Energieerzeugung: Thermische, Solar- & Gezeitenkraftwerke

Funktionsweise Thermischer Kraftwerke

Brennstoffaufbereitung und -zufuhr

In thermischen Kraftwerken wird Kohle, die zuvor gelagert wurde, zu einem Trichter transportiert. Dort wird sie in einer Mühle zu Staub gemahlen, mit vorgewärmter Luft vermischt und in den Kessel eingeblasen. Wird Heizöl als Brennstoff verwendet, lagert dieses in Tanks und wird vor der Verbrennung im Kessel erhitzt. Nutzt das Kraftwerk Gas, wird dieses aus Lagertanks entnommen, vorgewärmt und dem Kessel zugeführt.

Energieumwandlungsprozess

Im Kessel wird durch die Verbrennung des Brennstoffs Wärmeenergie erzeugt. Diese wandelt Wasser, das durch Rohre an den Wänden des Brennraums zirkuliert, in Dampf um. Der erzeugte Dampf strömt zu den Turbinen. Die Bewegung der Turbinenschaufeln treibt den Rotor des Generators an, wodurch elektrische Energie erzeugt wird. Die Spannung dieser Energie wird in Transformatoren erhöht und anschließend über Hochspannungsleitungen zu den Verbrauchsorten transportiert.

Kühlkreislauf und Abgasbehandlung

Der Dampf aus der Turbine wird in einen Kondensator geleitet. Dort wird er zu Wasser kondensiert, wobei die Wärme über einen Kühlkreislauf an Meer- oder Flusswasser abgegeben wird. Das kondensierte Wasser wird durch Vorwärmer geleitet und gelangt dann zurück in den Kessel, um einen neuen Kreislauf zu beginnen. Die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase geben ihre Wärme an das Wasser und die angesaugte Verbrennungsluft ab, passieren dann Abscheider zur Reinigung und werden schließlich über einen Schornstein ausgestoßen.

Solarenergieumwandlung

Thermische Solarenergienutzung

Solarkollektoren für Niedrig- und Mitteltemperaturen

Die Umwandlung von Sonnenenergie im Niedrig- und Mitteltemperaturbereich erfolgt durch Solarkollektoren. Diese Geräte nehmen die Sonnenwärme auf und leiten sie an einen Wärmeträger (meist Wasser) weiter. Hiermit können Temperaturen erreicht werden, die z.B. für die Warmwasserbereitung oder Raumheizung geeignet sind. Einige Systeme, die bereits eine gewisse Konzentration nutzen, können auch mittlere Temperaturen bis etwa 300 °C erreichen.

Hochtemperaturumwandlung durch Konzentration

Für die Erzeugung sehr hoher Temperaturen und die Stromerzeugung in thermischen Solarkraftwerken ist eine stärkere Konzentration der Sonnenstrahlung notwendig. Dies geschieht durch:

• Solaröfen: Diese nutzen große Parabolspiegel, die das Sonnenlicht extrem stark auf einen Brennpunkt konzentrieren und sehr hohe Temperaturen für industrielle oder Forschungszwecke erzeugen.
• Thermische Solarkraftwerke: Diese Anlagen verwenden Spiegel (z.B. Parabolrinnen oder Heliostaten), um Sonnenlicht auf einen Absorber zu konzentrieren. Die dort erzeugte Hitze wird genutzt, um eine Flüssigkeit zu verdampfen. Der Dampf treibt Turbinen an, die Generatoren zur Stromerzeugung antreiben.

Photovoltaik: Direkte Stromerzeugung

Bei der Photovoltaik wird Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt. Dies geschieht in Photovoltaikzellen, die aus Halbleitermaterialien wie Silizium hergestellt sind. Trifft Licht auf diese Zellen, entsteht der photovoltaische Effekt. Photovoltaikanlagen benötigen oft Speichersysteme, um nicht sofort verbrauchte Energie, beispielsweise in Form von chemischer Energie (Batterien), zu speichern.

Gezeitenenergie: Strom aus Ebbe und Flut

Die Gezeitenenergie nutzt die potentielle und kinetische Energie der Gezeiten. Gezeitenkraftwerke werden üblicherweise in Flussmündungen oder Meeresbuchten installiert. Sie bestehen aus einem Damm mit Toren, der ein Becken vom offenen Meer trennt, um Wasser bei Flut zurückzuhalten. Bei Ebbe werden die Tore geöffnet, und das ausströmende Wasser treibt Turbinen an, die mit Generatoren verbunden sind und elektrische Energie erzeugen.