Kohlekraftwerk: Energie aus der Kohle

Kohlekraftwerk: Energie aus der Kohle

 

Zwar gilt Kohle nicht mehr als Schlüsselfaktor der Volkswirtschaft, und gerade im Energiebereich wurde die einstige Vormachtstellung der Kohle in den letzten Jahrzehnten vom Erdöl und Erdgas ausgehöhlt, dennoch bleibt sie vorerst mit einem Anteil von 80 % der Weltenergiereserven der Primärenergieträger Nummer Eins. Auch der Verbrauch dürfte weiter ansteigen, denn manche aufstrebenden Länder mit rasant wachsender Industrie wie China sind klassische Kohleländer.

 

Weltweit stammen fast 40 % der Stromerzeugung aus Kohle. In Deutschland deckt sie etwa die Hälfte des Stromverbrauchs. Braunkohlekraftwerke liefern vor allem Grundlaststrom. Den Brennstoff gewinnt man billig im Tagebau. Da die Kohle gleich am Abbauort verstromt wird, entfällt teurer und aufwendiger Transport. Die Stromgestehungskosten sind somit im Vergleich geringer als bei anderen Energieträgern, und so laufen die Kraftwerke rund um die Uhr. Steinkohlekraftwerke liefern neben Grundlaststrom auch Mittellaststrom.

 

 Komponenten eines Kohlekraftwerkes

 

Die wesentlichen Komponenten zur Stromerzeugung in Kohlekraftwerke sind: Dampferzeuger, Turbine und Generator.

 

Als Dampferzeuger dient ein Kessel von besonderer Bauart: Die Flammen und heißen Rauchgase übertragen ihre Wärme auf ein umfangreiches Rohrsystem direkt im Feuerraum und heizen so das in den Rohren fließende Wasser (Kesselspeisewasser) auf. Dabei bildet sich überhitzter Dampf, der unter Druck steht. Zur Verbrennung der Kohle nutzt man verschiedene Feuerungsanlagen. Im Brennraum findet eine Energieumwandlung von chemischer Energie zu Wärmeenergie statt. Dabei entstehen Rückstände in großen Mengen. Die festen (z. B. Asche) lassen sich direkt im Feuerraum abziehen, die Rauchgase werden vor dem Einleiten in den Kamin gereinigt.

 

Die nächste Energieumwandlung erfolgt in der Turbine. Der Hochdruckdampf, er hat eine Temperatur von etwa 540 ºC und einen Druck von bis zu 180 bar, strömt auf die Laufräder, gibt dort Energie ab und entspannt sich. Dabei geht die Wärmeenergie des Dampfes in Rotationsenergie der Turbinenwelle über. Bei großen Anlagen setzt sich die Turbine aus mehreren Teilen (Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckteil) zusammen, um den Druck kontinuierlich abzubauen. Hinter der Turbine gelangt der entspannte Dampf in den Kondensator, wo er sich vollends abkühlt und wieder verflüssigt. Auch hier dient ein Rohrleitungssystem als Kern der Anlage, das aber in diesem Fall von Kühlwasser durchflossen wird. Der Dampf kondensiert an den Rohren und gibt Wärme an das Wasser, das sich in ihnen befindet, ab. Während das Kühlwasser den Kondensator durchläuft, nimmt seine Temperatur um etwa 10 ºC zu. Das kondensierte Kesselspeisewasser wird erneut durch die Speisewasserpumpe dem Dampferzeuger zugeführt. Es handelt sich also um einen geschlossenen Wasser-Dampf-Kreislauf.

 

Die Rotationsenergie der Turbine treibt den Generator an. Turbinenläufer und Rotor des Generators drehen sich dabei mit rund 3000 Umdrehungen/min. In der Statorspule des Generators wird diese mechanische Rotationsenergie durch Induktion in elektrische Energie umgewandelt, d. h. Strom erzeugt.

 

 Umwelteinfluss

 

Bei der Verbrennung von Kohle entstehen in großen Mengen Schadstoffe. Die »klassischen« Schadstoffe wie Schwefeldioxid und Stickoxide, Flugstaub und Schlacke hat man »im Griff«. Als Reaktion auf entsprechende Verordnungen wurden alte Kraftwerke mit modernen Reinigungsanlagen aufgerüstet, die bei neuen Kraftwerken gleich mit eingebaut werden. Problematisch bleibt allerdings die Emission von Kohlendioxid. Es entsteht zwangsläufig beim Verbrennen fossiler Stoffe und gilt als Treibhausgas, das die Erdatmosphäre aufheizt. Da man es bislang weder ausfiltern noch binden kann, lässt es sich nur durch effizienten Brennstoffeinsatz reduzieren, z. B. indem man aus der gleichen Menge Kohle mehr Strom gewinnt. Derzeit liegen die Spitzenwerte für den Wirkungsgrad eines Kohlekraftwerks bei gut 45 %. Sehr viel besser lässt sich der Brennstoff ausnutzen, wenn man nicht nur Strom produziert, sondern die Abwärme gleichzeitig für Heizzwecke nutzt (Kraft-Wärme-Kopplung).

 

 Zukunftsaussichten

 

Aber auch beim reinen Dampfkraftwerk für die Stromerzeugung lässt sich die Leistungsfähigkeit weiter steigern. Mit neuen Werkstoffen ist es möglich, Dampfzustände mit noch höheren Temperaturen zu realisieren. Durch den Übergang zu Hochtemperaturprozessen erscheinen sogar Wirkungsgrade nahe 50 % erreichbar. Außerdem entwickeln die Kraftwerksbauer effizientere Techniken zur Kohleverbrennung, etwa die Kohlendruckvergasung in Kombination mit Gas- und Dampfturbinenkraftwerken.