Wie viel Strom produziert eine Turbine?

8 Antworten

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Erstens nennen wir das Aggregat, mit dem man kinetische Energie von Fluiden (Flüssigkeiten oder Gasen) in elektrische Energie wandelt, nicht "Turbine", sondern "Turbogenerator". Das ist die Kombination von Turbine und Elektrogenerator.

Zweitens richtet sich die Bauart der Turbine nach vielerlei konkreten technischen Anforderungen wie z.B. nach der Art des Fluids, nach Druck, Durchflussmenge pro Zeit, Leistung, Drehzahl u. dergl. mehr. Siehe dazu bei Wiki nach "Turbine".

Drittens ist die Frage, "wie viel Strom entsteht", hier falsch gestellt. Die maximal erzielbare Stromstärke liegt in der Beliebigkeit der technischen Planung. Die aktuelle Stromstärke ergibt sich einerseits aus den Planungsdaten und andererseits aus der aktuell abgegebenen elektrischen Leistung. Siehe Wiki "Stromstärke".

Die vom Turbogenerator abgegebene elektrische Leistung (Produkt aus Spannung und Stromstärke) dagegen ist gleich der mechanisch zugeführten Leistung mal Wirkungsgrad (Verhältnis von abgegebener Leistung zu zugeführter Leistung. Dieser Wirkungsgrad liegt bei großen Anlagen im Bereich von etwa 0,9.

Die Leistung der Anlage ergibt sich bei Luft- bzw. Gasturbinen aus der Durchflussmenge pro Zeit und dem Druck. Das gilt im Prinzip so auch bei Flüssigkeitsturbinen. Hier können wir aber z.B. die Leistung von Wasserkraftwerken an Stauwerken ganz einfach berechnen:

Die Lageenergie des Wassers ist gleich Masse mal 9,81 (Gravitationskonstante) mal Fallhöhe des Wassers, kurz E = mgh. Leistung ist gleich Energie durch Zeit. Die Leistung einer Wasserturbine ist also gleich fallende Wassermasse pro Zeit mal 9,81 mal Fallhöhe.

Die Potentielle Energie von 1000 kg Wasser über eine Fallhöhe von 100 Metern z.B. beträgt rund 0,272 kWh (Kilowattstunden). Wird dieses Reservoir in einer Stunde voll genutzt, dann beträgt die zugeführte mechanische Leistung durchschnittlich 272 W (Watt) und die abgeführte elektrische Leistung etwa 245 W. Bei einer angenommenen Spannung von 230 V würde dabei die Stromstärke fast genau 1 A (Ampere) betragen. Zum Vergleich: Die handelsüblichen Heizlüfter nehmen 2 000 W auf.

Ich hoffe, dass ich oben richtig gerechnet habe. Nun kannst Du die Leistung für Dein Gezeitenkraftwerk daraus errechnen. Wenn beispielsweise Deine Fallhöhe durchschnittlich 1 Meter beträgt statt 100 Meter, sind die 272 W durch 100 zu teilen bei 1000 Liter Wasserdurchfluss pro Stunde. Ein Teil der Leistung soll sich auf eine Luftturbine verzweigen, so wie ich das verstanden habe. Da würde ich schätzungsweise einen Wirkungsgrad von 0,2 einsetzen. Damit käme Deine Anlage pro Meter Fallhöhe etwa auf 272/100 mal 0,2 Watt = 0,544 W. Bei 6 m Fallhöhe würde das schon reichen für den Betrieb eines Fahrradlämpchens mit 3 Watt. Bei niedrigerer Fallhöhe oder weniger Wasserdurchfluss pro Stunde eben entsprechend weniger.

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@dompfeifer

Fazit: das lohnt sich wahrscheinlich nicht?

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@dompfeifer

ach und.. Es gibt keine Fallhöhe. Wenn man davon ausgeht das die Flut ihren höchsten Punkt erreicht hat (Tidehochwasser ist ca. 3 Meter höher als Tidenidrigwasser) Dann herrscht 3 Meter unter dem Wasserspiegel wo das Loch zu der Box ist ein Druck von 29421 Pascal, also knapp 0,3 bar. Ich hab das mal aufgezeichnet. Keine Sorge, das Bild ist sicher: https://www.mediafire.com/?tcvh6tcvv7371ou

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@F0rt4s

Mit dem o.g. Link weiß ich nichts anfangen. - Wenn der Tidenhub bei 3 m liegt, dann rechne ich mit bestenfalls 1,5 m durchschnittlicher Fallhöhe, weil Du ja ständig mit der Annäherung von oberem und unterem Wasserspiegel arbeitest. Da komme ich bei angenommenen 0,28 Liter Wasserdurchfluss pro Sekunde (Das sind 1000 Liter pro Stunde) und einem angenommenen Wirkungsgrad von 0,2 auf eine elektrische Leistung von 0,816 Watt. Das könnte mühsam hinreichen, um ein Taschenlampenbirnchen zum Glühen zu bringen.

Fazit: das lohnt sich wahrscheinlich nicht?

Mit Verlaub, bei der Frage muss ich richtig lachen. Woher soll ich wissen, welchen Zweck Du mit Deiner Frage zum Gezeitenkraftwerk-Spielzeug verfolgst? Um bis zum Hals im herbstlichen Nordseewasser stehend ein Taschenlampenbirnchen zum Leuchten zu bringen, wirst Du bestimmt umstandslosere Methoden finden. Ob Dir diese ganze technische Spielerei irgendwelchen Spaß bereitet oder Dich dazu animiert, Dich mit elementaren physikalischen Zusammenhängen zu befassen, musst Du selbst am besten wissen. Was hast Du denn wohl anderes erwartet?

Nebenbei noch ein Hinweis zu meiner pessimistischen Schätzung des anzunehmenden Wirkungsgrades von 0,2. Für das billige Kleinspielzeug (etwa Spielzeug-Turbine mit Fahrrad-Dynamo) setzte ich etwa den halben Wirkungsgrad der professionellen Großkraftwerke (Dafür bekommst Du ja ohnehin weder Kapital noch Baugenehmigung!) mit 0,4. Und den Wert halbierte ich noch einmal in der nahe liegenden Annahme, dass Dir bei Deinen technischen Kenntnissen bei der technischen Realisierung im Detail noch einige Rechenfehler bzw. technische Schlampereien unterlaufen.

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Generell erst mal: Eine Turbine produziert weder Strom noch Spannung oder eine elektrische Leistung, sondern der Generator, der durch die Turbine angetrieben wird! Dieser besteht aus einem Ständer und einem Rotor, in denen Spulen (Wicklungen) angeordnet sind. Meist werden die Ständerwicklungen als Erregerwicklungen verwendet, die ein Magnetfeld erzeugen. In diesem drehen sich die Rotorwicklungen und entsprechend deren Aufbau (Stärke und Windungen) wird über Induktion mit einer entsprechendem Leistungsvermögen eine Spannung erzeugt.
Punkt, Schluß und aus, mehr nicht!
Ein Strom wird nicht erzeugt, sondern von den Verbrauchern abgefordert (entzogen)! Der Generator muß nur leistungsmäßig dies aufbringen, ohne dass die Spannung zusammenbricht! Die Generatorleistung ist also das Entscheidende!

Dann erkläre ich mal was ich damit will. Energiegewinnung durch die Gezeiten. Das bedeutet ich habe eine Box. Der Boden der Box ist auf der Höhe des Meeresspiegels bei Tideniedrigwasser, das Dach der Box auf er Höhe des Wassers bei Tidehochwasser. unten ist eine Röhre durch die das Wasser reingedrückt wird bei Flut bzw abfließt bei Ebbe. Durch eine Turbine bzw Generator in der Röhre soll dann die Bewegung des Wassers umgewandelt werden. Genauso mit der Luft: oben in der Box ist eine Röhre durch die dann die Luft entweichen kann die durch das steigende Wasser in der Box rausgepresst wird bzw eingesogen wird durch das zurückgehen des Wassers. Dieser Luftstrom soll natürlich auch genutzt werden...

Turbine mit Generator. Kenne ich, habe ich schon mal irgendwo gesehen, 'Jugend forscht' im TV oder so.

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Je größer du so eine Anlage baust, desto mehr Leistung kannst du natürlich den Wellen abgewinnen. (Zahlen hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenkraftwerk#cite_ref-4). Da es sich hierbei um periodische und nicht kontinuierliche Vorgänge handelt und kein Kreislauf existiert, ist die ganze Sache ja noch mal komplizierter.

Luft ist außerdem ein kompressibles Fluid und Wasser nicht. Das alles auszurechnen ist schon nicht so einfach.

Wenn dich das wirklich interessiert, solltest du Ingenieur werden.

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@mehaba

Hab ich auch vor :D aber bis ich das studiert habe dauerts noch..

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@mehaba

Ach verdammt. so was änliches gibt es ja schon.... DD: Danke für den Hinweis. Dann brauch ich ja auch nicht länger drüber nachzudenken :(

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@F0rt4s

Ich weiß leider wirklich nicht mehr, wo ich das gesehen habe, ist schon ein paar Jahre her, aber ich habe ein gutes Gedächnis für solche Sachen. Google 'Bilder' findet nichts vergleichbares mit 'Gezeitenkraftwerk'. Das ist kein gutes Zeichen. Immer wieder wird über irgendwelche scheinbar geniale Öko-Entwicklungen berichtet, die dann aber sang- und klanglos verschwinden.

Trotzdem Respekt :-) wenn du dir das selber ausgedacht hast. Die Idee ist ja nicht verkehrt.

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