Hey,
anbei mein Gedächtnisprotokoll für die heutige Prüfung. Falls ich was vergessen habe sagt Bescheid, ich galube aber, das ich fast alles habe. Ich lade das dann auch noch in die Filebase hoch.
Prüfungsform: 90 Minuten schriftlich
Allgemeines:
Ist halt eine Vorlesung von Professor Pelz, man mag seinen Stil oder halt nicht. Teilweise wurden in der Vorlesung Sachen 1zu1 doppelt gemacht (Herleitung von Cp_opt für Gezeitenkraftwerk) .Ich hatte oft entweder das Gefühl, dass man das aktuelle Thema schonmal gemacht hatte oder man fragte sich, wie der Professor auf das aktuelle Thema kam (vor allem bei Wirbeln und Windkraft). An sich ist es meiner Meinung nach nicht viel Stoff, aber man muss sich vieles komplett selbst herleiten. Einen Bezug zu tatsächlichen Anlagen gibt es recht selten.
Für die Klausur hilft eine gute und ausführliche Formelsammlung (1 Blatt mit Vorder- und Rückseite, was auch reicht). Dann kann man bei den Kurzfragen und bei den Herleitungen teilweise einfach von der Formelsammlung abschreiben. Es kommen aber in der Klausur auch Sachen dran mit denen man vorher nicht wirklich rechnen kann (Schnelllaufzahl ausgehend von Stromfrequenz und horizontaler Darrieus Rotor).
Aufgabe 1 (Kurzfragen):
- Verlauf der axialen Geschwindigkeitskomponente, des statischen Druckes und des dynamischen Druckes über ein Windrad zeichnen.
- Was ist die natürlich gegebene Energieskala bei Wasserkraftwerken (H_eff)?
- Was ist Unterschied zwischen High und Low Head Wasserkraftwerken? (Durchfluss, Höhenunterschied, Regelgröße)?
- Welche Wasserturbinenarten werden für große, mittlere und niedrige Fallhöhen eingesetzt? Zeichnen sie diese in ein gegebenes Cordier Diagramm ein. (Pelton, Francis, Kaplan, einzeichnen genau wie im ausgeteilten Cordier Diagramm für Wasserkraftmaschinen)
- Analoges elektrisches Schaltbild eines Gezeitenkraftwerks und eines Wellenkraftwerkes zeichnen und Unterscheide der beiden erklären? (Beide Schaltbilder in Vorlesung gegeben, RC vs. RLC Glied, quasistationär vs. Schwingungsfähig wegen unterschiedlicher Erregerfrequenz).
- Welche Arten von Wellenkraftwerken gibt es? (Point Absorber Near und Offshore, rotatorischer Absorber, Oscillating Water Column)
- Wie sollte ein Wellenkraftwerk abgestimmt werden und warum (In Resonanz, begründen über Zeigerdiagramm der Kräfte aus der Vorlesung)?
Aufgabe 2 (Windkraft):
- Jeweils einen Vor- und Nachteil eines horizontalen Windrades, eines vertikalen Darrieus Rotors und eines horizontalen Darrieus Rotors nennen.
- Elektrische Leistung eines horizontalen Windrades berechnen. Man hatte die Frequenz des Stromnetzes gegeben. Mit gegebener Polpaarzahl (weiß nicht ob man die gebraucht hat) des Generators und Übersetzung des Getriebes, Drehfrequenz des Windrades berechnen. Mit Winkelgeschwindigkeit des Windrades, gegebenem Durchmesser und Anströmwindgeschwindigkeit Schnelllaufzahl berechnen. Mit Schnelllaufzahl, gegebener Blattanzahl und gegebenem Gleitwinkel Cp_opt aus Diagramm Ablesen (Abbildung 9 aus Zusammenfassung des Schmitz Papers). Danach kann elektrische Leistung mit P_avail, Cp_opt und gegebenem Getriebe und Generatorwirkungsgrad berechnet werden.
- Ammortisationszeit des Windrades mit Leistung aus vorheriger Aufgabe, gegebenen Investitionskosten und gegebenem Strompreis berechnen.
- Als Alternative zur Stromeinsparung mit Windrad soll ein Austausch von Fenstern betrachtet werden. Man sollte die Ammortisationszeit des Fensteraustauschs berechnen. Mit gegebenen Wärmeübergangskoeffizienten von den alten und neuen Fenstern und dem Energieverlust mit den alten Fenstern, habe ich per Dreisatz den Energieverlust mit den neuen Fenstern ausgerechnet. Mit dem Unterschied an Energieverlust, den gegebenen Investitionskosten und dem Heizpreis kann man dann die Ammortisationszeit berechnen.
- Welche der beiden Dinge sollte umgesetzt werden auch im Hinblick auf eine Lebenszeit eines Windrades von ca. 20 Jahren? Der Fensteraustausch hatte bei mir eine viel kleinere Ammortisationszeit und die Ammortisationszeit des Windrades war bei mir deutlich länger als seine Lebensdauer, daher Fenster austauschen.
Aufgabe 3 (Wasserkraft):
- Es war ein unvollständiges schematische Schaubild eines Kleinwasserkraftwerkes gegeben (Abbildung 1 aus dem upper Limit Paper). H1, H2 und Heff einzeichnen (analog zum Paper, Energiehöhen, die aus Geschwindigkeiten resultieren, nicht vergessen).
- Heff, Pavail und maximale Leistungsentnahme ausrechnen. Delta z, Q0, h1, b gegeben, damit nur in Formeln einsetzen mit Cp_opt=0.5.
- Wirkungsgrad eines Wasserkraftwerkes als Funktion der Temperaturen im Vor- und Nachlauf herleiten. (Wurde so in der Vorlesung gemacht).
- Es war Abbildung 7 aus dem Upper limit paper gegeben. Wie muss man h+ und q+ wählen für eine maximale elektrische Energieausbeute? (In der rechten Teilabbildung h+ und q+ für maximales Cp ablesen). Was für ein Zusammenhang besteht zwischen Cp und eta_t? (Maximales Cp bedeutet nicht maximales eta_t wie in der Abbildung zu sehen ist)
- Es war nun Q2 gegeben. Wie muss h2 für eine optimale Leistungsentnahme gewählt werden? (Aus Q2 und b kann man q2 berechnen. Dann per Definition q+ berechnen. Mit der Abbildung 7 kann man für gegebenes q+, das maximale Cp und das dafür nötige h+ ablesen. Mit h+ kann man dann h2 berechnen). Wie viel Leistung wird dann produziert? (Mit bereits ausgerechneten P_avail und abgelesenem Cp einfach multiplizieren).
Beste Grüße
Aaron