Arti­kel­se­rie “Ener­gie­wen­de – muss das sein?”: 8. Kraftwerke

Foto: Uberprutser, CC-BY-SA-3.0-nl

Foto: Uberprut­ser, CC-BY-SA‑3.0‑nl

Wir wol­len jetzt unse­re Erzeu­ger für die elek­tri­sche Ener­gie, die unter­schied­li­chen Kraft­werks­ty­pen, ihre Ent­wick­lung und ihre typi­schen Eigen­schaf­ten näher ansehen.

Am Anfang stand der Dampf­kes­sel und die Dampf­ma­schi­ne um mecha­ni­sche Ener­gie zu gewin­nen. Hier­mit begann das Indu­strie­zeit­al­ter. Die Dampf­ma­schi­ne wur­de mit einem elek­tri­schen Gene­ra­tor gekup­pelt, um die viel­sei­tig ver­wend­ba­re elek­tri­sche Ener­gie zu gewin­nen. Dampf­kes­sel und Gene­ra­tor sind geblie­ben. Die Dampf­ma­schi­ne wur­de im Lau­fe der Ent­wick­lung gegen die Dampf­tur­bi­ne wegen ihrer bes­se­ren Ener­gie­aus­nut­zung aus­ge­tauscht. Hin­zu kam noch die Nut­zung der Was­ser­kraft. Dafür hat­te man schon Jahr­hun­der­te alte Erfah­run­gen, wie die mecha­ni­sche Ener­gie des flie­ßen­den Was­sers genutzt wer­den kann. Für alle tech­ni­schen Mög­lich­kei­ten elek­tri­sche Ener­gie zu erzeu­gen bür­ger­te sich letzt­lich der Sam­mel­be­griff „Kraft­werk“ ein.

Das Prin­zip Dampf­kes­sel – Dampf­tur­bi­ne – Gene­ra­tor ist nun schon seit über 100 Jah­ren bei­be­hal­ten wor­den. Man nennt sie „Wär­me­kraft­wer­ke“, oder etwas prä­zi­ser „Dampf­kraft­wer­ke“. Die­ses Prin­zip blieb unver­än­dert, aller­dings mit vie­len Detail­ver­bes­se­run­gen um die Ener­gie­aus­nut­zung und die Wirt­schaft­lich­keit zu erhö­hen. Geän­dert hat sich jedoch die Ener­gie­quel­le, der Brenn­stoff für den Heiz­kes­sel zur Dampf­erzeu­gung: anfangs Stein­koh­le, dann Braun­koh­le, Öl und Erd­gas, spä­ter Uran in den Atom­kraft­wer­ken. Erd­gas und Öl, bzw. Ben­zin und Die­sel, ermög­lich­ten noch zwei wei­te­re Vari­an­ten: die Gas­tur­bi­ne sowie den Ver­bren­nungs­mo­tor, sog. „Ver­bren­nungs­kraft­ma­schi­nen“, zum Antrieb des Gene­ra­tors. Die­se haben spe­zi­el­le Eigen­schaf­ten, die sie für spe­zi­el­le Anwen­dun­gen prä­de­sti­nie­ren; die Gas­tur­bi­ne z.B. für Regel­kraft­wer­ke, den Motor-getrie­be­nen Gene­ra­tor für Not­strom­ag­gre­ga­te. Eine gute Über­sicht aller bis­her rea­li­sier­ten Mög­lich­kei­ten der Strom­erzeu­gung in Kraft­wer­ken und ihrer spe­zi­fi­schen Eigen­schaf­ten fin­det man hier.

Im Grun­de ist die gan­ze Ener­gie­wirt­schaft eine stän­di­ge Umwand­lung der ver­schie­de­nen Ener­gie­for­men, die uns die Natur (z.B. Was­ser­kraft) oder die Erde als „Boden­schät­zen“ (z.B. fos­si­le Ener­gie) zur Ver­fü­gung stellt, in elek­tri­sche Ener­gie, die leich­ter zu trans­por­tie­ren und viel­sei­ti­ger zu nut­zen ist; z.B. fos­si­le in ther­mi­sche Ener­gie, die­se in mecha­ni­sche Ener­gie und wei­ter in elek­tri­sche Ener­gie. Auf der Nut­zer­sei­te wird elek­tri­sche Ener­gie wie­der u.a. in mecha­ni­sche oder ther­mi­sche Ener­gie umgewandelt.

Alle Ener­gie­for­men las­sen sich auch spei­chern: mecha­ni­sche Ener­gie z.B. in Schwung­rä­dern oder in Stau­se­en (Pump­spei­cher-Kraft­wer­ke); ther­mi­sche und elek­tri­sche Ener­gie ent­we­der direkt für kurz­zei­ti­ge Spei­che­rung oder nach Umwand­lung in che­mi­sche Ener­gie für Lang­zeit­spei­che­rung. Alle die­se Vor­gän­ge haben aber mehr oder weni­ger Ver­lu­ste. Jedoch, wir erin­nern uns: „Ver­lu­ste“ heißt in die­sem Zusam­men­hang nicht, dass Ener­gie ver­lo­ren geht. Ver­lu­ste heißt, dass bei die­sen Pro­zes­sen ein Teil der Ener­gie in eine Form umge­wan­delt wird die wir nicht nut­zen kön­nen, also nur für unse­re Nut­zung ver­lo­ren ist.

Dies gilt ins­be­son­de­re für die Wär­me­en­er­gie. Ent­steht im Zuge die­ser Umwand­lungs­pro­zes­se irgend­wo Wär­me­en­er­gie, die wir nicht unmit­tel­bar nut­zen kön­nen, dann ent­weicht sie in unse­re Umwelt. Am Stand­ort von Groß­kraft­wer­ken sind das Ener­gie­men­gen die nicht mehr ver­nach­läs­sig­bar sind, wie wir spä­ter noch sehen werden.

Wär­me­en­er­gie ist eine sehr flüch­ti­ge Ener­gie­form, beson­ders bei hohen Tem­pe­ra­tu­ren. Das beste Bei­spiel hier­für ist unser Auto. Von der che­mi­schen Ener­gie im Tank, kann ein Otto­mo­tor (Ben­zi­ner) besten­falls 38%, ein Die­sel­mo­tor 45% in mecha­ni­sche Ener­gie umset­zen, bei opti­ma­len Bedin­gun­gen im Dau­er-Voll­last­be­trieb. Unter rea­len Bedin­gun­gen mit viel Teil­last­be­trieb erreicht ein Otto­mo­tor etwa 25% und der Die­sel­mo­tor 30%. Das Mei­ste pusten sie als Wär­me­en­er­gie über den Aus­puff und den Küh­ler in die Umwelt. Aber auch die mecha­ni­sche Ener­gie, die sie wäh­rend der Fahrt ins Auto stecken, lan­det als Wär­me in der Umwelt – auf dem Umweg über Rei­bungs­wär­me (Rei­fen, Brem­sen, Luft­wi­der­stand). Jede Ener­gie­form wan­delt sich letzt­lich in Wär­me um und ent­weicht in unse­rer Umwelt – ver­lo­ren für unse­re wei­te­re Nut­zung. Das ist ein phy­si­ka­li­sches Natur­ge­setz – Über­li­sten unmöglich.

In der näch­sten Fol­ge sehen wir uns die „Ver­lu­ste“ näher an, die bei den Pro­zes­sen in den Kraft­wer­ken ent­ste­hen. Wir sehen die dar­aus abge­lei­te­ten Wir­kungs­gra­de und wel­che Fol­ge­run­gen sich hier­aus ergeben.

Die­ter Lenzkes
Bürger-für-Bürger-Energie
www​.bfb​-ener​gie​.de

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