Der Strom , der aus den Alpen kommt - Trussardi.ch
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<strong>Der</strong> <strong>Strom</strong>, <strong>der</strong> <strong>aus</strong> <strong>den</strong> <strong>Alpen</strong> <strong>kommt</strong><br />
5 Generator<br />
4 Turbine<br />
Einlaufdüse<br />
6 Transformator<br />
Kugels<strong>ch</strong>ieber<br />
3 Mas<strong>ch</strong>inenkaverne<br />
1 St<strong>aus</strong>ee<br />
2 Wassers<strong>ch</strong>loss<br />
Überlauf<br />
Wasserentnahme<br />
Grundablass<br />
Druckstollen<br />
Drucks<strong>ch</strong>a<strong>ch</strong>t<br />
Mas<strong>ch</strong>inenkaverne<br />
S<strong>ch</strong>altstation
Auf diesem S<strong>ch</strong>aubild wird ein Spei<strong>ch</strong>erkraftwerk erklärt!<br />
Die Wasserkraft gehört zu <strong>den</strong> ältesten Energiequellen <strong>der</strong> Mens<strong>ch</strong>heit. Während<br />
Jahrhun<strong>der</strong>ten wurde sie zum Antrieb von Mühlen, Säge- und Hammerwerken benutzt.<br />
Um das Jahr 1900 entstan<strong>den</strong> die ersten Wasserkraftwerke entlang von Flussläufen.<br />
Diese haben wesentli<strong>ch</strong> zum Siegeszug <strong>der</strong> Elektrizität beigetragen.<br />
Au<strong>ch</strong> heute no<strong>ch</strong> ist Wasserkraft die bedeutendste, erneuerbare Energiequelle.<br />
Bei Wasserkraftwerken kann man grundsätzli<strong>ch</strong>e zwis<strong>ch</strong>en Spei<strong>ch</strong>erkraftwerken<br />
(St<strong>aus</strong>een) und Laufkraftwerken (Flüsse) unters<strong>ch</strong>ei<strong>den</strong>.<br />
Diese Lektion behandelt die Spei<strong>ch</strong>er- und Pumpspei<strong>ch</strong>erkraftwerke.<br />
Die fünf Arbeitss<strong>ch</strong>ritte<br />
Bearbeiten Sie die folgen<strong>den</strong> 5 S<strong>ch</strong>ritte! Zeitbudget: 4x10 Min. + Zusatzaufgabe<br />
1. S<strong>ch</strong>aubild als Lektionseinstieg (Überblick)<br />
Das S<strong>ch</strong>aubild vers<strong>ch</strong>afft Ihnen einen Überblick zum Thema!<br />
Die Lehrkraft verteilt Ihnen dazu evt. eine Fotokopie o<strong>der</strong> Sie drucken si<strong>ch</strong> das Bild dazu <strong>aus</strong>!<br />
2. Infotext mit Einzelbil<strong>der</strong>n (Lesen und Verstehen)<br />
Lesen Sie <strong>den</strong> Text aufmerksam und s<strong>ch</strong>auen Sie si<strong>ch</strong> die entspre<strong>ch</strong>en<strong>den</strong> Bil<strong>der</strong> dazu genau an!<br />
Ist Ihnen die Bild<strong>aus</strong>sage unklar, lesen Sie <strong>den</strong> Abs<strong>ch</strong>nitt ein zweites Mal! Sie können si<strong>ch</strong> <strong>den</strong> Text<br />
mit Bil<strong>der</strong>n au<strong>ch</strong> <strong>aus</strong>drucken und haben so die Mögli<strong>ch</strong>keit Wi<strong>ch</strong>tiges zu markieren<br />
o<strong>der</strong> si<strong>ch</strong> Notizen zu ma<strong>ch</strong>en.<br />
Infotext zum Thema 1 mit Bild<strong>aus</strong>s<strong>ch</strong>nitten des S<strong>ch</strong>aubildes.<br />
3. Übung mit dem S<strong>ch</strong>aubild (Anwen<strong>den</strong> und Üben)<br />
Klicken Sie mit <strong>der</strong> M<strong>aus</strong> auf ein Textfeld und ziehen Sie dieses mit gedrückter linker M<strong>aus</strong>taste<br />
an die ri<strong>ch</strong>tige Position (Drag and Drop)!<br />
Wie<strong>der</strong>holen Sie die Übung, bis Sie alle Textfel<strong>der</strong>, ohne zu Zögern, platzieren können.<br />
Starten Sie die Übung!<br />
4. Kurztest mit 6 Ankreuzaufgaben (Testen und Vertiefen)<br />
Bearbeiten Sie nun <strong>den</strong> Kurztest und lösen Sie die 6 Aufgaben!<br />
5. Spiel zum Thema: Puzzle St<strong>aus</strong>ee<br />
Setzen Sie die Teile zu einem ganzen zusammen. Die Puzzle Teile kann man drehen, in dem man<br />
auf <strong>den</strong> Pfeil in <strong>der</strong> Ecke klickt. Um das Spiel zu vereinfa<strong>ch</strong>en können Sie die Vors<strong>ch</strong>au<br />
und /o<strong>der</strong> das Gitternetz anzeigen. Puzzle<br />
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Infotext mit Einzelbil<strong>der</strong>n<br />
Spei<strong>ch</strong>er- und Pumpspei<strong>ch</strong>erkraftwerke!<br />
Lesen Sie <strong>den</strong> Text aufmerksam und s<strong>ch</strong>auen Sie si<strong>ch</strong> die entspre<strong>ch</strong>en<strong>den</strong> Bil<strong>der</strong> dazu genau an! Ist Ihnen die<br />
Bild<strong>aus</strong>sage unklar, lesen Sie <strong>den</strong> Abs<strong>ch</strong>nitt ein zweites Mal! Sie können si<strong>ch</strong> <strong>den</strong> Text au<strong>ch</strong> <strong>aus</strong>drucken und<br />
haben so die Mögli<strong>ch</strong>keit Wi<strong>ch</strong>tiges zu markieren o<strong>der</strong> si<strong>ch</strong> Notizen zu ma<strong>ch</strong>en.<br />
Die ursprüngli<strong>ch</strong>e Energiequelle je<strong>der</strong> Wasserkraft ist immer die Sonne. Sie verdunstet mit <strong>der</strong> Wärmeeinstrahlung auf die<br />
Erde das Wasser <strong>der</strong> Meere. Das verdunstete Wasser gelangt in die Atmosphäre und bildet Wolken. Die Winde transportieren<br />
die Wolken über das Festland, <strong>der</strong> Wasserdampf in <strong>den</strong> Wolken kon<strong>den</strong>siert an <strong>den</strong> kälteren Lufts<strong>ch</strong>i<strong>ch</strong>ten und verursa<strong>ch</strong>t<br />
Nie<strong>der</strong>s<strong>ch</strong>läge, die s<strong>ch</strong>lussendli<strong>ch</strong> wie<strong>der</strong> ins Meer gelangen. Die Sonne hält also einen weltweiten Wasserkreislauf in Gang,<br />
<strong>der</strong> si<strong>ch</strong> immer wie<strong>der</strong> erneuert.<br />
St<strong>aus</strong>ee<br />
Im St<strong>aus</strong>ee wer<strong>den</strong> die Wasserläufe des Haupttales und <strong>der</strong> Seitentäler gespei<strong>ch</strong>ert. Oft wird<br />
au<strong>ch</strong> das Wasser von Nebentälern über Zuleitungsstollen in <strong>den</strong> St<strong>aus</strong>ee geführt.<br />
In Wassermassen auf erhöhter Lage steckt Energie, nämli<strong>ch</strong> potenzielle Energie o<strong>der</strong> Energie<br />
<strong>der</strong> Lage. Die Energiemenge ist einerseits von <strong>der</strong> Höhendifferenz und an<strong>der</strong>erseits von <strong>der</strong><br />
Wassermenge abhängig. Au<strong>ch</strong> S<strong>ch</strong>nee enthält diese Energie <strong>der</strong> Lage! Die zerstörende Gewalt<br />
einer Lawine ma<strong>ch</strong>t das deutli<strong>ch</strong>! Besser ist es, wenn <strong>der</strong> S<strong>ch</strong>nee s<strong>ch</strong>milzt und in Form von Wasser<br />
im St<strong>aus</strong>ee gesammelt wer<strong>den</strong> kann.<br />
Überlauf und Grundablass<br />
Via Überlauf und Grundablass gelangt immer au<strong>ch</strong> Wasser in <strong>den</strong> normalen Ba<strong>ch</strong>verlauf. Diese<br />
Restwassermengen sind gesetzli<strong>ch</strong> vorges<strong>ch</strong>rieben. Das zurückbehaltene Wasser in Form von<br />
Regen o<strong>der</strong> <strong>aus</strong> <strong>der</strong> S<strong>ch</strong>nees<strong>ch</strong>melze füllt <strong>den</strong> St<strong>aus</strong>ee und bildet die Energiereserve für <strong>den</strong><br />
Winter. Dann wird am meisten <strong>Strom</strong> benötigt, aber in höheren Lagen ist wenig Wasser vorhan<strong>den</strong>.<br />
Die S<strong>ch</strong>needecke ist die zweite Reserve. Diese ist aber erst wie<strong>der</strong> ab nä<strong>ch</strong>sten Frühling einsetzbar,<br />
wenn <strong>der</strong> S<strong>ch</strong>ee s<strong>ch</strong>milzt und es au<strong>ch</strong> in höheren Lagen wie<strong>der</strong> regnet!<br />
Wasserentnahme und Druckstollen<br />
Das Wasser im St<strong>aus</strong>ee kann bei Bedarf in Spitzenzeiten zur <strong>Strom</strong>produktion eingesetzt wer<strong>den</strong>.<br />
Ein Kilogramm Wasser mit einer Höhendifferenz von einem Meter weist eine potenzielle Energie<br />
von 9,81 Wattsekun<strong>den</strong> o<strong>der</strong> 0,000’000’27 Kilowattstun<strong>den</strong> auf. Dur<strong>ch</strong> <strong>den</strong> Druckstollen und <strong>den</strong><br />
Drucks<strong>ch</strong>a<strong>ch</strong>t s<strong>ch</strong>iesst das Wasser na<strong>ch</strong> unten in die Mas<strong>ch</strong>inenkaverne.<br />
Wassers<strong>ch</strong>loss<br />
Das Wassers<strong>ch</strong>loss dient als Ausglei<strong>ch</strong>sbecken bei s<strong>ch</strong>nellem We<strong>ch</strong>sel des Wasserbedarfs und<br />
verhin<strong>der</strong>t Druckstösse beim S<strong>ch</strong>liessen des Kugels<strong>ch</strong>iebers in <strong>der</strong> Mas<strong>ch</strong>inenkaverne unten.<br />
Mas<strong>ch</strong>inenkaverne<br />
Vielfa<strong>ch</strong> ist die Mas<strong>ch</strong>inenzentrale mit ihren Nebeneinri<strong>ch</strong>tungen unterirdis<strong>ch</strong> in Felskavernen<br />
angelegt. Das Wasser presst mit hohem Druck dur<strong>ch</strong> die Einlaufdüse auf die S<strong>ch</strong>aufelrä<strong>der</strong> <strong>der</strong><br />
Turbine. In Spei<strong>ch</strong>erkraftwerken mit grossen Höhendifferenzen ist die am häufigsten angewendete<br />
Turbine die Pelton- o<strong>der</strong> Freistrahlturbine. Turbinen mit grosser Leistung wer<strong>den</strong> au<strong>ch</strong> mit bis zu<br />
se<strong>ch</strong>s Einlaufdüsen gebaut.<br />
Generator<br />
Für die <strong>Strom</strong>erzeugung wird die potenzielle Energie des Wassers in einer Turbine in<br />
Bewegungsenergie umgewandelt und diese erzeugt mit einem Generator elektris<strong>ch</strong>en <strong>Strom</strong>. <strong>Der</strong><br />
Generator besteht <strong>aus</strong> dem Stator (fester Teil <strong>aus</strong>sen) und dem Rotor (drehen<strong>der</strong> Teil innen). Er<br />
wandelt die Rotationsenergie <strong>der</strong> Turbine in elektris<strong>ch</strong>en <strong>Strom</strong> um.<br />
Um eine Kilowattstunde <strong>Strom</strong> zu erzeugen, brau<strong>ch</strong>t es in einem Spei<strong>ch</strong>erkraftwerk beispielsweise<br />
1 Kubikmeter (1000 kg) Wasser und eine Höhendifferenz von etwa 445 Metern.<br />
Transformator<br />
<strong>Der</strong> Generator liefert eine Spannung von maximal etwa 3000 Volt. Für <strong>den</strong> Transport wird <strong>der</strong><br />
<strong>Strom</strong> in eine höhere Spannung umgewandelt, um die Leitungsverluste zu verringern.<br />
S<strong>ch</strong>altstation<br />
Hier wird <strong>der</strong> erzeugte <strong>Strom</strong> ins Ho<strong>ch</strong>spannungsnetz eingespiesen und zum Verbrau<strong>ch</strong>er<br />
transportiert.<br />
Pumpspei<strong>ch</strong>erkraftwerke<br />
Eine spezielle Form des Spei<strong>ch</strong>erkraftwerkes ist das Pumpspei<strong>ch</strong>erkraftwerk! Dieses kann ni<strong>ch</strong>t nur <strong>Strom</strong> produzieren,<br />
son<strong>der</strong>n au<strong>ch</strong> Wasser in <strong>den</strong> St<strong>aus</strong>ee zurückpumpen. Es verfügt nebst dem St<strong>aus</strong>ee über ein unteres Wasserbecken, in<br />
wel<strong>ch</strong>es das Wasser na<strong>ch</strong> dem Dur<strong>ch</strong>laufen dur<strong>ch</strong> die Turbinen gesammelt wird. Pumpspei<strong>ch</strong>erwerke sind gewissermassen<br />
„<strong>Strom</strong>veredler“: In Zeiten mit geringer Na<strong>ch</strong>frage und einem Überangebot von <strong>Strom</strong> pumpen sie Wasser in <strong>den</strong> St<strong>aus</strong>ee<br />
zurück, in Zeiten mit grosser Na<strong>ch</strong>frage produzieren sie Spitzenenergie. Die Pumpspei<strong>ch</strong>erung ist mit Verlusten verbun<strong>den</strong>.<br />
Von <strong>der</strong> im Pumpbetrieb zugeführten Energie lassen si<strong>ch</strong> etwa drei Viertel im Generatorbetrieb zurückgewinnen. Trotzdem<br />
ist das Verfahren sinnvoll, weil auf diese Weise übers<strong>ch</strong>üssiger <strong>Strom</strong> in wertvolle Spitzenenergie umgewandelt wer<strong>den</strong> kann.<br />
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Multiple Choice Fragen<br />
1. Was trifft bei <strong>den</strong> St<strong>aus</strong>een zu?<br />
Bei S<strong>ch</strong>nees<strong>ch</strong>melze wird am meisten Energie erzeugt<br />
Oft wird dur<strong>ch</strong> Zuleitungsstollen au<strong>ch</strong> in Nebentälern Wasser gesammelt<br />
Im Sommer wird viel <strong>Strom</strong> produziert<br />
Im Frühling sind sie in <strong>der</strong> Regel gefüllt<br />
2. Wie gelangt das Wasser in die Mas<strong>ch</strong>inenkaverne?<br />
Vom Grundablass in <strong>den</strong> Drucks<strong>ch</strong>a<strong>ch</strong>t<br />
via Druckstollen gelangt es in <strong>den</strong> Drucks<strong>ch</strong>a<strong>ch</strong>t<br />
via Drucks<strong>ch</strong>a<strong>ch</strong>t gelangt es in <strong>den</strong> Druckstollen<br />
vom Überlauf gelangt es in <strong>den</strong> Drucks<strong>ch</strong>a<strong>ch</strong>t<br />
3. Potentielle Energie (Energie <strong>der</strong> Lage)<br />
Sie ist definiert dur<strong>ch</strong> die Menge des Wassers<br />
Sie ergibt si<strong>ch</strong> <strong>aus</strong> <strong>der</strong> Höhe <strong>der</strong> Staumauer<br />
Sie ist abhängig von <strong>der</strong> Höhendifferenz See-Mas<strong>ch</strong>inenkaverne<br />
Sie ist definiert dur<strong>ch</strong> die Menge Wasser und die Höhendifferenz<br />
4. In <strong>der</strong> Mas<strong>ch</strong>inenkaverne wird <strong>Strom</strong> erzeugt dur<strong>ch</strong><br />
dur<strong>ch</strong> <strong>den</strong> drehen<strong>den</strong> Stator<br />
dur<strong>ch</strong> das Zusammenwirken von Turbine und Generator<br />
das Drehen <strong>der</strong> S<strong>ch</strong>aufelrä<strong>der</strong> des Generators<br />
dur<strong>ch</strong> <strong>den</strong> drehen<strong>den</strong> Aussenteil<br />
5. Was ist die Aufgabe des Transformators?<br />
die Spannung <strong>aus</strong>glei<strong>ch</strong>en, um Netzs<strong>ch</strong>wankungen zu vermei<strong>den</strong><br />
tiefere Spannung erzeugen, um Unfällen vorzubeugen<br />
220 Volt zum Gebrau<strong>ch</strong> im H<strong>aus</strong>halt erzeugen<br />
Spannung erhöhen, um Transport Verluste zu vermin<strong>der</strong>n<br />
6. Wel<strong>ch</strong>e Ursprungsenergie ermögli<strong>ch</strong>t <strong>den</strong> Wasserkreislauf?<br />
Sonne<br />
Wind<br />
Regen<br />
S<strong>ch</strong>nee<br />
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