Konventionelle thermische Kraftwerke sind Anlagen, die Strom aus einer Wärmequelle erzeugen. Um elektrische Energie zu erzeugen, gewinnen sie aus Brennstoffen (oft Kohle, Öl oder Erdgas) thermische Energie, um Wasserdampf zu erzeugen. Anschließend wandelt eine mit einem Generator verbundene Dampfturbine den Dampf in elektrische Energie um.
Dampfkraftwerke können in mehrere Abschnitte unterteilt werden:
- Stromleitung.
- Dampfproduktion.
- Dampfturbine.
- Kondensator.
Obwohl die Definition eines thermischen Kraftwerks recht restriktiv ist, lassen sich verschiedene Typen thermodynamischer Kreisläufe beobachten, die diesen Anforderungen genügen. Die am weitesten verbreiteten Zyklen sind Rankine-Zyklen und Hirn-Zyklen.
Die gängigsten Dampfkraftwerke sind Kernkraftwerke, Kohlekraftwerke, solarthermische Kraftwerke und GuD-Kraftwerke.
Kombianlagen basieren auf zwei unterschiedlichen thermischen Maschinen mit getrennten Zyklen. Es funktioniert einerseits wie ein konventionelles Dampfkraftwerk und andererseits mittels einer Erdgasturbine.
Stromleitung eines Dampfkraftwerks
Vor dem Eintritt in den Kessel durchläuft das Wasser eine Vorwärm- und Verdichtungsphase. Beim Eintritt in den Kessel befinden sich mehrere Wärmetauscher, in denen der aus der Turbine austretende Dampf das Arbeitsmedium vorwärmt.
Dadurch können höhere Temperaturen in den Dampferzeuger eintreten, was zu einer höheren Anlageneffizienz führt.
Wie wird Dampf in einem Wärmekraftwerk erzeugt?
Im Dampferzeuger eines Wärmekraftwerks wird das Wasser bei konstantem Druck durch den Druck zum Siedepunkt gebracht und bei der Temperatur wird das Wasser zu Dampf.
Dies wird durch einen richtig konstruierten Wärmetauscher erreicht, der in verschiedene Teile unterteilt ist. Diese können mit einer Flüssigkeit oder mit durch Verbrennung erzeugten heißen Gasen ausgetauscht werden.
In überkritischen Systemen durchläuft die Arbeitsflüssigkeit keinen echten Phasenübergang mehr. In diesen Systemen liegt der Druck über dem kritischen Punkt.
Dampfexpansion in Anlagenturbine
Der aus dem Dampferzeuger kommende Dampf wird einer Dampfmaschine zugeführt. Diese Maschine ist normalerweise eine Dampfturbine oder eine alternative Maschine.
Der erste Teil der Erweiterung erfolgt oft über eine erste Aktionsphase.
Anschließend folgen aufgrund ihrer höheren Effizienz nur noch die Reaktionsstufen. Bei großen thermischen Kraftwerken wird der Dampf ab einem bestimmten Expansionspunkt zur Wiedererwärmung dem Dampferzeuger wieder zugeführt. Auf diese Weise wird die Arbeit der Turbine erhöht und gleichzeitig das Vorhandensein von Kondensat in ihrem Abfluss reduziert.
Der Dampf setzt seine Expansion in der Turbine fort, expandiert und kühlt ab.
Sobald die Expansion abgeschlossen ist, verlässt der Dampf die Turbine und wird bei einfachen Flüssigkeiten zum Kondensator oder bei Flüssigkeiten mit retrograder Sättigungshaube einem Enthitzer gefolgt vom Kondensator zugeführt.
Der austretende entspannte Dampf hat immer noch eine hohe Temperatur und wird mit dem Kessel zu einem Wärmetauscher geleitet, um die Erwärmung der Flüssigkeit für den nächsten Zyklus zu starten.
Welche Funktion hat der Kondensator?
Der Kondensator eines Wärmekraftwerks ist das Bauteil, in dem die Kondensation des Arbeitsmediums zu dessen Umwandlung in Wasser stattfindet.
Der Kondensator arbeitet bei sehr niedrigen Drücken in Wasserkreisläufen, während er bei Kreisläufen, die mit anderen Arbeitsflüssigkeiten gespeist werden, bei höheren Drücken, sogar höher als Atmosphärendruck, sein kann.
Wie wird Energie in Strom umgewandelt?
Die Expansion des Dampfes in der Turbine ermöglicht die Übertragung mechanischer Energie auf die Laufschaufeln. Andererseits ist der Rotor mit einer Lichtmaschine verbunden, die Energie absorbiert. Der Generator ist ein Drehstrom-Synchrongenerator, der direkt an das elektrische Hauptnetz des Kraftwerks und indirekt an das elektrische Übertragungsnetz angeschlossen ist.
Die Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie erfolgt durch Phänomene der elektromagnetischen mechanischen Umwandlung der im Generator vorhandenen Energie.
Welche Umweltauswirkungen hat eine Dampfanlage?
Die Umweltauswirkungen von Dampfanlagen sind je nach Art der Dampfgewinnung unterschiedlich:
- Wärmekraftwerke, die fossile Brennstoffe nutzen, erzeugen Treibhausgase.
- Kernkraftwerke emittieren keine Gase, aber sie erzeugen stark umweltschädliche Atomabfälle, die einem sehr strengen Lagerungsprozess unterliegen müssen.
- Solarthermische Kraftwerke nutzen eine erneuerbare Energiequelle und haben minimale Auswirkungen.
