Kraft mit Wärme koppeln

Kraft mit Wärme koppeln

Kraft-Wärme-Kopplung Anlagen BHKW GuD-Kraftwerke Wirkungsgrad

GuD-Kraftwerk (Block 3 des Kraftwerkes Donaustadt) mit einer Kraft-Wärme-Kopplung und einem Nutzungsgrad von über 86 %; Inbetriebnahme 2001

Das Heizkraftwerk Berlin-Mitte wird zur Stromproduktion und zur Fernwärmeversorgung des Regierungsviertels eingesetzt.

Einleitung

In diesem aiMOOC erforschen wir das Thema der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), eine innovative und effiziente Methode zur Energiegewinnung, die gleichzeitig Strom und Wärme produziert. Die KWK ist eine Schlüsseltechnologie auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energieversorgung, da sie Energieverschwendung minimiert und so zur Schonung unserer Umwelt beiträgt. Durch die Verwendung von KWK-Anlagen können wir fossile Brennstoffe effizienter nutzen und die CO2-Emissionen signifikant reduzieren.

Kraft-Wärme-Kopplung: Ein Überblick

Was ist Kraft-Wärme-Kopplung?

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist ein Prozess, bei dem gleichzeitig elektrische Energie und nutzbare Wärme aus einer einzigen Energiequelle erzeugt werden. Das Besondere an dieser Technologie ist ihre hohe Effizienz, da sie die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme nicht ungenutzt lässt, sondern für Heizzwecke oder zur Warmwasseraufbereitung nutzt. Im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken, die nur Strom produzieren und dabei viel Wärme als Abfallprodukt an die Umgebung abgeben, nutzt die KWK diese Abwärme sinnvoll.

1. Die Grundprinzipien der KWK zeigen, dass hier ein Motor oder eine Gasturbine mit einem Generator kombiniert wird, um Strom zu erzeugen, während die Abwärme zur Wärmeerzeugung genutzt wird.
2. Im Kontext der erneuerbaren Energien spielt KWK eine wichtige Rolle, da sie mit verschiedenen Energieträgern kombinierbar ist und so zur Energieeffizienz und zum Umweltschutz beiträgt.
3. Typische Beispiele für KWK-Anlagen sind Blockheizkraftwerke (BHKW) und Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerke (GuD), welche in unterschiedlichen Szenarien zum Einsatz kommen.

Funktionsweise der KWK

Die Funktionsweise einer KWK-Anlage lässt sich am besten anhand von zwei Hauptkomponenten erklären:

1. Der Motor oder die Turbine wandelt einen Brennstoff wie Erdgas in mechanische Arbeit um, die dann von einem Generator in Strom umgewandelt wird.
2. Die dabei entstehende Abwärme wird durch einen Wärmetauscher geführt und als Fernwärme oder für Heizzwecke genutzt.

Effizienz und Umweltvorteile

Die Effizienz einer KWK-Anlage wird oft in Prozent angegeben und beschreibt, wie viel der eingesetzten Energie tatsächlich in nutzbare Strom- und Wärmeenergie umgewandelt wird. Dabei können KWK-Anlagen Wirkungsgrade von bis zu 90% erreichen. Durch die gleichzeitige Produktion von Strom und Wärme können Primärenergieeinsparungen von bis zu 40% im Vergleich zu getrennter Erzeugung erreicht werden.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt der Wirkungsgrad einer KWK-Anlage?

1. Den Anteil der eingesetzten Energie, der in nutzbare Strom- und Wärmeenergie umgewandelt wird.
2. Die Zeitspanne, die eine KWK-Anlage benötigt, um sich am Markt zu etablieren.
3. Den Prozentsatz der Energie, der ausschließlich zur Stromerzeugung verwendet wird.
4. Die Menge an Abwärme, die in die Umwelt abgegeben wird.

Was ist ein Vorteil der Kraft-Wärme-Kopplung?

1. Höhere Effizienz durch Nutzung der Abwärme
2. Es entstehen mehr Treibhausgase als bei herkömmlicher Stromerzeugung.
3. Die Abwärme wird in die Umwelt abgegeben und nicht genutzt.
4. Geringere Effizienz durch komplexere Technologie.

Warum sind Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerke

1. Sie nutzen ausschließlich erneuerbare Energiequellen.
2. Sie kombinieren zwei thermodynamische Kreisläufe und nutzen die Abwärme des einen für den anderen.
3. GuD
4. Sie erzeugen nur Wärme und keinen Strom.
5. Sie arbeiten mit sehr hohen Temperaturen, die nicht für die Wärmeversorgung geeignet sind.

Was ist ein Blockheizkraftwerk

1. Ein Großkraftwerk zur Versorgung ganzer Städte.
2. BHKW
3. Ein Kraftwerk, das ausschließlich auf der Nutzung von Kernenergie basiert.
4. Eine KWK-Anlage, die meist zur Versorgung von einzelnen Gebäuden oder Wohnblöcken dient.
5. Eine Anlage zur Aufbereitung und Lagerung von Braunkohle.

Welchen Wirkungsgrad können KWK-Anlagen erreichen?

1. Maximal 70%
2. Bis zu 90%
3. Ungefähr 25%
4. 50%

Welches ist ein typisches Beispiel für eine KWK-Anlage?

1. Windturbine
2. Wasserkraftwerk
3. Blockheizkraftwerk (BHKW
4. Photovoltaikanlage

Welcher Brennstoff kann NICHT in einer KWK-Anlage verwendet werden?

1. Erdgas
2. Heizöl
3. Biogas
4. Holz

Warum ist die Kraft-Wärme-Kopplung umweltfreundlich?

1. Die Abwärme wird als Schadstoff in die Atmosphäre abgegeben.
2. Sie nutzt ausschließlich fossile Brennstoffe.
3. Sie führt zu einer geringeren Energieverschwendung und reduziert Treibhausgasemissionen.
4. Sie verbraucht mehr Primärenergie als herkömmliche Kraftwerke.

Was versteht man unter Kraft-Wärme-Kopplung?

1. Eine Methode zur Umwandlung von Abwärme in Primärenergie.
2. Ein Verfahren zur ausschließlichen Stromgewinnung aus fossilen Brennstoffen.
3. Eine Methode zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme aus einer Energiequelle.
4. Ein System zur Speicherung von Wärmeenergie für die spätere Nutzung.

Wie wird die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme in einer KWK-Anlage genutzt?

1. Für Heizzwecke oder zur Warmwasseraufbereitung
2. Sie wird in Kühlhäusern für die Lebensmittellagerung verwendet.
3. Zur direkten Beheizung von industriellen Öfen.
4. Die Wärme wird in elektrische Energie zurückverwandelt.

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Memory

Nutzt Abwärme zur Heizung oder WarmwasseraufbereitungWirkungsgradWärmetauscherVersorgung von einzelnen Gebäuden oder Wohnblöcken mit Strom und WärmeKWKGleichzeitige Strom- und WärmeerzeugungKombination von Gas- und Dampfturbinen zur EffizienzsteigerungProzentsatz der umgewandelten Energie in nutzbare EnergieGuD-KraftwerkBHKW

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Waagrecht →	Senkrecht ↓
2 Maß für die Effizienz einer Energieumwandlung	1 Abkürzung für Blockheizkraftwerk 3 Kombiniert Gas- und Dampfturbinen 4 Art der Wärme, die durch KWK genutzt wird 5 Gleichzeitige Erzeugung von welchen zwei Energieformen?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird gleichzeitig und erzeugt, was die Effizienz gegenüber herkömmlichen erhöht.

Offene Aufgaben

Leicht

1. Recherchiere verschiedene Typen von KWK-Anlagen und erstelle eine Tabelle, die ihre Vor- und Nachteile vergleicht.
2. Erstelle ein Diagramm, das zeigt, wie die Wärme in einem Blockheizkraftwerk genutzt wird.
3. Interviewe jemanden, der in einem Unternehmen arbeitet, das KWK-Anlagen betreibt, und frage nach den Herausforderungen und Vorteilen dieser Technologie.

Standard

1. Entwickle ein kleines Modell eines BHKW mit einfachen Materialien, um die Funktionsweise zu demonstrieren.
2. Schreibe einen Bericht über die Bedeutung der KWK für die Energiewende in Deutschland.
3. Analysiere die Umweltvorteile von KWK im Vergleich zu traditionellen Energieerzeugungsmethoden.

Schwer

1. Entwerfe ein Konzept für ein virtuelles BHKW, das ein bestimmtes Viertel in deiner Stadt versorgen könnte.
2. Untersuche, wie die Integration von KWK-Systemen in das städtische Energienetz aussehen könnte.
3. Diskutiere in einer Gruppenarbeit, wie KWK-Technologie zur Erreichung der Klimaziele beitragen kann.

Lernkontrolle

1. Erkläre, wie die KWK-Technologie zur Reduzierung von CO2-Emissionen beiträgt.
2. Vergleiche die KWK mit anderen erneuerbaren Energietechnologien und diskutiere ihre jeweiligen Stärken und Schwächen.
3. Beurteile, inwieweit die KWK die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren kann.
4. Entwickle eine Strategie, wie KWK-Anlagen im großstädtischen Kontext zur Verbesserung der Luftqualität beitragen können.
5. Diskutiere die Rolle von KWK in einem zukünftigen, nachhaltigen Energieversorgungssystem.

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