Grundlagen der Energieerzeugung und Kraftwerkstypen

Staudämme und Wasserkraft

Ein Staudamm ist ein Betonbauwerk, das in der Regel senkrecht zum Flussbett errichtet wird, um den Wasserstand zu erhöhen und einen künstlichen See oder ein Reservoir zu bilden.

Typen von Staudämmen

• Gewichtsmauern (Schwergewichtsdämme): Die Kraft des gestauten Wassers wird durch das Eigengewicht des Dammes aufgenommen.
• Bogenstaumauern: Sie sind bogenförmig und leiten die Wasserkräfte in die seitlichen Felswände des Flusstals ab.

Dämme sind mit Verschlüssen (Toren) und Überläufen ausgestattet und verfügen über Energieableitungselemente. Im tieferen Teil des Dammes befinden sich die Grundablässe.

Hydroelektrische Turbinen

Der Maschinenraum beherbergt Turbinengruppen (Turboalternatoren). Die Turbinen werden nach Fallhöhe und Durchfluss reguliert:

• Pelton-Turbinen: Für hohe Fallhöhen und geringen Durchfluss.
• Francis-Turbinen: Für mittlere Fallhöhen und variablen Durchfluss.
• Kaplan-Turbinen: Für geringe Fallhöhen und sehr hohen, variablen Durchfluss.

Pumpspeicherkraftwerke

Diese reversiblen Anlagen dienen dazu, die Stromproduktion zu rationalisieren. Sie nutzen überschüssige elektrische Energie in Schwachlastzeiten, um Wasser in ein höher gelegenes Becken zu pumpen (Pumpspeicherung), und liefern diese Energie während der Spitzenlastzeiten wieder ab. Man unterscheidet zwischen reiner und gemischter Pumpspeicherung.

Thermische Kraftwerke

Konventionelle thermische Kraftwerke erzeugen elektrischen Strom durch die Verbrennung von Kohle, Heizöl oder Erdgas. Kraftwerke, die verschiedene Brennstoffe wie Kohle und Erdgas gemischt verwenden, werden als thermoelektrische Mischkraftwerke bezeichnet.

Komponenten eines thermischen Kraftwerks

• Kessel
• Turbine
• Kondensator
• Kühlturm
• Schornstein
• Elektrische Hauptausrüstung
• Speisewasseraufbereitung

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

KWK-Anlagen produzieren Strom und nutzen die Abwärme zur Erzeugung von Warmwasser oder Dampf für Heizzwecke, je nach den Bedürfnissen der Region. Oft werden hierfür Dieselmotoren als Generatormodule verwendet.

Kernkraftwerke

Kernkraftwerke sind thermoelektrische Anlagen, die Energie durch die Kernspaltung von Uran- und Plutoniumatomen gewinnen.

Der Kernreaktor

Der Kernreaktor ist die wichtigste Komponente und bildet das Herzstück der Anlage. Er dient dazu, nachhaltige Kettenreaktionen zu erzeugen und zu kontrollieren, um die thermische Energie zur Dampferzeugung zu nutzen. Dieser Dampf treibt die Turbine an, welche den elektrischen Generator versorgt.

Teile des Reaktors

• Reaktordruckbehälter
• Moderator
• Steuerstäbe
• Kühlmittel

Reaktortypen

Druckwasserreaktor (DWR): Verwendet angereichertes Uran als Brennstoff sowie Wasser als Kühlmittel und Moderator. Die im Kern erzeugte Hitze wird über einen Primärkreislauf an einen Sekundärkreislauf übertragen, um Dampf zu erzeugen.

Siedewasserreaktor (SWR): Im Gegensatz zum DWR wird hier nur ein Kühlkreislauf verwendet, da der Dampf direkt im Reaktor erzeugt wird, wenn das Wasser unter Siededruck steht.

Schneller Brüter: Dieser Reaktortyp benötigt keinen Moderator, da die Kernspaltung durch schnelle Neutronen erfolgt. Um die Kernreaktion aufrechtzuerhalten, ist die Menge an Brennstoff pro Volumeneinheit deutlich höher als bei thermischen Reaktoren.

Weitere Komponenten sind das Containment-Gebäude, die Turbinen und die Systeme zur Brennstoffkontrolle.