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.