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Der Artikel Wärmekraftwerk gehört zur Kategorie: Kraftwerk

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Ein Wärmekraftwerk ist ein Elektrizitätswerk, das Wärmeenergie in elektrische Energie umsetzt. Es wird auch kalorisches Kraftwerk genannt. Die Wärmeenergie wird zunächst in einer Kraftmaschine in nutzbare kinetische Energie umgewandelt und diese dann durch einen Generator in elektrische Energie, es finden also Engergieumwandlungen statt.

Viele Wärmekraftwerke sind Dampfkraftwerke. Es gibt allerdings auch Kraftwerke, die keine Dampfturbinen oder nicht einmal einen Wasserkreislauf aufweisen, wie beipielsweise historische Kraftwerke mit Dampfmaschinen oder moderne Diesel-/Gasmotor- oder Gasturbinenkraftwerke. Ein gemeinsames Kennzeichen von heutigen Wärmekraftwerken sind die thermodynamischen Kreisläufe des Arbeitsmittels, die geschlossen (Dampfkraftwerk) oder auch offen (Gaskraftwerk) sein können.

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip ist stets folgendes:

1. Aus einer "Energiequelle" als Wärmebad wird Wärme entzogen und in ein Arbeitsmittel wie beispielsweise Wasserdampf überführt.
2. In einer Wärmekraftmaschine wie beispielsweise einer Turbine wird ein kleinerer Teil der Wärme im Arbeitsmittel in mechanisch nutzbare Arbeit umgewandelt, beispielsweise dehnt sich das Arbeitsmittel gegen einen äußeren Druck aus.
3. Am Ende des Prozesses verlässt das Arbeitsmittel die Wärmekraftmaschine und gibt den Rest der nicht genutzten Wärme an die Umgebung ab.

Danach wiederholt sich der erste Schritt wieder; der Vorgang ist zyklisch. Ein großer Teil der Wärmeenergie im Arbeitsmittel geht an die Umgebung verloren oder wird durch Kühlung bewusst abgeführt.

Wärmequelle

Die meisten Wärmekraftwerke erzeugen das Wärmebad selbst, indem sie fossile Brennstoffe verbrennen oder die Abwärme von nuklearen Prozessen nutzen. Als natürliche Wärmequellen können die Erdwärme und die Sonnenstrahlung genutzt werden.

Wirkungsgrad

Theoretisch wird dieser zyklische Prozess in der Physik durch den Carnot-Prozess beschrieben. Die theoretische Betrachtung einer idealen Kraft-Wärme Maschine liefert das Ergebnis, dass der Wirkungsgrad selbst unter Vernachlässigung von Reibung, Wärmestrahlung und Wärmeleitung prinzipiell begrenzt ist. Wird die Abwärme nicht zum Heizen verwendet, liegt der Wirkungsgrad eines heutigen Kraftwerkes typischerweise zwischen 30 und 40%. Höhere Wirkungsgrade lassen sich in Systemen mit mehr als einer Turbine erzielen, jedoch ist der technische Aufwand entsprechend größer. Praktisch ausgeführt werden solche Anlagen beispielsweise in GuD-Kraftwerken.

Wesentlich höhere Wirkungsgrade lassen sich theoretisch nur mit Systemen erzielen, die eine direkte Umwandlung von Energiequellen in elektrische Energie erlauben:

• chemisch -> elektrisch: Brennstoffzelle, wobei die Erzeugung der zugehörigen Brennstoffe den gleichen Restriktionen hinsichtlich des Wirkungsgrades unterliegt,
• mechanisch -> elektrisch: Windenergieanlage, Wasserkraftwerk, Gezeitenkraftwerk
• elektro-magnetisch -> elektrisch: Fotovoltaik

Faktoren für die praktische Nutzbarkeit

Neben dem Wirkungsgrad sind folgende Faktoren zu beachten:

• Generelle verfügbare Energiemenge der primären Energiequelle
• Erschliessbare Vorkommen
• Kosten pro Engergieeinheit
• Technische Realisierbarkeit der Verbrennung
• Umweltbelastung durch Emissionen, Abwärme oder radioaktive Strahlung
• Betriebsrisiken

Abwärme (Kühlung)

Viele Wärmekraftwerke nutzen zur Kühlung das Wasser vorbeifließender Flüsse. Es sind Grenzwerte festgelegt, um wieviel Grad Celsius bzw. auf welche Temperatur der Fluss maximal erwärmt werden darf. Dies kann im Sommer bei hoher Wassertemperatur zur Abschaltungen des Kraftwerks führen. Eine weitere, auch kombinierbare Möglichkeit ist die Verwendung von Kühltürmen, über die die Abwärme abgegeben wird, sofern man sie nicht über die Kraft-Wärme-Kopplung zur Heizung benachbarter Wohnsiedlungen oder von Gewächshäusern nutzen kann.

Bedeutung

Wärmekraftwerke liefern heute einen Grossteil (je nach Region 60% - 100%) der elektrischen Energie. Hauptursache sind die sehr grossen, leicht erschliessbaren Energievorkommen in Form von fossilen Brennstoffen wie Erdöl, Kohle und Erdgas sowie die jahrzehntelange Nutzung dieser Technologie. Die oben erwähnten alternativen Verfahren gewinnen aber stetig an Bedeutung, da die fossilen Vorkommen begrenzt sind.

Technische Realisierungen des Prinzips Wärmekraftwerk

• Wärmeentnahme aus der Natur (siehe auch Regenerative Energie):
• Erdwärmekraftwerk
• Meereswärmekraftwerk
• Sonnenwärmekraftwerk

• Wärmefreisetzung im Kraftwerk selber:
• Kernkraftwerk
• Kernfusionskraftwerk
• Kernspaltungskraftwerk (entspricht dem Kernkraftwerk)
• Kohlekraftwerk
• Torfkraftwerk
• Braunkohlekraftwerk
• Steinkohlekraftwerk
• Ölkraftwerk
• Gasturbinenkraftwerk
• Erdgaskraftwerk
• Gichtgaskraftwerk
• Biogaskraftwerk
• Biomassekraftwerk
• Holzhackschnitzelkraftwerk
• Wärmeentnahme aus anderen technischen Prozessen:
• Abwärmekraftwerk
• Müllheizkraftwerk

Weblinks

• Kühlwasser – warum benötigen Wärmekraftwerke das?

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Diskussion der Autoren über den Artikel: Wärmekraftwerk

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Der schöne Erklärungsteil mit dem Flüssigkeitskreislauf ist leider hier nicht akzeptabel. Nicht jedes Wärmekraftwerk hat einen Flüssigkeitskreislauf (Kolbenmotorkraftwerke oder Gasturbinenkraftwerke haben keinen), und selbst wenn, hat nicht jeder Flüssigkeitskreislauf eine Turbine (es gab auch Kraftwerke mit Dampfkolbenmaschinen, und es gibt MHD-Kraftwerke bzw. wird sie geben). Der Erklärungsteil samt Bild gehört in einen Artikel "Dampfturbokraftwerk" o.Ä. -- Mawa 00:56, 31. Mär 2004 (CEST)

Der Vergleich thermische Kraftwerke nicht thermische Kraftwerke ist so leider nicht richtig.

Ingesamt liegt der Wirkungsgrad also bei ca. 30%.

Wesentlich höhere Wirkungsgrade lassen sich theoretisch nur mit Systemen erziehlen die eine direkt Umwandlung von Energiequellen in elektrische Engergie erlauben:

Die Effizienz von thermischen Krafwerken kann erheblich höher sein, wenn die obere Temperatur nur entsprechen hoch ist: Dieselmotor höher als 50%; Erdgaskraftwerke mit Gasturbienen und Dampfturbinen 60%; Erdgaskraftwerke mit Direkteinschpritzung von Wasser in den Brennraum mit einer kombinierten Gas- und Dampfturbine 70%

Dann nenn doch einfach mal die Temperaturen - die sind so hoch das Eisen schmilzt. Daher lässt sich solch ein Motor praktisch nicht realsieren. Aber richtig: im Carnot Prozess lassen sich theoretisch hohe Wirkundsgrade erreichen - praktisch aber leider bis heute nicht. --hreisterp

Auch die Wirkungsgrade von nicht thermischen Solarzellen ist begrenzt durch die Thermodynamik. Die Entropie steckt hier im Licht. Wenn man die Sonnenoberfläche zu dem Kraftwerk hinzurechnet kann mit klassischer Thermodynamik gerechnet werden.

Diese propagierte Vorstellung ist also falsch. Sie ist allerdings weit verbreitet. --Smann 19:22, 14. Feb 2005 (CET)

Die Effizienz kann auch erheblich höher sein, wenn die untere Temperatur nur um ein paar Kelvin abgesenkt wird ;-) Die untere Temperatur kann praktisch nicht unter die Umgebungstemperatur abgesenkt werden. --hreisterp

Wo bleiben eigentlich die restlichen 10% Wirkungsgrad bei der Umsetzung Chemie-Wärme? Hadhuey 19:56, 22. Mär 2005 (CET) Betrachte die Umwandlung von 100 Molekülen Methan mit reinem Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. Selbst bei sehr guten Verbrennungsbedingungen wird ein Teil der Methan Moleküle nicht (vollständig) reagieren und daher ihre chemische Energie nicht abgeben. Bei einem PKW verlassen diese den Prozess über die Abgase. --hreisterp

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