Da die Vorräte an fossilen Brennstoffen endlich sind, wird der Ruf nach alternativen Energiegewinnungsmethoden stets lauter. Wir haben uns auf die Suche begeben.
Das Parabolrinnenkraftwerk ist eine realistische Alternative. Dieses könnte in Zukunft ein echter Konkurrent für konventionelle Kraftwerke sein. Durch die langen Erprobungsphasen, hat es mittlerweile Serienreife bewiesen.
Auf 50 Seiten wird erklärt, wie ein solches Kraftwerk funktioniert, wo seine Stärken und auch Schwächen liegen. Zudem wird auf den physikalischen Hintergrund nicht verzichtet. Ausführlich wir auf das Reflexionsgesetz, das Brechungsgesetz und die Parabel eingegangen. Da in der heutigen Zeit das Atomkraftwerk nicht mehr aus einer industrialisierten Nation wegzudenken ist, widmet diese Projektarbeit dem Bereich Kernkraft, ein eigenes Kapitel.
Inhaltsverzeichnis
1.0. AUFGABENSTELLUNG
1.0.1. WESHALB NEUE ENERGIEGEWINNUNGSMETHODEN?
1.0.2. ABER WESHALB SONNENENERGIE?
1.1. SOLARTHERMISCHE KRAFTWERKE
1.1.1. SOLARTURM ANLAGEN
1.1.2. PARABOLRINNEN ANLAGEN
1.2. AUFBAU DES PARABOLRINNENKRAFTWERKES
1.3. SCHEMATISCHER AUFBAU
1.3.1. DAS SOLARFELD (AM BEISPIEL ANDASOL 3)
1.3.2. DER SPEICHER
1.3.2.1. FUNKTIONSPRINZIP DES SPEICHERS
1.3.3. DER WÄRMETAUSCHER
1.3.3.1. FUNKTIONSPRINZIP DES WÄRMETAUSCHERS
1.3.4. DAMPFTURBINE UND STROMGENERATOR
1.3.4.1. FUNKTIONSPRINZIP DER DAMPFTURBINE
1.3.5.1. DAS FUNKTIONSPRINZIP DES STROMGENERATORS
1.3.6. DER KONDENSATOR
1.3.6.1. DAS FUNKTIONSPRINZIP DES KONDENSATORS
1.4. LEISTUNG UND WIRKUNGSGRAD
1.4.1. LEISTUNG EINES PARABOLRINNENKRAFTWERKES
1.4.2. WIRKUNGSGRAD EINES PARABOLRINNENKRAFTWERKES
1.5. STANDORTE
2.0 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN
2.0.1. DAS AUGE
2.0.2. REFLEXIONSGESETZ
2.0.2.1. DIE GERICHTETE REFLEXION
2.0.2.2. DIE DIFFUSE REFLEXION
2.0.2.3. REFLEXION VON LICHTSTRAHLEN
2.0.3. DER HOHLSPIEGEL (KONKAVSPIEGEL)
2.0.3.1. ENTSTEHUNG DES REELLEN BILDES
2.0.3.2. ENTSTEHUNG DES VIRTUELLEN BILDES
2.0.3.3. DIE ABBILDUNGSGLEICHUNG DES HOHLSPIEGELS
2.0.4. DER WÖLBSPIEGEL (KONVEXSPIEGEL)
2.0.5. SNELLIUSSCHES BRECHUNGSGESETZ
2.0.5.1. ERKLÄRUNG DES BRECHUNGSGESETZES ANHAND BSP.
2.0.6. TOTALREFLEXION UND GRENZWINKEL
2.0.7. DIE PARABEL
2.0.7.1. DIE ALLGEMEINE GLEICHUNG EINER PARABEL
2.0.7.2. DER STRECKUNGSFAKTOR
2.0.7.3. VERSCHIEBUNG AUF DEM Y-ACHSENABSCHNITT
2.0.7.4. VERSCHIEBUNG AUF DER X-ACHSE/Y-ACHSE
2.0.8. DER BRENNPUNKT
3.0. KERNKRAFT
3.0.1. GESCHICHTE DER ATOMKRAFT
3.0.2. REAKTOREN UND IHRE FUNKTION
3.0.2.1. DER SIEDEWASSERREAKTOR
3.0.2.2. DER DRUCKWASSERREAKTOR
3.0.2.3. DER SCHWERWASSERREAKTOR
3.0.3. FUNKTIONSPRINZIP DER KERNSPALTUNG
3.0.3.1. DER KERNBRENNSTOFF
3.0.3.2. URANANREICHERUNG
3.0.3.3. DER MODERATOR
3.0.3.4. DIE KERNSPALTRUNG
3.0.3.5. ZERFALLSARTEN
3.0.4. DER ATOMAUSSTIEG
3.0.4.1. DAS VORGESCHEHEN
3.0.4.2. DAS ATOMAUSSTIEGSGESETZ
3.0.5. ENERGIEEFFIZIENZ
3.0.5.1. ENERGIETRÄGER IN DEUTSCHLAND
3.0.6. WIRTSCHAFTS- UND UMWELTASPEKTE
3.0.6.1. KOSTENFAKTOR
3.0.7. RISIKEN DER KERNENERGIE
4.0. PRAKTISCHER TEIL: BAU EINER PARABOLRINNE
4.0.1. CAD PLÄNE
4.0.2. BILDER VOM BAU
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Funktionsweise und Wirtschaftlichkeit von solarthermischen Parabolrinnenkraftwerken als zukunftsfähige Alternative zur fossilen und nuklearen Energiegewinnung, wobei sowohl die physikalischen Grundlagen der Optik als auch der praktische Bau eines Funktionsmodells detailliert dargestellt werden.
- Grundlagen solarthermischer Kraftwerkstypen (Turm vs. Parabolrinne)
- Detaillierte Analyse der technischen Komponenten eines Parabolrinnenkraftwerks
- Physikalische Prinzipien der Optik (Reflexion, Brechung, Parabelformen)
- Vergleich der Energiedichte und Wirtschaftlichkeit von Kernkraft vs. Solarenergie
- Konstruktion und Dokumentation eines Modells einer Parabolrinne
Auszug aus dem Buch
1.3.1. DAS SOLARFELD (AM BEISPIEL ANDASOL 3)
Das Solarfeld ist das wichtigste Bauteil des Kraftwerks.
Zudem nimmt es am meisten Platz ein. Bei dem Kraftwerk Andasol 3 hat das Solarfeld eine Größe von 497.040m² Spiegelfläche. Diese Fläche entspricht 204.288 Spiegeln.
Die Spiegel folgen dem Sonnenverlauf, um jederzeit eine perfekte Stellung zur Sonne zu ermöglichen.
Nur wenn die Sonnenstrahlen exakt im rechten Winkel auf die Spiegelfläche auftreffen, werden sie am Absorber gebündelt.
Zusammenfassung der Kapitel
1.0. AUFGABENSTELLUNG: Erläutert die Notwendigkeit neuer Energiequellen angesichts endlicher fossiler Brennstoffe und begründet die Wahl des Parabolrinnenkraftwerks als serienreife Lösung.
1.1. SOLARTHERMISCHE KRAFTWERKE: Unterscheidet zwischen Solarturm-Anlagen und Parabolrinnen-Anlagen und beschreibt deren grundlegende Funktionsweise zur Dampferzeugung.
1.2. AUFBAU DES PARABOLRINNENKRAFTWERKES: Beschreibt den Aufbau des Solarfeldes und den Kreislauf des Wärmeträgermediums sowie dessen Umwandlung in elektrische Energie.
1.3. SCHEMATISCHER AUFBAU: Bietet einen detaillierten Überblick über die technischen Komponenten wie Speicher, Wärmetauscher, Turbine und Kondensator eines Parabolrinnenkraftwerks.
1.4. LEISTUNG UND WIRKUNGSGRAD: Analysiert die jährliche Stromerzeugung beispielhafter Anlagen und erläutert die Wirkungsgrade der verschiedenen Prozessstufen.
1.5. STANDORTE: Erörtert die kritischen Standortfaktoren wie direkte Solarstrahlung und Wasserverfügbarkeit für einen wirtschaftlichen Betrieb.
2.0 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN: Legt das optische Fachwissen dar, das für das Verständnis der Lichtbündelung in Parabolrinnen notwendig ist, inklusive Reflexion, Brechung und Parabelgeometrie.
3.0. KERNKRAFT: Bietet einen geschichtlichen Abriss, beschreibt verschiedene Reaktortypen, die Kernspaltung und die politischen Aspekte des Atomausstiegs in Deutschland.
4.0. PRAKTISCHER TEIL: BAU EINER PARABOLRINNE: Dokumentiert die Planung, Materialwahl und Konstruktion eines eigenen Funktionsmodells einer Parabolrinne.
Schlüsselwörter
Solarthermie, Parabolrinnenkraftwerk, Sonnenenergie, Andasol, Wärmespeicher, Optik, Reflexion, Hohlspiegel, Parabel, Kernkraft, Kernspaltung, Energiewende, Wirkungsgrad, Modellbau, erneuerbare Energien
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen Konzeption und der physikalischen Funktionsweise von solarthermischen Parabolrinnenkraftwerken.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Solartechnik, den optischen Grundlagen (wie Reflexionsgesetze und Parabelgeometrie) sowie einer Gegenüberstellung zur Kernenergie.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, die Funktionsweise von Parabolrinnenkraftwerken verständlich zu erklären und dies durch den Bau eines funktionsfähigen Modells zu veranschaulichen.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Die Autoren nutzen eine Kombination aus Literaturrecherche, technischer Datenanalyse (Wirkungsgrade, Leistung) und einem praktischen Modellbau-Ansatz.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die technischen Grundlagen der Solarthermie, physikalische Optik-Basics, eine Analyse der Kernkraft sowie die Baudokumentation des eigenen Modells.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Solarthermie, Parabolrinne, Kernkraft, Reflexion, Wirkungsgrad und erneuerbare Energien.
Warum ist der thermische Speicher bei Andasol-Kraftwerken so wichtig?
Der Speicher erlaubt es, Wärme effizient zu lagern, sodass das Kraftwerk auch dann Strom erzeugen kann, wenn keine direkte Sonneneinstrahlung erfolgt.
Wie wird das Parabel-Modell mathematisch bestimmt?
Anhand von gemessenen Punkten am Modell wird der Streckungsfaktor "a" berechnet, um die genaue Gleichung der Parabelform zu bestimmen.
Warum wurde für das Modell eine Rettungsdecke als Spiegelfläche gewählt?
Die Autoren haben verschiedene Materialien getestet und stellten fest, dass eine Rettungsdecke das beste Reflexionsergebnis für das Modell lieferte.
- Citar trabajo
- Timo Kachel (Autor), Jannik Spatz (Autor), Daniel Armbruster (Autor), 2011, Solarthermische Kraftwerke: Parabolrinnenkraftwerk, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/179147
