Energiespeicher unter der Erde

Der Bedarf an Elektrizitä t im Lauf eines vollen Tages ist nicht k onstant. N chts brau-chen wir viel wenig er elektrische Energie als am Tag; nacht s muß da er eine ga nze Reihe

Energie bereitet bis heute Sch wierigkeite n.

H = Hoh lräume als Luftspeicher; S = Salzstock;

M = ele trische Maschine, M otor und Generator;

N = Net z;

V = Verdichter;

B = Br ennkammer; G = Gasturbine;

E = Erd gasspeicher

In der Nähe von Bremen arbeitet seit Dezember 1978 ein Kraftwerk, das das Problem der Energiespeicherung auf eine ganz neue Art gelöst hat. Während der Nacht nutzt die An-lage die überschüssige Energie, um Luft in zwei große Hohlräume (H) unter der Erde zu pressen. Die Hohlräume befinden sich in 650 m Tiefe in einem Salzstock (S) und haben ein Volumen von insgesamt 300 000 m³; das ist mehr als der Rauminhalt des Kölner Doms. Die Hohlräume wurden künstlich geschaffen, indem man Wasser in den Salzstock pumpte, das das Salz löste. Die Salzlösung wurde ins Meer geleitet.

Der zentrale Teil der Anlage besteht aus einer elektrischen Maschine (M), die sowohl als Motor als auch als Generator arbeiten kann. In der Nacht arbeitet die Maschine als Mo-tor. Da in den Nachtstunden genügend billige Elektrizität zur Verfügung steht, erhält der Motor die Energie aus dem Netz (N) und treibt einen Verdichter (V) an, der Luft in die Luftspeicher pumpt. Vor dem Eintritt in die Speicher wird die komprimierte und dadurch erhitzte Luft durch Kühler auf etwa 50 Grad Celsius abgekühlt, damit bei dem gewünschten Druck möglichst große Luftmassen in den Hohlräumen Platz finden. Der maximale Druck in den Speichern beträgt 72 bar.

Wenn am Vormittag der Energiebedarf am größten ist, wird die nachts gespeicherte Energie genutzt. Die komprimierte Luft strömt durch Brennkammern (B), wo sie durch Gas-flammen erhitzt wird und dadurch noch mehr Energie aufnimmt. Dann strömt die erhitzte Luft durch eine Gasturbine (G), welche die elektrische Maschine antreibt. Diese arbeitet nun als Generator. Zwei Stunden lang gibt die Anlage eine Leistung von 290 Megawatt an das Netz ab.

Jeweils ein Satz paßt/stimmt nicht. Welcher?

1.

Der Elektrizitätsbedarf bleibt im Laufe eines Tages nicht gleich.

Der Bedarf an Strom für einen ganzen Tag verändert sich nicht.

Im Laufe eines Tages schwankt der Strombedarf.

2.

Tagsüber ist der Energiebedarf viel geringer als in der Nacht.

In der Nacht wird deutlich weniger Energie gebraucht als am Tag.

Am Tag liegt der Energieverbrauch weit über dem Verbrauch in der Nacht.

3.

Viele Kraftwerke, die ziemlich billig Strom erzeugen könnten, müssen nachts abgeschaltet werden.

Eine große Zahl von Kraftwerken, die in der Lage wären, relativ kostengünstig Elektrizität zu erzeugen, können in der Nacht nicht weiter betrieben werden.

Eine ganze Reihe von Kraftwerken muß nachts verstärkt Strom erzeugen.

4.

Man fragt sich, ob es möglich wäre, zuviel produzierte Nachtenergie tagsüber in das Netz einzuspeisen.

Es stellt sich die Frage, ob die Energie, die am Tag in das Netz eingespeist wer-den muß, aus der überschüssigen Nachtenergie gewonnen werden kann.

Es fragt sich, ob der Energiebedarf am Tag nicht zum Teil aus der in der Nacht zuviel produzierten Energie gedeckt werden kann.

12. Elektrizität aus heißen Gasen

Bisher verdoppelte sich alle fünfzehn bis zwanzig Jahre der Bedarf an elektrischei Energie. Heute schon entstehen Einheiten von Turbinen und Generatoren mit einei Leistung von über 600 000 Kilowatt; das entspricht der zwölfmillionenfachen Leistung des ersten Generators von Wernei von Siemens oder der Leistung von übei 16 000 Volkswagen.

Doch die heute verwendeten Generatoren haben einen Nachteil: die Wärmeenergie des heißen Gases oder Dampfes muß erst auf eine Turbine übertragen werden, welche wiederum den Generator antreibt.

Vor einiger Zeit gelang die Konstruktion von völlig neuartigen Generatoren, welche in der Lage sind, die Wärmeenergie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Ihr Prinzip ist einfach. Ein Gas wird so weit erhitzt, daß seine Atome in negativ geladene Elektronen und positiv geladene Atomkerne zerfallen, die sogenannten Ionen. Ein solches überhitztes Gas bezeichnet man als Plasma (Ps). Sobald das Plasma durch ein Magnetfeld (M) strömt, wer-den die elektrisch geladenen Teilchen abgelenkt, die Elektronen zur einen, die positiven Io-nen zur anderen Seite.

S = Südpol;

N = Nordpol;

Ps = Plasmastrom;

M = Magnetfeld;

Pt = Platten zur Aufnahme der

Ladungen

So entsteht eine elektrische Spannung. Eine Platte (Pt) auf jeder der beiden Seiten nimmt die Ladungsträger auf. Sobald diese Platten durch einen Leiter verbunden werden, fließt ein Strom. Zweifellos werden diese „magnetofluiddynamischen Generatoren“, kurz „MFD–Wandler“ genannt, eine entscheidende Bedeutung erlangen, sobald in Hochtempera-tur–Kernkraftwerken oder in Fusionsreaktoren ein Plasma erzeugt werden kann.

Fragen zum Text:

Wie hat sich der Bedarf an elektrischer Energie entwickelt?

Welche Leistungen erbringen Turbinen- und Generatoren–Einheiten heutzutage?

Welchen Nachteil haben die heutigen Generatoren?

Wie nennt man ein überhitztes Gas?

Wie läßt sich aus einem überhitzten Gas Strom erzeugen?

Welche Funktion haben die Platten in dem beschriebenen Experiment?

Wie werden die neuartigen Generatoren genannt?

Wann könnten diese Generatoren zum Einsatz kommen?

Welches Verb paßt?

fallen – gefallen – verfallen – zerfallen

Das Buch... mir sehr gut.

Die Atome... in Elektronen und Ionen.

Das Haus... langsam.

Die Preise...

Es... Schnee.

Die Temperatur...

Der Film... mir.

Die Eintrittskarten... morgen.

Materie...

In eine traurige Stimmung...

Die Arbeit... ihm schwer.

ЧАСТ Ь 4

Messer aus Licht

Wie kann man ein Auge im Inner n operiere n, ohne es zu zerstö ren? Seit k urzem be-sitzt die Medizin das Instrum ent, welch es hierzu n ötig ist: ein Messer aus Licht, den soge-nannten „Laser“.

Ein einfacher Laser beste ht aus einem Stab (R) aus Alu miniumoxid, dem etwas Chrom beigemisc ht ist. Diesen roten, transparen ten Stoff b ezeichnet man als Rubin. Die beiden En-den des S tabes sind durch zwei Spiegel begrenzt. Einer der Spiegel (t S) ist teildurchlässig, das heißt, daß ein Teil des Lic htes ihn durchdringe n kann. Dieser Rubinstab wird von einer Lampe (L) bestrahlt, die ein starkes grünes Licht aussendet.

Angenommen, ein „grünes“ Lichtquant (ein Photon) von der L ampe trifft auf ein Atom des Rubinstab s. Ein Elektron dieses Atoms absorbiert das Photo n und speichert seine Energie. D abei „springt“ das E lektron a uf eine höhere Bahn. Nach einer gewissen Zeit fällt es um eine Stufe zur ück. Dabei gibt das Elektron einen Teil der aufgeno mmenen Energie als „rotes“ P hoton wied er ab. Da s Elektron springt ni cht sofort auf die ursprüngliche Bahn zu-rück, son ern in zw ei Stufen.

Nehmen wir w eiter an, ein solches „rotes“ Ph oton trifft auf ein Elektron, das ebenfalls ein „grünes“ Lichtqu ant absorbiert hat. Sofort gibt auch dieses Elektron ein „rotes“ Photon ab, und n un wandern beide Photonen „Hand in Ha nd“ zusammen weiter – mit ge nau dersel-ben Schw ingung u d in gena u dieselbe Richtung. Die zwei Photonen treffen auf andere Atome (A ₃ und A₄), die Lichtquanten gespeichert haben, un d wiederum werden Photonen frei, die sich den ersten ansch ließen. Durch die beiden Spiegel werde n sie viele Millionen mal im R ubinstab hin- und herflektiert. Diese wie disziplinierte Soldaten in „gleichem Schritt“ m arschiere nden Phot onen nehm en auf ihrem Weg immer meh r „Kameraden“ mit; so entsteh t ein inten siver Strahl einfarbigen, scharf gebündelten Lichts, der durch den teil-durchläss gen Spiegel als Laserstrahl (Ls) aus dem Rubinstab schießt.

Lase rstrahlen dienen als Träger von Energie und Information. M it Hilfe von Linsen kann man sie auf Durchmess er von einem Hunderttausendstel Zentimeter konzentrieren. Dadurch entstehen Strahlen von einer solchen Ene rgiedichte, dass man damit di e härtesten

Stoffe wi e Stahl un d Diamanten, aber a uch Organe des menschlichen Körpers mit höchster Präzision durchbohren und schneiden kan n. Wie ge wöhnliche s Licht dri gen sie du rch unsere Sehlinsen, ohne sie z u schädig n, und erl auben Operationen sogar im Innern der Au gen.

1. Vervollstän digen Sie b itte die B eschreibu g eines Lasers, inde m Sie die folgenden Wörter a der richtigen Stelle einsetzen.

Rubinstab – Licht – Lam pe – Spieg el – Stab – Spiegel – Rubin – Chrom – Stab – Aluminiumoxid – Licht

Ein Laser besteht aus ei em... aus... und... Der rote transparente Stoff heißt.... Die

Enden de s... sind d rch 2... begrenzt. Ei ner der... ist teildurc hlässig.

Dadurch kann ihn... dur chdringen. Der... wi d von ein r... bestra hlt, die ei grünes...

aussendet.

2. Verbindenie die folg enden Sä ze mit einem Relativ pronome.

Beispiel

Die zwei Photonen treffen auf an dere Atom e. Diese A tome hab en Lichtquanten ge-speichert.

E s werden P hotonen fr ei. Diese Photonen schließen sich den ers ten an.

4. E s entsteht in intensi er Strahl infarbigen, scharf g bündelten Lichts. D eser Strahl schießt durch den teildurchlässigen Spiegel ls Laser aus dem Rubinstab.

3. Sie arbeiten als Arzt/Ärztin in einem Kra nkenhaus, Ihr/e Chef/in will die Laser-operation einführe n. Führen Sie mit ih m/ihr ein Gespräch über Vorteile und Schwierig-keiten bei dieser Behandlung.

14. Beton – Stahlbet on – Spannbeton

Ohne Beton w äre die m oderne Baukunst nicht denkba r. Beton ist eine Mischung aus Zement, Wasser un d Zuschlag stoffen w e Sand und Kies, die im Lauf von etwa 28 Tagen härtet und einen festen Baustoff bildet.

Beto n läßt sich in belie bige Formen gießen. Er hat eine hohe D ruckfestig keit, doch

Im o beren Teil des Beton trägers entstehen Druckkräfte, im untere n Teil Zugk räfte. Die Druckkrä fte schade n dem Bauteil nicht, doch die Z ugkräfte reißen den Träger auf. Er bricht und stürzt ein.

Wie kann man die Zugfestigkeit des Betons e rhöhen? Zu diesem Zweck wer den Stahl-stäbe an d en Stellen des Trägers eingefü gt, wo die Zugkräfte am stärkst en sind. D ie Zugfes-tigkeit von Stahl ist zwanzigm al größer als die von Beton. uch jetzt können R sse in den Zugzonen entstehen, doch der Stahl verhindert ein Brechen d es Trägers (Abb. 3).

Die Festigkeit eines Bau teils aus Beton läßt sich jedoch noch wei ter erhöhe n. Dies ge-schieht d rch das so genannte „Vorspan n en“. Der Teil des B alkens, in dem späte r die größ-ten Zugk räfte herrschen, wir d vor der Belastung komprimiert, das h eißt, der eingebaute Spannstah l wird ge en den Träger gesp nnt, so daß dort Dru ckkräfte entstehen. D iese glei-chen wäh rend der Belastung d ie Zugkräf te aus, die Summe der Kräfte ist null, und die Zug-spannung verschwin det (Abb. 4 und 5).