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Lö­sung

Wind­kraft­an­la­gen (WKA) wan­deln die Be­we­gungs­en­er­gie des Win­des in elek­tri­sche En­er­gie um.
Zuvor müs­sen eine Menge Ma­te­ria­li­en und Werk­stof­fe sowie En­er­gie für die Pro­duk­ti­on, den Trans­port und die Mon­ta­ge auf­ge­wen­det wer­den. In­zwi­schen wur­den ei­ni­ge WKA mit Tür­men aus Holz auf­ge­baut.

1. Nenne und er­klä­re zwei Vor­tei­le von WKA-Tür­men aus Holz ge­gen­über Stahl­tür­men.

2. Wie wird das Holz der WKA-Türme vor Wit­te­rungs­ein­flüs­sen ge­schützt? Er­klä­re!

3. Er­gän­ze die Ta­bel­le.  (7 mög­lich - 6 ver­langt)

En­er­gie­art Fach­be­griff üb­lich ver­wen­de­te Ein­heit
Be­we­gungs­en­er­gie ki­ne­ti­sche En­er­gie kgm²/s²
La­ge­ener­gie po­ten­ti­el­le En­er­gie Nm
Fe­der­ener­gie po­ten­ti­el­le E. Nm
Wär­me­en­er­gie ther­mi­sche E J
X X X X X X X X elek­tri­sche E. Ws


Aufbau der Windkraftanlage Beim Auf­bau der Wind­kraft­an­la­ge in In­gers­heim muss­ten im April 2012 die Mast­sek­tio­nen, die Gon­del und der Ro­torstern  von einem mo­bi­len Kran in die je­wei­li­ge Mon­ta­ge­po­si­ti­on ge­bracht wer­den.
Die 51-Ton­nen-Gon­del wurde auf 136 Meter über Grund an­ge­ho­ben.

4. Be­rech­ne für das Hoch­he­ben einer Wind­rad-Gon­del  (Daten siehe oben) die zu­ge­führ­te La­ge­ener­gie W L . auf 0,1 MNm genau.  (~70 MNm)

5. Die­sel hat einen En­er­gie­ge­halt von H = 35 MJ/Liter. Wie­viel ganze Liter Die­sel ver­braucht der Kran beim Hoch­he­ben der Gon­del, wenn durch Rei­bung, Ab­ga­se, Leer­lauf, Ab­wär­me usw. ins­ge­samt 95 Pro­zent der En­er­gie des Die­sel­treib­stof­fes ver­lo­ren gehen?   (~ 40 l)

(Jede Auf­ga­be 6 P → 30 P)

 

(An­mer­kung: Bei star­kem Wind „er­wir­belt“ die ge­zeig­te WKA etwa in jeder Stun­de so viel En­er­gie, wie in 200 l Die­sel drin­ste­cken…)

Bild: Josef Fogls­zin­ger


 

  1. - Holz spei­chert Koh­len­stoff und hält ihn für lange Zeit aus der At­mo­sphä­re her­aus.
    - Im Ge­gen­satz dazu führt die Ver­wen­dung von Stahl zu hohen Treib­haus­gas­emis­sio­nen.
    - Holz er­mü­det bei rich­ti­ger Kon­struk­ti­on we­ni­ger als Stahl → län­ge­re Le­bens­dau­er.
    - Holz wächst in Deutsch­land und braucht nicht im­por­tiert zu wer­den.
    - Holz­tür­me sind – ob­wohl eine neue Tech­nik – kos­ten­güns­ti­ger als Stahl­tür­me.

  2. Holz muss vor Feuch­tig­keit und UV-Strah­lung ge­schützt wer­den. Dazu wird der ganze Turm in Kunst­stoff­fo­lie ein­ge­schweißt. Die ein­zel­nen Turm­seg­men­te wer­den schon im Werk be­schich­tet und die Über­lap­pun­gen wer­den auf der Bau­stel­le dicht ver­schweißt.

  3. Geg.:     m = 51 t = 51000 kg                              Ges.:     W L
                     h = 136 m

             W L = m x g x h  = 51000 kg x 9,81 m / s²   x 136 m  = 68,0 MNm

  4. Geg.:      W L                                                 Ges.:     erf. W,  erf. V Diesel
                En­er­gie­ver­lust 95 % → η = 0,05
                    H Diesel  = 35 MJ/Liter

                    W erf. = W L / η  = 68 MNm/0,05  = 1361 MNm  = 1361 MJ

                 V Diesel =  W erf.  / H Diesel   = 1361 MJ / 35 MJ / L   = 39 l



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