Osmosekraftwerk_13.05.2011

Report
1
Osmosekraftwerk
Artur Strumberger
FOS-T Energieressourcen schonen
13.05.2011
2
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
3
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
6
2.3 Osmotische Druck(Rechnung)
 geg:
-Temperatur T: 15℃ (288,15K)

-universelle Gaskonstante R: 8,314
 
-Salzgehalt der Nordsee: 3,5 % (n= 35g)
-Salzgehalt der Elbe: 0,1% (n= 10g)
-  = 1,86
-Molare Masse M= Atommasse u.
 ges:
- Druck ∏ = 
 Formel:
-∏= ∆ ∙  ∙ 

-=
∙
:Stoffmenge, :Korrekturfaktor
osmotischer
Druck
7
2.3 Osmotische Druck(Lösung)

=
∙
₁
35
=

58,443
∙ 1


₂ = 0,599

₂
1
=

58,443
∙ 1

₂

=0,017

∆ = ₁ − ₂


∆ = 0,599
− 0,017


∆ =

0,582

∏ =  ∙ ∆ ∙  ∙ 


∏ = 1,86 ∙ 0,582
∙ 8,314
∙ 288,15 K

 
∏ = 1199.086 kPa= 11,99bar
8
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
10
2.4 Funktion eines Osmosekraftwerks
11
3.1 Filter
• Salz- und Süßwasser
werden durch Filtration
von groben Partikeln
befreit.
12
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
13
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 
Süßwasser
Stützschicht
14
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
∆= 2 bar
-Durchlässigkeitskoeffizient der Membran
=1,8 · 10 −7 m³/(s·bar·m²)
-Wasserdurchfluss ⩒= 1m³/h
Formel:
- =  ∙  ∙ ∆ ∙ (∏ − ∆)
-A=
⩒
∙(∏∙∆)
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
18
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%
20
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
21
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
22
5. Gute Standortbedingungen
3,5 %
3,45%
0,8 %
3,74 %
23
5. mögliche Standorte
Totes Meer 27% Salzgehalt
Durchflussmenge des Jordans 11,10 m³/s
Mittelmeer 3,74% Salzgehalt
Durchflussmenge des Rhone 1800m³/s
24
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
25
6. Woher kommt die Energie?
Wasser verdunstet
2. Bildung von
Wasserdampf
3. Wasser fällt als
Niederschlag
4. Wasser fließt ins Meer
1.
26
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
27
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
28
Stromerzeugung im Vergleich
 Osmose könnte
einen kleinen
Teil in der
Zukunft
beitragen.
29
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.
30
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

similar documents