Was ist die Aufgabe einer Turbine im Wärmekraftwerk?

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Was ist die Aufgabe einer Turbine im Wärmekraftwerk?

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Wie viel kWh sind nötig, um über einen Elektrolyseur mit Methanol 1 kWh Energie zu erzeugen?

Welche Dampfqualität ist für eine Dampfturbine erforderlich?

Welche Vorteile bietet eine Dampfreaktionsturbine?

Was macht das Turbinengebäude?

Wie heißt die Energieform, die durch den Dampf im Kernkraftwerk entsteht, um die Turbine anzutreiben?

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Die Aufgabe einer Turbine in einem Wärmekraftwerk besteht darin, die thermische Energie des Dampfes in mechanische Energie umzuwandeln. Der Dampf, der durch die Verbrennung von Brennstoffen (wie Kohle, Gas oder Öl) oder durch Kernspaltung erzeugt wird, strömt mit hohem Druck und hoher Temperatur in die Turbine. Dort expandiert der Dampf und treibt die Schaufeln der Turbine an, wodurch die Turbinenwelle in Rotation versetzt wird. Diese mechanische Energie wird dann in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt, die ins Stromnetz eingespeist wird.

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Um diese Frage zu beantworten, ist es wichtig, den Gesamtwirkungsgrad der Umwandlungskette zu betrachten: 1. **Elektrolyseur**: Strom wird genutzt, um Wasserstoff herzustellen. 2. **Methanolsynthe... [mehr]

Accepted Answer

Um diese Frage zu beantworten, ist es wichtig, den Gesamtwirkungsgrad der Umwandlungskette zu betrachten: 1. **Elektrolyseur**: Strom wird genutzt, um Wasserstoff herzustellen. 2. **Methanolsynthese**: Wasserstoff und CO₂ werden zu Methanol umgesetzt. 3. **Rückverstromung**: Methanol wird wieder in Strom umgewandelt (z.B. in einer Brennstoffzelle oder einem Motor). Du fragst, wie viel elektrische Energie (kWh) du investieren musst, um am Ende aus Methanol wieder 1 kWh Strom zu gewinnen. ### Schritt 1: Elektrolyse (Strom → Wasserstoff) - Wirkungsgrad: ca. **65–75 %** (moderne PEM-Elektrolyseure) ### Schritt 2: Methanolsynthese (Wasserstoff + CO₂ → Methanol) - Wirkungsgrad: ca. **70–80 %** ### Schritt 3: Rückverstromung (Methanol → Strom) - Wirkungsgrad: - Brennstoffzelle: ca. **40–50 %** - Verbrennungsmotor: ca. **30–40 %** #### Beispielrechnung (optimistisch): 1. **Rückverstromung (Brennstoffzelle, 50 %):** Um 1 kWh Strom zu erhalten, brauchst du 2 kWh Methanol (1 kWh / 0,5). 2. **Methanolsynthese (80 %):** Um 2 kWh Methanol zu erzeugen, brauchst du 2,5 kWh Wasserstoff (2 kWh / 0,8). 3. **Elektrolyse (75 %):** Um 2,5 kWh Wasserstoff zu erzeugen, brauchst du 3,33 kWh Strom (2,5 kWh / 0,75). **Gesamtergebnis:** Du musst etwa **3,3–5 kWh** elektrische Energie investieren, um am Ende aus Methanol wieder **1 kWh Strom** zu gewinnen (je nach Wirkungsgrad der einzelnen Schritte). **Fazit:** Die Umwandlungskette ist mit erheblichen Verlusten verbunden. Der Gesamtwirkungsgrad liegt typischerweise bei **20–30 %**. Das bedeutet, du musst **3–5 kWh** Strom investieren, um über den Umweg Methanol am Ende wieder **1 kWh** Strom zu erhalten. **Quellen:** - [Fraunhofer ISE: Power-to-Liquid](https://www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/power-to-liquid.html) - [Agora Energiewende: Die zukünftigen Kosten strombasierter synthetischer Brennstoffe](https://www.agora-energiewende.de/veroeffentlichungen/die-zukuenftigen-kosten-strombasierter-synthetischer-brennstoffe/)

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Die Dampfqualität (auch als "Dampfgrad" oder "Trockengehalt" bezeichnet) ist ein wichtiger Parameter für den Betrieb von Dampfturbinen. Sie gibt an, wie viel Prozent des... [mehr]

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Die Dampfqualität (auch als "Dampfgrad" oder "Trockengehalt" bezeichnet) ist ein wichtiger Parameter für den Betrieb von Dampfturbinen. Sie gibt an, wie viel Prozent des Dampfes im Dampfgemisch tatsächlich als Dampf (und nicht als Wassertröpfchen) vorliegt. Die Dampfqualität wird als Wert zwischen 0 (reines Wasser) und 1 (reiner Dampf) angegeben. **Für Dampfturbinen gilt:** - Die Dampfqualität sollte möglichst nahe bei 1 (also 100 % Trockendampf) liegen. - Typischerweise wird eine Dampfqualität von mindestens 0,9 (90 %) gefordert, besser sind Werte von 0,95 bis 1,0. - Zu niedrige Dampfqualität (viel Wasser im Dampf) führt zu Erosionsschäden an den Turbinenschaufeln und verringert den Wirkungsgrad. - In der Praxis wird meist überhitzer Dampf (also Dampf mit einer Temperatur über der Siedetemperatur bei dem jeweiligen Druck) verwendet, um eine Dampfqualität von 1 sicherzustellen. **Zusammengefasst:** Für den sicheren und effizienten Betrieb einer Dampfturbine sollte die Dampfqualität mindestens 0,9 (besser 0,95–1,0) betragen, idealerweise wird überhitzter Dampf eingesetzt.

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Eine Dampfreaktionsturbine bietet mehrere Vorteile: 1. **Hoher Wirkungsgrad:** Durch die kontinuierliche Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie ist der Wirkungsgrad oft höher al... [mehr]

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Eine Dampfreaktionsturbine bietet mehrere Vorteile: 1. **Hoher Wirkungsgrad:** Durch die kontinuierliche Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie ist der Wirkungsgrad oft höher als bei anderen Turbinenarten. 2. **Kompakte Bauweise:** Reaktionsturbinen sind meist kompakter, da der Druckabfall über mehrere Stufen verteilt wird. 3. **Gleichmäßige Belastung:** Die Kräfte auf die Schaufeln sind gleichmäßiger verteilt, was die Lebensdauer erhöht. 4. **Geringere Verschleißerscheinungen:** Durch die gleichmäßigere Druckverteilung werden die Bauteile weniger stark beansprucht. 5. **Bessere Anpassung an unterschiedliche Lasten:** Sie können effizient bei unterschiedlichen Lasten und Dampfdrücken arbeiten. 6. **Leiser Betrieb:** Reaktionsturbinen arbeiten oft leiser als andere Turbinenarten, da der Dampfstrom gleichmäßiger ist. Weitere Informationen findest du beispielsweise bei [Siemens Energy](https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/steam-turbines.html) oder [Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Dampfturbine).

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Das Turbinengebäude ist ein zentraler Bestandteil von Kraftwerken, insbesondere von Wasserkraftwerken und thermischen Kraftwerken. Es beherbergt die Turbinen, die mechanische Energie aus Wasser o... [mehr]

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Das Turbinengebäude ist ein zentraler Bestandteil von Kraftwerken, insbesondere von Wasserkraftwerken und thermischen Kraftwerken. Es beherbergt die Turbinen, die mechanische Energie aus Wasser oder Dampf in elektrische Energie umwandeln. Im Wasserkraftwerk wird die kinetische Energie des fließenden Wassers genutzt, während in thermischen Kraftwerken Dampf, der durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen oder durch Kernreaktionen erzeugt wird, die Turbinen antreibt. Das Turbinengebäude ist somit entscheidend für die Energieerzeugung und trägt zur Effizienz und Sicherheit des Kraftwerksbetriebs bei.

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Die Energieform, die durch den Dampf, der die Turbine antreibt, erzeugt wird, nennt man thermische Energie oder Wärmeenergie. In einem Kernkraftwerk wird die Wärme durch die Kernspaltung erz... [mehr]

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Die Energieform, die durch den Dampf, der die Turbine antreibt, erzeugt wird, nennt man thermische Energie oder Wärmeenergie. In einem Kernkraftwerk wird die Wärme durch die Kernspaltung erzeugt, die dann in mechanische Energie umgewandelt wird, wenn die Turbine rotiert.