Transcript Osmosekraftwerk_13.05.2011

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Osmosekraftwerk
Artur Strumberger
FOS-T Energieressourcen schonen
13.05.2011
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Inhalt
1. Versuch
2. Funktion
• Osmose
• Osmosekraftwerk
3. Bauteile
4. Prototyp
5.Standort
• Anforderungen
• Mögliche Standorte
• Standort an der Elbe
6. Woher kommt die Energie
7. Vor- und Nachteile
8. Zukunftsaussichten
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1. Versuch
 Geräte und Hilfsmittel:
Glockentrichter mit Rohr und Membran,
Plastikbecher und
dest. Wasser
durchbohrtem Deckel, Gummiring,
Combi Tip, Becherglas 100 ml,
Glasrührstab, Filzstift
 Chemikalien:
dest. Wasser, Haushaltszucker
Membran
Zuckerlösung
4
2.1 Osmose (Diffusion)
5
2.2 Osmose
niedrige Konzentration
hohe Konzentration
semipermeable Membran
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2.3 Osmotische Druck(Rechnung)
 geg:
-Temperatur T: 15℃ (288,15K)
𝑱
-universelle Gaskonstante R: 8,314
𝒎𝒐𝒍 𝑲
-Salzgehalt der Nordsee: 3,5 % (n= 35g)
-Salzgehalt der Elbe: 0,1% (n= 10g)
- 𝑖 = 1,86
-Molare Masse M= Atommasse u.
 ges:
- Druck ∏ = 𝑏𝑎𝑟
 Formel:
-∏= ∆𝑐 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇
𝑛
-𝑐=
𝑀∙𝑉
𝑛:Stoffmenge, 𝑖:Korrekturfaktor
osmotischer
Druck
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2.3 Osmotische Druck(Lösung)
𝑛
𝑐=
𝑀∙𝑉
𝑐₁
35𝑔
=
𝑔
58,443
∙ 1𝑙
𝑚𝑜𝑙
𝑚𝑜𝑙
𝑐₂ = 0,599
𝑙
𝑐₂
1𝑔
=
𝑔
58,443
∙ 1𝑙
𝑚𝑜𝑙
𝑐₂
𝑚𝑜𝑙
=0,017
𝑙
∆𝑐 = 𝑐₁ − 𝑐₂
𝑚𝑜𝑙
𝑚𝑜𝑙
∆𝑐 = 0,599
− 0,017
𝑙
𝑙
∆𝑐 =
𝑚𝑜𝑙
0,582
𝑙
∏ = 𝑖 ∙ ∆𝑐 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇
𝑚𝑜𝑙
𝐽
∏ = 1,86 ∙ 0,582
∙ 8,314
∙ 288,15 K
𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝐾
∏ = 1199.086 kPa= 11,99bar
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Lückentext
Osmose (Diffusion)
Die sich im Laufe der Zeit, gleichmäßige Verteilung der Teilchen
innerhalb einer __________
Flüssigkeit__,aufgrund der Eigenbewegung ,
bezeichnet man als Diffusion
________ . Diffusionsvorgänge verlaufen bei
Temperaturen
höheren ____________
___schneller, da sich die Teilchen bei höherer
Temperatur schneller bewegen.
Osmose
Diffusion durch eine semipermeable
Eine Osmose ist praktisch eine __________
halbdurchlässig sie
Membran. Semipermeabel bedeutet sozusagen „_______________"
lässt nurTeilchen
________durch, die eine definierte Größe nicht
überschreiten. Somit entsteht auf einer Seite der Membran ein
Druck
osmatischer _______.
9
Film
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2.4 Funktion eines Osmosekraftwerks
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3.1 Filter
• Salz- und Süßwasser
werden durch Filtration
von groben Partikeln
befreit.
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3.2 Membrane
 Durch die semipermeable
Membran wird ein osmotischer
Druck aufgebaut.
 80% bis 90% des Süßwassers wird
in den Salzwasserkreislauf
gedrückt und erzeugt so das
Brackwasser
 Der Rest des Süßwassers
wird wieder abgeführt
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3.2 Aufbau der Membran
 Die Membran besteht aus
zwei Schichten
 Die erste Schicht ist die
Aktive Schicht, sie
bestecht aus Polyamid
(Art Nylon)
 Die zweite Schicht ist eine
Schutzschicht und dient
als Trägermaterial, sie
beseht aus Polyester
Salzwasser
Membranschicht
0,1 𝜇𝑚
Süßwasser
Stützschicht
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3.2 Aufbau einer Membran
 Eine Membran leistet zur Zeit
2,3 W/m²
 Man braucht 2000m² für 4,6
kW
 Die Membran wird aufgerollt,
um Platz zu sparen.
 Um diese Fläche
unterbringen zu können,
werden die Membrane
aufgerollt und in RöhrenModulen untergebracht
Berechnung der produzierten
Leistung:
geg:
-hydrostatischer Druckdifferenz über die Membran
∆𝑝= 2 bar
-Durchlässigkeitskoeffizient der Membran
𝑘=1,8 · 10 −7 m³/(s·bar·m²)
-Wasserdurchfluss ⩒= 1m³/h
Formel:
-𝑃 = 𝑘 ∙ 𝐴 ∙ ∆𝑝 ∙ (∏ − ∆𝑝)
-A=
⩒
𝑘∙(∏∙∆𝑝)
15
16
3.3 Druckaustauscher

2
3
des Brackwassers werden dazu
verwendet, den Druck im
Salzwasserkreislauf zu erhöhen.
 Dadurch beträgt der
Druck im
Salzwasserkreislauf
etwa 11 bis 15 bar
17
3.3 Druckaustauscher
1.
2.
3.
4.
5.
5
4
3
1
2
Seewasser mit niedrigem Druck
Seewasser mit hohem Druck
Brackwasser mit hohem Druck
Brackwasser mit niedrigem Druck
Rotationsrichtung
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3.4 Turbine
 Das Brackwasser wird zu
1
3
über eine stromerzeugende
Turbine abgeführt
19
3.4 Turbine (Pelton)
 Auf dem Laufrad sitzen
max. 40 becherförmige, in 2
Halbschalen gegliederte
Schaufelblätter
 Ideal für geringe
Wassermengen
 Der Wirkungsgrad liegt
zwischen 80% und 90%
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4. Prototyp
 Norwegen, 60 Kilometer von Oslo
 24. November 2009
 Baukosten ca. 13mio. €
 Leistung von 2 bis 4,6 KW
 66 Membranröhren mit 2000m²
Membranfläche
 Effizienz der Membrane
Aktuell: 2,3 W/m²
Ziel:
5 W/m²
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5. Anforderung an ein Standort
1
Durchflussmenge des Flusses
2
Sauberkeit des Flusses
3
Klare Zone zwischen Süß- und Salzwasser
4
Hohen Salzgehalt des Meeres
5
Temperaturverteilung der Flussmündungen
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5. Gute Standortbedingungen
3,5 %
3,45%
0,8 %
3,74 %
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5. mögliche Standorte
Totes Meer 27% Salzgehalt
Durchflussmenge des Jordans 11,10 m³/s
Mittelmeer 3,74% Salzgehalt
Durchflussmenge des Rhone 1800m³/s
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5. Standortwahl an der Elbe
1. Eine Klare Zone zwischen Süß- und Salzwasser ist nicht gegeben
2. Es müssten lange Rohrsysteme gebaut werden
3. Das Süß- und
Salzwasser müsste
durch Pumpen an
den Standort
gepumpt werden
4. Fazit:
Es wäre möglich aber
nicht Wirtschaftlich!!
STANDORT
ENTNAHME
MEERWASSER
ENTNAHME
FLUSSWASSER
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6. Woher kommt die Energie?
Wasser verdunstet
2. Bildung von
Wasserdampf
3. Wasser fällt als
Niederschlag
4. Wasser fließt ins Meer
1.
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7. Vor- und Nachteile
• ist lautlos
• schwere Umsetzung
• Umweltfreundlich
• hoher weiterer
(Emissionsfrei)
• großes weltweites
Leistungspotenzial
• relativ einfache Technologie
• viele große Städte liegen
direkt an Flussmündungen
Entwicklungsbedarf zur
Optimierung der
Membrantechnologie
• hohe Investitionskosten
• wenig Erfahrung bei der
Lebensdauer der Membran
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8. Zukunftsaussichten
 Starkraft will 2015 das erste wirtschaftliche
Osmosekraftwerk bauen
 Es soll 25 MW leisten (30.000 Haushalte)
 Das globale, jährliche Potenzial wird auf 1600 bis 1700
TWh geschätzt (Deutschland bräuchte 2010, 603 TWh )
 Es hängt alles von einer Leistungsstarken Membran ab
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Stromerzeugung im Vergleich
 Osmose könnte
einen kleinen
Teil in der
Zukunft
beitragen.
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Lückentext
 Ein Osmosekraftwerk ist ein Kraftwerk, welches den
Salzgehalt zwischen ____________
Süßwasser
Unterschied im ____________
und Meerwasser nutzt, um daraus ________
Energie zu
gewinnen und Strom zu erzeugen. Dies geschieht
Osmose Ein
durch das Prinzip der __________.
Osmosekraftwerk ist eine ______________,
emissionsfreie leise,
unerschöpfliche und rund um die Uhr verfügbare
Energiequelle.
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Quellen










www.uptown-online.de/.../strom-zwischen-strom-und-ozean/
http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.gida.de/testcenter/sachunterricht/sachdvd004/jpg/Wasserkreislauf.jpg&imgrefurl=http://www.gida.de/testcenter/sachunterricht/
http://www.buch-dersynergie.de/c_neu_html/c_06_11_wasser_salintaetsgradient_hydrosphaere.htm
http://www.chemie.uni-bremen.de/eilks/Material/teilchen/diffosmo/diffosmoD.htm
http://www.mallig.eduvinet.de/bio/11osmose/osmo10.htm
http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/1075049/
www.lingenhoele.at/ de/turbinenbau
http://www.energyprofi.com/jo/salinitaetsgradient-osmose-kraftwerk.html
http://www.g-o.de/inc/artikel_drucken_komplett.php?f_id=483&a_flag=2
http://www.energyrecovery.com/index.cfm/0/0/111-Seawater-Desalination-Videos.html