Energieumwandlungen im Kraftwerk

Sicher wird man schon einmal den Schnack gehört haben: "Wozu brauchen wir Kraftwerke? Bei uns kommt der Strom aus der Steckdose." Heute weiß jeder, dass in einem Wärmekraftwerk Kohle, Heizöl, Erdgas oder Müll verbrannt werden, um elektrische Energie zu gewinnen. Wie aber geht das genau vor sich? Welche Energieumwandlungen finden statt? Wie steht es mit der Energieentwertung?

Zunächst wird durch Verbrennung die in den Brennstoffen gespeicherte chemische Energie in thermische Energie (Wärme) des 500-600 °C heißen Wasserdampfes (Heißdampf) umgewandelt.

     Chemische Energie der Brennstoffe ———> Thermische Energie von Heißdampf

Dieser Heißdampf strömt unter dem hohen Druck von ca. 200 bar in eine Turbine ein und treibt sie an.

     Thermische Energie von Heißdampf ———> Bewegungsenergie der Drehbewegung

Dabei sinken seine Temperatur und sein Druck, d. h. der Dampf dehnt sich aus ("er entspannt sich"). Den Kondensator, indem sich der Wasserdampf verflüssigt, erreicht er schließlich bei etwa 40 °C und einem Druck von 0,04 bar.

Die Turbine schließlich treibt den Generator an. Das ist eine große Dynamomaschine, in der Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.

     Bewegungsenergie der Drehbewegung ———> Elektrische Energie

Nicht aber die gesamte umgesetzte chemische Energie findet sich als thermische Energie im Wasserdampf wieder. Zunächst wird ein Teil der Energie des Brennstoffs schon bei der Verbrennung wegen mangelnder Isolierung direkt über heiße Ofenwände oder mit den Rauchgasen über die Rauchgasreinigungsanlagen und den Schornstein an die umgebende Luft abgegeben, geht also ohne Heißdampf zu erzeugen verloren.

Aber auch der Heißdampf kann aus grundsätzlichen Gründen seine thermische Energie nicht vollständig an die Turbine abgeben: Bei dem beschriebenen Wärmekraftwerk, das mit Heißdampf von 500 °C bis 40 °C arbeitet, kann der Wirkungsgrad bestenfalls nur etwa 60 % betragen (maximaler Wirkungsgrad). Weitere Gründe für Umwandlungsverluste beim Wärmekraftwerk sind z. B. Reibungsprozesse in den Turbinen. Aufgrund der Reibung in dem Generator und der Verluste beim Transport der elektrischen Energie reduziert sich der Wert noch auf etwa 30 %. Bei diesen Überlegungen fehlen Angaben zum Wirkungsgrad, der sich primär auf die chemische Energie der eingesetzten Brennstoffe bezieht. Da ja die Verbrennung wie oben geschildert nicht verlustfrei verläuft, ist der Wert des Wirkungsgrades noch kleiner als 30 %. Somit sind bei allen genannten Energieumwandlungen mindestens zwei Drittel als Abwärme in die Außenwelt verpufft.

Natürlich geht aber keine Energie verloren. Die Gesamtenergie (also Nutzenergie und Abwärme) ist gleich der eingesetzten chemischen Energie. Aber sie ist technisch nicht voll verfügbar.


Quelle:
R. Blume und Koll.: Schulbücher bei Cornelsen


Weitere Texte zum Thema „Energie und Chemie“


Diese Seite ist Teil eines großen Webseitenangebots mit weiteren Texten und Experimentiervorschriften auf Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie.
Letzte Überarbeitung: 13. November 2006, Dagmar Wiechoczek