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Kohlenkraftwerke

Primärenergieträger

Das Ausgangsmaterial von Kohle ist hauptsächlich pflanzlichen Ursprungs wie beispielsweise Farne (Baumfarne). Im Karbon, der erdgeschichtlichen Entstehungszeit der heute abbaubaren Steinkohle, herrschte ein sehr warmes und feuchtes Klima mit einem ausgeprägten Pflanzenwachstum. Beim Absterben einzelner Pflanzen versanken diese im Sumpf und wurden so dem normalen aeroben Zersetzungsprozess entzogen. Es entstand Torf. Bei Meereseinbrüchen wurden diese Sümpfe mit Sedimenten bedeckt. Unter dem wachsenden Druck und erhöhter Temperatur begann der Prozess der Inkohlung. Der Druck presste das Wasser aus dem Torf und es entstand zuerst Braunkohle. Der zu dieser Zeit noch geringe Druck presste nur wenig Wasser aus der Kohle. Mit der Ablagerung weiterer Schichten erhöhte sich der Druck und immer mehr Wasser wurde aus der Kohle heraus gepresst. Nach und nach wurde aus der Braunkohle Steinkohle und mit nochmals mehr Druck Anthrazit. Deshalb ist die wirtschaftliche Qualität der Kohle besser, die tief unter der Erde liegt und älter ist. Insbesondere während des Karbons vor etwa 280 bis 345 Millionen Jahren entstanden mächtige Steinkohlelagerstätten, die heute zu den weltweit wichtigsten Energielieferanten zählen. Die Braunkohlelagerstätten sind wesentlich jüngeren Datums und sind im Tertiär vor 2,5 bis 65 Millionen Jahren entstanden.

Funktionsweise

Die Kohle wird im Tagebau mit Schaufelradbaggern abgebaut. Über Förderbrücken gelangt die Rohbraunkohle in das Zwischenlager. Sie wird in der Kohlemühle zu microfeinem Kohlestaub zermahlen. Im Dampferzeuger wird die Kohle verbrannt. Es entsteht eine sehr große Hitze. Dadurch verdampft das Wasser, welches durch sehr viele kleine Rohrleitungen im Dampferzeuger fließt. Dieser Dampf wird unter sehr hohem Druck in die Turbine(n) geleitet. Diese drehen sich sehr schnell und treiben einen Generator an, welcher nun Strom erzeugt. Der Wasserdampf, welcher schon in der Turbine sehr stark abgekühlt wurde, fließt durch einen Kondensator. Der Dampf bewegt sich im Kondensator durch Rohrleitungen, welche von einem zweiten Wasserkreislauf umgeben sind. Das kalte Wasser aus den Kühltürmen , bzw. einem Fluss oder See, umspült die Rohre mit dem heißen Wasserdampf. Der heiße Wasserdampf gibt seine themische Energie (Wärme) an das kalte Wasser aus den Kühltürmen , bzw. dem Fluss oder See, ab, welches sich selbst erwärmt. Der Dampf in dem geschlossenen Kreislauf kühlt nun ab und kondensiert wieder zu Wasser, welches nun wieder in den Dampferzeuger gelangt. Das erhitzte (vorher kalte Wasser aus den Kühltürmen , bzw. Fluss oder See) fließt nun zurück in die Kühltürme. Ein Teil davon verdampft und tritt oben aus. Der andere Teil kühlt ab, gelangt wieder in den Kondensator und umspült die Rohre mit dem Wasserdampf aus der Turbine. Die bei der Verbrennung entstandenen Abgase werden entstaubt, entstickt , entschwefelt und gelangen dann über den Schornstein, der sich im inneren des Kühlturms befindet, nach draußen. Während der Reinigung der Abgase durch chemische und physikalische Vorgänge, entstehen die Nebenprodukte Staub und Gips. Der entstandene Strom wird auf 380 KV hochtransformiert, um die Verluste bei der Übertragung über Überlandleitungen möglichst gering zu halten. Vor der Stadt (Verbraucher) wird der Strom auf 230 V heruntertransformiert.

Verwendungsmöglichkeiten

Bisher wurden Kohlekraftwerke überwiegend für die Produktion von Bandenergie (Grundlast) eingesetzt. Durch neue Anlagenkonzepte wird es auch möglich, Kohlekraftwerke im Mittellastbereich einzusetzen.

Ökonomische Aspekte

Kohlekraftwerke können wirtschaftlich betrieben werden, wenn ihr Standort unmittelbar beim Kohleabbaugebiet liegt (Beispiel: Braunkohlekraftwerke) oder bei einem geeigneten Kohleumschlagplatz (Schiff, Eisenbahn). Der Strom muss dann in die Schweiz importiert werden.

Vor- und Nachteile

Vorteile

  • Bewährte, hochentwickelte Technologie
  • Grosse Einheitsleistungen von 600 bis 1200 MW
  • Tendenziell stabile (bei Braunkohle besonders tiefe) Brennstoffkosten
  • Bandenergie (Grundlast), neuere Anlagen evtl. auch Mittellast
Nachteile

  • Erschöpfbarer fossiler Brennstoff als Primärenergie
  • Höchste spezifische CO2-Emissionen aller fossil-thermischen Anlagen, wobei Braunkohle noch *schlechter abschneidet als Steinkohle (Umwelt/Kyoto)
  • Gegenüber Kombianlage deutlich tieferer elektrischer Wirkungsgrad von etwa 45%
  • Hohe Kosten für Steinkohle in der Schweiz (Umladen, Rheintransport)
  • Steigende Komplexität der Anlagen, steigende spezifische Investitionskosten
  • Sehr sensitiv auf CO2-Besteuerung
Andersweitige Nutzungsmöglichkeiten des Primärenergieträgers

  • Ein nicht unbeträchtlicher Teil der Kohle wird nach ihrer Verkokung zur Reduktion von Erzen, hauptsächlich Eisenerz, in Hochöfen verwendet.
  • Ab dem 19. Jahrhundert fand die Kohle auch Verwendung zur Herstellung von Stadtgas, welches für die Straßenbeleuchtung und das Kochen sowie Heizen verwendet wurde. In Gaswerken gewann man das Stadtgas durch die Trockendestillation aus der Kohle - ein Nebenprodukt war der Koks. Im 20. *Jahrhundert wurde das Stadtgas weitgehend durch das Erdgas ersetzt.
  • Im 18. Jahrhundert wurde Braunkohle unter dem Namen Umber oder Cöllnische Erde als Farbpigment verwendet.
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Gasturbine (Marc)

 
(C) die jeweiligen Autoren last change: 11. April 2012