Download als pdf, 2,4 MB - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
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2.3.8 Turbinen<br />
Abbildung 19: Wasserturbinentypen: a) Peltonturbine, b) Francisturbine, c) Kaplanturbine<br />
Turbinen erreichen Wirkungsgrade bis zu 94%. Verluste entstehen durch Reibung an den Schaufeln<br />
und in der Lagerung der drehbaren Teile, durch Spaltverluste zwischen fixen und beweglichen<br />
Komponenten, sowie durch Undichtigkeiten. 140<br />
2.3.9 Erzeugung elektrischer Energie und Frequenz durch Generatoren<br />
In Kraftwerken wird die mechanische Energie der Turbinen durch einen Generator in elektrische<br />
Energie umgewandelt. Dabei sind Wirkungsgrade bis 99 % möglich 141 . Das Stromnetz hat eine Frequenz<br />
von 50 Hz. Gas- und Dampfturbinen haben deswegen zumeist eine <strong>Dr</strong>ehzahl von 3.000 Umdrehungen<br />
pro Minute bzw. 50 pro Sekunde und ihr zugehöriger Generator ein Polpaar, <strong>als</strong>o einen<br />
Magneten mit Nord- und Südpol. Wasserturbinen drehen üblicherweise deutlich langsamer. Damit<br />
der Generator trotzdem eine Frequenz von 50 Hz erzeugt und direkt mit dem Stromnetz gekoppelt<br />
werden kann, wird die Anzahl von Polpaaren, <strong>als</strong>o Magneten erhöht 142 . Angenommen, eine Wasserturbine<br />
dreht mit 120 Umdrehungen pro Minute bzw. 2 pro Sekunde, dann benötigt der Generator<br />
25 Polpaare, um eine Frequenz von 50 Hz zu erzeugen. In einer Formel ausgedrückt, würde dieser<br />
Zusammenhang wie folgt aussehen: f = 50 Hz = p ⋅ n 143 . f ist dabei die Frequenz von<br />
50 Hz, p die Polpaarzahl und n die Anzahl Umdrehungen pro Sekunde.<br />
Da die Generatordrehzahl, vor allem bei einer Gas- oder Dampfturbine sehr hoch ist, wird der Läufer<br />
massiv gebaut, um die wirkenden Fliehkräfte besser auszuhalten. Man bezeichnet den Generator<br />
dann auch <strong>als</strong> Vollpolmaschine. Die Erregerwicklungen werden in Aussparungen in der Oberfläche<br />
des Läufers gelegt. Auch der Ständer hat auf seiner Innenseite Vertiefungen, in die, jeweils um 120°<br />
versetzt, drei Wicklungsstränge eingelegt werden, um <strong>Dr</strong>ehstrom zu erzeugen. 144<br />
Die Generatordrehzahl wird aufgrund der Kopplung mit dem Stromnetz von Leistungsschwankungen<br />
der Turbine nur unmerklich beeinflusst. Da das Stromnetz europaweit verbunden ist und sehr<br />
viele Kraftwerke daran angeschlossen sind, gleichen sich Leistungsschwankungen oftm<strong>als</strong> sehr gut<br />
140 Strauß, 2009, S. 260f<br />
141 Heuck, 2010, S. 178<br />
142 Zahoransky, 2010, S. 260f<br />
143 Heuck, 2010, S. 180<br />
144 Heuck, 2010, S. 178<br />
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