Kurs: Grundlagen und Perspektiven der Energiewende | OnCourse UB

  • Lektion 2

    • Strom und Wärmegewinnung mit fossilen Brennstoffen

      Fossile Energieträger, also Kohle, Öl und Gas werden in Kraftwerken zur Erzeugung von Strom genutzt. In vielen Fällen wird bei der Erzeugung von Strom auch Warmwasser für Fernwärme gewonnen, dies geschieht in der sogenannten Kraft-Wärme-Kopplung. Man kann die Kraftwerke, die fossile Energieträger verbrennen, und die darin chemisch gebundene Energie in Strom und/oder Wärme, als Dampfkraftwerke bezeichnen. Hier ist ein Grundschema zu sehen:

    • Die meisten thermischen Kraftwerke werden in Deutschland als Dampfkraftwerke betrieben. Allerdings gibt es auch Kraftwerke, die Gas als Energieträger verwenden und Gasturbinen mit Dampfturbinen kombiniert einsetzen. Hier werden die Abgase der Gasturbine genutzt, um den Dampf zu erzeugen. Der Wirkungsgrad eines Kraftwerks, dass nur Gasturbinen enthält, wäre durch die hohe Abwärme der Abgase gering. Durch die Kombination beider Turbinentypen wird der Wirkungsrad deutlich erhöht. Die sogenannten Gas-Dampf Kombikraftwerke kommen ohne die aufwändige Kühlung des Dampfes mit einem Kühlturm aus. Sie haben gegenüber den Dampf-Kraftwerken den Vorteil, dass die Energieerzeugung hier flexibler gesteuert werden kann. Deshalb werden diese Kraftwerke unter anderem auch eingesetzt, um Spitzenlasten und Schwankungen im Stromnetz auszugleichen.

      (Grafik "Kombiprozess.png" von Peter Lehrmacher auf wikimedia commons, Lizenz: CC-BY-SA 3.0)


      Solche Kombikraftwerke haben einen Wirkungsgrad von maximal 60%. Der Wirkungsrad anderer thermischer Kraftwerke für die Stromerzeugung liegt je nach Bauart und Alter auch höchstens bei 40% (Linow, 2019), teilweise auch deutlich niedriger. Die 40% Verlust (oder mehr) bestehen aus der Wärme der Abgase und der Energie die im Dampf des Kühlturms nicht genutzt werden kann.
    • Kraft-Wärme-Kopplung
      Thermische Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung, die, je nach Quelle, auch als Wärme-Kraft Kopplung bezeichnet wird, erzeugen neben Strom auch Wärme für das Beheizen von Gebäuden und der Bereitung von Warmwasser. Hier wird die Abwärme des Dampfes genutzt, um Warmwasser zu erzeugen. Damit geht weniger Energie in Form von warmen Wasserdampf verloren. Die Abbildungen veranschaulichen schematisch die Energieverhältnisse in einem thermischen Kraftwerk ohne Kraft-Wärme-Kopplung mit einem Wirkungsgrad von 30% und einem vergleichbaren Kraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung. Der Wirkungsgrad der Energieumwandlung aus der Primärenergie steigt auf 80%.


      Blockheizkraftwerke
      Thermische Kraftwerke mit Gas- und/oder Dampfturbinen sind Anlagen mit sehr hoher Leistung, die dazu konzipiert sind ganze Regionen mit Strom zu versorgen. Im kleineren Maßstab werden Blockheizkraftwerke (BHKW) eingesetzt, die einzelne oder wenige Gebäude mit Strom und Wärme versorgen können. Sie nutzen keine Turbinen, sondern Verbrennungsmotoren, die an einen Generator gekoppelt sind und die Wärme der Abgase wird an einem Wärmetauscher genutzt um Warmwasser zu erzeugen. Hier ist das Schema eines BHKW dargestellt, das Gas oder Öl als Brennstoff nutzt:

      (Grafik "Bhkw_schema.png" von Peter Lehrmacher auf wikimedia commons, Lizenz: CC-BY-SA 3.0)

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