Stromerzeugung, Transport und Kraftwerkstechnik

Stromerzeugung und Verkehr

Die elektromagnetische Wirkung ermöglicht es, Bewegung in Elektrizität umzuwandeln. In thermonuklearen Kraftwerken und durch fossile Brennstoffe wird Energie gewonnen; bei der Kernspaltung radioaktiver Kerne wird Energie aus Atomen freigesetzt, die zur Herstellung von Wasserdampf verwendet wird. Dieser treibt eine mit einem Generator verbundene Turbine an, die Strom erzeugt.

Strom wird auch durch Wasserkraft aus hydraulischer Energie erzeugt. Wasser fällt aus Talsperren herab; das fallende Wasser bringt die Schaufeln der Turbine zum Drehen, die mit einem Generator verbunden ist und Strom erzeugt. Thermische Kraftwerke sowie Thermo- und Hydro-Energiequellen sind konventionell. Sie erlauben es, große Mengen Strom zu relativ niedrigen Preisen zu gewinnen, werfen jedoch Umweltprobleme auf. Alternative Energiequellen produzieren weniger Strom, sind jedoch weniger schädlich.

Transport der elektrischen Energie

Die Orte, an denen sich Kraftwerke befinden, liegen aus Sicherheitsgründen, Platzbedarf und geografischen Gegebenheiten oft weit von den Verbrauchszentren entfernt. Elektrische Energie kann nicht gespeichert werden. Der Transport erfolgt von der Zentrale bis zu den städtischen Ballungsräumen, wo sie verbraucht wird. Der Transport elektrischer Energie umfasst drei Prozesse:

1. Erhöhung der Spannung

Da der Strom lange Strecken zurücklegen muss und keine erheblichen Energieverluste auftreten dürfen, wird die Ausgangsspannung durch Transformatoren in der Zentrale auf sehr hohe Werte angehoben, in der Regel auf 220.000 oder 400.000 Volt.

2. Design und Bau der Trassen für Hochspannungskabel

Dies geschieht durch Masten, welche die Kabel halten (Stützen, Fahrleitungen).

3. Spannungsreduktion

Reduktion des Spannungsniveaus auf 3–30 kV. Die Verteilung erfolgt über Masten oder unterirdische Leitungen, bis die Spannung schließlich auf Werte von 230 und 400 Volt reduziert wird.

Konventionelle elektrische Kraftwerke

Die Produktion elektrischer Energie wird durch einen Wechselstromgenerator (Alternator) durchgeführt.

Der Alternator

Der feste Teil wird Stator genannt, der bewegliche Teil Rotor. Der Rotor besteht aus einer geraden Anzahl von Spulen, die mit Strom gespeist werden und wie Elektromagnete wirken, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Durch die Bewegung der Rotorwelle, die an die Turbine gekoppelt ist, wird in jeder Spule des Stators wechselnder elektrischer Strom produziert. Das Turbinen-Generator-System ist in allen konventionellen und unkonventionellen Kraftwerken vorhanden, mit Ausnahme von Photovoltaikanlagen.

Nichtnukleare thermische Kraftwerke

Diese nutzen Erdgas, Heizöl oder Kohle. Flüssiges Wasser wird im Kessel in Wasserdampf mit einer Temperatur von ca. 600 °C umgewandelt. Dieser Wasserdampf gelangt in die Hochdruckturbine und dehnt sich aus, um diese in Drehung zu versetzen. Dadurch wird mechanische Energie mittels des an die Turbine gekoppelten Generators in elektrische Energie umgewandelt.

GuD-Anlagen (Gas- und Dampf)

In GuD-Anlagen wird Energie durch zwei Zyklen gewonnen: den bereits erwähnten thermisch-konventionellen Zyklus und einen neuen Zyklus, der Luft und Gas verwendet.