Wie viel Strom produziert eine Turbine?
Also meine Frage ist nicht wie viel Strom eine Turbine generell umwandelt, dass kann ja nicht so einfach beantwortet werden. Ich habe versucht das ein bisschen zu spezifizieren:
Wenn ich also ein kubikmeter Luft habe, und diese durch eine Röhre presse in der eine Turbine ist, die die kinetische Energie der Luft in Eletrische Energie (Strom) umwandelt, könnte man da ungefähhr sagen wie viel Strom entsteht? Bzw, was für eine Turbine da benutzt wird.
Wenn das ganze mit Luft zu schwierig ist, dann gerne auch stattdessen mit Wasser, also ein kubikmeter Wasser durch eine Röhre mit einer Turbine...
Wenn mir das wirklich jemand ungefähr sagen kann kriegt er die auszeichnung zur besten Antowort und ein Kompliment aufs Profil. Die Frage ist mir sehr wichtig.
Viele Grüße
Rafael
10 Antworten
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.
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
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.
ohne genaue daten kann dir das kaum einer sagen egal ob mit luft oder wasser
Das ganze ist eine sehr stark thermodynamische Frage. Wenn man das errechnen will, muss man sich mit thermodynamischen Kreisprozessen beschäftigen. Genauer gesagt mit rechtsläufigen Kreisprozessen (wenn es um Kraftwerke mit einem geschlossenen Kreislauf geht).
Um die Leistung einer Turbine zu berechnen brauchst du den Massenstrom des Arbeitsmittels, der durch die Turbine geht und die spezifischen Enthalpien vor und nach der Turbine.
Diese spezifischen Enthalpien hängen unter anderem vom Druck und der Temperatur des Arbeitsmittels ab.
Wenn du weißt, welche Leistung deine Turbine umwandelt, musst du das ganze noch mit dem Wirkungsgrad des Generators multiplizieren.
Du siehst, es ist nicht ganz so einfach wie du denkst: Luft/Wasser rein -> Strom raus. ;-)
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!
Doch. Die Frage kann einfach beantwortert werden: gar keinen, denn eine Turbine ist kein Generator. Die Turbine braucht einen solchen, damit Strom erzeugt werden kann. Wie viel dann da raus kommt, ist in der Tat auch vom Volumen abhängig, aber auch vom Druck, bei Wasserturbinen spricht man gern von der Fallhöhe:
Auch keine Spannung, sondern eine Drehbewegung an ihrer Achse, an der man ein Drehmoment abnehmen kann
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.