Wärmekraftwerk

Wärmekraftwerk einfach erklärt

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(00:15)

Ein Wärmekraftwerk wandelt thermische Energie (Wärme) in elektrische Energie um. Das heißt, es dient der Gewinnung von elektrischem Strom. 

Der Prozess funktioniert einfach gesagt so: Primärenergieträger, wie beispielsweise Kohle oder Erdgas, werden verbrannt und erhitzen Wasser. Der daraus entstehende Wasserdampf treibt eine Dampfturbine an und dreht sie. Die Drehung der Dampfturbine dreht dann einen Generator, welcher anschließend den Sekundärenergieträger Strom erzeugt.

Wärmekraftwerk Aufbau und Wirkungsweise

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(00:52)

In einem Wärmekraftwerk laufen verschiedene Prozesse der Energieumwandlung ab. Die wichtigsten Bestandteile eines solchen Kraftwerkes sind:

1. Dampferzeuger 
2. Turbine
3. Generator 
4. Transformator
5. Kondensator
6. Kühlturm

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Die Energieumwandlungen und die Funktionsweise des Wärmekraftwerks kannst du in sechs Schritte gliedern:

1. Im Dampferzeuger entsteht durch die Verbrennung von Primärenergieträgern (Kohle , Heizöl oder Erdgas) Wärme. Sie verdampft dann Wasser . Der Wasserdampf hat nach dem Dampferzeuger einen hohen Druck von circa 200 bar. Außerdem liegt seine Temperatur zwischen 400 °C und 600 °C.
   
   Merke:  Die chemische Energie der Brennstoffe wandelt sich in thermische Energie des Dampfes um.
   
   

2. Anschließend leiten Düsen den Dampf auf die Schaufeln einer Turbine . Die thermische Energie des Dampfes wird in der Turbine in kinetische Energie umgewandelt. Das ist dann die Rotationsbewegung der Turbine.

   Merke: Bei großen Turbinen beträgt die Drehzahl bis zu 3.000 Umdrehungen pro Minute.

3. Die Turbine ist über eine Welle mit dem Generator verbunden. Der verbundene Generator wandelt die Bewegungsenergie der Turbine letztendlich in elektrische Energie um.
   
   
4. Der erzeugte Strom kann dann über Transformatoren ins Stromnetz eingespeist und an die Verbraucher verteilt werden.
   
   
5. Nach der Turbine gelangt der Dampf in einen Kondensator . Dort wird der Dampf abgekühlt und wieder verflüssigt. Das daraus entstehende Wasser wird wieder in den Dampferzeuger geleitet. Somit ist der Kreislauf des Wärmekraftwerkes geschlossen. 
   
   
6. Der Kondensator, der den Dampf abkühlt und verflüssigt, muss die Wärme des Dampfes abgeben. Aus diesem Grund ist im Wärmekraftwerk in der Regel ein Kühlkreislauf vorhanden, der einen Kühlturm oder eine andere Kühleinrichtung einschließt.

Wärmekraftwerk Arten

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(02:21)

Im Folgenden findest du eine tabellarische Übersicht zu den Arten von Wärmekraftwerken:      

Wärmekraftwerk Wirkungsgrad

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(03:24)

Der Wirkungsgrad von Wärmekraftwerken ist durch den Carnot-Prozess beschränkt. Das bedeutet, große Verluste bei der Energieumwandlung sind unvermeidlich. Meist entweicht die Energie hauptsächlich in Form von Wärme. 

In heutigen Wärmekraftwerken liegt der Wirkungsgrad zwischen 30 % und 45 %. Höhere Wirkungsgrade sind prinzipiell möglich, jedoch muss das System mehr als eine Turbine besitzen. Das heißt, der technische Aufwand ist dementsprechend größer. 

Eine deutlich bessere Nutzung der eingesetzten Primärenergieträger kann in Blockheizkraftwerken durch Kraft-Wärme-Kopplung erzielt werden. Darunter verstehst du solche Kraftwerke, in denen der Strom erzeugt und zugleich die entstehende Wärmeabfuhr genutzt wird. Solche Anlagen weisen einen Wirkungsgrad von bis zu 85 % auf.

Wärmekraftwerk Vor- und Nachteile

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Ein großer Vorteil von Wärmekraftwerken ist die Nutzung von einheimischen Primärenergieträgern. Diese Energieträger sind auch noch über Jahrzehnte verfügbar.

Das Hauptproblem von Wärmekraftwerken sind jedoch die durch sie hervorgerufenen Umweltbelastungen beim Verbrennen fossiler Brennstoffe. Zu den Umweltbelastungen zählen unter anderem Belastungen durch Staub sowie die bei der Verbrennung auftretenden Stickoxide und Schwefeldioxid.

Entscheidenden Einfluss auf den zusätzlichen Treibhauseffekt auf der Erde hat obendrein Kohlenstoffdioxid . Du kannst dir merken, dass Kraftwerke und Heizkraftwerke jährlich etwa 900 Mio. Tonnen CO₂ ausstoßen.

Wärmekraftwerk — häufigste Fragen

• Was ist ein Wärmekraftwerk?
  Ein Wärmekraftwerk ist ein Kraftwerk, welches thermische Energie in elektrische Energie umwandelt.
  
  
• Wie funktioniert ein Wärmekraftwerk?
  Durch das Verbrennen des eingesetzten Brennstoffes wird im Dampferzeuger Wasserdampf erzeugt. Der Dampf verlässt den Dampferzeuger und durchströmt die Schaufeln einer Turbine, die über eine Welle den Generator antreibt.
  
  
• Welche Arten von Wärmekraftwerken gibt es?
  Es gibt Kohlekraftwerke, Gaskraftwerke, Ölkraftwerke, Kernkraftwerke, Blockheizkraftwerke, Solarthermische Kraftwerke und Geothermische Kraftwerke.
  
  
• Wie groß ist der Wirkungsgrad in Wärmekraftwerken?
  Der Wirkungsgrad in Wärmekraftwerken liegt zwischen 30 % und 45 %. Höhere Wirkungsgrade erfordern einen größeren technischen Aufwand. So weisen Blockheizkraftwerke Wirkungsgrade von bis zu 85 % auf.

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