Wie in einem Wärmekraftwerk (BHKW) Strom erzeugt wird

Wärmekraftwerke sind in Stationen unterteilt:

• je nach Antriebstyp: Dampfturbine, Gasturbine, mit Verbrennungsmotor;

• nach Brennstoffart – mit festem organischem Brennstoff (Kohle, Brennholz, Torf), flüssigem Brennstoff (Öl, Benzin, Kerosin, Dieselkraftstoff), Betrieb mit Gas.

In Wärmekraftwerken wird die Energie des verbrannten Brennstoffs in Wärmeenergie umgewandelt, die zur Erwärmung des Wassers im Kessel und zur Dampferzeugung genutzt wird. Dampfenergie treibt eine Dampfturbine an, die an einen Generator angeschlossen ist.

Wärmekraftwerke, bei denen Dampf vollständig zur Stromerzeugung genutzt wird, werden als Kondensationskraftwerke (CES) bezeichnet. Leistungsstarke IES befinden sich in der Nähe von Kraftstoffproduktionsgebieten, entfernt von Stromverbrauchern, daher wird Strom mit Hochspannung (220–750 kV) übertragen. Kraftwerke werden in Blöcken gebaut.

Blockheizkraftwerke oder Blockheizkraftwerke (KWK) sind in Städten weit verbreitet.In diesen Kraftwerken wird der in der Turbine teilweise erschöpfte Dampf für technische Zwecke sowie für Heizung und Warmwasser in Wohn- und Kommunalanlagen genutzt. Durch die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme reduzieren sich die Kosten für die Bereitstellung von Strom und Wärme im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Strom und Wärme.

Wärmekraftwerke nutzen die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Öl, Gas, Kohle oder Heizöl entstehende Wärme, um aus Wasser große Mengen Hochdruckdampf zu erzeugen. Wie Sie sehen können, ist der Dampf hier, obwohl er seit der Zeit der Dampfmaschinen als Kühlmittel fungiert, immer noch durchaus in der Lage, einen Turbinengenerator anzutreiben.

Der Dampf aus dem Kessel wird einer Turbine zugeführt, deren Welle mit einem Dreiphasen-Wechselstromgenerator verbunden ist. Die mechanische Energie der Turbinenrotation wird in elektrische Energie des Generators umgewandelt und über Aufwärtstransformatoren mit Generatorspannung oder mit Aufwärtsspannung an Verbraucher übertragen.

Der Druck des zugeführten Dampfes in der Turbine beträgt etwa 23,5 MPa, während seine Temperatur 560 °C erreichen kann. Und das Wasser wird in einem Wärmekraftwerk gerade deshalb verwendet, weil es durch den für solche Anlagen typischen fossilen organischen Brennstoff erhitzt wird, dessen Reserven vorhanden sind sind in den Tiefen unseres Planeten immer noch recht groß, obwohl sie ein enormes Minus in Form von schädlichen Emissionen mit sich bringen, die die Umwelt belasten.

Der rotierende Rotor der Turbine ist hier also mit dem Anker eines Turbinengenerators mit enormer Leistung (mehrere Megawatt) verbunden, der letztendlich in diesem Wärmekraftwerk Strom erzeugt.

In Bezug auf die Energieeffizienz sind thermische Kraftwerke in der Regel so, dass die Umwandlung von Wärme in Strom bei ihnen mit einem Wirkungsgrad von etwa 40 % erfolgt, während im schlimmsten Fall eine sehr große Wärmemenge einfach an die Umwelt abgegeben wird und Im schlimmsten Fall wird es im besten Fall sofort der Heizungs- und Warmwasserbereitung zugeführt, die Wasserversorgung der umliegenden Verbraucher. Wenn also die in einem Kraftwerk freigesetzte Wärme sofort zur Wärmeversorgung genutzt wird, erreicht der Wirkungsgrad einer solchen Anlage in der Regel 80 % und die Anlage wird als Blockheizkraftwerk oder TPP bezeichnet.

Die gebräuchlichste Generatorturbine eines Wärmekraftwerks enthält auf ihrer Welle mehrere Räder mit Schaufeln, die in zwei separaten Gruppen angeordnet sind. Der Dampf unter höchstem Druck, der aus dem Kessel austritt, gelangt sofort in den Strömungsweg des Generatorsatzes, wo er den ersten Satz Flügelräder antreibt. Darüber hinaus wird der gleiche Dampf in einem Dampferhitzer weiter erhitzt, bevor er in die zweite Radgruppe gelangt, die mit einem niedrigeren Dampfdruck arbeitet.

Dadurch macht die direkt mit dem Rotor des Generators verbundene Turbine 50 Umdrehungen pro Sekunde (das Magnetfeld des Ankers, das die Statorwicklung des Generators durchquert, dreht sich ebenfalls mit der entsprechenden Frequenz). Um eine Überhitzung des Generators während des Betriebs zu verhindern, verfügt die Station über ein Kühlsystem für den Generator, das eine Überhitzung des Generators verhindert.

Im Kessel eines Wärmekraftwerks ist ein Brenner installiert, auf dem der Brennstoff verbrannt wird und eine Hochtemperaturflamme entsteht. Beispielsweise kann Kohlenstaub mit Sauerstoff verbrannt werden.Die Flamme bedeckt einen großen Bereich eines Rohrs mit komplexer Konfiguration, durch das Wasser strömt, das beim Erhitzen zu Dampf wird, der unter hohem Druck nach außen entweicht.

Unter hohem Druck ausströmender Wasserdampf wird den Schaufeln der Turbine zugeführt und überträgt dort seine mechanische Energie. Die Turbine dreht sich und die mechanische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt. Durch das System der Turbinenschaufeln wird der Dampf zum Kondensator geleitet, wo er, wenn er mit kaltem Wasser auf die Rohre fällt, kondensiert, das heißt, er wird wieder zu einer Flüssigkeit – Wasser. Ein solches thermisches Kraftwerk wird als Brennwertkraftwerk (CES) bezeichnet.

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) enthalten im Gegensatz zu Brennwertkraftwerken (CES) ein System zur Wärmegewinnung aus Dampf, nachdem dieser die Turbine durchlaufen hat und bereits zur Stromerzeugung beigetragen hat.

Die Dampfentnahme erfolgt mit unterschiedlichen Parametern, die vom jeweiligen Turbinentyp abhängen, außerdem wird die der Turbine entnommene Dampfmenge reguliert. Der zur Wärmeerzeugung entnommene Dampf wird in den Netzkesseln kondensiert, gibt dort seine Energie an das Netzwasser ab und das Wasser wird zu den Spitzenwarmwasserkesseln und Heizpunkten gepumpt. Darüber hinaus wird der Heizungsanlage Wasser zugeführt.

Bei Bedarf kann die Wärmegewinnung aus Dampf im Wärmekraftwerk komplett abgeschaltet werden, dann wird aus dem Blockheizkraftwerk ein einfaches IES. Somit kann das Wärmekraftwerk in einem von zwei Modi betrieben werden: im thermischen Modus – wenn die Priorität auf der Wärmeerzeugung liegt, oder im elektrischen Modus – wenn die Priorität auf Strom liegt, beispielsweise im Sommer.