Aufgabe 2 a)-b) - Kraftwerke und Energieversorgung · Abitur NRW Technik LK · Haupttermin 2023

Aufgabenstellung: Analyse des Pumpspeicherkraftwerks am Silvrettasee

Im Juni 2019 ging im österreichischen Vorarlberg das Pumpspeicherkraftwerk Obervermuntwerk II in Betrieb. Es speichert Energie mithilfe des Wassers im Silvretta-Stausee (vgl. M 1). Im Turbinenbetrieb fließt ein Teil dieses Wassers in den tiefer liegenden Vermuntsee.

M 1: Bild des Silvrettasees

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Silvretta-Stausee#/media/Datei:Silvrettasee.jpg (Zugriff: 12.01.2022)

M 2: Technische Daten des Pumpspeicherkraftwerks Obervermuntwerk II

Stauziel Silvrettasee: · 2030 m.ü.A. 2

Baukosten: · 500.000.000 €

Elektrische Engpassleistung: 3 · 360 MW

Turbinenzahl: · 2

Pumpenanzahl: · 2

Nutzbares Volumen Silvrettasee: · $38{,}6 \cdot 10^6\text{ m}^3$

Mittlere Fallhöhe: · 311,2 m

Wirkungsgrad Motor/Generator: · 0,96

Wirkungsgrad Turbine (Volllast): · 0,88

Wirkungsgrad Pumpe (Volllast): · 0,85

Oberfläche Silvrettasee: · $1{,}3\text{ km}^2$

Mittlere Höhe des Vermuntsees: · 1718,8 m.ü.A. 2

2 In Österreich wird – im Gegensatz zu Deutschland – die Meereshöhe auf den mittleren Pegelstand der Adria am Molto Sartorio von Triest bezogen: m.ü.A. In Deutschland wird als mittlere Pegelhöhe NHN (auch verallgemeinert NN) verwendet und bezieht sich hier auf einen im Jahre 1674 gemessenen Pegel in Amsterdam, NL.

3 Die Engpassleistung wird vom schwächsten Glied der gesamten Leistungskette bestimmt. Einzelne Baugruppen könnten somit theoretisch mehr Leistung erbringen, werden aber von schwächeren Baugruppen daran gehindert. Die Engpassleistung ist somit der erreichbaren Maximalleistung gleichbedeutend.

M 3: Einsatzbereiche der Turbinen

Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kennfeld_Wasserturbinen_Francis.svg (geändert; Zugriff: 12.01.2022)

M 4: Strompreisentwicklung im Dezember 2020 an der EEX 4

Quelle: https://www.eex.com (geändert; Zugriff: 12.01.2022)

4 European Energy Exchange

a)

Grundlagen und Querschnittsbild [15 Punkte]

Erläutern Sie, nach welchem Grundprinzip ein Pumpspeicherkraftwerk arbeitet.

Zeichnen Sie einen Querschnitt durch ein Pumpspeicherkraftwerk. Ordnen Sie in Ihrer Zeichnung die Teilsysteme Turbine, Generator, Absperrschieber, Wasserschloss, Einlauf, Stauziel und Unterwasser sowie zwei weitere Teilsysteme der passenden Stelle zu.

b)

Bewertung regenerative Energiequelle [6 Punkte]

Diskutieren Sie ausgehend von der Aussage „Wenn sich der Energiemix ausschließlich aus regenerativen Energiequellen zusammensetzt, sind Pumpspeicherkraftwerke auch regenerative Energiequellen.“, inwiefern Pumpspeicherkraftwerke als regenerative oder als nicht-regenerative Energiequellen eingeordnet werden dürfen.