Wie ein Wärmekraftwerk durch chemische Reaktionen und Dampferzeugung elektrischen Strom produziert und den Dampf mittels Turbinen und Generatoren in Energie umwandelt.
Wie ein Wärmekraftwerk Strom erzeugt
Ein Wärmekraftwerk ist eine Anlage, die Wärmeenergie in elektrische Energie umwandelt. Dieser Prozess erfolgt durch mehrstufige Energieumwandlungen, beginnend mit der Erzeugung von Wärme durch die Verbrennung von Brennstoffen oder durch nukleare Reaktionen. Im Folgenden wird der Ablauf der Stromerzeugung in einem typischen Wärmekraftwerk beschrieben.
1. Brennstoffverbrennung
Im ersten Schritt wird ein Brennstoff wie Kohle, Erdgas oder Öl in einem Kessel verbrannt. Die chemische Energie des Brennstoffs wird in Wärmeenergie umgewandelt:
- Chemische Reaktion: \(C + O_2 \rightarrow CO_2 + \text{Wärme}\)
- Bei der Verbrennung wird Wärme freigesetzt, die das Wasser im Kessel erhitzt.
2. Dampferzeugung
Die erzeugte Wärme erhitzt Wasser in den Kesselrohren, wodurch Dampf bei hohem Druck und hoher Temperatur entsteht. Der erhitzte Dampf wird dann zu einer Dampfturbine geleitet.
3. Turbinenantrieb
Der Dampf trifft auf die Schaufeln der Dampfturbine und bringt diese zum Drehen. Die Dampfturbine wandelt die thermische Energie des Dampfes in mechanische Energie um:
- \( \text{Thermische Energie} \rightarrow \text{Mechanische Energie} \)
- Die Turbinenwelle ist mit dem Rotor eines Generators verbunden.
4. Stromerzeugung im Generator
Der Generator besteht aus einer rotierenden Welle (Rotor) und einem festen Teil (Stator) mit Drahtspulen. Wenn die Turbine den Rotor dreht, wird durch elektromagnetische Induktion elektrische Energie erzeugt:
- \( \text{Mechanische Energie} \rightarrow \text{Elektrische Energie} \)
- Der Generator produziert Wechselstrom (AC), der in das Stromnetz eingespeist wird.
5. Kondensation des Dampfs
Nach dem Passieren der Turbine wird der Dampf in einem Kondensator wieder in Wasser umgewandelt. Dies geschieht durch Kühlung des Dampfs mit Hilfe von Kühlwasser. Das kondensierte Wasser wird zurück in den Kessel gepumpt, um den Kreislauf zu vervollständigen:
- \( \text{Dampf} \rightarrow \text{Wasser} \)
Zusammenfassung
Wärmekraftwerke nutzen die Verbrennung von Brennstoffen oder nukleare Reaktionen, um Wärme zu erzeugen. Diese Wärme wird zur Dampferzeugung genutzt, der Dampf treibt eine Turbine an, und die mechanische Energie der Turbine wird von einem Generator in elektrische Energie umgewandelt. Der gesamte Prozess kann in mehrere Stufen unterteilt werden: Brennstoffverbrennung, Dampferzeugung, Turbinenantrieb, Stromerzeugung und Dampfkondensation.
