Braunkohlekraftwerk
Wir alle haben schon von ihnen gehört oder sie gesehen, doch nur die wenigsten wissen, wie so ein riesiger Komplex im Einzelnen funktioniert. Die Rede ist von einem Kraftwerk, genauer von einem Braunkohlekraftwerk.
Aber was wäre ein so gewaltiger Energieerzeuger ohne einen Rohstoff zum Energieerzeugen? Dafür wird die Braunkohle, die schon in wenigen hundert Metern zu finden ist, im Tagebau mit Schaufelradbaggern von gigantischen Ausmaßen abgebaut und anschließend auf Züge verladen, die die Braunkohle zum Kraftwerk transportieren. Die Braunkohle enthält noch 50% Wasser, was sie energieärmer als Steinkohle macht und sich dadurch ein langer Transport nicht lohnt; deshalb befinden sich die Braunkohlekraftwerke immer in der Nähe des Tagebaus.
Braunkohlekraftwerk (schematisch) (http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlekraftwerk#Anlagenteile, GNU-Lizenz)
Im Kraftwerk angekommen wird die Braunkohle mit einem Teil der Verbrennungswärme getrocknet und in großen Kohlemühlen zu feinem Staub zermalen. Dadurch ergibt sich eine große Reaktionsoberfläche, damit anschließend ein sicheres Zünden der Kohle im Verbrennungsofen garantiert ist.
Kohlemühle
Der Braunkohlestaub wird nun mit hohem Druck in den Brennraum geblasen (Staubfeuerung), wo er vollständig verbrennt, bevor er den Kesselboden erreicht hat.
Die Hitze der Kohleverbrennung bringt das Wasser in Rohren, die durch den Kessel gehen, zum sieden. Da Wasserdampf sich ausdehnt, entsteht Druck. Der Wasserdampf schiebt sich durch mehrere Turbinen und versetzt sie in Drehung. Dabei handelt es sich um drei verschiedene Typen von Turbinen: die Hochdruck-, die Mitteldruck und zuletzt die Niedrigdruckturbine. Von Turbine zu Turbine nimmt der Druck ab.
Teil einer Turbine
An die Turbinen ist jeweils ein Generator angeschlossen, mit dem der Strom erzeugt wird. Unterhalb der Turbine befindet sich der Kondensator, in dem der Wasserdampf den größten Teil seiner Energie an das Kühlwasser abgibt. Der Wasserdampf verflüssigt sich und dementsprechend sinkt sein Volumen; es entsteht ein Unterdruck, der den Wirkungsgrad der Turbinen weiter erhöht. Das abgekühlte Wasser wird mithilfe einer sog. Speisepumpe erneut in den Wasserrohrkessel gepumpt, womit der Kreislauf geschlossen ist. Ein Teil des erzeugten Dampfes wird zur Vorwärmung des Speisewassers im Economiser sowie zur Vorwärmung der Verbrennungsluft im Luftvorwärmer (LUVO) genutzt. Das im Kondensator erwärmte Kühlwasser wird im Kühlturm auf die ursprüngliche Temperatur runtergekühlt, bevor es entweder erneut verwendet oder in einen vorhandenen Fluss abgegeben wird.
Bei der Verbrennung des Braunkohlestaubs entstehen Abgase, auch Rauchgase genannt. Bevor diese jedoch das Kraftwerk verlassen, werden sie noch einer gründlichen, drei-stufigen Rauchgasreinigung unterzogen.
In Rohren (rot) wird das Rauchgas zur dreistufigen Reinigung geleitet
Als erstes findet eine Entststaubung statt, bei der die fein verteilten, festen Fremdbestandteile der Abgase rausgefiltert werden. Anschließend folgt die Rauchgasentschwefelung. Dabei werden die in den Abgasen enthaltenen Schwefelverbindungen mithilfe von Löschkalk (Calciumhydroxid) im Absorber entfernt (Kalkwäsche). Die Rauchgase durchlaufen den Absorber von unten nach oben, während die Schwefelverbindungen mit der Waschsuspension (Suspension – ein heterogenes Gemisch aus einer Flüssigkeit und Feststoffteilchen) reagieren. Die Waschsuspension wird durch Sprühebenen, die im oberen Bereich des Absorbers angebracht sind, fein verteilt und rieselt nach unten in eine Auffangwanne, dem sog. Sumpf. Dort wird nicht vollständig oxidierter Gips durch Zugabe von Sauerstoff aufoxidiert. Anschließend, nachdem frischer Kalk dazugegeben worden und der Gips ausgeschieden worden ist, wird die Suspension mithilfe von Umwälzpumpen wieder in die Sprühebenen gepumpt.
Wenn das Rauchgas im oberen Bereich des Absorbers angekommen ist, werden die letzten Tropfen der Waschsuspension im Tropfenabscheider entfernt und das Gas kann in den letzten Reinigungsschritt.
Als letzter Reinigungsschritt folgt die Entstickung. Dabei werden von oben die im Abgas enthaltenen Stickoxide in die Entstickungsanlage geleitet. Gleichzeitig wird separat Ammoniak hinzu gegeben. Die Rauchgase durchlaufen die Anlage von oben nach unten, wobei die Rauchgase in gitterförmigen Katalysatoren mit dem Ammoniak gereinigt werden. Nach der Reinigung entstehen Wasserdampf und ungefährlicher Stickstoff.
Nun sind die Abgase gereinigt und können das Kraftwerk über den Schornstein verlassen.
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken weltweit beträgt durchschnittlich 31%, in Deutschland sind es 38%. Wie in jedem thermodynamischen Kreisprozess wird angestrebt, dass das Arbeitsmaterial (hier: Wasserdampf) mit einer möglichst hohen Temperatur in die Dampfturbine eintritt und sie mit einer möglichst niedrigen Temperatur wieder verlässt. Daran wird heutzutage verstärkt gearbeitet, z.B. kann man die Restwärme der Abgase nutzen. Sie hängt von der Rauchgasentschwefelung ab. Die kostengünstigste Variante ist das Einleiten der gereinigten Abgase in die Kühltürme. Die für das Kraftwerk nicht mehr nützliche und ´´überflüssige´´ Energie wird als Fernwärme verkauft.
Braunkohlekraftwerke haben einen Gesamtanteil von 27% an der deutschen Stromerzeugung. Die typische elektrische Leistung eines Kohlekraftwerks beträgt 1000MW. Weiterhin ist der Rohstoff Braunkohle das günstigste Verfahren, um Strom zu erzeugen. Eine Megawattstunde kostet nur 29€, gefolgt von Steinkohle und Kernkraft. Mit 450€ je Megawattstunde Strom ist das Photovoltaikverfahren am teuersten. Möglicherweise wird der Anteil an Braunkohlekraftwerken in Zukunft ansteigen, jedoch ist Braunkohle ein fossiler Brennstoff und nicht für immer verfügbar und außerdem nicht umweltfreundlich.
Ein Braunkohlekraftwerk verdient sein Geld nicht nur mit der Stromerzeugung, sonder verkauft auch noch verschiedene Nebenprodukte, die bei selbiger anfallen, wie die bei der Verbrennung entstandene Asche, die als Baustoff dient. Der bei der Rauchgasentschwefelung entstanden Gips wird ebenfalls genauso wie die Fernwärme verkauft.
Im Vergleich zur Steinkohle ist die Stromerzeugung durch Braunkohle, obwohl sie durch die 50% Wassergehalt beim Abbau energieärmer ist, günstiger, da die Braunkohle über Tage gefördert werden kann. In naher Zukunft werden wir bestimmt noch eine Menge über den braunen Energieträger aus der Erde hören, denn solange es noch keine 100%-ig zuverlässigen alternativen Energieträger Braunkohle zu Nutze machen.
