Wissen über Kohlekraftwerke
Was ist ein Kohlekraftwerk?
Ein Kohlekraftwerk ist eine spezielle Form des Kraftwerkes. Es hat seinen Namen von der Kohle als hauptsächlichem Brennstoff. Es gibt Kraftwerke für Braunkohle und für Steinkohle. Die Kraftwerkstypen sind speziell für den jeweiligen Einsatzbrennstoff mit seinen verfahrenstechnischen Eigenheiten, seinem Heizwert und seinen Ascheanteilen konzipiert.
Beispiel: Braunkohlekraftwerk
In Deutschland wird mit braunkohlegefeuerten Kohlekraftwerken die Grundlast und mit Steinkohle hauptsächlich die Mittellast erzeugt. Die prozentualen Anteile an der gesamten Stromerzeugung betragen in Deutschland 24 Prozent für Steinkohle und 27 Prozent für Braunkohle, die Anteile an der gesamten Energie sind geringer. Ein einzelner Kraftwerksblock hat eine typische elektrische Leistung von bis zu 1000 Megawatt; bei der Zusammenschaltung mehrerer Kraftwerksblöcke zu einem Großkraftwerk addieren sich die installierten Leistungen der einzelnen Blöcke. Zum Beispiel werden im Block K des Braunkohlekraftwerks Niederaußem je Stunde rund 850 Tonnen Rohbraunkohle verbrannt, bei einer elektrischen Leistung von 1000 MW.
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Funktionsweise
In einem Kohlekraftwerk wird zuerst in einer Kohlemühle Braun- oder Steinkohle gemahlen und getrocknet und in den Brennerraum der Staubfeuerung eingeblasen und dort vollständig verbrannt. Bei einem mit Steinkohle gefeuerten Kraftwerk beträgt die notwendige Menge etwa 50 Kilogramm pro Sekunde, bei einem mit Rohbraunkohle betriebenen Kraftwerk sind bis zu 250 Kilogramm in der Sekunde typisch. Die dadurch frei werdende Wärme wird von einem Wasserrohrkessel aufgenommen und wandelt das eingespeiste Wasser in Wasserdampf um. Der Wasserdampf strömt über Rohrleitungen zur Dampfturbine, in der er einen kleineren Teil seiner Energie durch Entspannung abgibt. Unterhalb der Turbine ist ein Kondensator angeordnet, in dem der Dampf den größten Teil seiner Wärme an das Kühlwasser überträgt. Während dieses Vorganges verflüssigt sich der Dampf durch Kondensation.
Eine Speisewasserpumpe fördert das entstandene flüssige Wasser als Speisewasser erneut in den Wasserrohrkessel, womit der Kreislauf geschlossen wird. Zur Vorwärmung des Speisewassers im Economiser sowie der über den Frischlüfter angesaugten Verbrennungsluft im LUVO, nutzt man die Rauchgase aus dem Brennraum. Optional sind Dampf-Luftvorwärmer vorgeschaltet. Das in der Turbine erzeugte Drehmoment wird an dem angekuppelten Generator zur Energieerzeugung genutzt.
Das im Brennerraum durch Verbrennung entstandene Rauchgas wird einer Entstaubung, einer Rauchgasentschwefelung und einer Rauchgasentstickung unterzogen, bevor es über den Schornstein bzw., bei Bauweise ohne Schornstein, über den Kühlturm das Kraftwerk verlässt. Dieses Verfahren wird im Ganzen Rauchgasreinigung genannt. Das im Kondensator erwärmte Kühlwasser wird im Kühlturm auf die ursprüngliche Temperatur gekühlt, bevor es entweder erneut verwendet oder aber in ein vorhandenes Fließgewässer abgegeben wird. Die Asche des Brennstoffes wird als Schlacke aus dem Brennerraum abgezogen und für die Weiterverwendung als Baustoff vorbereitet. Das gleiche gilt für den in der Rauchgasentschwefelung erzeugten Kraftwerkgips.
Steuerung der Abläufe
Sämtliche im Kohlekraftwerk anfallenden Informationen, wie beispielsweise die Messwerte, werden in der Leitwarte angezeigt und ausgewertet. Die Leitwarte ist ein geschlossener Raum mit Messinstrumenten zur Anzeige der Betriebszustände der einzelnen Kraftwerkskomponenten. Mit Schaltern und anderen Steuerorganen kann das Kraftwerkspersonal in den Betriebsablauf eingreifen, sofern das Kraftwerk nicht über eine automatische Regelung erfolgt. Die Eingriffe werden über digitale Datenübertragung an die zugehörigen Hilfsantriebe übermittelt und bewirken in teilweise großer Entfernung von der Leitwarte beispielsweise das Öffnen oder Schließen einer Armatur oder eine Veränderung der zugeführten Brennstoffmenge.
Anfahrverhalten
Im Unterschied zu den meisten Wasserkraftwerken, bei denen die Leistung bei Bedarf im Sekundenbereich abgerufen werden kann, dauert das Anfahren eines Kohlekraftwerks wesentlich länger. Die nebenstehende Tabelle gibt die dafür üblicherweise notwendige Zeitdauer, abhängig von der vorhergehenden Dauer des Stillstands, wieder. Die angegebenen Zeiten decken das Zünden des ersten Brenners bis zum Erreichen der Volllast ab.
Verbesserung des Wirkungsgrades
Der Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken weltweit beträgt im Mittel 31 %, in Deutschland liegt er bei 38 %. Vor allem in Ländern wie China (durchschnittlicher Wirkungsgrad 23 %) gibt es große Verbesserungspotenziale.
Zur optimalen Ausnutzung der im Brennstoff gespeicherten Energie und zur Verbesserung des Wirkungsgrades werden im Kohlekraftwerk verschiedene Verfahren eingesetzt. Wie in jedem thermodynamischen Kreisprozess wird angestrebt, dass das Arbeitsmittel (hier: Wasserdampf) mit einer möglichst hohen Temperatur in die Dampfturbine eintritt und diese mit einer möglichst niedrigen Temperatur wieder verlässt. Die hohe Eintrittstemperatur wird durch ein einmaliges Überhitzen des Wasserdampfes erreicht, wobei der Dampf schon nach einem Teil seines Weges durch die Dampfturbine erneut wieder durch den Dampfkessel geleitet wird und ihm weitere Wärmeenergie zugeführt wird. Die Grenze für die höchste Temperatur ist die Temperaturresistenz der verwendeten Stähle für die Rohre des Wasserrohrkessels. Die niedrige Austrittstemperatur des Dampfes wird durch einen ausreichend bemessenen Kondensator verwirklicht. Die niedrigstmögliche Temperatur ist die Eintrittstemperatur des Kühlwassers in den Kondensator. Als zusätzliche Maßnahme wird die Berohrung des Kondensators kontinuierlich durch das Kugelumlaufverfahren von Verschmutzungen befreit, da sich an dieser Stelle Verunreinigungen besonders negativ auf den gesamten Wirkungsgrad bemerkbar machen.
Die im Abgas vorhandene, ggf. nutzbare Restwärme hängt von der Rauchgasentschwefelung ab. Durch die meist wässrigen Entschwefelungsverfahren werden die Abgase feucht und kühl, sodass die Ableitung über Schornsteine wegen Versottung problematisch ist. Die Reingase müssten durch (ebenfalls korrosionsanfällige) Wärmetauscher, durch Prozessdampf, Elektrowärme oder Brenner wieder erwärmt werden. Eine kostengünstige Variante stellt das Einleiten der gereinigten Abgase in die Kühltürme dar, sofern vorhanden.
Der derzeitige Stand der Technik beim Wirkungsgrad wird vom Braunkohlekraftwerk mit optimierter Anlagentechnik (BoA) repräsentiert. In Niederaußem ist der erste Block in Betrieb, eine weitere Anlage mit zwei Kraftwerksblöcken befindet sich bei Neurath im Bau. Bei einer installierten Leistung von 2×1100 Megawatt wird ein Wirkungsgrad von mehr als 43 % erreicht. Allerdings werden durch die enormen Verbräuche des zugehörigen Tagebaubetriebs (Schaufelradbagger, Bandförderanlagen, elektrische Güterbahnen, Absetzer, Grundwasserhaltung) rund 10 % der erzeugten elektrischen Energie zur Aufrechterhaltung des Kraftwerkbetriebs benötigt.
Moderne Steinkohlekraftwerke erreichen elektrische Wirkungsgrade von rund 45 %. Die relativ geringen Energieaufwendungen zur Bereitstellung des Brennstoffs können im Gegensatz zum Braunkohlekraftwerk vernachlässigt werden. Eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades (Brennstoffausnutzung) ist durch Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung möglich, wegen der dezentralen Standorte der Kraftwerke in der Nähe der Lagerstätten der Kohle und nicht in der Nähe der Abnehmer der Wärme jedoch gerade bei den Großkraftwerken nicht immer realisierbar. Zudem wird die Wärme in den warmen Jahreszeiten bei den Abnehmern nicht benötigt (bei Nutzung als Heizwärme). Es gibt jedoch Erfahrungen mit mehr als 20 km langen Fernwärmeleitungen des Kernkraftwerks Greifswald. Einige Großkraftwerke der Rheinisches Braunkohlereviers würden somit in Reichweite zu potenziellen Abnehmern von Fernwärme liegen.
Nach einer Studie der Umweltstiftung WWF befinden sich sechs der zehn am meisten Kohlendioxid produzierenden Kohlekraftwerke der EU in Deutschland. Dabei handelt es sich ausnahmslos um Braunkohlekraftwerke. Einschränkend muss darauf hingewiesen werden, dass nur die 30 am meisten Kohlendioxid produzierenden Kraftwerke der EU betrachtet wurden, daher ist eine Aussage bezüglich der Effizienz nur sehr eingeschränkt möglich
Tagebau
Radioaktiver Abfall
Beim Betrieb von Kraftwerken entstehen immer auch Belastungen der Umwelt. Kohle enthält fast immer auch Spuren der radioaktiven Elemente Uran, Thorium und Radium. Der Gehalt liegt je nach Lagerstätte zwischen wenigen ppm und 80 ppm[5]. Da weltweit etwa 7800 Millionen Tonnen Kohle pro Jahr in Kohlekraftwerken verbrannt wird, schätzt man den Gesamtausstoß auf 10.000 Tonnen Uran und 25.000 t Thorium, der zum großen Teil in der Asche enthalten ist. Die Asche von europäischer Kohle enthält etwa 80–135 ppm Uran.
Zwischen 1960 und 1970 wurde in den USA etwa 1100 Tonnen Uran aus Kohleasche gewonnen. 2007 beauftragte die chinesische National Nuclear Corp die kanadische Firma Sparton Resources, in Zusammenarbeit mit dem Beijing No.5 Testing Institute Versuche durchzuführen, Uran aus Kohleasche zu gewinnen. Dieses soll im Xiaolongtang Kernkraftwerk in Yunnan eingesetzt werden[6]. Der Urangehalt der Asche liegt mit durchschnittlich 210 ppm Uran (0,021 %U) über dem Urangehalt mancher Uranerze.
Beispiele für Kohlekraftwerke
- Kraftwerk Scholven
- Kraftwerk Goldenberg
- Kraftwerk Lippendorf
- Kraftwerk Niederaußem
- Kraftwerk Ibbenbüren
- Kraftwerk Werdohl-Elverlingsen
- Kraftwerk Schwarze Pumpe
- Kraftwerk Jänschwalde
- Kraftwerk Boxberg
- Kraftwerk Ensdorf
- Grosskraftwerk Mannheim
Quelle und weitere Informationen Wikipedia
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Unser Tipp:
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