Fossile Brennstoffe zur Stromerzeugung: Ein umfassender Überblick

Einführung

Zwei Drittel des weltweit erzeugten Stroms stammen aus der Stromerzeugung mit fossilen Brennstoffen. Fossile Brennstoffe umfassen Kohle, Öl und Erdgas. Sie entstehen aus den organischen Überresten von Pflanzen und Tieren, die vor Millionen von Jahren lebten. Meistens befinden sich fossile Brennstoffe unter der Erdoberfläche und müssen durch Graben oder Bohren gewonnen werden. Etwa die Hälfte des in den Vereinigten Staaten verbrauchten Stroms stammt aus der Verbrennung von Kohle, daher wird ein Kohlekraftwerk dienen, um die Prinzipien zu veranschaulichen, wie fossile Brennstoffe Strom erzeugen.

Verbrennung

Der grundlegende Prozess zur Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen ist die Verbrennung. Die Kohle, das Öl oder das Gas wird in einem Kraftwerk verbrannt, das ein Maschinensystem zur Umwandlung der in fossilen Brennstoffen gespeicherten Energie in mechanische oder elektrische Energie ist. Die Nebenprodukte der Verbrennung fossiler Brennstoffe umfassen Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Distickstoffoxid, Methan und Feinstaub, die alle der Umwelt schaden und die Luftqualität besonders beeinträchtigen.

Verkommelte Kohle

Kohlenklumpen, die in Tagebau- oder Untertagebergwerken aus der Erde gewonnen werden, werden zu einem Pulver zermahlen oder gemahlen. Verkommelte Kohle hat mehr Oberfläche als Kohlenklumpen, sodass sie leichter brennt. Das Kohlepulver wird in eine Verbrennungskammer (eigentlich ein Kessel) geblasen, wo es sich mit Sauerstoff vermischt und bei sehr hoher Temperatur verbrannt wird, wodurch heiße Gase entstehen.

Dampfturbine

Im Inneren des Kessels befinden sich miteinander verbundene Rohre, die mit Wasser gefüllt sind. Die heißen Gase, die durch die Verbrennung der Kohle entstehen, erhitzen das Wasser in den Rohren und verwandeln es in Dampf. Der Dampf unter hohem Druck gelangt in eine Dampfturbine, die in ihrer einfachsten Form eine zylindrische Trommel mit außen angebrachten Schaufeln ist. Die Turbine ist auf einer Welle montiert. Der Dampf schießt in die Kammer mit der Turbine, trifft die Schaufeln und verursacht, dass sich die Turbine und die Welle mit hoher Geschwindigkeit drehen. Der Dampf gelangt dann in einen Kondensator, wo er wieder zu Wasser wird, das zurück in die Rohre geleitet wird, um erneut verwendet zu werden. Die Wärme, die beim Abkühlen des Dampfes freigesetzt wird, gelangt in einen Kühlturm, von wo aus sie in die Atmosphäre abfließt.

Generator

An einem Ende der Welle ist ein Generator montiert. Der Generator besteht aus einem System von Drahtspulen. Wenn sich die Drähte in einem starken Magnetfeld drehen, wird Strom erzeugt. Der Strom wird in Hochspannungsstrom umgewandelt und über Leitungen zu unseren Häusern und Unternehmen gesendet, wo er in niedrigere Spannungen umgewandelt wird, damit er sicher verwendet werden kann.

Varianten

Es gibt viele Varianten des Prozesses, fossile Brennstoffe zur Stromerzeugung zu verbrennen. Zum Beispiel verwandelt ein Kraftwerk mit integrierter Vergasung und kombiniertem Kreislauf Kohle in Gas und entfernt die Verunreinigungen aus dem Gas, bevor es zur Stromerzeugung verbrannt wird, um Schadstoffe zu reduzieren, die in die Luft abgegeben werden. In vielen Erdgaskraftwerken werden heiße Gase, nicht Dampf, verwendet, um die Turbinen anzutreiben. Kombikreis-Erdgaskraftwerke verwenden Gas, um eine Turbine anzutreiben, und leiten dann die Abwärme aus diesem Prozess um, um Dampf zu erzeugen, der eine Dampfturbine antreibt, wodurch der Wirkungsgrad des Prozesses erhöht wird.