Wieso kommt man bei der Turbine einen geringen Wirkungsgrad?
Frage ist, wieso auch bei Kernkraftwerken und Gaskraftwerken bei der Turbine so viel Energie verloren geht.
3 Antworten
Hallo,
ein KKW braucht die meiste Energie allein für die Kühlung,
der Brennstäbe.
Gasturbinen haben, "von Haus auf", einen geringen Wirkungsgrad,
da ja immer Sauerstoff als Reaktionspartner zugeführt werden muss.
Hansi
der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine kann nicht höher sein als der temperaturabhängige Carnot-Wirkungsgrad (2. Hauptsatz der Thermodynamik). Da das Kühlwasser nicht beliebig kalt sein kann (unter 273K geht nicht) und der Dampf nicht beliebig heiß sein kann (irgendwann geben die Turbinenschaufeln auf), kommt man auf theoretische Wirkungsgrade um die 60%, real technisch sind es dann eher 40%.
Das ist unabhängig davon, womit der Dampf erhitzt wird.
Der zweite H*rensohn der Thermodynamik, google das einfach mal
Wie erklärt man es einem Kind?
Schau doch selber nach was Carnot gemeint hat...
https://www.youtube.com/watch?v=5qOMCgmEh5A
Hansi
Der erste, der sich mit den Zusammenhängen zwischen Wärme und mechanischer Arbeit sowie deren Umwandelbarkeit und damit den Wirkungsgraden theoretisch beschäftigte, war Sadi Carnot, der 1824 die Schrift "Réflexions sur la puissance motrice de feu et sur les machinespropres à développer cette puissance" ("Reflexionen über die Antriebskraft des Feuers und die Maschinen, um diese Kraft zu entfalten") veröffentlichte. Damit begründete Carnot die Thermodynamik. In seiner Abhandlung stellte er fest, dass Wärme nicht gleich Wärme ist und die Möglichkeit, Wärme in mechanische Arbeit umzusetzen, von der Temperaturdifferenz zwischen Arbeitsmedium (z.B. Dampf) und Umgebungstemperatur abhängt. Deshalb wurde später auch der Carnotwirkungsgrad nach ihm benannt.
Carnots Schrift blieb außerhalb Frankreichs jahrzehntelang weitgehend unbeachtet, mit einer Ausnahme, die das Rennen von Rainhill 1829 entschied, als es darum ging, wer die erste überregionale Eisenbahn der Welt zwischen Liverpool und Manchester bauen sollte.
https://www.youtube.com/watch?v=Lrc3WF-sXME
In England gabs schon einige Zeit lang Dampfmaschinen und auch die ersten Dampflokomotiven, z.B. von Richard Trevithick von Timothy Hackworth ab 1808, John Blenkinsop 1812, William Hedley 1813 und auch George Stephenson 1814 sowie anderen. 1829 wurde ein Wettbewerb ausgeschrieben, wer die schnellste Lokomotive bauen kann, um dann damit die entstehende Eisenbahn in England aufzubauen. Der Sohn von George Stephenson, Robert Stephenson, war weit gereist und er war derjenige, der als einziger von allen Konstrukteuren die Schrift von Carnot gelesen hatte. Da er dadurch wusste, dass zwischen mechanischer Arbeit und Wärme ein enger theoretischer Zusammenhang besteht, der den Wirkungsgrad beeinflusst, baute er nicht wie die anderen Konstrukteure einen größeren Dampfkessel und Arbeitszylinder, sondern er erhöhte den Druck und damit die Arbeitstemperatur. Damit er den hohen Druck erreichen konnte, ohne dass der Dampfkessel explodiert, erfand der den sogenannten Röhrenkessel, denn kleine Röhren halten einen deutlich höheren Druck aus als ein großer Dampfkessel ohne Röhren, der wie ein Kochtopf funktioniert. Mit seiner Rocket gewann er deutlich den Wettbewerb und wurde in der Folge der bedeutendste Lokomotiv- und Eisenbahnbauer ganz Europas. Auch die erste Eisenbahnstrecke Deutschlands wurde 1835 von ihm gebaut incl. der Lokomotive "Adler", die eine Kopie der Rocket war.
Erst Jahrzehnte später kamen auch andere Konstrukteure dahinter, welche Bedeutung die Schrift von Carnot hat. Stephenson hatte das natürlich nicht an die große Glocke gehängt, welchen Wissensvorsprung er hatte.
Carnot stellte fest, dass der Anteil der Wärme η_c, der sich rein theoretisch maximal in Arbeit umwandeln lässt mit der Formelberechnen lässt:
η_c = (To - Tu) / To
To = obere Temperatur, also Temoperatur des Hei0ßdampfes, der in die Turbione strömt
Tu = untere Temperatur, also Temperatur im Kondensator, die letztlich vom Kühmittel abhängt.
Zu Ehren von Carnot wird η_c Carnotwirkungsgrad genannt.
Beispiel für eine Dampfturbine:
To = 550 °C = 823 K
Tu = 30 °C = 303 K
η_c = (823 - 303) / 823 = 0,63 = 63%
Mehr an Wirkungsgrad ist theoretisch nicht rauszuholen. Dazu kommen noch mechanische Verluste sowie Verluste durch Wirbelbildungen im Dampf, sodass der Wirkungsgrad der realen Dampfturbine bei um die 50 % liegt. Da auch an anderen Stellen noch Verluste auftreten, wie z.B. im Kondensator oder den ganzen Speisewasserpumpen, kommt das ganze Kraftwerk auf einen Gesamtwirkungsgrad von rund 45 %.
Diese Überlegungen sind auch auf Gasturbinen, Verbrennungsmotoren und alle anderen Wärmekraftmaschinen direkt übertragbar., da auch die Wärmer in Arbeit umwandeln sollen.
Tu ist die untere Temperatur des Arbeitsbereiches. Das ist bei einer Dampfturbine die Temperatur des Kühlwassers und bei einem Automotor die Umgebungstemperatur. Bei der Dampfturbine kann man den Danpf nicht weiter abkühlen als es der Temperatir des Kühlweassers bzw. der Umgebungsluft entspricht. Daraus kann man schließen, dass man im Winter mehr Leistung aus der Turbine holen kann als im heißen Sommer.
Wie kam er auf die Formel?
Durch eine Kombination aus Überlegung, Genie und Beobachtung. Carnot gehört im Prinzip zu den großen, aber weithin unbekannten, Genies der Neuzeit. Seine Erkenntnisse können nicht hoch genug gewertet werden.
Was ist der 2. HS der Thermodynamik.