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Stromerzeugung

Unter Stromerzeugung versteht man die Herstellung von Strom (Elektrizität). Physikalisch ist dies immer eine Umwandlung von anderen Energiearten bzw. Energiequellen (Primärenergie) in elektrische Energie. Der Großteil der Stromerzeugung geschieht in Kraftwerken.

Inhaltsverzeichnis

Begriffsdefinitionen

Bruttostromerzeugung 
Die Bruttostromerzeugung bezeichnet die im Kraftwerk an den Generatorklemmen erzeugte elektrische Arbeit.
Nettostromerzeugung 
Die Nettostromerzeugung berechnet sich aus der abzüglich des Kraftwerkseigenverbrauchs von Neben- und Hilfsanlagen, wie etwa Speisewasserpumpen.
Stromabgabe 
Als Stromabgabe wird die Nettostromerzeugung abzüglich der durch Transport und Umspannung bedingten Arbeitsverluste im Netz bezeichnet.
Stromabnahme 
Die Stromabnahme ist die von den Kunden des Netzbetreibers aus dem Netz entnommene Leistung, entspricht im wesentlichen der abzüglich des Verbrauchs der Netzbetreiber-eigenen Einrichtungen (Betriebsverbrauch).

Übersicht

Bei allen Arten der Stromerzeugung liefert die Thermodynamik die notwendigen theoretischen und praktischen Grundlagen zum Verständnis des Vorganges.

Mit Ausnahme der Systeme, die elektrische Energie direkt aus einer anderen Energieform gewinnen (Photovoltaik, Galvanische Zelle, Brennstoffzelle, Thermoionischer Generator, Thermoelektrischer Generator, TPV-Generator, MHD-Generator etc.) wird die elektrische Energie weltweit zum überwiegenden Teil aus kinetischer Energie in Form von Rotationsenergie gewonnen.

Die dabei eingesetzte Maschine nennt man Generator. Meistens werden Generatoren durch Turbinen angetrieben, welche die Bewegung einer Strömung in die für einen Generator benötigte Rotation wandeln. Generatoren können zur Stromerzeugung auch durch Verbrennungsmotoren, Stirlingmotoren oder Muskelkraft angetrieben werden.

Die Stromerzeugung eines Landes wird größtenteils durch Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EVU) geleistet, die die so genannte allgemeine Elektrizitätsversorgung gemäß dem Energiewirtschaftsgesetz sicherstellen. Zukünftig könnte die dezentrale Energieerzeugung in privaten Anlagen an Bedeutung gewinnen.

Wärmekraftwerke

Die am häufigsten und für die Grundlastabdeckung eingesetzten Wärmekraftwerke sind Dampfkraftwerke. Sie erzeugen hochgespannten Wasserdampf, der Dampfturbinen antreibt. Die Primärenergie für die Dampfkessel kann durch Verbrennung aus fossilen Energiequellen wie Steinkohle, Braunkohle, Erdöl und Erdgas sowie aus erneuerbaren Energiequellen wie Holz oder Biogas erzeugt werden. Weiterhin gibt es Gasturbinenkraftwerke, die mit einer Gasturbine direkt die Generatoren antreiben. Sie werden jedoch aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrades nur zur Spitzenlastabdeckung verwendet. Die Kombination eines Gasturbinenkraftwerks mit einem Dampfprozess in sogenannten GuD-Kraftwerken erreicht hingegen Wirkungsgrade von über 58 Prozent. Auch Kernkraftwerke sind im Prinzip Wärmekraftwerke.

Kleinere Kraftwerke haben oft auch gasbetriebene Verbrennungsmotoren (BHKW) oder Dieselmotoren (Notstromaggregate, Stromaggregate für abgelegene Regionen oder Großveranstaltungen) als Antrieb. Insbesondere in Biogas-Kraftwerken werden gasbetriebene Motoren eingesetzt.

Blöcke von Wärmekraftwerken haben derzeit Leistungen bis etwa 1600 MW. Der Wirkungsgrad von Wärmekraftwerken reicht von etwa 15 bis über 40 Prozent. Generell gilt folgende Regel:

Starken Zuwachs erfahren derzeit dezentrale BHKW-Anlagen, welche die Wärmeerzeugung mit einem Stirling-Motor zum Antrieb eines Stromgenerators kombinieren. Solche Anlagen können für beliebige Energieträger gefertigt werden.

Es gab wenig erfolgreiche Versuche, die Verbrennungsgase von Wärmekraftwerken zusätzlich mit einem magnetohydrodynamischen Generator (MHD-Generator) zur Stromerzeugung zu nutzen, um deren Wirkungsgrad zu verbessern.

Wind- und Wasserkraftwerk

Sie nutzen die potentielle Energie von Wasser (Gezeiten, Flüsse) und die kinetische Energie von Wind. Im Gegensatz zu den meisten Wärmekraftwerken ist ihre Primärenergie erneuerbar. Wasserkraftwerke können ebenfalls mit den größten Leistungen gebaut werden, wobei sich ihre tatsächliche Leistung nach den topographischen und hydrographischen Gegebenheiten ihres Standortes richtet. Windkraftwerke haben als einzelne Anlage eine Leistung von bis zu 5 MW, die technische Entwicklung ist aber noch nicht abgeschlossen. Es wird von ihnen erwartet, dass sie einen spürbaren Beitrag zur Abschwächung des Treibhauseffektes liefern.

Elektromagnetische Strahlung (Licht)

Bei Halbleitern wie Silizium bewirkt die Bestrahlung mit Licht die Bildung und Trennung von Ladungsträgern im Inneren und den Aufbau eines nutzbaren Spannungsgefälles über den photoelektrischen Effekt. Unter Ausnutzung dieses physikalischen Effektes kann man mit Solarzellen Strom erzeugen. Der Vorteil dieser Art der Stromerzeugung ist die Wartungsarmut, da keinerlei bewegte Teile im Spiel sind. Der Nachteil sind die noch relativ hohen Kosten und der Flächenbedarf der Solarzellen. (Aufgrund des relativ geringen Wirkungsgrades)

TPV-Generatoren (Thermo-Photovoltaik-Generatoren) erzeugen aus Wärme zunächst Strahlung (Infrarot, Glühlicht), die dann mittels photovoltaischer Zellen zu Strom umgewandelt wird.

Sonnenkollektoren als Dampferzeuger

Sonnenkollektoren können nicht nur zur Gewinnung von Wärme aus dem einfallenden Sonnenlicht dienen, sondern es gibt auch mit Sonnenlicht betriebene Anlagen zur Erzeugung von Wasserdampf, mit dessen Hilfe Turbinen und Generatoren angetrieben werden. Als große Einheit gefertigt, sind solche Sonnenwärmekraftwerke derzeit wesentlich effizienter und preiswerter als die Photovoltaik.

Siehe auch Solarstrom.

Geothermie

Bei diesem Verfahren wird die innerhalb der Erdkruste anstehende Wärme zum Antrieb von speziellen Turbinen im Organic Rankine Cycle verwendet. Das Verfahren nutzt erneuerbare Energien, weist jedoch aufgrund der geringen Temperaturdifferenz nur einen geringen Wirkungsgrad auf.

Die stärkere Bedeutung besitzt die Erdwärme in direkter Nutzung als Wärmeenergie (Beheizung von Häusern u.a.).

Kernenergie

Hauptartikel: Kernenergie

Bei der Umsetzung der Kern- in elektrische Energie wird der Umstand ausgenutzt, dass die in den Atomkernen gebundene Energie bei sehr schweren Atomkernen wie Uran größer ist als bei Elementen mit einer mittelschweren Atomkernen wie Eisen (siehe Kernspaltung#Begründung der frei werdenden Energie).

Die Gewinnung von Energie durch Spaltung großer Atomkerne zu kleineren nennt man Kernspaltung, die Anlagen nennt man Kernreaktor. Man kann auch Energie durch Verschmelzung von kleineren Kernen gewinnen (Kernfusion). Geeignete Fusionsreaktoren wird es wohl nicht vor 2050 geben.

Kernkraftwerke sind im Prinzip Wärmekraftwerke, die bei der Kernspaltung entstehende Wärme erzeugt Wasserdampf, der mittels Dampfturbinen Generatoren antreibt.

In Europa nutzen 18 Länder Kernkraftwerke zur Energiegewinnung. In zwei Ländern - Finnland und Bulgarien - werden derzeit neue Kernkraftwerke gebaut, in Großbritannien, Frankreich und der Schweiz sind Neubauten geplant. Italien ist aus der Atomstromerzeugung ausgestiegen, weist 4 stillgelegte Kernkraftwerke auf und importiert elektrischen Strom aus Frankreich, wo er in Kernkraftwerken produziert wird. Die 25 EU-Staaten erzeugten 2004 insgesamt 935.809 GWh Atomstrom. Das ist eine Zunahme um 1,5 % im Vergleich zu 2000.

Zum Vergleich: Stromerzeugung 2006 weltweit = 2,8 Mrd MWh, 2005 = 2,75 Mrd MWh

Stromerzeugung in Europa nach Anzahl der Kernkraftwerke (2004)
Rang Land in Betrieb stillgelegt Energieerzeugung
(GWh)
Anteil an
Gesamtproduktion
1. Frankreich 59 11 426.800 78 %
2. Russland 31 12 133.017 16 %
3. Großbritannien 23 22 73.680 19 %
4. Deutschland 17 19 158.390 26 %
5. Ukraine 15 4 81.813 51 %
6. Schweden 10 3 75.039 52 %
7. Spanien 9 1 60.888 23 %
8. Belgien 7 1 44.857 55 %
9. Tschechien 6 0 24.817 32 %
Slowakei 6 1 15.624 55 %
11. Schweiz 5 0 25.432 40 %
12. Finnland 4 + 1 0 21.779 27 %
Bulgarien 4 2 15.598 42 %
Ungarn 4 0 11.209 34 %
15. Litauen 1 1 13.917 72 %
Rumänien 1 + 1 0 5.144 10 %
Slowenien 1 0 5.204 39 %
Niederlande 1 1 3.605 4 %

Siehe auch

Literatur

 Wiktionary: Stromerzeugung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik