mit überschüssiger Energie aus dem elektrischen Netz Wasser in einen höher gelegenen See. Zu einem späteren Zeitpunkt nutzt man dieses Wasser wieder zur "Energieproduktion".

Daten

4 Francisturbinen

gesamte elektrische Leistung = 344 MW

Durchfluss = 93 m3/s

Fallhöhe = 400 m (Höhendifferenz zwischen Oberaarsee und Grimselsee)

4 Pumpen (Francisräder)

gesamte elektrische Leistung = 363 MW (wird für diese Aufgabe nicht gebraucht)

Durchfluss = 80 m3/s

Förderhöhe = 400 m (Höhendifferenz zwischen Oberaarsee und Grimselsee)

Wirkungsgrad

Turbinen und Pumpen sind Energieumlader. Der in die Turbine hineinfliessende hydraulische Energiestrom wird zuerst auf den Energieträger Drehimpuls und dann im Generator auf den Energieträger Elektrizität umgeladen. Bei diesen Prozessen entstehen „Verluste“ (Energie wird disssipiert, Entropie wird produziert). Als Wirkungsgrad definiert man das Verhältnis der Prozessleistung des gewünschten Energieträgers zur Prozessleistung des zuzuführenden Energieträgers.

[math]\eta =\frac {P_{ab}}{P_{zu}}[/math]

Aufgaben

  1. Berechnen Sie die maximal mögliche hydraulische Prozessleistung der Turbine aus der Höhendifferenz und der Volumenstromstärke. Bestimmen Sie mit Hilfe der gegebenen elektrischen Leistung den Wirkungsgrad.
  2. Formulieren Sie den Wirkungsgrad der Pumpe. Berechnen Sie die hydraulische Prozessleistung der Pumpe aus der Höhendifferenz und der Volumenstromstärke. Welche elektrische Prozessleistung muss zugeführt werden, wenn die Anlage als Pumpe denselben Wirkungsgrad hat wie als Turbine?
  3. Wie viel Prozent der Energie geht „verloren“ (wird dissipiert)?
  4. Wo entstehen bei diesem ökonomisch interessanten Prozess weitere „Energieverluste“?
  5. Schätzen Sie den Leistungsverlust im Triebwasserstollen ab, indem sie vernünftige Annahmen bezüglich Durchmesser und Länge treffen (Rohrreibungszahl 0.02). Was bedeutet Ihr Resultat für den Wirkungsgrad von Turbine und Pumpe?

Hinweis: Nützliche Informationen zur turbulenten Reibung in einem Rohr finden Sie unter gerades Rohrstück

Resultate

Lösung