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OldBo
31.03.2010
Ein Dampfkraftwerk wird zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Die thermische Energie von Wasserdampf wird in einer Dampfturbine ausgenutzt.
Schema - Dampfkraftwerk
 Schema - Dampfkraftwerk
Ein Dampfkraftwerk wird zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Die thermische Energie von Wasserdampf wird in einer Dampfturbine ausgenutzt. Früher kamen Kolbendampfmaschinen zum Einsatz. Der zum Betrieb der Dampfturbine notwendige Dampf wird in einem Dampferzeuger erzeugt, der mit gereinigtem und entsalztem Wasser betrieben wird. Dazu wird Wasser in dem Dampferzeuger verdampft (Zwanglaufkessel). Durch weitere Erhitzung (Überhitzung) nimmt die Temperatur des Dampfes stark zu (Energiegehalt steigt) und das spezifische Volumen nimmt zu.

Vom Dampferzeuger strömt der Dampf über Rohrleitungen in die Dampfturbine, wo er einen Teil seiner zuvor aufgenommenen Wärme in Form von Bewegungsenergie an die Turbine abgibt. An die Turbine ist ein Generator angekoppelt, der die Bewegung der Turbine in elektrische Energie umwandelt. Bei Dampferzeugern ohne Zwischenüberhitzung strömt der entspannte und abgekühlte Dampf in den Kondensator. Dort wird er durch Wärmeübertragung an die Umgebung (Kühlwasser) weiter abkühlt und sich in flüssiger Form als Wasser im sogenannten Hotwell (Kondensatsammelbehälter) sammelt und über Kondensatpumpen durch Vorwärmer hindurch in einen Speisewasserbehälter zwischengespeichert wird und dann über eine Speisepumpe wieder dem Dampferzeuger zugeführt wird.

Der Dampferzeuger kann mit Öl, Gas, Kohle oder nuklear in einem Atomkraftwerk beheizt sein. Der Kondensator steht mit seiner Bauform als Rohrbündelwärmetauscher zumeist mit einem Kühlturm in Verbindung, über den die nicht mehr nutzbare Wärme des Dampfes mit Hilfe von Kühlwasser an die Umgebung abgegeben wird.

Diese Art der Nutzung der Wärmeenergie zur Stromerzeugung unterliegt den Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik. Moderne Dampfkraftwerke haben einen Wirkungsgrad bis zu 45 %. Das bedeutet aber, dass über 55 % der eingesetzten Energie über den Kühlturm verloren gehen.

Der Wirkungsgrad einer Dampfturbine hängt in erster Linie von dem Temperaturgefälle ab, das der Dampf durchläuft. Effiziente Turbine haben

  • eine möglichst hohe Dampftemperatur am Eintritt der Turbine
  • eine möglichst niedrige Dampftemperatur am Austritt der Turbine

Die Dampftemperatur am Austritt wird in erster Linie durch den Wärmeübergang an die Umgebung und damit durch den erreichbaren, möglichst niedrigen Druck beeinflusst. In der Praxis spielen dort Kühlwassertemperatur und Verschmutzungen der Rohrbündel des Kondensators eine entscheidende Rolle, hier sind spezielle Reinigungsverfahren notwendig.

Um die Nutzung der eingesetzten Primärenergie weiter zu verbessern, kann eine so genannte Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden, das heißt auch die anfallende Abwärme wird weiterverwendet, zum Beispiel als Nah- oder Fernwärme.

Höherer Gesamtwirkungsgrade können durch die Nutzung von heißem Abgas aus einer Gasturbine zum Verdampfen des Wassers erreicht werden. Solche aus Gas- und Dampfturbine bestehenden Kraftwerke nennt man daher auch GuD-Kraftwerke (Gas- und Dampf-Kraftwerke). Die Verfeuerung von Kohle sollte aufgrund der schlechten wirkungsgrade und der Umweltverschmutzung nicht mehr gebaut bzw. betrieben werden.
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