Arti­kel­se­rie “Ener­gie­wen­de – muss das sein?”: 9. Kraft­wer­ke – Dampf­kraft­wer­ke

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

Foto: Uberprut­ser, CC-BY-SA‑3.0‑nl

Bei den Kraft­wer­ken unter­schei­den wir zwi­schen „Wär­me­kraft­wer­ken“ und son­sti­gen Kraft­wer­ken, z.B. Was­ser­kraft­wer­ke. Bei der Mehr­zahl der Wär­me­kraft­wer­ke wird durch die Ver­bren­nung, meist mit Koh­le oder Öl, Dampf erzeugt mit dem eine Dampf­tur­bi­ne betrie­ben wird. Die­se Kraft­wer­ke wer­den auch „Dampf­kraft­wer­ke“ genannt. Alle Kern­kraft­wer­ke sind eben­falls Dampf­kraft­wer­ke. Dampf­kraft­wer­ke erzeu­gen bei uns 61% der gesam­ten elek­tri­schen Ener­gie (Stand 2013). Um die Effi­zi­enz unse­rer Ener­gie­wirt­schaft zu beur­tei­len schau­en wir uns die typi­schen Eigen­schaf­ten von Dampf­kraft­wer­ken an: den Wir­kungs­grad als Maß wie effek­tiv die Ener­gie des Brenn­stoffs aus­ge­nutzt wird, den CO₂-Aus­stoß pro kWh wegen der Kli­ma­be­ein­flus­sung sowie den Eigen­be­darf der Kraft­wer­ke.

Pri­mär­ener­gieWir­kungs­gradCO in
g pro kWh
Eigen­be­darf
Stein­koh­lemax 46%790 – 10804 – 10%
Braun­koh­lemax 44%980 – 12304 – 10%
Ölmax 45%8904 – 10%
Kern­kraftmax 35%665 – 16%

Die Unter­schie­de lie­gen nur im Brenn­stoff (Pri­mär­ener­gie). Die Wir­kungs­gra­de ermit­teln sich nur aus der im Brenn­stoff gespei­cher­te Ener­gie, umge­wan­delt in Wär­me­en­er­gie und über­tra­gen auf den Dampf­kreis­lauf, und in der Dampf­tur­bi­ne umge­wan­delt in mecha­ni­sche Ener­gie. Sie sind Wer­te, die nur unter opti­ma­len Bedin­gun­gen bei Voll­last­be­trieb erreicht wer­den. Im Teil­last­be­trieb sind sie gerin­ger. Hin­zu kommt noch der Wir­kungs­grad des Gene­ra­tors. Die­ser ist bei allen gleich und bes­ser als 95%. Dampf­kraft­wer­ke haben einen erheb­li­chen Eigen­be­darf. Das ist elek­tri­sche Ener­gie um den eige­nen Betrieb zu rea­li­sie­ren, z.B. für Kes­sel­spei­se­pum­pen, För­der­bän­der zur Koh­le­be­schickung, Asche­trans­port, Fil­ter­an­la­gen usw. Im Nor­mal­be­trieb erzeugt ein Kraft­werk die hier­für not­wen­di­ge Ener­gie selbst, außer beim Anfah­ren des Kraft­wer­kes. Dann muss die­ser Eigen­be­darf als Fremd­ener­gie zur Ver­fü­gung ste­hen. Die­ser Anteil, ca. 5 – 10 %, min­dert den Nut­zen für den Kun­den und ist somit wie Ver­lu­ste in der Ener­gie­bi­lanz zu berück­sich­ti­gen. Als letz­tes kom­men noch die Lei­tungs­ver­lu­ste durch den Strom­trans­port vom Kraft­werk zum Anwen­der hin­zu. Sie betra­gen etwa 5 – 10%. Je län­ger der Weg zum Ver­brau­cher, umso grö­ßer die­se Ver­lu­ste.

Braun­koh­le­kraft­wer­ke wer­den im direk­ten Ver­bund mit der Braun­koh­le­för­de­rung betrie­ben. Die Ener­gie zum Betrei­ben der Braun­koh­len­bag­ger und För­der­bän­der benö­tigt zusätz­lich etwa 5% der Kraft­werks­lei­stung. Ver­gleichs­zah­len für Stein­koh­le, Öl und Gas lie­gen nicht vor, da die­se über­wie­gend Import­gü­ter sind.

Die Zah­len des sta­ti­sti­schen Bun­des­am­tes für 2013, spe­zi­ell für Dampf­kraft­wer­ke, erge­ben fol­gen­den, volks­wirt­schaft­lich inter­es­san­te­ren, System­wir­kungs­grad:

Ver­brann­te fos­si­le Ener­gie­trä­ger 741 TWh

Erzeug­te elek­tri­sche Ener­gie für den all­ge­mei­nen Nut­zer 257 TWh

Ener­gie­bi­lanz / System-Wir­kungs­grad 34,7 %

Das sind gigan­ti­sche Zah­len, die unse­re täg­li­che Lebens­er­fah­rung über­stei­gen. Zum bes­se­ren Ver­ständ­nis: 1 TWh (Tera­watt­stun­de) in kWh ist eine 1 mit 12 Nul­len. Der durch­schnitt­li­che Jah­res­ver­brauch einer Fami­lie von 3000 kWh sind 0,000003 TWh.

Natür­lich wür­de sich der Wir­kungs­grad noch wei­ter ver­bes­sern las­sen, wenn die Ver­lust­wär­me, die ja mehr ist als die erzeug­te elek­tri­sche Ener­gie, zusätz­lich genutzt wür­de, also die Kraft-Wär­me-Kopp­lung (KWK). Aber dafür müss­ten ent­spre­chen­de Abneh­mer in der Nähe des Kraft­wer­kes sein (Nah­wär­me). Wär­me­en­er­gie lässt sich nicht wie Strom über gro­ße Ent­fer­nun­gen über­tra­gen. Der­zeit liegt die wirt­schaft­li­che Gren­ze bei etwa 20 km (Fern­wär­me). Mit dem Hei­zen von ein paar Woh­nun­gen ist es bei die­sen Ener­gie­men­gen nicht getan.

Berech­net man den System­wir­kungs­grad unter Ein­schluss der von den gro­ßen Dampf­kraft­wer­ken an Ver­brau­cher abge­ge­be­nen und tat­säch­lich genutz­ten Wär­me­men­gen, kommt man auf einen System­wir­kungs­grad von 40,8 %, also nur ca. 6% bes­ser. Das Prin­zip der Kraft-Wär­me-Kopp­lung ist bes­ser für klei­ne­re Ein­hei­ten geeig­net, also für dezen­tral orga­ni­sier­te Struk­tu­ren für die Ener­gie­ver­sor­gung, mit einer Strom- und Wär­me­er­zeu­gung in der Nähe der Nut­zer, sodass kei­ne gro­ßen Ent­fer­nun­gen zu über­brücken sind.

Die Tech­nik der Dampf­kraft­wer­ke stößt mit­ler­wei­le an ihre phy­si­ka­li­schen Gren­zen und kann kaum noch wei­ter ver­bes­sert wer­den. War­um das so ist, schau­en wir uns in der näch­sten Aus­ga­be an.

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

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