Stromerzeugung heute - von der Wärme zum Strom

Der elektrische Strom hat unser Leben grundlegend verändert. Als vor rund 100 Jahren die ersten Kraftwerke auf der ganzen Welt begannen, Strom für Industrie, Landwirtschaft und Haushalte zu liefern, löste das eine wahre Revolution aus. In der Industrie wurde mit dem Einsatz von Maschinen die Arbeitskraft Mensch körperlich stark entlastet. In den Haushalten wuchs der Komfort durch elektrische Geräte.

Die umfassende Elektrifizierung schuf völlig Neues: Telefon, Fernsehen, Internet, Rundfunk, Kino und vieles mehr.

Wo und wie entsteht der elektrische Strom?

Die meisten Kraftwerkstypen verwenden zur Stromerzeugung einen Generator, der durch eine Dampf, Wind- oder Wasserturbine angetrieben wird. Der Generator wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um. Ein uns allen bekanntes Modell eines Generators ist der Fahrraddynamo, der elektrischen Strom für die Beleuchtung liefert.

Dynamo
Fahrraddynamo

Was spielt sich aber eigentlich in seinem Inneren ab? Ein Dauermagnet mit zwei oder drei Polen wird rund um eine Spule, die sich auf einem Blechpaket befindet bewegt. Dadurch wird innerhalb der Spule eine Wechselspannung, also elektrische Energie, erzeugt. Dieses physikalische Phänomen nennt man elektromagnetische Induktion.

Strom aus Wärmekraftwerken wird heute meist noch auf der Basis fossiler Energieträger gewonnen, also aus Öl, Erdgas und Kohle.

Kohlekraftwerk
Blockschaltbild Kohlekraftwerk

In der Brennkammer wird die zermahlene Kohle verbrannt und dabei die chemische Energie der Kohle in Wärmeenergie umgewandelt. In sich im Brennraum befindlichen Rohrschlangen verdampft das Wasser und es entsteht Dampf mit sehr hohem Druck. Hier liegt die Wärmeenergie in Form von potentieller Energie des hochgespannten Dampfes vor.

Lässt man den hochgespannten Dampf aus den Düsen gegen die Schaufeln der Dampfturbine strömen, wandelt sich die potentielle Energie in Bewegungsenergie um. Diese letzte Energieumwandlung findet im Generator statt, der an die Dampfturbine gekoppelt ist. Bewegungsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt. Bei jeder Umwandlungsstufe wird Wärmeenergie ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Diese Verluste führen dazu, dass der Gesamtwirkungsgrad von Kohlekraftwerken heute bei nur etwa 0,38 liegt.

Die folgende Übersicht zeigt elektrische Leistungen anhand einiger ausgewählter Beispiele:

Armbanduhr 0,02 mW
Fahrradbeleuchtung 3 W
Mensch Dauerleistung 100 W
Sportliche Höchstleistung 340 W
Leistung eines Pferdes 500 W
Mofa 1 kW
PKW 55 kW
LKW 250 kW
Diesellokomotive 3000 kW
Kohlekraftwerk (z.B. KW Lippendorf) 2000 MW