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Wärmekraftwerke – Strom aus Kohle und Gas

Nur kurz den Stecker in die Steckdose und schon lädt das Smartphone. Oder ein kurzer Druck auf den Schalter und schon ist es hell und Maschinen sowie Unterhaltungsgeräte laufen. Die Energie für all die selbstverständlichen, alltäglichen Dinge kommt aus der Steckdose, doch da wird sie nicht erzeugt, das wissen wir alle. Doch woher stammt sie?

Elektrische Energie – sie ist eine Selbstverständlichkeit

Es gibt theoretische eine Reihe von Möglichkeiten, um Strom zu erzeugen:

  • Aus chemischer Energie mit Brennstoffzellen oder
  • aus Sonnenlicht mit Solarzellen.

Doch in der Praxis ist die Auswahl ein wenig eingeschränkt und für die Stromerzeugung im großen Maßstab besteht nur eine einzige: mittels mechanischer Energie einen Generator antreiben.

Ein Generator ist im Prinzip nichts anderes als ein elektrischer Motor, bei dem die Betriebsrichtung vertauscht wurde. Er verwandelt den Strom nicht in eine Drehbewegung, sondern der Generator erzeugt aus der Bewegung Strom. Bis zu 98 % beträgt der Wirkungsgrad der Energieumwandlung. Das bedeutet, dass es von der mechanischen Energie, die an der Welle des Generators angreift, kaum einen Verlust gibt.

Sicherlich muss die mechanische Energie, um den Generator anzutreiben, erstmal vorhanden sein und hier spielt die Wärmekraft die wichtigste Rolle. Allerdings ist die Familie der Wärmekraftwerke sehr groß, und in ihr sind nicht nur die Kohlekraftwerke enthalten, sondern auch die Blockheizkraftwerke, Kernkraftwerke und die geothermischen Kraftwerke. Doch alle Anlagen haben eines gemeinsam, sie wandeln Wärme in Strom um. Eine Wärmekraftmaschine bildet dabei das Herzstück der Energieumwandlung, von der die notwendige Drehbewegung für den Generator stammt. Bei diesen Wärmekraftmaschinen handelt es sich beispielsweise um eine Dampfmaschine oder -turbine, eine Gasturbine, einen Verbrennungsmotor und anderen. Mit großen Abstand spielen die Dampfturbinen die wichtigste Rolle, gefolgt von der Gasturbine und dem Verbrennungsmotor.

Die fossilen Brennstoff Dampferzeuger umfassen einen Economiser, eine Dampftrommel und den Ofen mit seinen Dampferzeugungsrohren sowie den Überhitzer Spulen. Notwendige Sicherheitsventile wie bspw. Linsenkompensatoren, sind an geeigneten Stellen angeordnet, um einen übermäßigen Kesseldruck zu vermeiden.

Die Geschichte der Wärmekraftwerke

Die benötigte Energie wurde bis zum Ende des 19. Jahrhunderts durch menschliche oder Tierische Kraft durch Dampfkraft erzeugt. Dank der Dampfmaschinen war es möglich, mechanische Leistung zu erzeugen, die in den Fabriken mittels Transmission zu den Maschinen übertragen wurde. Die Erfindung der Dampfmaschine war damit die erste industrielle revolutionäre Erfindung und spielt damit eine große Rolle. Die zweite industrielle revolutionäre Erfindung kamt 1870 mit dem Take off neuer Sektoren wie der Elektrotechnik.

Das Beispiel des italienischen Physikers Alessandro Graf Volta zeigt, das die Bedeutung der einzelnen Erfindungen und deren wirtschaftliche Nutzung zeitlich weit auseinander liegen können. Volta gilt als der Begründer der Elektrizitätslehre und der Theorien über die Stromerzeugung. Zudem ist er der Erfinder der Batterie und nach ihm ist die physikalische Einheit der Spannung benannt. Das Ohm’sche Gesetz stellte Georg Simon Ohm 1826 auf und dieses gilt als Basis für das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Stromstärke und Spannung im elektrischen Kreislauf.

Doch erst mit der Erfindung der Dampfmaschine war die Voraussetzung geschaffen, den Ort des Energieverbrauchs von dem der Energieproduktion räumlich zu trennen. Werner von Siemens wird als Erfinder des Generators ohne Permanentmagnete genannt. Er entdeckte 1866 das dynamoelektrische Prinzip und stattete damit seine erste Dynamomaschine aus.

Die ersten Elektrizitätswerke entstanden 1882 in der Pearl Street in New York und wurde von Edison konzipiert. Vergleichbare Anlagen entstanden kurze Zeit später auch in Europa, unter anderen in Berlin an der Marktgrafenstraße. Die Elektrizitätswerke lösten die seit den 1860er Jahren erstellten Einzelanlagen in den Geschäften, Behörden, Unternehmen und Häusern reicher Privatpersonen ab.

Über eine Strecke von 57 Kilometer gelang die erste Fernübertragung von elektrischer Energie 1882, und zwar von Miesbach nach München. Es war jedoch Nikola Tesla 1886, der mit Hilfe seines Sponsors George Westinghouse, die heute gebräuchliche elektrische Energieübertragung mittels Wechselstroms entwickelte. Die erste Fernübertragung gelang 1891 mit Hilfe der heute üblichen Dreiphasenwechselstrom mit Drehstromübertragung über eine Strecke von 176 Kilometer (Lauffen-Frankfurt).

Seit der Wende des 20. Jahrhunderts erzeugten die ersten Elektrizitätswerke Gleichstrom und damit erweiterte sich mit der Durchsetzung des Drehstroms der Wirkungsradius der Kraftwerke. Zur Versorgung der ausgedehnten ländlichen Gebiete entstanden nicht nur Überlandzentralen, sondern die Kraftwerke konnten direkt an den Rohstoffquellen, wie bspw. Stauseen oder Braunkohlegruben errichtet werden, von wo aus die erzeugte Energie in die Verbrauchszentren übertragen wurde.

Die Verbrennung von Kohle in Dampfkesseln zur Energieerzeugung bzw. Erzeugung von Strom wurde von den Zechenbetreibern in Deutschland schnell als lukrativer Absatzmarkt erkannt. Ausgehend von den Zechenkraftwerken verteilten die Kraftwerke den Strom an die Privathaushalte und die benachbarte Industrie.

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