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Die Umsetzung der Wasserkraft In Wasserkraftwerken wird die hydraulische Energie des Wassers in einem ersten Schritt, mit Hilfe von Turbinen, in mechanische Energie (Rotation) umgewandelt. Die theoretische Leistung einer Reaktionsturbine hat den Wert: Pt = g Q h (in kW), wobei: g = Wichte des Wassers (9,81 kN/m3). Q = Durchfluss oder Schluckvermögen der Turbine (in m3/s) h = verfügbare Druckhöhe (Wassersäule in m) Der Durchfluss und die Drehzahl des Laufrades sind abhängig von der verfügbaren Druckhöhe. Deshalb werden die Turbinen für eine gewisse (häufig zu erwartende) Druckhöhe bemessen, bei der sich ein Maximalwert des hydraulischen Wirkungsgrades ηh einstellt. Die Leistung an der Welle des Laufrades beträgt in diesem Fall: Ph = ηh Pt (ηh < 1). Zur Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades wird die hydrodynamische Gestaltung der Laufräder bei größeren Einheiten durch Modellversuche optimiert. In letzter Zeit werden zu diesem Zweck auch Computersimulationen eingesetzt. Ein Teil der hydraulischen Energie (ca. 10 % - 15 %) geht bei dieser Umwandlung dennoch verloren (Umlenk- und Reibungsverluste). Anschließend wird in einem zweiten Schritt die mechanische Energie des Laufrades, mit Hilfe von Stromgeneratoren, in elektrische Energie umgewandelt. In diesem Prozess geht ebenfalls ein Teil der Leistung verloren, der durch den elektrischen Wirkungsgrad ηe erfasst wird. Somit hat die abgegebene Leistung den Wert: Pe = ηh ηe Pt Der Wirkungsgrad von Wasserkraftwerken ist wesentlich höher als der von Wärmekraftwerken. Zwischen Turbine und Generator befindet sich üblicherweise ein Übersetzungsgetriebe. The conversion of Waterpower In water power plants the hydraulic energy of the water is transformed in a first step, with the aid of turbines, in mechanic energy (rotation). The theoretic power of a reaction turbine has the value: Pt = g Q h (in kW), where: g = specific weight of the water (9,81 kN/m3). Q = flow-through or swallow capacity of the turbine (in m3/s) h = available pressure head (water column in m) The flow-through and the rotation speed of the runner are dependent upon the available head. Therefore the turbines are dimensioned for a certain (frequently expected) pressure head, at which the hydraulic efficiency factor ηh has its maximum value. The power at the shaft of the runner is in this case: Ph = ηh Pt (ηh < 1). For the improvement of the hydraulic efficiency factor of bigger units the hydrodynamic shape of the runners is optimized by model experiments. In newer times are used as well computer simulations for this purpose. Nevertheless a part of the hydraulic energy (ca. 10 % - 15 %) is lost in this conversion process through flow redirection and friction forces. Subsequently the mechanic energy of the turbine runner is transformed in a second step, with the aid of current generators, in electric energy. In this process a part of the power is lost as well, which is expressed by the electric efficiency factor ηe .Thus the output power has the value: Pe = ηh ηe Pt The efficiency factor of waterpower plants is considerably higher than that of heat power plants. Between turbine and generator is situated usually a transmission gear. |
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