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Wind power plant at sea

%hoto:View of the Middelgrunden offshore wind park in Denmark.In the sea near the coast, there is enough space to erect a large number of wind turbines for electrical power generation. Because there is also more wind at sea, around 50% more energy is produced than on land. One problem is the transmission of the electrical energy to the power grid on land. If the modern technology of high-voltage direct-current (HVDC) transmission via marine cable is used, transmission losses are minimal. Information and ideas:How are offshore wind parks different from those on land? What are the advantages and disadvantages? What hurdles have to be overcome, for example, for transfer to the power grid? What ecological consequences could occur%

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Steam turbine

Photo:A decommissioned low-pressure turbine rotor from the Unterweser nuclear power plant is shown.A steam turbine converts the thermal energy of steam into mechanical energy. The energy of the steam flow is transferred to the blades of the turbine. In order to utilize the energy of the steam to the maximum possible extent and so optimize the efficiency of the turbine, the turbine is built with several stages. The design of the individual turbine blades is also subject to constant improvement in order to increase the efficiency of the energy conversion. In power plants, the steam turbine is coupled to a generator that converts the mechanical energy into electrical energy. Information and ideas:The relative sizes of a person and a turbine are highlighted in this photo.

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Dampfturbine

Foto:Außer Dienst gestellter Niederdruck-Turbinenläufer aus dem Kernkraftwerk Unterweser.Eine Dampfturbine wandelt die thermische Energie des Dampfs in mechanische Energie um. Die Energie des Dampfstroms wird auf die Schaufeln der Turbine übertragen. Um die Energie des Dampfs optimal auszunutzen und somit den Wirkungsgrad der Turbine zu optimieren, baut man die Turbine mehrstufig. Auch wurde das Design der einzelnen Turbinenschaufeln immer weiter verbessert, um die Effizienz der Energieumwandlung zu steigern. In Kraftwerken ist die Dampfturbine an einen Generator gekoppelt, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.

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Parque eólico costa afuera

%otografía:Vista del parque eólico Middlegrunden costa afuera en Dinamarca.En el mar cerca de la costa, hay suficiente espacio para erigir un gran número de turbinas eólicas para generar energía eléctrica. Dado que también hay más viento en el mar, se produce alrededor de un 50% más que en el territorio continental. La transmisión de la energía eléctrica a la red de transmisión eléctrica en tierra firme constituye un problema. Si se utiliza la tecnología moderna de transmisión de corriente continua de alto voltaje (CCAV) mediante cables submarinos, las pérdidas por transmisión son mínimas.Información e ideas:¿En qué difieren los parques eólicos costa afuera de aquellos en tierra firme? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas? ¿Qué obstáculos deben superarse, por ejemplo, para transferir la energía a la red de transmisión eléctrica? ¿Qué consecuencias ecológicas podrían ocurrir%


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Parabolic trough power plant

Photo: Parabolic trough power plant in Lockhart near Harper Lake, California (Mojave Solar Project) These solar power plants work with long rows (for example, 112 m) of parabolic reflectors with a tube containing the working medium running through the focal point. The reflectors are automatically aligned to follow the path of the sun. The radiation is intensified 80-fold due to the bundling in the reflector, and oil in the absorber is heated to around 400°C. The hot oil flows to the power plant building, where it generates steam via a heat exchanger to drive a steam turbine with a generator. (Alternatively, power plants with fluid molten salt in the absorber tube are being considered.) A parabolic trough solar farm consisting of nine power plants with a total output of 350 MW has been operating in the United States for 20 years. In Spain, Andasol 1, 2, and 3 achieve 150 MW combined. Thanks to integrated heat storage from molten salt, Andasol delivers full output for over seven hours even when the sun is not shining. The world's largest plant, at 580 MW, is currently being built in Morocco.


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Functional design of a wind turbine

Graphic:The complete structure of a wind turbine including its base and tower is illustrated schematically. The foundation serves to anchor the wind power plant in the ground. To guarantee the stability of the wind turbine, a pile or flat foundation is constructed depending on the firmness of the ground. The tower is the largest and heaviest component of a wind turbine. It is usually between 1 and 1.8 times longer than the rotor diameter and can weigh several hundred tonnes. The tower structure itself not only supports the mass of the nacelle and rotor blades, but must also absorb the enormous static loads caused by the varying wind forces. Tubular constructions assembled from stackable concrete or steel segments are generally used. The tower height or hub height is between approximately 120 m and 130 m for an output of approximately 3 MW to 6 MW and with a rotor diameter of approximately 110 m to 130 m.The rotor is the component that converts the energy contained in the wind to mechanical rotary motion using the rotor blades. The nacelle with the machinery train (drive train) contains the entire generating unit. (The functions are described in detail in the "Wind turbine - inside view” medium!)Information and ideas: Physics class could be used to explain why wind currents passing through the rotor blades cause them to move (flow principle of Venturi and Bernoulli).

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Generator für Windrad

Foto:Rotor des Generators einer Windenergieanlage.Es handelt sich hier um einen Vielpol-Generator, erkenntlich an der Vielzahl von Spulen auf dem äußeren Ring. Diese bewegen sich bei Betrieb an einem Statorring vorbei, der mit einer entsprechenden Anzahl von Permanentmagneten bestückt ist. Im Innenbereich des Rotors kann man die Regelelektronik erkennen. Diese Vielpol-Generatoren mit Permanentmagneten liefern bei relativ geringem Volumen und geringer Masse über einen weiten Drehzahlbereich gute Leistung. Auf ein Getriebe zur Anpassung der Frequenz des gelieferten Wechselstroms kann verzichtet werden. Der Wechselstrom, egal welcher Drehzahl, wird zunächst gleichgerichtet und anschließend nach elektronischer Wechselrichtung mit exakt 50 Hz ins Netz eingespeist. Hinweise und Ideen:Wie hängt die Frequenz eines Wechselstromgenerators von der Drehzahl ab? Warum haben herkömmliche Windräder eine aufwändige Drehzahlregelung mit Getriebe und Generatoren mit abschaltbaren Polpaaren?

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Turbina a vapor

Fotografía:Rotor de turbina de baja presión desmontado de la central nuclear de Unterweser.Una turbina de vapor convierte la energía térmica del vapor en energía mecánica. La energía del flujo de vapor se transfiere a los álabes de la turbina. Para maximizar el aprovechamiento de la energía del vapor y optimizar el rendimiento de la turbina, se construye la turbina con varias etapas. El diseño de los álabes individuales también está sujeto a mejora constante para aumentar el rendimiento de la conversión de energía. En las centrales eléctricas, la turbina de vapor está acoplada a un generador que convierte la energía mecánica en energía eléctrica.Información e ideas:En esta fotografía se muestra el tamaño de una turbina con relación a una persona.

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Central "Dish-Sterling”

Fotografía:Una central eléctrica de las denominadas Euro-Dish-Sterling en el sur de Francia. Con un diámetro de 17 m tiene una capacidad de 50 kW. Las plantas de energía solar más pequeñas tienen un espejo cóncavo redondo ("dish” = plato) situado en el punto focal del cilindro de trabajo de un motor Stirling. El generador está montado directamente en el eje de un motor Stirling. (Alternativa: Si se utiliza un imán permanente como émbolo, la generación de energía eléctrica se puede integrar directamente como generador lineal en el motor Stirling. Las centrales eléctricas de Dish-Sterling se utilizan, por ejemplo, en regiones soleadas sin red de distribución de energía eléctrica, para la sustitución parcial de generadores diésel. No se requieren generadores diésel para el caso de almacenamiento en baterías de un tamaño suficientemente grande.Fuente de las fotografías: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=362869

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Central eléctrica con cilindros parabólicos

Fotografía: Central eléctrica con cilindros parabólicos en Lockhart cerca del Lago Harper en California (Proyecto Solar en Mojave) Estas plantas de energía solar operan con líneas largas (p. ej.. 112 m) de reflectores parabólicos, en el punto focal se extiende un tubo con medio de trabajo. La orientación del espejo rastrea automáticamente al sol. La radiación se amplifica 80 veces gracias a la concentración en los espejos y el aceite en el absorbedor es calentado a aproximadamente 400 °C. El aceite caliente fluye a la casa central, donde a través de un intercambiador de calor se genera vapor que acciona una turbina de vapor con generador. Alternativamente, se están considerando centrales con sal fundida líquida en el tubo absorbedor. Un parque de cilindros parabólicos de nueve centrales eléctricas con una capacidad total de 350 MW ha estado en funcionamiento en los EE. UU desde hace 20 años. En España, Andasol 1, 2 y 3 juntos llegan a los 150 MW. Gracias a su acumulador de calor integrado de sal fundida, Andasol también funciona sin sol más de 7 horas a plena potencia. La planta más grande del mundo, con 580 MW, está actualmente en construcción en Marruecos.


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