Energiespeicher unter der Erde

 

Der Bedarf an Elektrizität im Laufe eines vollen Tages ist nicht konstant. Nachts brauchen wir viel weniger elektrische Energie als am Tag; nachts muss daher eine ganze Reihe von Kraftwerken, die relativ billig Elektrizität erzeugen könnten, ihren Betrieb unterbrechen. Für den „Nachtstrom“ hat man gewöhnlich keine Verwendung. Wäre es nicht möglich, die überschüssige Nachtenergie zu speichern und sie tagsüber dem Netz zuzuführen, wenn sie dringend benötigt wird? Doch die Speicherung von großen Mengen elektrischer Energie bereitet bis heute Schwierigkeiten.

 

H S M   N	= Hohlräume als Luftspeicher = Salzstock = elektrische Maschine, Motor und Generator = Netz	V B G E	= Verdichter = Brennkammer = Gasturbine = Erdgasspeicher

 

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 Anlage 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 Motor. 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 Gasflammen 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.

1. Jeweils ein Satz passt/stimmt nicht. Welcher?

1.

a) Der Elektrizitätsbedarf bleibt im Laufe eines Tages nicht gleich.

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

c) Im Laufe eines Tages schwankt der Strombedarf.

2.

a) Tagsüber ist der Energiebedarf viel geringer als in der Nacht.

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

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

3.

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

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

c) Eine ganze Reihe von Kraftwerken muss nachts verstärkt Strom erzeugen.

4.

a) Man fragt sich, ob es möglich wäre, zu viel produzierte Nachtenergie tagsüber in das Netz einzuspeisen.

b) Es stellt sich die Frage, ob die Energie, die am Tag in das Netz eingespeist werden muss, aus der überschüssigen Nachtenergie gewonnen werden kann.

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

 

2. Ergänzen Sie bitte die fehlenden Verben.

1. Der zentrale Teil der Anlage		aus einer elektrischen Maschine
2. Die elektrische Maschine		als Motor oder als Generator
3. Der Motor		Energie aus dem Netz
4. Der Motor		einen Verdichter
5. Der Verdichter		Luft in die Luftspeicher
6. Die komprimierte Luft		durch Kühler
7. Der maximale Druck		72 bar

 

 

12. Elektrizität aus heißen Gasen

 

Bisher verdoppelte sich alle fünfzehn bis zwanzig Jahre der Bedarf an elektrischer Energie. Heute schon entstehen Einheiten von Turbinen und Generatoren mit einer Leistung von über 600 000 Kilowatt; das entspricht der zwölfmillionenfachen Leistung des ersten Generators von Werner von Siemens oder der Leistung von über 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, werden die elektrisch geladenen Teilchen abgelenkt, die Elektronen zur einen, die positiven Ionen zur anderen Seite.

 

S N Ps M Pt

= Südpol = Nordpol = Plasmastrom = Magnetfeld = 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 Hochtemperatur–Kernkraftwerken oder in Fusionsreaktoren ein Plasma erzeugt werden kann.

1. Fragen zum Text:

1. Wie hat sich der Bedarf an elektrischer Energie entwickelt?

2. Welche Leistungen erbringen Turbinen- und Generatoren–Einheiten heutzutage?

3. Welchen Nachteil haben die heutigen Generatoren?

4. Wie nennt man ein überhitztes Gas?

5. Wie lässt sich aus einem überhitzten Gas Strom erzeugen?

6. Welche Funktion haben die Platten in dem beschriebenen Experiment?

7. Wie werden die neuartigen Generatoren genannt?

8. Wann könnten diese Generatoren zum Einsatz kommen?

 

2. Welches Verb passt?

fallen – gefallen – verfallen – zerfallen

 

1. Das Buch... mir sehr gut.

2. Die Atome... in Elektronen und Ionen.

3. Das Haus... langsam.

4. Die Preise...

5. Es... Schnee.

6. Die Temperatur...

7. Der Film... mir.

8. Die Eintrittskarten... morgen.

9. Materie...

10. In eine traurige Stimmung...

11. Die Arbeit... ihm schwer.

 

ЧАСТЬ 4

 

Messer aus Licht

L R S	= Lampe = Rubinstab = Spiegel	tS Ls	= teildurchlässiger Spiegel = Laserstrahl

 

Wie kann man ein Auge im Innern operieren, ohne es zu zerstören? Seit kurzem besitzt die Medizin das Instrument, welches hierzu nötig ist: ein Messer aus Licht, den sogenannten „Laser“.

Ein einfacher Laser besteht aus einem Stab (R) aus Aluminiumoxid, dem etwas Chrom beigemischt ist. Diesen roten, transparenten Stoff bezeichnet man als Rubin. Die beiden Enden des Stabes sind durch zwei Spiegel begrenzt. Einer der Spiegel (tS) ist teildurchlässig, das heißt, dass ein Teil des Lichtes ihn durchdringen kann. Dieser Rubinstab wird von einer Lampe (L) bestrahlt, die ein starkes grünes Licht aussendet.

Angenommen, ein „grünes“ Lichtquant (ein Photon) von der Lampe trifft auf ein Atom des Rubinstabs. Ein Elektron dieses Atoms absorbiert das Photon und speichert seine Energie. Dabei „springt“ das Elektron auf eine höhere Bahn. Nach einer gewissen Zeit fällt es um eine Stufe zurück. Dabei gibt das Elektron einen Teil der aufgenommenen Energie als „rotes“ Photon wieder ab. Das Elektron springt nicht sofort auf die ursprüngliche Bahn zurück, sondern in zwei Stufen.

Nehmen wir weiter an, ein solches „rotes“ Photon trifft auf ein Elektron, das ebenfalls ein „grünes“ Lichtquant absorbiert hat. Sofort gibt auch dieses Elektron ein „rotes“ Photon ab, und nun wandern beide Photonen „Hand in Hand“ zusammen weiter – mit genau derselben Schwingung und in genau dieselbe Richtung. Die zwei Photonen treffen auf andere Atome (A₃ und A₄), die Lichtquanten gespeichert haben, und wiederum werden Photonen frei, die sich den ersten anschließen. Durch die beiden Spiegel werden sie viele Millionen Mal im Rubinstab hin- und herflektiert. Diese wie disziplinierte Soldaten in „gleichem Schritt“ marschierenden Photonen nehmen auf ihrem Weg immer mehr „Kameraden“ mit; so entsteht ein intensiver Strahl einfarbigen, scharf gebündelten Lichts, der durch den teildurchlässigen Spiegel als Laserstrahl (Ls) aus dem Rubinstab schießt.

 

Laserstrahlen dienen als Träger von Energie und Information. Mit Hilfe von Linsen kann man sie auf Durchmesser von einem Hunderttausendstel Zentimeter konzentrieren. Dadurch entstehen Strahlen von einer solchen Energiedichte, dass man damit die härtesten Stoffe wie Stahl und Diamanten, aber auch Organe des menschlichen Körpers mit höchster Präzision durchbohren und schneiden kann. Wie gewöhnliches Licht dringen sie durch unsere Sehlinsen, ohne sie zu schädigen, und erlauben Operationen sogar im Innern der Augen.

 

1. Vervollständigen Sie bitte die Beschreibung eines Lasers, indem Sie die folgenden Wörter an der richtigen Stelle einsetzen.

Rubinstab – Licht – Lampe – Spiegel – Stab – Spiegel – Rubin – Chrom – Stab – Aluminiumoxid – Licht

 

Ein Laser besteht aus einem... aus... und... Der rote transparente Stoff heißt.... Die Enden des... sind durch 2... begrenzt. Einer der... ist teildurchlässig.

Dadurch kann ihn... durchdringen. Der... wird von einer... bestrahlt, die ein grünes... aussendet.

 

2. Verbinden Sie die folgenden Sätze mit einem Relativpronomen.

Beispiel

Der Rubinstab wird von einer Lampe bestrahlt. Diese Lampe sendet ein starkes grünes Licht aus. Der Rubinstab wird von einer Lampe bestrahlt, die ein starkes grünes Licht aussendet.

 

1. Ein „rotes“ Photon trifft auf ein Elektron. Dieses Elektron hat ebenfalls ein „grünes“ Lichtquant absorbiert.

2. Die zwei Photonen treffen auf andere Atome. Diese Atome haben Lichtquanten gespeichert.

3. Es werden Photonen frei. Diese Photonen schließen sich den ersten an.

4. Es entsteht ein intensiver Strahl einfarbigen, scharf gebündelten Lichts. Dieser Strahl schießt durch den teildurchlässigen Spiegel als Laser aus dem Rubinstab.

 

3. Sie arbeiten als Arzt/Ärztin in einem Krankenhaus, Ihr/e Chef/in will die Laseroperation einführen. Führen Sie mit ihm/ihr ein Gespräch über Vorteile und Schwierigkeiten bei dieser Behandlung.