Kraftwerke


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Zuletzt aktualisiert von Rolf Gloor am 27.02.2017

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Kraftwerke sind Anlagen zur Bereitstellung von technischer Energie, welche aus einem Energieträger (z.B. Wasserkraft, Sonnenstrahlung, Erdöl, Erdgas, Holz...) umgewandelt wird. Die Nennleistung eines Kraftwerkes ist die über Stunden dauernde maximale Abgabeleistung.

Kleinste Kraftwerke wie Photovoltaikzellen haben eine Leistung im Wattbereich, grosse Anlagen wie Kernkraftwerke haben über eine Milliarde Watt (GW). Der Wirkungsgrad eines Kraftwerkes ist das Verhältnis der genutzten abgegebenen Energie zur aufgenommenen Energie, er liegt je nach Kraftwerkstyp, Auslastung und Anlagengrösse zwischen 1 und 90%. Weltweit gesehen dominieren thermische Kraftwerke, in denen Wasser gekocht wird und der entstehende Dampf über einer Turbine entspannt wird. Bei diesen Kraftwerken entsteht viel Abwärme, welche selten genutzt wird. Bei einer Nutzung dieser Abwärme zum Beispiel zum Heizen von Gebäuden kann der übliche Wirkungsgrad von 30% auf 80% erhöht werden.

Ein Kraftwerk umfasst die Einrichtung zur Bereitstellung des Energieträgers (Tankanlage, Wasserfassung, Tiefenbohrung ...) die eigentliche Umwandlungsanlage, die Entsorgungseinrichtungen (Rauchreinigungsanlage, Kamin, Vorfluter, Kühlanlage ...) sowie die erforderlichen Steuerungsanlagen, Gebäude und Hilfseinrichtungen. Hinter dem Kraftwerk folgt das System der Energieübertragung und der Energieverteilung. Man unterscheidet zwischen Inselanlagen, welche lokale Stromverbraucher speisen (Notrufsäule, Ferienhaus, Caravan, Schiff) und Netzverbundanlagen, welche ein Versorgungsnetz speisen. Beim Betrieb eines elektrischen Netzes, ob im Inselbetrieb oder Netzverbund, muss immer soviel Leistung bereitgestellt werden, wie aktuell benötigt wird, sonst ist das System unstabil.

Die verschieden Kraftwerkstypen können nach ihrem geschätzten Anteil an der Weltstromproduktion folgendermassen gegliedert werden:

Bemerkung: Die angegebenen Werte basieren auf einfachen Berechnungen und Schätzungen des Autors.
KraftwerkstypEinzelleistung
in kW
Wirkungsgrad
ohne Wärme
Anlagekosten
in kCHF/kW
Stromkosten
in Rp./kWh
Bemerkungen
  Verbrennungskraft 500 - 600'000 25% - 45% 3- 0,7 30 - 5 etwa 67% der Weltstromanteil
  Wasserkraft 0,3 - 700'000 50% - 90% 20 - 1 40 - 2 etwa 16% Weltstromanteil
  Kernkraft 2'000 - 1'500'000 25% - 35% 3 - 1 20 - 4 etwa 14% Weltstromanteil
  Windkraft 0,3 - 4'000 20% - 50% 10 - 3 50 - 8 Produktion windabhängig
  Dieselmotor 5 - 10'000 25% - 45% 2 - 0,2 40 - 15 Lebensdauer bei Kleinmotoren
  Ottomotor 0,5 - 2'000 20% - 35% 1 - 0,2 50 - 20 Lebensdauer bei Kleinmotoren
  Photovoltaik 0,01 - 5'000 5% - 20% 6 - 2 50 - 10 Produktion nur bei Sonnenwetter
  Solarkraftwerk 5 - 50'000 15% - 25% 10 - 5 50 - 20 Produktion nur bei Sonnenwetter
  Geothermie 50 - 10'000 15% - 20% 50 - 5 80 - 10 teilweise seismische Probleme
  Meeresenergie 5 - 1'000 10% - 30% 100 - 10 80 - 20 Probleme mit Stürmen
  Gezeitenkraft 5 - 10'000 40% - 60% 50 - 5 80 - 40 Produktion nur alle 12 Stunden
  Brennstoffzelle 0,001 - 500 10% - 45% 30 - 7 200 - 20 derzeit noch Materialprobleme
  Batterie 0,001 - 1 5% - 20% 20 - 3 50'000 nur 1 Zyklus
  Holzvergaser 5 - 500 15% - 25% 2 - 0,5 30 - 10 Probleme mit Holzteer
  Dampfmaschine 0,01 - 2'000 5% - 20% 5 - 2 80 - 40 abgelöst durch Dampfturbine
  Heissgasmotor 0,001 - 30 5% - 20% 15 - 6 100 - 50 immer noch Materialprobleme
  Körperbewegung 0,001 - 1 1% - 80% 5 500 Stromkosten ohne Stundenlohn
  Peltierelement 0,001 - 0,1 1% - 4% 30 200 - 100 in Entwicklung
  Thermophotovoltaik 0,005 - 5 1% - 5% 30 200 - 100 in Entwicklung
  Kernfusion 100'000 30% - 45% 10 - 2 100 - 10 in Entwicklung
Legende:
UmwandlungsprinzipGrundlagentypische Prozesskette
  Wärmekraftmaschinen heisse Quelle und kühle Senke (Verbrennung) - Turbine (oder Maschine) - Generator
  mechanische Umwandlung bewegte Masse bremsen Turbine (oder Maschine) - Generator
  Direktumwandlung Physikalische Effekte direkt - (eventuell Leistungselektronik)

Die Gliederung nach Energieträger ist eine weitere Möglichkeit der Unterteilung der Kraftwerke:

EnergieträgerUrsprungKraftwerkstypen
Sonnenstrahlung Sonne Photovoltaik, Wärmekraftmaschinen, Kaminturbine
Flüsse Sonne, Gravitation Wasserturbine, Wasserrad
Wind Sonne, Erddrehung Windturbine
Wellen Wind Bewegungsumwandlung, Druckluftturbine
Meeresströmungen Sonne, Erddrehung Wasserturbine
Gezeiten Mondlaufbahn Wasserturbine
Holz Biologie Wärmekraftmaschinen, Holzvergaser mit Ottomotor
Methan Entstehung der Erde, Biologie Wärmekraftmaschinen, Ottomotor
Biotreibstoff Biologie (verarbeitet) Ottomotor
Biogas Abfall (verarbeitet) Ottomotor, Wärmekraftmaschinen
Abfall Gesellschaft Wärmekraftmaschinen
Lebewesen Biologie Bewegungsumwandlung, Wärmekraftmaschinen
Erdwärme Entstehung der Erde Wärmekraftmaschinen
Nuklearbrennstoff Entstehung der Erde Wärmekraftmaschinen
Kohle fossil Wärmekraftmaschinen
Erdöl fossil Wärmekraftmaschinen
Erdgas fossil Ottomotor, Wärmekraftmaschinen, Brennstoffzelle
Heizöl (Diesel) Erdöl (verarbeitet) Dieselmotor, Wärmekraftmaschinen
Benzin Erdöl (verarbeitet) Ottomotor
Warmwasser Industrie Wärmekraftmaschinen
Dampf Industrie Wärmekraftmaschinen
Wasserstoff Industrie Wärmekraftmaschinen, Ottomotor, Brennstoffzelle
Elektrizität Industrie Speicher (Akkumulator, Stausee, Druckluft, Wasserstoff)

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