Energieumwandlungen im Kraftwerk

Energieumwandlungen im Kraftwerk
Sicher wird man schon einmal den Schnack gehört haben: "Wozu brauchen wir Kraftwerke? Bei uns
kommt der Strom aus der Steckdose." Heute weiß jeder, dass in einem Wärmekraftwerk Kohle,
Heizöl, Erdgas oder Müll verbrannt werden, um die im Brennstoff gespeicherte Energie in elektrische
Energie umzuwandeln. Wie aber geht das genau vor sich? Welche Energieumwandlungen finden
statt? Wie steht es mit der Energieentwertung?
Zunächst wird durch Verbrennung die in den Brennstoffen gespeicherte chemische Energie in
thermische Energie (Wärme) des 500-600 °C heißen Wasserdampfes (Heißdampf) umgewandelt.
Chemische Energie der Brennstoffe ———> Thermische Energie von Heißdampf
Dieser Heißdampf strömt unter dem hohen Druck von ca. 200 bar in eine Turbine ein und treibt sie an.
Thermische Energie von Heißdampf ———> Bewegungsenergie der Drehbewegung
Dabei sinken seine Temperatur und sein Druck, d. h. der Dampf dehnt sich aus ("er entspannt sich").
Den Kondensator, indem sich der Wasserdampf verflüssigt, erreicht er schließlich bei etwa 40 °C und
einem Druck von 0,04 bar.
Die Turbine schließlich treibt den Generator an. Das ist eine große Dynamomaschine, in der
Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Bewegungsenergie der Drehbewegung ———> Elektrische Energie
Nicht aber die gesamte umgesetzte chemische Energie findet sich als thermische Energie im
Wasserdampf wieder. Zunächst wird ein Teil der Energie des Brennstoffs schon bei der Verbrennung
wegen mangelnder Isolierung direkt über heiße Ofenwände oder mit den Rauchgasen über die
Rauchgasreinigungsanlagen und den Schornstein an die umgebende Luft abgegeben, wird also ohne
Heißdampf zu erzeugen entwertet..
Aber auch der Heißdampf kann aus grundsätzlichen Gründen seine thermische Energie nicht
vollständig an die Turbine abgeben: Bei dem beschriebenen Wärmekraftwerk, das mit Heißdampf von
500 °C bis 40 °C arbeitet, kann der Wirkungsgrad bestenfalls nur etwa 60 % betragen (maximaler
Wirkungsgrad). Weitere Gründe für Umwandlungs“verluste“ beim Wärmekraftwerk sind z. B.
Reibungsprozesse in den Turbinen. Aufgrund der Reibung in dem Generator und der „Verluste“ beim
Transport der elektrischen Energie reduziert sich der Wert noch auf etwa 30 %. Bei diesen
Überlegungen fehlen Angaben zum Wirkungsgrad, der sich primär auf die chemische Energie der
eingesetzten Brennstoffe bezieht. Da ja die Verbrennung wie oben geschildert nicht „verlustfrei“
verläuft, ist der Wert des Wirkungsgrades noch kleiner als 30 %. Somit sind bei allen genannten
Energieumwandlungen mindestens zwei Drittel als Abwärme in die Außenwelt verpufft.
Natürlich geht aber keine Energie verloren. Die Gesamtenergie (also Nutzenergie und Abwärme) ist
gleich der eingesetzten chemischen Energie. Aber sie ist technisch nicht voll verfügbar. Den Anteil der
Energie, der eben nicht nutzbar ist, nennt man entwertete Energie.
Quelle:
R. Blume und Koll.: Schulbücher bei Cornelsen + Korrektur Legleitner