Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Energie – Erzeugung, Handel und Transport (4)
Nach den fossilen und erneuerbaren Energieträgern, den Auswirkungen ihrer Nutzung auf die Umwelt und verschiedenen Aspekten der deutschen Energiewende stehen im vierten Teil dieser Serie Stromerzeugungstechnologien auf Basis fossiler Brennstoffe im Mittelpunkt. Es geht darum, wie Dampf-, Gas- turbinen- sowie GuD-Kraftwerke aufgebaut sind und funktionieren.
Moderne Dampfkraftwerke arbeiten mit thermischen Wirkungsgraden von etwa 45 %. Der Carnot-Wirkungsgrad erreicht einen bedeutend höheren Wert, allerdings nur deshalb, weil er keine Verluste berücksichtigt. Bei denselben Temperaturwerten – Speisewasser 25 °C (298,15 K), Dampftemperatur beim Eintritt in die Turbine 550 °C (823,15 K) – ergibt sich nach der oben genannten Gleichung ein ηc von 64 %. Wenn es gelänge, hochtemperaturfeste Werkstoffe für den Einsatz bei 700 °C (973,15 K) zu entwickeln und zu verwenden, stiege der Wirkungsgrad auf 69 %.
Doch in allen aktuellen Neubauprojekten in Deutschland sind immer noch 600 °C die Obergrenze. Um hoch überkritische Dampfzustände von 700 °C und Drücke von 300 bar beherrschen zu können, sind Legierungen auf Nickelbasis notwendig. Entsprechende Entwicklungsprogramme sind im Gange und werden von der EU unterstützt. So weit zu überblicken, gibt es allerdings weder in Deutschland oder Europa noch weltweit ein 700-Grad-Kraftwerk, das über einen kurzzeitigen Probetrieb hinausgekommen ist.
Dampfkraftwerke
Dampfkraftwerke zählen zu den am häufigsten eingesetzten Kraftwerken für die Erzeugung von elektrischem Strom. Die wichtigsten Bauteile sind die Dampferzeugsanlage, die Hochdruck-Dampfturbine mit Elektrogenerator und die Kondensatoranlage mit Kühlwasserpumpe. Ihr Aufbau und ihre Funktion sind Gegenstand der folgenden Ausführungen. Beginnen soll dieses Kapitel jedoch mit der Beschreibung des Dampfkraftwerksprozesses und Erläuterungen zum thermischen Wirkungsgrad.
Clausius-Rankine- Vergleichsprozess
Anders als der Carnot-Prozess ist der Clausius-Rankine-Vergleichsprozess, benannt nach dem deutschen Physiker Rudolf Julius Emanuel Clausius und dem schottischen Ingenieur William John Macquorn Rankine, ein thermodynamischer Kreisprozess, der auf einstufige Dampfkraftwerke ausgelegt ist. Er zeigt das Optimum an, das im Idealfall, also bei reibungslosen Zustandsänderungen, erreichbar ist. Ziel ist, Wärme in Arbeit zu konvertieren. Anhand Bild 2 ist die Zirkulation des Mediums (Wasser) und damit der einfache Dampfkraftwerks-Prozess leicht zu verfolgen. Er beginnt in Punkt 1 mit Hochdruckdampf.
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