Kohlekraftwerke sind eine wichtige Quelle für die Energieerzeugung auf der ganzen Welt. Ihr grundlegendes Funktionsprinzip basiert auf der Verbrennung von Kohle, um Wärmeenergie zu erzeugen, die dann in elektrische Energie umgewandelt wird. In diesem Abschnitt werden wir einen genaueren Blick auf die Funktionsweise von Kohlekraftwerken werfen und verstehen, wie dieser Prozess im Detail abläuft.
Die Energieerzeugung in Kohlekraftwerken beginnt mit der Verbrennung von Kohle. Kohle wird in speziellen Brennkammern verbrannt, und die dabei entstehende Hitze wird genutzt, um Wasser zu erhitzen und in Dampf umzuwandeln. Dieser Dampf ist entscheidend für die weitere Energieerzeugung.
Nachdem der Dampf erzeugt wurde, wird er in eine Dampfturbine geleitet. Die Dampfturbine ist mit einem Generator verbunden, der die mechanische Energie des Dampfes in elektrische Energie umwandelt. Dieser Prozess erfolgt durch die Rotation der Turbinenschaufeln, die den Generator antreiben.
Der erzeugte Strom wird dann in das Stromnetz eingespeist und steht den Verbrauchern zur Verfügung. Es ist wichtig zu beachten, dass Kohlekraftwerke kontinuierlich arbeiten können, da Kohle als Brennstoff in großen Mengen verfügbar ist. Dies gewährleistet eine zuverlässige Stromversorgung.
Der Dampfkreislauf
Der Dampfkreislauf ist ein entscheidender Teil der Funktionsweise von Kohlekraftwerken. Hier wird der erzeugte Dampf genutzt, um mechanische Arbeit zu leisten und letztendlich Strom zu erzeugen.
Die Erzeugung von Dampf erfolgt durch die Verbrennung von Kohle in den Brennkammern des Kraftwerks. Dabei wird Kohle in feinem Pulver verbrannt, um eine effiziente Verbrennung und maximale Hitzeentwicklung zu gewährleisten. Der erzeugte Dampf enthält hohe thermische Energie, die in der Turbine genutzt wird.
Die Dampfturbine ist ein entscheidendes Element des Dampfkreislaufs. Sie besteht aus mehreren Stufen von Turbinenschaufeln, die von dem einströmenden Dampf angetrieben werden. Die Hochgeschwindigkeitsrotation der Turbinenschaufeln erzeugt mechanische Energie, die auf den Generator übertragen wird.
Der Generator wandelt dann diese mechanische Energie in elektrische Energie um, die in das Stromnetz eingespeist wird. Dieser Prozess ermöglicht die kontinuierliche Produktion von Strom in Kohlekraftwerken.
Brennstoff- und Emissionsmanagement
Die effiziente Lagerung und der Transport von Kohle sind entscheidend für den reibungslosen Betrieb eines Kohlekraftwerks. Kohle muss in großen Mengen gelagert und kontinuierlich zur Verbrennungseinheit transportiert werden.
Kohlekraftwerke in Deutschland
Etwa ein Drittel (Stand 2022) des deutschen Stroms wird aus Kohle gewonnen, wobei Steinkohle mit ca. 40% und Braunkohle mit ca. 60% vertreten sind. Die bekannten Lagerstätten und Technologien haben eine Reichweite von über 300 Jahren.
Wirkungsgrad und Effizienzsteigerung in Kohlekraftwerken
Der Wirkungsgrad moderner Kohlekraftwerke liegt bei etwa 40-45 Prozent. Kraftwerke mit modernen Dampfturbinen, die eine Dampfeinlaßtemperatur von 600 Grad erreichen, können mehr als 55 Prozent der eingesetzten Energie in Form von Wärme nicht nutzen, die über den Kühlturm verloren geht.
Ein höherer Wirkungsgrad kann durch die Erzeugung von heißem Gas aus einer Gasturbine erreicht werden. Solche Kraftwerke, die aus Gas- und Dampfturbinen bestehen, werden GuD-Kraftwerke (Gas- und Dampf-Kraftwerke) genannt.
Schadstoffemissionen in Kohlekraftwerken
In Kohlekraftwerken wird zur Stromerzeugung Braun- oder Steinkohle verbrannt. Steinkohle erzeugt bei fehlender Abgasreinigung mehr Schadstoffe als Braunkohle, darunter SO2 aufgrund des höheren Schwefelgehalts und NOx aufgrund der höheren Verbrennungstemperatur, insbesondere bei der Schmelzfeuerung.
Abgasreinigung und Umweltauswirkungen
Im Gegensatz dazu ist die Braunkohle aus den neuen Bundesländern besonders schwefelhaltig, und moderne Kohlekraftwerke müssen aufgrund gesetzlicher Vorschriften mit aufwendigen Abgasreinigungssystemen betrieben werden. Braun- und Steinkohle-Kohlekraftwerke benötigen Rauchgasentstaubungs- und Rauchgasentschwefelungsanlagen.
Braunkohlekraftwerke können mit Primärmaßnahmen die geforderten Stickoxidgrenzwerte teilweise unterschreiten, während Steinkohlekraftwerke stets Abwärme erzeugen und die Umwelt über Kühltürme belasten. Die Kraft-Wärme-Kopplung kann die Effizienz durch die Nutzung der Abwärme als Nah- oder Fernwärme erheblich verbessern.
Effizienzsteigerungen zielen darauf ab, den Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken zu erhöhen, um mehr Energie aus jeder verbrannten Tonne Kohle zu gewinnen. Dies trägt zur Reduzierung der Brennstoffkosten und der Emissionen bei.
Emissionsreduzierungstechnologien konzentrieren sich auf die Abgasreinigung und die Auffangung von CO2, um die Umweltauswirkungen zu minimieren. Diese Technologien sind entscheidend, um Kohlekraftwerke umweltfreundlicher zu machen.
Auf der anderen Seite sind die Umweltauswirkungen ein erheblicher Nachteil von Kohlekraftwerken. Die Freisetzung von CO2 trägt zum Klimawandel bei, und Luftschadstoffe können die Gesundheit der Menschen gefährden. Darüber hinaus handelt es sich bei Kohle um eine nicht erneuerbare Ressource, was langfristige Nachhaltigkeitsprobleme aufwirft.
Radioaktive Substanzen in Kohle
Es wurde behauptet, dass Kohlekraftwerke eine radioaktive Belastung verursachen, aber tatsächlich enthält Kohle geringe Mengen radioaktiver Substanzen (Uran, Thorium und Kalium), die nach der Verbrennung mit der Flugasche in die Umwelt gelangen. Da sich die Konzentrationen in Boden und Flugasche kaum unterscheiden, führt die Flugasche jedoch nicht zu zusätzlicher radioaktiver Belastung.
Vor- und Nachteile von Kohlekraftwerken
Kohlekraftwerke haben sowohl Vor- als auch Nachteile. Zu den Vorteilen gehören eine zuverlässige Stromversorgung und vergleichsweise niedrige Brennstoffkosten. Die Verfügbarkeit von Kohle in großen Mengen macht sie zu einer kostengünstigen Option für die Energieerzeugung.
Technologische Entwicklungen
Die Technologie im Bereich der Kohlekraftwerke hat sich in den letzten Jahren weiterentwickelt, um ihre Effizienz zu steigern und die Umweltauswirkungen zu reduzieren. Neue Verfahren zur Kohlevergasung und zur CO2-Abscheidung sind Beispiele für Fortschritte in diesem Bereich.
Zukunftsaussichten für Kohlekraftwerke
Die Zukunft der Kohlekraftwerke ist unsicher, da die Welt verstärkt auf erneuerbare Energiequellen umsteigt. Der Rückgang der Kohlenutzung und die Bemühungen zur Reduzierung von CO2-Emissionen könnten die Rolle von Kohlekraftwerken in der Energieerzeugung verringern.
Der Wandel zu erneuerbaren Energien wie Wind, Sonne und Wasserkraft ist ein wichtiger Schritt in Richtung nachhaltiger Energieerzeugung. Kohlekraftwerke werden voraussichtlich zunehmend durch sauberere Alternativen ersetzt.
