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Das Pumpspeicherkraftwerk

Zwei Sachaufgaben zu Lageenergie-Speichern — vom Bergwerksschacht bis zum Pumpspeicherkraftwerk.

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Ein Energiespeicher im alten Bergwerk

AFB I–II

In einem stillgelegten Bergwerksschacht soll ein Stahlgewicht mit der Masse 50 t mit überschüssigem Windstrom 750 m nach oben gezogen werden. Wird später Strom gebraucht, sinkt das Gewicht langsam hinab und treibt über das Seil einen Generator an.

Beim Hochziehen gehen in Motor und Seilwinde 20 % der eingesetzten elektrischen Energie verloren. Rechnen Sie mit \(g = 9{,}81\ \tfrac{\text{N}}{\text{kg}}\) und \(1\ \text{kWh} = 3\,600\,000\ \text{J}\).

Der Schachtspeicher
h = 750 m50 tSeilwinde mit GeneratorSchachtsohle
Nicht maßstäblich. Bezugshöhe ist die Schachtsohle.
  1. Berechnen Sie die Lageenergie, die das Gewicht oben im Schacht gespeichert hat.
  2. Geben Sie diese Energie in Kilowattstunden an.
  3. Bestimmen Sie die elektrische Energie, die die Seilwinde beim Hochziehen aufnehmen muss.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
50 t = 50 000 kg. Dann \(E = m \cdot g \cdot h\).
Hinweis zu Aufgabe b)
Von Joule in Kilowattstunden: durch 3 600 000 teilen.
Hinweis zu Aufgabe c)
Wenn 20 % verloren gehen, kommen nur 80 % als Lageenergie an. Gesucht ist die Zahl, von der 80 % gerade die gespeicherte Energie sind.