Stromproduktion
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Grundlagen der Stromerzeugung Hintergrundinformationen: Grundlagen der Stromerzeugung 1. Elektrische Energie Elektrischer Strom ist eines der Verfahren des Energietransports. So wird heute die gesamte Beleuchtung, die meisten Haushaltsgeräte und die gesamte Elektronik und Rechnertechnik mit elektrischer Energie betrieben. Autos mit elektrischem Antrieb werden als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen benzinbetriebenen Gefährten propagiert. Ist eine permanente Verbindung mit dem Stromnetz nicht möglich, z. B. bei Autos oder mobilen Geräten, so muss die elektrische Energie entweder zwischengespeichert oder direkt im Gerät erzeugt werden (z. B. mittels kleiner Solarzellen für Taschenrechner, oder mittels Brennstoffzellen). Eine direkte Speicherung der elektrischen Energie im großen Maßstab ist derzeit nur durch Wandlung in eine andere Energieform möglich, z. B. mittels Akkumulatoren oder in noch größerem Maßstab z. B. bei Pumpspeicherkraftwerken. Für eher kleinere Energiemengen werden Kondensatoren und Spulen verwendet. Der umgangssprachliche Ausdruck „Strom verbrauchen“ ist technisch gesehen nicht richtig, da der Strom, der in ein Gerät hineinfließt, auch wieder herausfließt (Energie-Erhaltungssatz). In der Tat ist es beim üblichen Haushaltsstrom sogar so, dass die Elektronen nur im Leiter ein kleines Stück hin- und her „wackeln“, ohne dass tatsächlich eine nennenswerte Anzahl von Elektronen aus der Leitung ins Gerät fließt. Was tatsächlich „fließt“, ist elektrische Energie. Diese wird ebenfalls nicht verbraucht, wie sich das umgangssprachlich eingebürgert hat, sondern wird umgewandelt, z. B. in mechanische Energie (Motor), Wärme (Haartrockner) und chemische Energie (z. B. beim Aufladen von Handy- Akkus). Die dabei verrichtete Arbeit (das Produkt aus Spannung, Stromstärke und Zeit) wird durch einen sog. Stromzähler ermittelt. Deswegen wird der „Stromverbrauch“ auch in der Energieeinheit Kilowattstunde, und nicht in der Stromeinheit Ampere gezählt. Die technische Nutzung des elektrischen Stromes begann in der Mitte des 19. Jahrhunderts mit der Telegrafie und der Galvanik. Für beide Anwendungen reichten zunächst die Leistung von Batterien aus. Um 1866 fand Werner von Siemens das dynamoelektrische Prinzip und nutzte es bei der Entwicklung des ersten elektrischen Generators, den er als Zündmaschine für die Zündung von Sprengladungen vermarkten konnte. Ab 1880 entwickelten sich diese Generatoren immer mehr zu Großmaschinen, um den Strombedarf der immer größer werdenden Stromnetze befriedigen zu können. In erster Linie dienten diese Netze zur Bereitstellung von elektrischem Strom für die Beleuchtung mit Bogen- und Glühlampen in der Öffentlichkeit und den ersten Privathaushalten. Infolgedessen entstanden die ersten Kraftwerke, die zunächst noch mit einfachen Wasserturbinen und Dampfmaschinen angetrieben wurden. Seit Beginn des 20. Jahrhunderts stehen leistungsfähige Dampfturbinen zur Verfügung, die bis in die Gegenwart als Kraftmaschinen bei der Stromerzeugung dominieren 2. Fossil-thermische Kraftwerke (Kohle, Erdöl, Erdgas) Der größte Teil des Stroms in Deutschland wird in fossil-thermischen Kraftwerken produziert. Fossile Brennstoffe werden verbrannt, mit Hilfe der dabei entstehenden Wärme wird aus Wasser Dampf erzeugt, der Dampf treibt eine Turbine an, die Turbine wiederum einen Generator, der Strom erzeugt. In dieser Weise werden aber nur 30-45% der Primärenergie, die in den Rohstoffen enthalten ist in elektrische Energie umgewandelt. Der Rest der Energie geht als Wärme verloren.
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Stromproduktion
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Grundlagen der Stromerzeugung
Hintergrundinformationen: Grundlagen der Stromerzeu gung 1. Elektrische Energie Elektrischer Strom ist eines der Verfahren des Energietransports. So wird heute die gesamte Beleuchtung, die meisten Haushaltsgeräte und die gesamte Elektronik und Rechnertechnik mit elektrischer Energie betrieben. Autos mit elektrischem Antrieb werden als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen benzinbetriebenen Gefährten propagiert. Ist eine permanente Verbindung mit dem Stromnetz nicht möglich, z. B. bei Autos oder mobilen Geräten, so muss die elektrische Energie entweder zwischengespeichert oder direkt im Gerät erzeugt werden (z. B. mittels kleiner Solarzellen für Taschenrechner, oder mittels Brennstoffzellen). Eine direkte Speicherung der elektrischen Energie im großen Maßstab ist derzeit nur durch Wandlung in eine andere Energieform möglich, z. B. mittels Akkumulatoren oder in noch größerem Maßstab z. B. bei Pumpspeicherkraftwerken. Für eher kleinere Energiemengen werden Kondensatoren und Spulen verwendet. Der umgangssprachliche Ausdruck „Strom verbrauchen“ ist technisch gesehen nicht richtig, da der Strom, der in ein Gerät hineinfließt, auch wieder herausfließt (Energie-Erhaltungssatz). In der Tat ist es beim üblichen Haushaltsstrom sogar so, dass die Elektronen nur im Leiter ein kleines Stück hin- und her „wackeln“, ohne dass tatsächlich eine nennenswerte Anzahl von Elektronen aus der Leitung ins Gerät fließt. Was tatsächlich „fließt“, ist elektrische Energie. Diese wird ebenfalls nicht verbraucht, wie sich das umgangssprachlich eingebürgert hat, sondern wird umgewandelt, z. B. in mechanische Energie (Motor), Wärme (Haartrockner) und chemische Energie (z. B. beim Aufladen von Handy-Akkus). Die dabei verrichtete Arbeit (das Produkt aus Spannung, Stromstärke und Zeit) wird durch einen sog. Stromzähler ermittelt. Deswegen wird der „Stromverbrauch“ auch in der Energieeinheit Kilowattstunde, und nicht in der Stromeinheit Ampere gezählt. Die technische Nutzung des elektrischen Stromes begann in der Mitte des 19. Jahrhunderts mit der Telegrafie und der Galvanik. Für beide Anwendungen reichten zunächst die Leistung von Batterien aus. Um 1866 fand Werner von Siemens das dynamoelektrische Prinzip und nutzte es bei der Entwicklung des ersten elektrischen Generators, den er als Zündmaschine für die Zündung von Sprengladungen vermarkten konnte. Ab 1880 entwickelten sich diese Generatoren immer mehr zu Großmaschinen, um den Strombedarf der immer größer werdenden Stromnetze befriedigen zu können. In erster Linie dienten diese Netze zur Bereitstellung von elektrischem Strom für die Beleuchtung mit Bogen- und Glühlampen in der Öffentlichkeit und den ersten Privathaushalten. Infolgedessen entstanden die ersten Kraftwerke, die zunächst noch mit einfachen Wasserturbinen und Dampfmaschinen angetrieben wurden. Seit Beginn des 20. Jahrhunderts stehen leistungsfähige Dampfturbinen zur Verfügung, die bis in die Gegenwart als Kraftmaschinen bei der Stromerzeugung dominieren 2. Fossil-thermische Kraftwerke (Kohle, Erdöl, Erdg as) Der größte Teil des Stroms in Deutschland wird in fossil-thermischen Kraftwerken produziert. Fossile Brennstoffe werden verbrannt, mit Hilfe der dabei entstehenden Wärme wird aus Wasser Dampf erzeugt, der Dampf treibt eine Turbine an, die Turbine wiederum einen Generator, der Strom erzeugt. In dieser Weise werden aber nur 30-45% der Primärenergie, die in den Rohstoffen enthalten ist in elektrische Energie umgewandelt. Der Rest der Energie geht als Wärme verloren.
Grundlagen der Stromerzeugung Jedoch kann diese Wärme (im heißen Dampf befindlich) für die zentrale Wärmeversorgung des Ortes genutzt werden. So ein Kraftwerk, das sowohl Strom als auch Wärme produziert heißt Kraft-Wärme-Kopplungs Anlage. Im Gegensatz zu thermischen Wärmekraftwerken, die nur auf Stromproduktion ausgelegt sind, wird bei KWK-Anlagen durch die gleichzeitige Abgabe von Strom und Wärme ein sehr viel höherer Nutzungsgrad (bis zu 90 Prozent) erreicht. Durch KWK kann also erheblich Brennstoff eingespart werden, wenn Abnehmer der Wärme zur Verfügung stehen, wie z. B. in Form eines Fernwärmenetzes. 3. Kernkraftwerke Ein Kernkraftwerk (KKW) – auch Atomkraftwerk (AKW) genannt – ist ein Kraftwerk zur Gewinnung elektrischer Energie durch induzierte Kernspaltung in Kernreaktoren. Kernkraftwerke sind Dampfkraftwerke, wie auch die meisten anderen auf Wärmeumwandlung basierenden Kraftwerksarten (z. B. Öl, Kohle). In ihnen wird jedoch die zum Verdampfen des Wassers benötigte Wärme nicht durch Verbrennungsvorgänge, sondern durch Freisetzen von Kernenergie in Kernreaktoren gewonnen. Die im Spaltstoffvolumen entstehende Wärme wird durch Gas, Wasser oder flüssiges Metall abgeführt und zur Erzeugung von Dampf genutzt. Diese Medien werden auch als Primärkühlmittel bezeichnet. Die Umwandlung in elektrische Energie geschieht indirekt. Die Wärme, die bei der Kernspaltung entsteht, wird auf ein Kühlmedium übertragen, wodurch dieses erhitzt wird. Im Normalfall besteht das Kühlmittel aus Wasser; bei einigen Reaktortypen wird aus reaktorphysikalischen Gründen als Reaktorkühlmittel ein anderes Medium (Gas (z. B. Helium oder CO2), flüssiges Metall (z. B. Natrium oder eine Bleilegierung)) verwendet, das seinerseits die Wärme an einen zweiten Kühlkreislauf mit Wasser abgibt. Aus dem erhitzten Wasser wird Wasserdampf, der dann eine Dampfturbine antreibt. In den meisten Fällen besteht ein Kernkraftwerk aus mehreren Blöcken, die für sich völlig unabhängig voneinander elektrischen Strom erzeugen. Zur Zeit sind weltweit 210 Kernkraftwerke mit 439 Reaktorblöcken am Netz, laut Internationaler Atomenergiebehörde IAEA werden weltweit im Moment 34 Kernkraftwerke gebaut. Vorteile: Bei der Verwendung von Kernenergie wird kein CO2 freigesetzt. Nachteile: Die Uranvorkommen auf der Erde sind begrenzt. Beim Abbau sind massive Eingriffe in die Landschaft erforderlich. Die Verwendung von Kernenergie birgt große Risiken: Auch im normalen Betrieb entweichen kleine Mengen radioaktiven Materials vom Kernkraftwerk in die Umwelt. Die im Betrieb entstandenen Spaltprodukte müssen anschließend für längere Zeit von der Biosphäre fern gehalten werden bis sie zum größten Teil zerfallen sind. Diese Zeit reicht je nach Isotop von einigen Monaten bis zu vielen tausend Jahren. Das Risiko besteht hier in einer Freisetzung während der Zeit der Lagerung. 4. Wasserkraftwerke als Beispiel für erneuerbare En ergien Alternativen zu fossilen Energiequellen sind regenerative – also erneuerbare Energiequellen. Sie sind praktisch unerschöpflich, da sie sich nicht verbrauchen. Auch wenn wir sie nutzen, stehen sie künftigen Generationen ebenfalls in gleichem Maße zur Verfügung und sie verändern nicht das Klima –das ist Nachhaltigkeit!
Grundlagen der Stromerzeugung Zum Beispiel Wasserkraft: Wenn es in den Bergen und auf Hügeln regnet, sammelt sich das Wasser in Bächen, Flüssen und Strömen, die in die Meere fließen. Das fließende und fallende Wasser hat kinetische Energie (= Bewegungsenergie), mit der man Strom erzeugen kann. Bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft in größeren Kraftwerken werden verschiedene Arten von Turbinen verwendet. Wenn man das Wasser durch Dämme staut, wird die Bewegungsenergie gespeichert und es kann auch in regenarmen Zeiten Strom erzeugt werden. Aber man kann den Fluss auch einfach direkt durch Turbinen hindurchströmen lassen und dadurch Strom erzeugen. Das Wasser fließt durch einen Einlaß in eine Rohrleitung. Die Rohrleitung leitet das Wasser in eine Turbine, die durch das einströmende Wasser in Drehbewegung versetzt wird. Diese Turbine treibt über eine Welle einen Generator an, der Strom produziert. Nachteile: Talsperren mit Staumauern machen starke Eingriffe in die Umwelt erforderlich: Umsiedlung von Menschen, Veränderung des Ökosystems durch Flutung riesiger Flächen, Eingriff in die saisonalen Wasserstandsschwankungen der Flüsse, Sedimentablagerung im Stausee. Nutzungskonflikte in Regionen mit Wassermangel. Auch Gezeitenenergie ist eine Form der Wasserkraft, die wir nutzen können. Der Mond verursacht im Meer die Gezeiten. Durch den Wechsel von Ebbe und Flut entsteht eine Strömung, die sehr stark sein kann. Leitet man diese Strömung durch Turbinen, kann auch diese Strömung zur Stromerzeugung genutzt werden. Quelle: http://www.latvenergo.lv/pls/portal/docs/PAGE/LATVIAN/ZINI_ELEKTRIBU/zini_elektribu.pdf www.wikipedia.de
Grundlagen der Stromerzeugung
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Grundlagen der Stromerzeugung - Inhalt des pädagogischen Programms: erneuerbare und nicht-erneuerbare Energiequellen, Stromproduktion, Sparen von Energie (Alter: zwischen 13 bis 15 Jahre) Klassenstufe : 7-8 Lehrplanbezug Allgemeinbildung – im Bereich „Grundlagen der Technologie
und Wissenschaft Physik Begreifen der physikalischen Phänomene und Prozesse.
Umwandlung der Energietypen in mechanische und elektrische Prozesse. Physik und nachhaltige Entwicklung. Einschätzung der Auswirkung der unterschiedlichen Kraftwerksarten auf die Umwelt.
Dauer: 3x60 Minuten oder 3 Unterrichtsstunden + Projektbesichtigung Stichwörter: Erneuerbare Energiequelle, nicht-erneuerbare Energiequelle,
Windenergie, Wasserkraftwerk, Solarzellen, Stromgenerator, Kernenergie
Inhalt mit theoretischem Hintergrund Der Gebrauch von Haushaltgeräten, Transport, Industrie, Kommunikations-, Informations- und anderen Technologien wäre ohne elektrische Energie nicht möglich. Meist erkennen wir die Bedeutung der elektrischen Energie jedoch nur in den Situationen, wenn deren Versorgung unterbrochen wird. Die Unterrrichtseinheit sieht eine Gelegenheit für die Schülerinnen und Schüler vor, sich mit den unterschiedlichen – sowohl mit den erneuerbaren als auch mit den nicht- erneuerbaren - Energieressourcen, die zur Erzeugung der elektrischen Energie genutzt werden und den Grundsätzen des technologischen Prozesses vertraut zu machen. Während des Verlaufs dieser Einheit lernen die Schülerinnen und Schüler die Vor- und Nachteile der verschiedenen Arten der Stromerzeugung in bestimmten Regionen und die Auswirkungen von deren Bau auf die Umwelt kennen und einzuschätzen. Lernziele: • Die Schüler/innen sollen Kenntnisse über die Vielfalt der Ressourcen, die zur
elektrischen Stromerzeugung gebraucht werden, erlangen. • Die Schüler/innen sollen Kenntnisse über den technologischen Prozess der Erzeugung
des elektrischen Stromes erlangen. • Die Schüler/innen sollen einschätzen können, welche Auswirkungen die unterschiedliche
Kraftwerkstypen auf die Umwelt haben. • Die Schüler/innen sollen Fähigkeiten zur Kooperation und zum Forschen entwickeln. Lernumgebung Energiekraftwerke innerhalb einer erreichbaren Weite für die Schüler/innen, spezialisierte Bildungszentren, Schule.
Grundlagen der Stromerzeugung
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Material • Bilder der Orkane und der durch diese
verursachte Schäden in Lettland (PPt-Präsentation)
• DIN A3 Blätter • Farbstifte • Kartensätze “Produktion von
elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen“, “Produktion von elektrischer Eneregie aus nicht-erneuerbaren Energiequellen”
• 1-1,5 V Glühbirnen
• Solarzellen für Lernzwecke • 4 Dauermagnete (für jede Gruppe) • Pappkarton • Kupferdraht (0,03 mm) • Nagel (8 cm) • Schere • Tesafilm • Preise
Vorkehrungen, die vor dem Beginn des Programms getr offen werden sollen: Mit den Zuständigen des Energiekraftwerks Termin und Inhalt des Besuches vereinbaren. Strukturplan Dauer Etappen 15’ Einleitung. Diskussion um den Lernzusammenhang zur Bedeutung der elektrischen
Energie zu schaffen 15’ Aktivierung der vorhandenen Kenntnisse über Produktion von elektrischer Energie
durch Herstellung einer Gedankenkarte in Gruppen 15’ Lernspiele zur Erkundung der Ressourcen und technologischen Prozesse zur
Produktion von elektrischer Energie. 15’ Ergänzung der Gedankenkarte, Diskussion über die Ähnlichkeiten und
Unterschiede bei den Kraftwerken. 45’ Praxisorientierte Aktivitäten: Zusammenbau eines Stromgenerators und Erzeugung
der elektrischen Energie durch die Nutzung des Stromgenerator und der Solarzellen.
15’ Einschätzung der verschiedenen Kraftwerkstypen / Vorbereitung auf den Besuch. 60’ Feldbesuch des am nah liegendensten elektrischen Kraftwerks 60’ Präsentationen, Zusammenfassung, Auswertung
Programm Dauer Inhalte/Lehrplan Material 15’ Einleitung:
Die Schüler/innen werden aufgefordert, sich eine Situation vorzustellen: Ein Orkan hat das Stromversorgungssystem in eurer Stadt schwer beschädigt. Die zuständigen Dienste geben bekannt, dass die Stromversorgung frühestens in drei Tagen wieder aufgenommen weren kann. Frage: Mit welchen Schwierigkeiten werden die Einwohner der Stadt im Laufe dieser drei Tage konfrontiert? Der Lehrer und die Schulklasse hören den Antworten der Schüler/innen zu. Wenn der Unterrricht in einer Zeit stattfindet, in der eine Beleuchtung nötig ist, kann der Lehrer den Strom
PPt mit Orkanen in Lettland
Grundlagen der Stromerzeugung
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ausschalten und den Unterricht damit anfangen, indem er zeigt, welche Probleme dies verursacht. Man kann nichts sehen, nicht lesen, die angefertigten Präsentationen können nicht angesehen werden, die PCs und Mobiltelefone funktionieren nicht. Zusammenfassung der Ideen der Schüler/innen leiten zur Einschätzung der Bedeutung der Elektrizität im Leben eines modernen Menschen.
15’
Aufzeichnung der Gedankenkarten (Mindmap): Eine Diskussion wird organisiert, um zu erörtern, was man braucht, um z. B. Stoffe, Papier oder Möbel herzustellen. Der Lehrer fasst zusammen/ spricht darüber, dass die Produktion von elektrischer Energie natürliche Ressourcen, Herstellung der richtigen Geräte und die Aufsicht über deren Einsatz benötigt. Die Schüler/innen werden aufgefordert, sich in Gruppen von vier oder fünf aufzuteilen und die Rolle der Energiespezialisten einzunehmen. Am Ende des Unterrichts wird angekündigt, dass die kenntnisreichste Gruppe der Energiespezialisten einen Preis gewinnen wird. Die Gruppen bekommen eine Aufgabe: sie sollen ihr vorhandenes Wissen zusammenfassen und auf einem DIN A3 Blatt eine Gedankenkarte (Mindmap) zur Produktion von elektrischer Energie aufzeichnen (Ressourcen, Geräte, elektrische Energiekraftwerkstypen). Bei Bedarf kann der Lehrer erklären, was eine Gedankenkarte ist (www.wikipedia.de) Nach Abschluss der ersten Etappe der Aufzeichnungen der Gedankenkarten geben die Schüler/innen eine Einschätzung der gewonnenen Ergebnisse: Was hat unsere Arbeit behindert? Welches Wissen hat uns gefehlt? Was wissen wir über die Produktion von eklektrischer Energie und was wissen wir nicht?
DIN A3 Blätter Farbstifte
15’
Didaktisches Programm: Um die noch unvollständigen Gedankenkarten zu ergänzen und das vorhandene Wissen über die Ressourcen und technologischen Prinzipien, die der Produktion von elektrischer Energie zugrunde liegen, zu vertiefen, werden die Gruppen gebeten, an einem Gesellschaftsspiel teilzunehmen. Die Gruppen bekommen die Kartensätze “Produktion von elektrischer Energie aus erneuerbaren natürlichen Ressourcen“ und ihnen werden die Spielregeln erklärt. Nach den Spielregeln müssen die Gruppenmitglieder die gegebenen Karten in vier Reihen in logischer Weise anordnen. Die Gruppen bekommen die Kartensätze “Produktion von elektrischer Energie aus nicht-erneuerbaren natürlichen Ressourcen“ und werden gebeten, diese in logischer Weise anzuordnen.
Karten-sätze
15’ Ergänzung zur Gedankenkarte: Die Schüler/innen werden ermutigt, ihre Gedankenkarten mit den Informationen, die sie gewonnen haben, zu ergänzen. Die Schüler/innen werden gebeten, in den angeordneten Kartenreihen Ähnlichkeiten und Unterschiede bei der Produktion der Energie aus verschiedenen natürlichen Ressourcen zu finden. In den Gedankenkarten wird nach gemeinsamen Prinzipien bei der Produktion von elektrischer Energie gesucht. Jede Gruppe wird aufgefordert, ihre Schlussfolgerungen laut vorzulesen.
Grundlagen der Stromerzeugung
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Ein Fazit wird gezogen, dass die wichtigsten Dinge, die man für die Produktion von elektrischer Energie braucht, folgende sind: 1) ein Gerät, welches mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt - d.h. ein Stromgenerator; 2) Ressourcen – Brennmaterial oder Wasser, Wasser- oder Luftstrom, um den Stromgenerator zu betreiben; 3) Kenntnisse über elektrische und magnetische Phänomene.
45’ Arbeiten mit dem Konstrukteur: Den Schüler/innen wird erklärt, dass die Energiespezialisten nicht nur theoretisches Wissen, sondern auch praktische Fähigkeiten brauchen. Abhängig von den Gegebenheiten wird den Schüler/innen angeboten, eine oder zwei praktische Aufgaben zu erledigen. 1. Jede Gruppe der Schüler/innen bekommt einen Satz Solarzellen und Glühbirnen (1-1,5 V) und wird aufgefordert, zu kontrollieren, wie die Zellen funktionieren. (Ausgangsdrähte der Solarzelle müssen mit der Glühbirne verbunden sein. Wenn die Solarzelle ins Licht gehalten wird, muss die Glühbirne leuchten.) Es ist ratsam, das Funktionieren der Solarzellen mit einer INTERNET-Animation zu veranschaulichen: http://www.suntech-power.com/flash/solarcells.swf 2. Jede Gruppe bekommt Anleitungen und Geräte zum Bau eines Stromgenerators zur Verfügung gestellt. Die Gruppen werden aufgefordert, einen Stromgenerator zu bauen und diesen zu testen, und zu erklären wie er funktioniert. Anschließend betreibt jede Gruppe die neu konstruierten Generatoren, z. B. produzieren sie genügend elektrische Energie, um eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen. Jede Gruppe wird aufgefordert, die Prinzipien des Betriebs des Generators zu erklären und zu sagen, ob dies verbessert werden kann. Die Leistungen der Schüler/innen werden zusammengefasst: der Unterricht hat die Vertiefung sowohl des theoretischen Wissens als auch der praktischen Fähigkeiten gefördert. Zusätzliche Informationen kann man finden in: http://amasci.com/amateur/coilgen.html oder http://www.metacafe.com/watch/912594/simple_electric_generator/ Für weitere Informationen schauen Sie das Video an in: http://amasci.com/amateur/coilgen.html oder http://www.metacafe.com/watch/912594/simple_electric_generator/
Geräte zum Bau eines Genera-tors, Solar-zellen, Glühbirne, Schalt-drähte
60’ Feldbesuch bei einem elektrischen Energiekraftwerk in der Nachbarschaft. Ziel des Besuchs: herausfinden, ob das örtliche Kraftwerk die Prinzipien der effizientesten und umweltfreundlichsten Technologien anwendet und dieses mit den anderen Energiekraftwerkstypen vergleichen. Zusätzliche Informationen: http://www.latvenergo.lv/pls/portal/docs/PAGE/LATVIAN/ZINI_ELEKTRIBU/zini_elektribu.pdf
Grundlagen der Stromerzeugung
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60’ Bericht, Zusammenfassung: Nach dem Feldbesuch bekommen die Gruppen etwas Zeit, um wieder zusammen zu kommen und die gewonnenen Informationen zusammenzufassen wie auch einen Bericht zu erstellen. Nachdem man die Berichte angehört hat, werden Schlussfolgerungen gezogen und Zusammenfassungen erstellt. Schüler/innen werden ermutigt einzuschätzen, welche neuen Erkenntnisse sie gewonnen haben, was ihnen am meisten oder weniger am Unterricht gefallen hat. An die kenntnisreichsten und sorgfältigsten „Energiespezialisten“ werden Preise verteilt (für die informativste Gedankenkarte und den besten Stromgenerator und für den informativsten Bericht).
Preise
Grundlagen der Stromproduktion
Satz 1. Spiel “Energieproduktion aus erneuerbaren E nergiequellen”
Ziel: Wissen erlangen über primäre Energiequellen und technische Verfahren der Energieproduktion ����...................................................................................................................................
Spielanleitung. Das Spiel enthält 28 Doppelkarten in Form von Dominosteinen. 2-4 Mitspieler werden benötigt. Jeder Spieler bekommt 7 Doppelkarten. Wenn nur 2-3 Spieler da sind wird der Rest der Karten auf dem Tisch abgelegt. Das Spiel beginnt bei demjenigen der die Sonnenkarte hat. Falls niemand diese oder eine weitere Karte, die im Spielverlauf benötigt wird hat, dann wird eine Karte vom abgelegten Stapel aufgenommen, bis die benötigte Karte gefunden ist. Ziel des Spiels – Bilde vier logisch zusammengehörende Kartenreihen und gib so schnell wie möglich alle Karten ab. Die Karten werden so auf den Tisch gelegt, dass die Oberkante der Folgekarte an der Unterkante der vorherigen Karte liegt.
����...................................................................................................................................
Spielanleitung. Das Spiel enthält 28 Doppelkarten in Form von Dominosteinen. 2-4 Mitspieler werden benötigt. Jeder Spieler bekommt 7 Doppelkarten. Wenn nur 2-3 Spieler da sind wird der Rest der Karten auf dem Tisch abgelegt. Das Spiel beginnt bei demjenigen der die Sonnenkarte hat. Falls niemand diese oder eine weitere Karte, die im Spielverlauf benötigt wird hat, dann wird eine Karte vom abgelegten Stapel aufgenommen, bis die benötigte Karte gefunden ist. Ziel des Spiels – Bilde vier logisch zusammengehörende Kartenreihen und gib so schnell wie möglich alle Karten ab. Die Karten werden so auf den Tisch gelegt, dass die Oberkante der Folgekarte an der Unterkante der vorherigen Karte liegt.
����...................................................................................................................................
Spielanleitung. Das Spiel enthält 28 Doppelkarten in Form von Dominosteinen. 2-4 Mitspieler werden benötigt. Jeder Spieler bekommt 7 Doppelkarten. Wenn nur 2-3 Spieler da sind wird der Rest der Karten auf dem Tisch abgelegt. Das Spiel beginnt bei demjenigen der die Sonnenkarte hat. Falls niemand diese oder eine weitere Karte, die im Spielverlauf benötigt wird hat, dann wird eine Karte vom abgelegten Stapel aufgenommen, bis die benötigte Karte gefunden ist. Ziel des Spiels – Bilde vier logisch zusammengehörende Kartenreihen und gib so schnell wie möglich alle Karten ab. Die Karten werden so auf den Tisch gelegt, dass die Oberkante der Folgekarte an der Unterkante der vorherigen Karte liegt.
Grundlagen der Stromproduktion
Die Karten entlang der Dreierlinie ausschneiden. Die Karten von Spielsatz 1 und 2 können verschieden farbig sein..
Die Sonne – Hauptenergiequelle
Die Sonne – Hauptenergiequelle
Die Sonne – Hauptenergiequelle
Die Sonne – Hauptenergiequelle
Solarenergie
verbreitet sich als Licht
Die Sonne – Hauptenergiequelle
auf der Erde
Solarenergie verbreitet sich als
Licht
Solarenergie sorgt für die
Zirkulation des Wassers auf der
Erde
Sonnenstrahlung
lässt Pflanzen wachsen und
Biomasse bilden
Solarenergie bringt
die Luft zum Zirkulieren – Wind
Solarenergie wird Licht und Wärme
genannt
Flüsse – als erneuerbare
Energiequelle
Solarenergie bringt die Luft zum
Zirkulieren – Wind
Solarenergie ist eine erneuerbare
Energiequelle
Flüsse – als erneuerbare
Energiequelle
Biomasse ist eine erneuerbare
Energiequelle
Der Wind – ist eine
erneuerbare Energiequelle
Solarenergie
kann in elektrische Energie umgewandelt werden
Die
Bewegungsenergie des Wassers kann
genutzt werden
In einem
thermischen Kraftwerk wird
Wärmeenergie aus Biomasse erzeugt.
Grundlagen der Stromproduktion
Wind
als Energiequelle treibt eine
Windturbine an
Um elektrische
Energie zu erzeugen brauchen wir Solarzellen!
Die Bewegungsenergie
des Wassers kann in
elektrische Energie umgewandelt werden
Wärmeenergie wird zur Dampferzeugung
benötigt
Daugavpils TPP
Wind Generator
Solarkollektoren oder Solarbatterien
Für diesen Zweck werden
Wasserkraftwerke gebaut
In einem
thermischen Kraftwerk treibt
Dampf eine Dampfturbine an
Windgeneratoren
wandeln Windenergie in
elektrische Energie um
Solarbatterien
bestehen aus vielen Zellen
Windgeneratoren
wandeln Windenergie in
elektrische Energie um
In jeder Zelle der Solarbatterie wird Solarenergie in
elektrische Energie umgewandelt
Die Dampfturbine treibt den Generator
an
Elektrische Energie
wird über Stromleitungen
transportiert
Wasserfluss treibt die
Turbine an, die wiederum den
Generator antreibt
Der Generator erzeugt elektrische
Energie
PĜaviĦas HPP
In einem Wasserkraftwerk sind
Turbine und Generator die
wichtigsten Geräte
Grundlagen der Stromproduktion
Elektrische Energie
kann in andere Energieformen
umgewandelt werden, z. B. in Lichtenergie
In jeder Zelle der Solarbatterie wird Solarenergie in
elektrische Energie umgewandelt
Der Generator
wandelt die Bewegungsenergie
des Wassers in elektrische Energie
um
Elektrische Energie
kann in andere Energieformen
umgewandelt werden, z. B. in mechanische
Energie
Hier wird ein
Elektromotor benötigt
Satz 2: Spielkarten “Energieproduktion aus nicht-erneuerbaren Energiequellen”
Die Spielregeln sind die gleichen wie für Satz 1. Das Spiel wird mit der Erdkarte gestartet.
Bodenschätze –
fossile Energiequellen
Bodenschätze –
fossile Energiequellen
Bodenschätze –
fossile Energiequellen
Erdöl – fossile Energiequelle
Erdgas – fossile
Energiequelle
Kohle – fossile Energiequelle
Uran– nicht-erneuerbare
Energiequelle
Ölprodukte werden als Kraftstoff oder Brennstoff genutzt
Erdgas wird als Kraftstoff oder
Brennstoff genutzt
Kohle– wird als
Brennstoff genutzt
Uranerz ist ein Bodenschatz
Petroleum, Paraffin,
Mineralöl sind Produkte aus Öl
Elektr. Energie kann einfach über
große Entfernungen transportiert werden
Energie, die in der Solarbatterie
hergestellt wird, wird im
Akkumulator gesammelt
Grundlagen der Stromproduktion
In thermischen
Kraftwerken wird Mineralöl als
Brennstoff eingesetzt
In thermischen
Kraftwerken wird Erdöl als Brennstoff
eingesetzt
In thermischen
Kraftwerken wird Kohle als Brennstoff
eingesetzt
Uran aus Uranerz
wird als “Brennstoff“ im Kernkraftwerk
eingesetzt
für die Produktion von Wärme und
Dampf
für die Produktion von Wärme und Dampf
für die Produktion von Wärme und Dampf
In thermischen Kraftwerken treibt
Dampf die Dampfturbine
In thermischen Kraftwerken treibt
Dampf die Dampfturbine
In thermischen Kraftwerken treibt
Dampf die Dampfturbine
Hauptbestandteil eines
Kernkraftwerkes ist der Kernreaktor
Neutronen bewirken die Kernspaltung des Uranatoms
Die Dampfturbine treibt den
Generator an
Die Dampfturbine treibt den
Generator an
Die Dampfturbine treibt den
Generator an
Bei der Kernspaltung des Urans wird viel Energie freigesetzt
Der Generator erzeugt elektrische
Energie
Der Generator erzeugt elektrische Energie
Diese Energie wird zur
Dampferzeugung genutzt
Der Generator besteht aus einem Rotor und einem
Stator
Zur Herstellung eines Generators benötigen
wir Magnete und Kupferdraht
Kernkraftwerke haben auch eine
Dampfturbine die einen Generator
antreiben
Elektrische Energie kann einfach über große Distanzen transportiert werden
Grundlagen der Stromproduktion
durch Stromkabel kommt der Strom zum Verbraucher
Wenn sich der Rotor im Stator dreht wird elektrische Energie
erzeugt
Der Generator
erzeugt elektrische Energie
Haushaltsgeräte wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um
Elektrische Energie
kann in andere Energieformen
umgewandelt werden, z. B. in Lichtenergie
Wenn der Draht
zwischen den beiden Magnetpolen bewegt wird, dann wird eine Spannung erzeugt.
durch Stromkabel kommt der Strom zum Verbraucher
Spannung > 42 V ist lebensgefährlich!
Grundlagen der Stromerzeugung
Bau eines einfachen Generators
Material
• 4 - Magnet 1x2x5cm: Edu. Innv M-700, oder Radio Shk #64-1877, oder CMS • 1 - Spulendraht ( Kupferlackdraht) ca. 0,3 mm • 1 - Glühlampe, 1.5V 25mA Rad. Sh. #272-1139, oder All. LP-3 • 1 - Pappkarton-Streifen, 8cm x 30.4cm • 1 - Nagel, =/> 8cm • Messer oder Sandpapier, um die Isolierung zu entfernen • Tesafilm
Bauanleitung
Offene Box herstellen
• Pappstreifen zurechtschneiden _______________________________________________
| 8cm | 3.5cm | 8cm | 3.2cm | 7.7cm | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |________ __|____ __|________ ___|______|_______ __ _|
• Streifen wie angegeben falten und festkleben.
Merke: Der Draht sollte nahe am Magneten liegen, deshalb soll die Box so klein wie möglich sein.
• Bohr einen Nagel direkt in der Mitte durch die Box, so dass er an beiden Enden herausschaut.
• Zieh den Nagel wieder heraus und weite beide entstandenen Löcher mit dem Nagel ein wenig. Wenn Du ihn dann wieder rein steckst soll er sich darin drehen lassen.
• Steck den Nagel wieder durch die Löcher in der Box. • Klick jeweils 2 Magnete aneinander, sodass Du 2 Paare hast. • Bring die beiden Magnetpaare jeweils an einem Ende des Nagels, im
Inneren der Box, an. Drehe jetzt den Nagel!
Merke: Nagel und Magnet sollen sich frei drehen können. Die Magnete sollen beim Drehen nicht an die Box stoßen. Falls die Box zu klein sein sollte, fertige eine neue, etwas größere an.
Wickel den isolierten Kupferdraht um die Box
• Wähle den dünnsten Spulendraht, den Du bekommst, wickle ihn
Grundlagen der Stromerzeugung
außen um den Karton. Lass an beiden Enden etwa 10 cm Draht überstehen. Befestige den Draht mit Tesafilm.
• Der Nagel muss nicht vollständig mit eingewickelt sein.
• Entferne je 2 cm der Isolierung mit Sandpapier oder einem Messer
an den beiden Enden des Drahtes.
Platzieren der Magneten um den Nagel
• Klick die beiden Magnetpaare je an eine Nagelseite im Inneren der Box.
• Zum Stabilisieren der Box kannst Du Pappwürfel reinstecken und die Magnete mit Tesafilm am Nagel fixieren, damit sie nicht rum schlackern.
Befestige die Lampe
• Stelle sicher, dass die Isolierung an den beiden Drahtenden entfernt ist.
• Dreh ein Drahtende um den silbernen Draht (Stift) der kleinen Glühbirne und das andere Drahtende um den anderen Glühbirnenstift.
Überprüfe den Generator
• Dreh die Nagel/Magnet Kombination sehr schnell, sodass die Lampe glimmt. Falls Du das Aufleuchten der Lampe nicht siehst, probier es noch mal in einem dunklen Raum.
• Achte darauf, dass der Magnet beim Drehen nicht die Box berührt und damit die Drehgeschwindigkeit reduziert.
• Halte den Nagel so in der Hand, wie Du ihn am schnellsten drehen kannst. Merke: Bei zu schnellem drehen kann die Lampe durchbrennen oder der Magnet durch den Raum fliegen.
Merke: Dein Generator produziert Wechselstrom mit max. 2 V Spannung. Das ist ungefährlich.
Wie kann der Generator verbessert werden?
• Je mehr Draht du nimmst desto stärker ist der Generator.
Siehe auch das Video: http://amasci.com/amateur/coilgen.html or http://www.metacafe.com/watch/912594/simple_electric_generator/
Grundlagen der Stromerzeugung
Warnung!
Magnete nicht in der Nähe von Computern, Disketten, Videobändern, Fernsehgeräten und Geldkarten mit Magnetstreifen bewegen.
Wie arbeitet ein einfacher Generator?
Ein elektrischer Generator ist eine elektrische Maschine, die Bewegungsenergie bzw. mechanische Energie in elektrische Energie wandelt und damit technisch gesehen identisch mit einem Elektromotor ist, der umgekehrt elektrische Energie in Bewegungsenergie wandelt. Im Generator wird der Rotor (auch Läufer genannt) im Inneren des Generators gegenüber dem feststehenden Stator-Gehäuse (auch Ständer genannt) gedreht. Durch das vom Rotor mit einem Dauermagnet erzeugte, umlaufende magnetische Gleichfeld wird in den Leitern bzw. Leiterwicklungen des Stators durch die Lorentzkraft elektrische Spannung induziert.
Elektrischer Motor
Es ist ganz einfach einen Genertaor in einen Motor umzuwandeln:
• Isoliere mit Farbe oder Isolierband den Nagel an einer Seite. • Nimm eine 4,5V Batterie und die beiden Generatordrähte und berühre damit den Nagel.
Damit formst Du einen Schalter. • Die rotierenden Magnete drehen den Nagel, der wiederum schaltet die Spule ean und
aus zur richtigen Zeit.
Andere Möglichkeiten zum Generatorbau:
• http://www.creative-science.org.uk/8blade.html • http://mike-thomson.com/blog/?cat=9 • http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/generator/ac.html • http://wzlianying.en.alibaba.com/product/200010489/51355668/Hand_Driven_DC_AC_G
enerator.html
Hurrikane und der Schaden, den sie anrichten (Beispiel Lettland)
Modul: “Grundlagen der Stromerzeugung”
Carnikava, 2001.01.11. Source: www.latvijasdaba.lv
Randu Meadows, 2005. 09.01. Source: www.latvijasdaba.lv
Liepaja, 2008.09.07. Source: http://www.tvnet.lv/zalazeme/
Saulkrasti, shore of the Gulf of Riga, 2005.09.01. Source: www.latvijasdaba.lv
Red Cliffs, Vidzeme seashore, 2005.09.01. Source: www.latvijasdaba.lv
North-Vidzeme biosphere reservation, 2005.09.01. Source: www.latvijasdaba.lv
Selija, 2008.07. Source: www.poga.lv
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