Betrieb und Umweltaspekte thermischer Kraftwerke
Betrieb eines thermoelektrischen Kraftwerks
Der Prozess beginnt bei der Kohlelagerstätte. Von dort wird die Kohle über ein Förderband in einen Trichter transportiert, der die Mahlmühle speist. In der Mühle wird sie zu einem feinen Pulver zermahlen, um die Verbrennung zu optimieren. Der Kohlenstaub wird mit vorgewärmter Luft vermischt und über Brenner in den Kessel injiziert, wo die Verbrennung stattfindet.
Die freigesetzte Verbrennungshitze erwärmt das Wasser in den Rohren und erzeugt Dampf. Im Überhitzer wird die Feuchtigkeit entzogen und die Temperatur erhöht. Der Dampf entspannt sich anschließend in den verschiedenen Stufen der Turbine. Beim Verlassen der Dampfturbine gelangt der Dampf in den Kondensator, wo er abkühlt und kondensiert.
Die Verbrennungsgase im Kessel werden durch den Schornstein abgesaugt. Diese Gase werden genutzt, um die Verbrennungsluft vorzuwärmen. Filter entfernen so viele feste Verunreinigungen wie möglich, bevor die Gase schließlich über den Schornstein abgegeben werden.
Thermische Kraftwerke und die Umwelt
Luftverschmutzung
Die Nutzung fossiler Brennstoffe führt zur Produktion von Kohlendioxid und Wasserdampf, was den Treibhauseffekt verstärkt. Eine unvollständige Verbrennung sowie Brennstoffe mit Verunreinigungen verursachen Emissionen von Schwefeloxiden und Stickstoffoxiden – die Hauptursachen für sauren Regen. Zusammen mit Kohlenwasserstoffen, Feststoffpartikeln und Schwermetallen lösen diese Verbindungen photochemischen Smog aus.
Wasser- und Lärmbelastung
Die Wärmebelastung des Wassers wird durch Kühltürme minimiert. Da das Kraftwerk Wasser zur Reinigung verschiedener Elemente nutzt, fallen chemisch verunreinigte Abwässer (aus Kesselreinigungen, Dampfspülungen etc.) an. Diese erfordern ein Aufbereitungssystem vor der Einleitung in das Wassernetz. Zur Vermeidung von Lärmbelästigung durch Ventilatoren und Auslassventile müssen laute Komponenten isoliert oder Schallschutzwände errichtet werden, insbesondere in der Nähe von Wohngebieten.
Neue Technologien in der Energieerzeugung
Entschwefelung, Vergasung und Wirbelschichtfeuerung
- Entschwefelungssysteme: Diese ermöglichen es, Schwefeloxide in lösliche Verbindungen umzuwandeln, die leicht entfernt werden können.
- Kohlevergasung: Erlaubt die Nutzung von Ressourcen, die im traditionellen Bergbau unrentabel sind, indem Kohle in Gas umgewandelt wird – einen wesentlich saubereren Brennstoff.
- Wirbelschichtfeuerung: Ein System, bei dem die Verbrennungstemperatur so kontrolliert wird, dass Schadstoffe in der Asche verbleiben, anstatt in die Atmosphäre emittiert zu werden. Zudem erhöht die größere Oberfläche der Kohle den Wirkungsgrad durch besseren Kontakt mit der Verbrennungsluft.
GuD-Anlagen (Gas- und Dampfturbinen)
Um die Abhängigkeit von Öl zu verringern und Partikelemissionen zu reduzieren, geht der Trend zum Bau von GuD-Anlagen mit Erdgas. Eine GuD-Anlage besteht aus einer Gasturbine mit Verdichter und Brennkammer sowie einem Rückgewinnungskessel und einer Dampfturbine.
Hochdruckluft aus dem Kompressor vermischt sich mit Brenngas und verbrennt bei ca. 1300 °C unter hohem Druck. Die Gase treiben die Gasturbine (und damit Kompressor und Generator) an. Die Abgase sind mit etwa 800 °C noch heiß genug für den Rückgewinnungskessel, der maximale Energie aus den Abgasen gewinnt. Der Wasser-Dampf-Kreislauf entspricht dem eines konventionellen Kraftwerks, wobei der Dampf eine Turbine-Generator-Gruppe für zusätzliche Leistung antreibt.
BHKW-Anlagen (Blockheizkraftwerke)
Eine BHKW-Anlage nutzt Brennstoff zur Energieerzeugung und verwendet die Restwärme zur Bereitstellung von Warmwasser, Dampf oder erhitzten Flüssigkeiten für die lokale Infrastruktur, je nach Bedarf der Umgebung.