Wohin mit dem Strom, den gerade niemand braucht? Pumpspeicher, Batterien und Wasserstoff geben eine Antwort.
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Übungsaufgaben
Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt dir sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.
A1
Speicher im Portfolio
AFB I
Sieben Speichertechniken mit ihren Kenndaten. Zeichne jede Technik in das passende Feld des Portfolios aus Speicherdauer und Wirkungsgrad ein.
Ziehe jedes Kärtchen in das passende Feld — oder klicke es an und dann das Feld. Mit der Tastatur: Enter wählt ein Kärtchen, die Pfeiltasten schieben es von Feld zu Feld, Esc legt es zurück. Nach dem Prüfen heißt ↔: waagerecht falsch, ↕: senkrecht falsch.
Das Feld oben rechts bleibt leer: Es gibt keinen Speicher, der große Energiemengen über Monate und mit hohem Wirkungsgrad aufbewahrt. Für lange Zeiträume bleibt nur die Speicherung als Gas — mit großen Verlusten.
Lies auf jedem Kärtchen zwei Angaben ab: den Wirkungsgrad η (für die Zeile) und die Speicherdauer (für die Spalte).
Vergleiche η mit 60 %: 92 %, 85 % und 75 % kommen nach oben. „Minuten“ und „Stunden“ gehören in die linke Spalte.
A2
Pumpspeicher im Bergwerk
AFB II
In einem stillgelegten Bergwerk soll ein unterirdischer Pumpspeicher 1,0 MWh speichern. Der Höhenunterschied zwischen den Becken beträgt 600 m (g = 9,81 m/s²). Löse E = m · g · h nach der Wassermasse auf und bestimme Schritt für Schritt, wie viel Wasser nötig ist.
Spiele den Rechenweg Schritt für Schritt durch: Was passiert als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
m = E : (g · h) = 3,6·10⁹ J : (9,81 m/s² · 600 m) ≈ 6,1·10⁵ kg, also rund 610 m³ Wasser. Je größer der Höhenunterschied, desto weniger Wasser braucht man für dieselbe Energie.
Stelle zuerst die Formel um, dann rechne die Energie in Joule um.
m = E : (g · h) und 1 MWh = 3,6·10⁹ J. Für das Volumen teilst du die Masse durch 1000 kg pro m³.
A3
Der Turm aus Betonblöcken
AFB II
Ein Gewichtsspeicher hebt mit Kränen 20 Betonblöcke zu je 30 t an. Zusammen sollen sie 50 kWh Lageenergie speichern. Die Kräne haben 400 kW Leistung, der Turm steht 120 m über dem Meeresspiegel. Leite aus E = m · g · h her, um welche Höhe die Blöcke gehoben werden müssen, und stelle sie am Regler ein.
Schiebe den Regler auf deine Schätzung — Pfeiltasten bewegen ihn feiner. Nach dem Prüfen siehst du den Trefferbereich.
0 m80 m
m = 20 · 30 t = 6,0·10⁵ kg, E = 50 · 3,6·10⁶ J = 1,8·10⁸ J. h = E : (m · g) = 1,8·10⁸ J : (6,0·10⁵ kg · 9,81 m/s²) ≈ 30,6 m. Die Kranleistung und die Höhe über dem Meer spielen keine Rolle — es zählt nur der Höhenunterschied.
Rechne die Gesamtmasse in kg und die Energie in J um; dann h = E : (m · g).
6,0·10⁵ kg und 1,8·10⁸ J. Die 120 m über dem Meeresspiegel sind kein Höhenunterschied, um den gehoben wird.
