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Arbeitsblatt: Kopplung von Kraftwerken

(nach H. Grötzebauch und V. Nordmeier: Experimentelle Zugänge zum Smart Grid aus physikalische Perspektive, in: PdN-PhiS, 3(65) 2016, S. 21 ff.)

Kompetenzen:

Inhalt pbK ibK
Die Wirkung eines zugeschalteten Kraftwerks auf die Stromversorgung

2.1.1 Experimente beobachten

2.1.13 physik. Wissen anwenden

2.2.2 Zusammenhänge beschreiben

2.3.1 Einflussgrößen unterscheiden

3.3.2 (7) elektrische Energieversorgung

Voraussetzungen:

3.3.2 (6) Funktionsweise Generator

Ziele:

  • Den Effekt einer veränderten Drehgeschwindigkeit (Drehfrequenz) des Generators bei einem veränderten Leistungsbedarf erkennen.
  • Die notwendige Anpassung der Eingangsleistung eines Kraftwerks an einen wechselnden Bedarf erkennen.
  • Die Effekte einer Zuschaltung von Kraftwerken auf das Netz erkennen.

Materialbeschaffung:

2 Elektromotoren: z.B. Conrad Electronic

1 Kupplung: z.B. Conrad Electronic

2 Verbindungen: z.B. Conrad Electronic

Problemstellung:

Ein immer größer werdender Bedarf an elektrischer Energie kann ein Kraftwerk oder auch nur Leitungen zerstören. Welchen Effekt hat ein zugeschaltetes Solarkraftwerk?

Dazu der folgende Versuch:

Abbildung 1 und 2 zu Kopplung von Generatoren

Ein Motor (M) (ganz links in der Abb. 1) simuliert hier eine Turbine in einem Kraftwerk. Die Turbine ist über eine Kupplung an einen Generator (G) angeschlossen. Der Generator versorgt bis zu 3 Glühlampen (z.B. 4V/0,2A). Ist nur eine Lampe angeschlossen, leuchtet diese in normaler Helligkeit.

Jetzt wird eine zweite Lampe und anschließend die dritte dazu geschaltet.

Aufgaben 1:

  1. Kennzeichne zu b) die Leitungsabschnitte hohen Potenzials mit roter und die mit dem Potenzial 0 V mit blauer Farbe. Abschnitte mit anderen Werten können grüne Farbe bekommen.

  2. Beschreibe die Beobachtungen. Gehe hierbei auf die Werte der Messgeräte und auf die Drehfrequenz der Kupplung ein.

  3. Erkläre, warum der Strom vom Kraftwerk zunehmen muss, wenn die zweite Glühlampe dazu geschaltet wird.

  4. Erläutere, warum dann aber die Drehfrequenz der Generatorachse kleiner werden muss.

Dann wird eine beleuchtete Solarzelle durch das Schließen des Schalters S parallel zum Kraftwerk und zu den Lampen geschaltet.

Aufgaben 2:

  1. Erkläre, warum dabei der Kraftwerksstrom zu den Lampen abnimmt.

  2. Erläutere den Effekt der „Entlastung“ des Kraftwerks durch die zugeschaltete Solarzelle.

  3. Beschreibe, welche Effekte man vermutlich durch eine Beschattung der Solarzelle hätte.

  4. Diskutiere mögliche Probleme der Energieversorgung von Haushalten durch das Zuschalten von Solar- oder auch Windkraftwerken.

  5. Erläutere, wie man die von der Solarzelle gelieferte Energie speichern könnte.

 

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