Stromerzeugung ist der Prozess der Stromerzeugung aus Primärenergieträgern. Die Besonderheit von Elektrizität besteht darin, dass es sich nicht um Primärenergie handelt, die in der Natur in nennenswerten Mengen vorhanden ist.
Die Stromerzeugung ist der erste Schritt bei der Lieferung von Strom an Endverbraucher in der Elektrizitätswirtschaft. Weitere Schritte sind Übertragung, Verteilung, Speicherung und Netzrückspeisung in Pumpspeicherkraftwerken.
Kraftwerke sind Anlagen zur Stromerzeugung. Je nach Anlagentyp wird ein anderer Energieträger genutzt. Beispielsweise verwenden viele Anlagen Energie, um Dampf zu erzeugen und eine Turbine anzutreiben, die mit einem elektrischen Generator verbunden ist, um mechanische Energie in Elektrizität umzuwandeln.
Je nach verwendeter Energieressource lassen sich zwei Arten der Energieerzeugung einteilen:
Erneuerbare Energiequellen: Sie verbrauchen unerschöpfliche Ressourcen. Die meisten sind grüne Energien, die keine Treibhausgase ausstoßen – zum Beispiel Sonnenenergie oder Windenergie.
Nicht erneuerbare Energiequellen: Sie sind begrenzte Ressourcen, die erschöpft werden können. Zu dieser Art gehören fossile Brennstoffe, die große Mengen klimaschädlicher Emissionen emittieren.
Hier sind einige Beispiele für verschiedene Methoden der Stromerzeugung:
1. Fossile Brennstoffe und konventionelle Kraftwerke
Die am weitesten verbreitete Art der Stromerzeugung ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdölderivate oder Erdgas). Diese Art von Brennstoff kommt jedoch nur begrenzt auf der Erde vor und ist daher eine nicht erneuerbare Energiequelle.
Die Verbrennung erzeugt Wärme, die zum Erhitzen von Wasser und zum Erzeugen von Dampf verwendet wird. Der Dampf treibt eine Dampfturbine an, die mit einem Generator verbunden ist, der Strom erzeugt.
Diese Art von Anlagen entwickelte sich während der industriellen Revolution aufgrund der niedrigen Brennstoffkosten sehr schnell. Sie erzeugen jedoch große Mengen an Treibhausgasen, und es wird nach Alternativen gesucht, die den Klimawandel nicht verändern.
Eine nachhaltigere Alternative zu fossilen Brennstoffen sind Biomasseanlagen, die Wärme durch Verbrennung organischer Materialien gewinnen.
Kombikraftwerke
Kombikraftwerke wandeln die thermische Energie von Erdgas in Strom um. Diese Kraftwerke arbeiten mit einer Gasturbine und einer Dampfturbine.
Der Prozess beinhaltet den Start von zwei aufeinanderfolgenden Zyklen:
Brayton-Zyklus, der der konventionellen Gasturbine entspricht.
Rankine-Zyklus, der mit der Dampfturbine arbeitet.
2. Solarenergie
Diese Art von Energie ist in der Lage, Sonnenstrahlung in elektrische Energie umzuwandeln. Es gibt zwei Technologien zur Erzeugung von Strom aus der Sonne:
Photovoltaik-Solarenergie: Photovoltaikanlagen bestehen aus Solarmodulen, die aus Photovoltaikzellen bestehen. Diese Photovoltaikmodule können Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln.
Solarthermische Kraftwerke sind große Installationen aus Spiegeln, die die Strahlung auf einen Punkt konzentrieren. Auf diese Weise wird Wasser erhitzt, um Dampf zu erzeugen und eine Dampfturbine anzutreiben. Der Betrieb ähnelt einem konventionellen Kraftwerk, die Wärmequelle ist jedoch Solarenergie.
Solarthermische Anlagen können zur Warmwasserbereitung in kleinen Anlagen eingesetzt werden. Sonnenkollektoren sind häufig in Häusern zur Warmwasserbereitung (WW) und Heizung zu sehen.
3. Kernenergie und Kernkraftwerke
Kernenergie nutzt die Wärmeenergie, die freigesetzt wird, wenn ein Atom gespalten wird. Es ist das, was wir als Kernspaltungsreaktion kennen . Heutzutage produziert die Kernkraft etwa 11% des gesamten Stroms auf der Welt.
Das Prinzip der Stromerzeugung in Kernkraftwerken ist das gleiche wie in konventionellen Wärmekraftwerken. Nur in diesem Fall wird in einem Kernreaktor thermische Energie erzeugt.
Der Brennstoff für Kernenergie ist Uran, ein Mineral, das aus der Erde gewonnen wird. Es ist eine nicht erneuerbare Quelle, da die natürlichen Uranressourcen begrenzt sind. Allerdings kann mit wenig Kraftstoff viel Leistung erzielt werden.
Der erste Kernreaktor wurde in den Vereinigten Staaten im Rahmen des Manhattan-Projekts im Kontext des Zweiten Weltkriegs gebaut.
Es stößt keine Treibhausgase aus, erzeugt aber radioaktiven Abfall, der sorgfältig behandelt werden muss.
4. Hydraulische Leistung
Beim Bau eines Wasserkraftwerks wird mit Hilfe von Staudämmen an den Flüssen künstlich ein Unterschied in den Wasserspiegeln erzeugt. Unter der Wirkung der Schwerkraft bewegt das Wasser eine Turbine, die mit einem Generator verbunden ist.
5. Windkraft
Windenergie ist eine Möglichkeit, die Kraft des Windes zu nutzen. Die Windbewegung ist eine Folge der Wirkung der Sonne, daher können wir sie als nicht-konventionelle Energiequelle betrachten.
Ein Windpark besteht aus einer Reihe von Windkraftanlagen, bei denen es sich um Windmühlen handelt, die mit einem Generator verbunden sind. Windkraftanlagen erzeugen Strom, indem sie die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umwandeln.
6. Geothermie
Geothermieanlagen sind gewöhnliche Wärmekraftwerke, in denen unterirdische Wärmequellen aus dem Erdinneren genutzt werden.
In kleinerem Maßstab können wir diese Energiequelle nutzen, um die Wärmeenergie zur Erzeugung von Warmwasser (WW) und Heizenergie zu nutzen.
