kraftverk

Det kombinerte varme- og kraftverket (gasskraftverk) i Berlin-Mitte brukes ikke bare til å generere elektrisitet, men også til å levere fjernvarme til regjeringsdistriktet.

Staudinger kullkraftverk i Großkrotzenburg

Weisweiler brunkullstasjon

Hengstey elvekraftverk

Et kraftverk (utdatert begrep: elektrisitetsverk , i dag også kraftproduksjon ) er et teknisk anlegg for å produsere elektrisitet og gir i noen tilfeller også termisk energi . I et kraftverk, mekanisk energi blir omformet til elektrisk energi ved hjelp av generatorer , som er matet inn i strømnettet. Den mekaniske energien til å drive generatorene kommer fra etter tur

• kinetisk energi ( vannkraftverk og vindkraftverk ) eller
• termisk energi (via for eksempel dampturbiner , gassturbiner eller ORC-turbiner ). Den termiske energien kommer fra
  • Solstrålingsenergi ( solvarmekraftverk )
  • geotermisk energi ( geotermisk kraftverk )
  • kjemisk energi ( forbrenning av kull ( kullkraftverk ), råolje ( oljekraftverk ), naturgass ( gasskraftverk ), biomasse ( biomassekraftverk ), søppel ) eller
  • Atomenergi (( kjernekraftverk ), muligens kjernefusjon i fremtiden .)

Det er også systemer som består av mange lignende små enheter, for eksempel solcelleanlegg . De kalles også kraftverk, selv om de ikke inneholder noen bevegelige deler og derfor ikke kinetisk energi fremstår som en form for energi i konverteringskjeden.

De respektive primære energiene konverteres til elektrisk energi i disse energiomdannelseskjedene med forskjellige grader av effektivitet .

Alle metoder er i økonomisk konkurranse med hverandre og er delvis politisk promotert ( fornybar energi : sol, vann, vind, geotermisk energi), delvis i tillegg beskattet (kjernefisjon: drivstoffelementavgift ; forbrenning: karbondioksidutslipp ).

historisk utvikling

Girkasse- og beltedrevne maskiner før introduksjon av elektriske motorer

Det eldste bevarte vannkraftverket i Tyskland (1891) i Schöngeising ⊙ . I den tidligere øst-preussiske byen Darkehmen hadde det vært et vannkraftverk siden 188648.137202 11.208085

Fram til slutten av 1800-tallet ble den nødvendige energien generert av dampkraft, i tillegg til menneskelig og dyrekraft. Dampmotorer ble brukt til å generere mekanisk kraft som ble overført til maskinene i fabrikker ved hjelp av girkasser . Andre kjente energikilder var vannkraft og vindkraft. Disse primære energikildene kunne bare brukes i umiddelbar nærhet.

Det var først med oppfinnelsen av dynamoen at forutsetningen ble skapt for å skille romlig frigjøringssted fra stedet for energiforbruk. Den foretrukne oppfinneren av generatoren uten permanente magneter er Werner von Siemens , som oppdaget det dynamoelektriske prinsippet i 1866 og utstyrte den første dynamomaskinen med det. Allerede før Siemens hadde imidlertid Ányos Jedlik i 1851 og Søren Hjorth i 1854 forsynt feltmagnetene med strøm generert av selve maskinen og beskrevet dette. Det første patentet ble gitt til Søren Hjorth i 1854. De første kraftverkene ble drevet av dampmotorer, og strømnett ble opprettet for å distribuere energi. Under den nåværende krigen var det en systemkonkurranse på slutten av 1800-tallet mellom metodene for den type strøm som skulle brukes, trefaset vekselstrøm , en form for vekselstrøm med tre faser, med noen få unntak for kraftnett . Med trefaset høyspenningsoverføring kan større overføringsruter implementeres i form av omfattende sammenkoblede nett med akseptable overføringstap .

Forbrenningen av kull i dampkjeler for å generere elektrisitet ble raskt anerkjent av gruveoperatørene som et ytterligere salgsmarked. Med utgangspunkt i kullgruvekraftstasjonene ble strømmen distribuert til nærliggende industri og private husholdninger. Etter at elektrisiteten først ble brukt primært til belysningsformål, førte den generelle tilgjengeligheten av energi til nye, innovative elektrisitetsdrevne maskiner i industrien og private husholdninger og dermed til en ytterligere økning i strømproduksjonen. I dag er en høyt utviklet stat uten kraftverk og et strømnett utenkelig.

Fysiske grunnleggende

Kraftverk konverterer ikke-elektrisk energi (termisk, mekanisk, kjemisk, solenergi eller til og med atomenergi) til elektrisk energi. Den energiomforming er alltid forbundet med EXERGY tap . Energien som brukes (fossil energi, radioaktive stoffer, sol, vind , biomasse , vannkraft) danner primærenergien og elektrisiteten danner sekundærenergien. Den elektriske strømmen er en svært høy energi som overføres godt langt og til andre former for energi konvertitt kan. Siden bare en del av energien kan omdannes til elektrisk energi, er det alltid en ubrukelig del av energien som slippes ut i miljøet som entropi . Den mest kjente formen for spillvarme er kjøletårnet . Med solenergi varmes silisiumplaten opp når den innfallende foton ikke har løftet et elektron fra ledningsbåndet. Når det gjelder vannkraft, oppvarmer friksjonen servicevannet litt.

teknologi

Typer kraftverk

• 

  Vindturbiner i Tyskland

• 

  Grafenrheinfeld atomkraftverk

• 

  Maltatal lagringskraftverk

• 

  Stort kraftverk i Mannheim

• 

  Kombinert gass- og dampkraftverk i Marbach

• 

  Kombinert varme og kraft i Berlin

• 

  California solkraftverk

• 

  Tidevannskraftverk Canada

• 

  Geotermisk Island

Følgende typer kraftverk er i bruk:

• Dampkraftverk
  • kullkraftverk
  • Atomkraftverk
  • Oljekraftverk
  • Solkraftverk
  • Kombinert gass- og dampkraftverk (kombinert kraftverk)
  • Kraftvarmeanlegg for biomasse
• Gassturbinekraftverk
• Jordmontert solcelleanlegg
• Vindturbin
• Vannkraftverk
• Geotermisk kraftverk
• Spesiell form: kombinert varme og kraft
• Tidevannskraftverk
• Lagringskraftverk
  • pumpekraftverk
  • Batterilagring kraftverk
  • Trykkluftlager kraftverk
  • Svinghjulslager kraftverk

Mobile kraftverk:

• Kraftgenererende sett
• Kraftverk skip

På det eksperimentelle stadiet er:

• Elektrisitetsbøyer , havstrømkraftverk
• Updraft kraftverk
• Bølgekraftverk
• Heiskraftverk (lagringskraftverk)

I det eksperimentelle stadiet med hensyn til de fysiske prinsippene er:

• Kjernefusjonsreaktor
• Magnetohydrodynamisk generator
• Fallvindkraftverk
• Marine termisk kraftverk
• Osmotisk kraftverk

Tekniske prosedyrer

De viktigste typer konvertering til elektrisk energi

Metodene for å konvertere de veldig forskjellige typer primærenergi til elektrisitet er forskjellige når det gjelder teknisk innsats, effektivitet og miljøpåvirkning. Noen prosesser har et dampkraftverk som sin kjerne : varm damp driver en dampturbin , som igjen driver en generator som genererer elektrisitet. Effektiviteten er 46%, og hvis gass brukes som drivstoff, kan den økes til 60% i et kombinert kraftverk .

Uavhengig av dette, under gunstige omstendigheter - dersom en stor kjøper av lav-temperatur varme er i umiddelbar nærhet - spillvarmen fra dampavkjøling nedstrøms turbinen kan brukes, noe som er kjent som kombinert varme og kraft . Dampkraftverk er forskjellige i typen varmeutvikling:

• Brenning av fossile råvarer som kull eller fornybare energikilder som tre.
• Bruk av kjernekraft .
• Fokuserende sollys .

Dampturbinen kan erstattes av andre typer driv:

• I vannkraftanlegg driver den kinetiske energien til tidligere oppdemmet vann en vannturbin som driver generatoren.
• Vindturbiner bruker luftens kinetiske energi.
• Med dieselmotorer for å betjene mindre systemer som bærbare nødgeneratorer , men også store anlegg som på Kreta , Fuerteventura eller Malta .

En rekke komponenter tilhører et kraftverk:

• Den maskin transformator omformer spenningen som induseres i generatoren i høy spenning , da den samme effekt kan transporteres i kraftnett med mindre tap ved en høyere spenning og dermed en lavere strøm .
• I kontrollstasjonen kjøres alle nødvendige for drift av kraftverket målte verdier sammen, hvorfra anleggsdelene til kraftverket, som ventiler , pumper og forskjellige hjelpedrev, styrte og regulerte og overvåket sikkerhetsinnretningene.
• Komponenter som brannverninnretninger , sikringer og sikkerhetsventiler er plassert i alle deler av kraftverket , noe som sikrer sikker drift og griper inn i tilfelle feil.
• I dampkraftverk brukes som hovedkomponenter kjele , dampturbin , generator, kondensator , nacelle , fjerning av NOX , røykgassavsvovling , vannbehandling , kjøletårn , fjerning av aske (med kull som drivstoff), skorstein , matepumpe og rørledninger la til.
• I vannkraftanlegg , de viktigste komponentene består av nacellen, flytende avfall skjerm , vannturbin , generator, overløpskant eller dam , i kraftverk , er det også rørledninger og en surge tank .

Alle disse komponentene er registrert og dokumentert med kraftverkets identifikasjonssystem . Dette letter den klare tildelingen og navngivningen av komponentene og har etablert seg internasjonalt.

I alle typer kraftverk i storskala bruk i Europa i dag tilføres elektrisk energi i form av trefasestrøm med en frekvens på 50 Hertz . Noen kraftverk i Tyskland, Østerrike og Sveits har imidlertid en andre generator for trekkstrøm (enfaset vekselstrøm med en frekvens på 16,7 Hertz), selv om det også finnes kraftverk som bare genererer trekkstrøm ( jernbanekraftverk ). I andre deler av verden (for det meste i Amerika ) brukes en frekvens på 60 Hertz.

Effektivitet

Den effektivitet av et kraftverk angir i hvilken grad den primære energien som brukes i den gjøres tilgjengelig som nyttig energi. Dette avhenger sterkt av teknologien som brukes, og varierer fra ca. 35% i et atomkraftverk til 46% i (moderne) kullkraftverk til 90% i vannkraftverk .

Av den totale nettoproduksjonen på 594,3 TWh i 2013 ble 107,7 TWh generert i kraftvarmeproduksjon .

Nettverk av kraftverkene

Typiske kurver for vårens strømforbruk i løpet av ulike ukedager (ifølge EWE) og bruk av de forskjellige typene kraftverk

Bare geografisk isolerte kraftnett ( øy gitre ), for eksempel på mindre, isolerte øyer, leveres av et enkelt kraftverk. Hvis dette er planlagt eller ikke planlagt, kollapser strømforsyningen, og i de fleste tilfeller også den lokale infrastrukturen, med alvorlige konsekvenser . For å unngå slike effekter ble en HVDC- sjøkabel satt i drift mellom øya Gotland og det svenske fastlandet allerede i 1954 .

Hvis området som skal leveres er tilstrekkelig stort, fordeles den totale belastningen alltid over mange kraftverk:

Grunnlastkraftverk

Baselastkraftverk har lave primærenergikostnader og kan derfor generere billig strøm. På grunn av de høye kapitalkostnadene må de imidlertid kjøre så kontinuerlig som mulig. De er også ofte vanskelige å regulere (eksempel: brunkullkraftverk) eller kan ikke lagre primærenergien (eksempel: elvekraftverk).

Når det gjelder kraftverkstyper som gir permanent energi, snakker man også om kontinuerlig bølge eller kontinuerlig bølgekraft , i motsetning til systemer med tidsendrende kraft, for eksempel solkraftverk.

Medium last kraftverk

De forutsigbare og daglige gjentatte langsomme svingningene i strømbehovet i løpet av dagen blir overtatt av kraftverkene med middels belastning. Mange kullkraftverk drives på denne måten, dvs. det vil si at de ankommer om morgenen og drar om kvelden.

Topplastkraftverk

Topplastkraftverk brukes til å absorbere korte lastendringer og for uforutsigbare kriser , som raskt kan tilpasse strømproduksjonen til etterspørselen. Toppkraftverk kan også brukes som kraft- og middelslastkraftverk. Imidlertid holdes driftstiden vanligvis så kort som mulig, siden de også medfører de høyeste kostnadene på grunn av høyere drivstoffkostnader (f.eks. Olje og gass) eller høyere driftskostnader.

For eksempel snakker noen kraftverkstyper for deres evne til å starte raskt og dermed kompensere for belastningssvingninger i kraftnettet . Gassturbinekraftverk og visse typer vannkraftverk kan levere full kraft til kraftnettet fra stillstand i løpet av få minutter, dampkraftverk trenger noen timer for denne prosessen, atomkraftverk trenger noen dager. Av den grunn brukes sistnevnte primært til å dekke grunnbelastningen , mens gassturbin- og vannkraftverk ( pumpekraftverk ) ofte påtar seg toppbelastningen i nettet.

Denne desentraliserte kraftproduksjonen har vært standard i alle kraftnett som det europeiske nettverket i flere tiår , men har blitt hyllet de siste årene som en spesiell fordel ved å koble til mikrokraftverk. Oppsvinget deres begynte i Tyskland med Electricity Feed Act of 1991.

Kontroll av kraftverkene

Kontrollrom til et kraftverk

Strømforbruket er ikke konstant, kraftverk kan mislykkes og kraftverkets produksjon kan variere (se bilde). Siden nettfrekvensen ville endres for mye uten regulering , må den øyeblikkelige effekten til de tilkoblede kraftverkene justeres kontinuerlig.

Den kortsiktige kraftkontrollen, avhengig av gjeldende nettfrekvens, må skje i løpet av sekunder. For dette formålet kjøres visse termiske kraftverk litt gass, slik at strømproduksjonen kan økes med opptil 5% i løpet av sekunder ved å åpne reguleringsventilene i hoveddampledningen. Et alternativ er å redusere forvarmingen av kondensatet fra utluftdamp og dermed la mer damp være i turbinen for å generere elektrisitet. Dette andre alternativet har fordelen at det ikke påvirker effektiviteten til kraftverket like mye som livdampdempingen. Begge tiltakene bruker svært begrenset lagringskapasitet (damp i dampgeneratoren, vannforsyning i tilførselsvannstanken ). Så du kan bare kompensere for svært kortsiktige svingninger.

Effekten av kraftverket kan ikke justeres så raskt du vil, tidene er mellom syv minutter for gasturbinkraftverk og noen få timer. Følgelig har vannkraftverk og gassfyrte kraftverk veldig bratte lasteramper , mens kull- og atomkraftverk har flate lasteramper . Endringen i ytelse som kan absorberes er også begrenset. Da for eksempel 4. november 2006 en høyspentledning som for tiden sendte 10.000 MW ble slått av uventet , genererte kraftverkene i Nord- og Øst-Europa for mye kraft som manglet i Vest- og Sør-Europa. Som et resultat, oppløste hele det europeiske nettverket til små "øyer" på grunn av regionale nødstopp, som måtte møysommelig synkroniseres igjen.

Kontroll av forbrukere

Normalt bestemmer strømforbrukeren når og hvor mye energi han tar fra nettet. Men det er også måter å balansere energibalansen til et kraftnett ved hjelp av forbrukerne. Ripple control technology, som ble oppfunnet så tidlig som i 1899, brukes tradisjonelt til dette. Forbrukere som varmt vann eller varmeovner kan klare seg uten energi i en begrenset periode uten å miste funksjonen. Enkelte industriselskaper inngår også kontrakter med sin strømleverandør der de blir enige om å av og til slå av store strømforbrukere i en begrenset periode på forespørsel (se også lastkastingskunder ). Spesielt i Sveits har slike systemer blitt brukt i over 50 år. I mellomtiden utvikles også digitale løsninger med større fleksibilitet i denne forbindelse.

I forbindelse med intelligente strømmålere vil denne muligheten for nettregulering sannsynligvis få stor betydning (se også intelligent strømforbruk ). Forbrukeren plasserer z. B. bestemmer den maksimale strømprisen han vil betale for vaskemaskinen. Energileverandøren kan når som helst forsyne den intelligente strømmåleren med gjeldende tariffinformasjon. Den intelligente strømmåleren aktiverer vaskemaskinens elektriske krets til rett tid.

Egenskaper for forskjellige typer kraftverk

oversikt

Det er ikke noe som heter en “beste” type kraftverk, hvert med sine spesifikke fordeler og ulemper. Spesielt på grunn av den høye fleksibiliteten med hensyn til belastningsjustering, lav plasseringsavhengighet, korte byggetider, lave byggekostnader og relativt lave utslipp, var produksjon av elektrisitet fra naturgass frontløperen i EU med 83,7 GW ny kraftverk mellom 2000 og 2008, på andreplass var vindkraft med 55,2 GW.

Tilgjengelighet av primærenergi

Valg av kraftverkstype avhenger av mange faktorer, hvor tilgjengelighet og den økonomiske situasjonen i det respektive landet er viktig. Følgende grunnleggende individuelle spørsmål oppstår:

• Hvilke primære energier er det i ditt eget land?
• Hvilket er det enkleste å få i store mengder uten høye kostnader?
• Hvor høye er byggekostnadene til et passende kraftverk?
• Finnes det et nettverk?
• Er kraftverket pålitelig?
• Hvor høy er miljøpåvirkningen i forhold til fordelene?
• Kan biprodukter fra kraftverket som spillvarme brukes fornuftig?
• Hva skjer med avfallet?

Eksisterende fjell gir muligheten til å drive billige vannkraftverk. I Sveits ble for eksempel 52% av elektrisiteten i 2008 produsert i vannkraftverk, i Brasil rundt 84%, i Norge 98% og i Kongo til og med over 99%. Av værrelaterte grunner (nedbør) endres andelen vannkraft vanligvis fra år til år.

Noen primærenergier som vind, bølger eller sollys er gratis og tilgjengelig i enorme mengder over hele verden. Ekspansjonen deres blir motvirket av problemer som stedavhengighet, væravhengig energiforsyning, motstand fra etablerte energileverandører og lokalbefolkningen og høye investeringskostnader. Imidlertid er det allerede installert mye fleksibel vannkraftkapasitet i dag (den globale vannkraftproduksjonen er over 1000 GW), elektrisitet kan overføres over tusenvis av kilometer med lave tap, variasjonen i vindkraft er kortsiktig (så vindenergi ikke må lagres over lange perioder), nettverk Vindparker forsyner baselast og redusert topp elektrisitet, og vann og solenergi oppfører seg motsyklisk mot vindkraft (mer vindkraft og mindre solcell og vannstrøm genereres om vinteren); integrasjonen av mange flere strømprodusenter som produserer strøm med gratis primærenergi er derfor teknologisk løst.

Valg av sted

Industrisentrene og storbyene som store forbrukere av elektrisitet er veldig ujevnt spredt over staten. Store kraftverk i nærheten foretrekkes for å unngå tap av overføring. Hvis det er mulig, bygges termiske kraftverk vanligvis på elver med tilstrekkelig vannforsyning. Unntak er brunkullkraftverk som bygges i nærheten av utvinningsstedene for å redusere transportkostnadene.

Lignende problemer er kjent fra vannkraftverk som ble bygget langt borte fra industrisentre, fordi det er her en ekstremt stor mengde elektrisk kraft kan genereres:

• Det meste av elektrisiteten som produseres av Cahora-Bassa-demningen i Mosambik, må selges til nabolandet Sør-Afrika ved hjelp av en 1414 kilometer høyspent likestrømstransmisjon (HVDC) fordi det ikke er noen større kjøpere i nærheten.
• Det meste av den elektriske energien som genereres i Paraguay av det enda kraftigere vannkraftverket Itaipú , transporteres også fra Paraguay via HVDC 850 km til São Paulo. Denne ekstreme avhengigheten av en enkelt større leverandør førte til det største strømbruddet i Brasils historie 16. november 2009. Strømforsyningen i 18 av de 26 brasilianske statene med rundt 60 millioner mennesker sviktet i over fem timer.

I prinsippet kan vindkraftverk settes opp i et hvilket som helst åpent felt, siden materialleveranser sjelden er nødvendige for dem under drift, og fordi deres lave effekt betyr at de mater strømmen som genereres i lav- eller middelspenningsnettet. På grunn av støyen må det imidlertid opprettholdes en avstand på flere hundre meter til permanent bebodde hus. Plasseringen av en vindturbin må ha god stabilitet, siden vindturbiner er tunge og må tåle høy belastning i sterk vind .

Når det gjelder kombinert varme og kraft, oppnås de høyeste effektivitetsnivåene - opptil nesten 100% - når den termiske effekten som alltid oppstår ikke er utsatt for ytterligere transporttap, dvs. ideelt sett kan den brukes til oppvarming eller behandle varme direkte på stedet for kraftverket. I motsetning til andre typer kraftverk, hvis effektivitet generelt øker med størrelse, blir spesielt mindre lokale systemer økonomiske.

Størrelse

Størrelsen er formet av opplevelsen av at den elektriske effektiviteten øker med størrelsen og kostnadene per generert energi reduseres. Med andre ord: En kraftverkblokk med 1000 MW (1 GW) kan produsere strøm til lavere kostnader enn et lite kraftverk med 1 MW av samme type kraftverk.

Små kraftverk trenger ikke å konkurrere med grossistprisene for strøm til sluttforbrukeren, men med de for sluttkunder, slik at bedre økonomisk effektivitet kan oppnås, siden ingen distribusjonsnett er involvert. Små kraftverk brukes også delvis i fjernvarmenett, noe som betyr at en betydelig del av primærenergien som brukes (høyere total effektivitet ) også kan selges som varme. Med økende drivstoff- og CO ₂ -kostnader blir kraftvarmesystemer og kraftvarmeproduksjon stadig viktigere. Som relativt små kraftverk kan de raskt tilpasse produksjonen til etterspørselen, avlaste det ekstra høyspenningsnettet og redusere overføringstap ved å være nær forbrukeren, og forbedre forsyningssikkerheten på grunn av deres større antall.

økonomi

Strømproduksjonskostnader

Når man vurderer energiproduksjonskostnadene, skal både interne og eksterne kostnader vurderes. Interne kostnader bæres av produsenten, mens eksterne kostnader bæres av allmennheten.

De interne kostnadene kan vises med strømproduksjonskostnadene . Disse kan variere betydelig avhengig av type kraftverk, spesifikke investeringskostnader, drivstoffkostnader og driftsmåte. Strømproduksjonskostnader er vanligvis gitt i ct / kWh. De kommer fra kapitalrelaterte kostnader relatert til elektrisitetsproduksjon, forbruksrelaterte kostnader, drifts- og andre kostnader, hvor livrentemetoden hovedsakelig brukes til å beregne kapitalkostnadene.

Eksterne kostnader oppstår fremfor alt ved konvensjonell energiproduksjon med fossilt brensel og kjernekraft, mens de bare påløper i liten grad når det gjelder fornybar energi . De uttrykker seg først og fremst i form av skade på miljø, klima og helse; deres internalisering krever vanligvis myndighetsinngrep. Under visse omstendigheter kan de overstige utsalgsprisene for strøm. The Federal Environment Agency angir de eksterne kostnadene ved brunkull og steinkull kraftverk som 8,7 ct / kWh og 6,8 ct / kWh, mens de er 0,8 ct / kWh for kraftproduksjon fra solceller og 0,1 ct / kWh for vindkraft / kWh er betydelig Nedre.

Investeringskostnader

Tabellen nedenfor viser blant annet investeringskostnadene for et nytt kraftverk og gjelder generering av 1 kW elektrisk toppeffekt . De investeringene for et kraftverk er betydelige. For en fullkostningsberegning av strøm, i tillegg til investeringskostnadene og byggetiden, må også den årlige driftstiden, drivstoff, vedlikehold, indirekte miljø, demontering og avhendingskostnader tas i betraktning. I tillegg må man vurdere hvor fleksibelt et kraftverk kan generere elektrisitet: Et fleksibelt kraftverk (f.eks. Gass-, olje- eller lagringskraftverk) som produserer elektrisitet spesielt i tider med topp strømbehov og dermed høye strømpriser fortsatt fungerer lønnsomt selv med over -gjennomsnittlige kostnader for produksjon av strøm.

a) Data for Tyskland, i andre land f.eks. T. høyere

Økonomisk betydning

Kraftverk har betydelig teknisk kompleksitet og har avgjørende innflytelse på hvordan økonomien fungerer . En stor del av den nasjonale økonomiske velstanden til en stat er bundet i dem, og de er også av stor betydning for forbruket av økonomiske og økologiske ressurser .

I Tyskland er det et betydelig behov for å erstatte kapasitet for kraftverk: mange eksisterende kraftverk for brunkull, stenkull og naturgass nærmer seg en aldersgrense der de bør erstattes av moderne kraftverk. Det er tekniske, økonomiske og økologiske grunner til dette. I tillegg er det den tyske utgangen fra kjernekraft , slik at flere kraftverk vil bli slått av i fremtiden.

Miljøforurensning

Karbondioksid CO ₂

Kraftverk som produserer elektrisitet genererer rundt 45% av verdens totale karbondioksidutslipp , som igjen er hovedårsaken til den nåværende globale oppvarmingen . Kullkraftverk er spesielt utslippskrevende . Med mer enn 10 milliarder tonn CO ₂ -utslipp i 2018 forårsaker de rundt 30% av verdens totale energirelaterte karbondioksidutslipp på rundt 33 milliarder tonn.

I Tyskland genereres rundt 50% av elektrisiteten av dampkraftverk der fossil energi blir brent og karbondioksid produseres som avgass. Ifølge foreløpige data sendte kraftverk i Tyskland ut 312 millioner tonn karbondioksid i 2015. Utslippsfaktoren, dvs. H. gjennomsnittlig utslipp av karbondioksid var 535 g CO ₂ / kWh; I 1990 var det fortsatt 761 g CO ₂ / kWh. Dette reduserte utslippene per kWh fra 1990 til 2015 med rundt 29%. Denne nedgangen kan tilskrives utvidelsen av fornybar energi og den større effektiviteten til dagens fossile drivstoffkraftverk.

På grunn av den elementære sammensetningen av energikilden, er CO ₂ -andelen i forbrenning betydelig høyere enn i naturgass, hvor hovedkomponenten er metan . Av denne grunn skal det bygges testanlegg for kullkraftverk for å kondensere karbondioksid fra røykgassen og injisere den i flytende form rundt 60 bar under jorden i sprekker laget av porøs bergart ( CO ₂ separasjon og lagring , CCS). Imidlertid er denne teknologien forbundet med betydelig tap i effektivitet. Cirka 10% av energien som brukes må brukes til CO ₂ -kondensering og komprimering, slik at den totale effektiviteten synker til 35% til 40%.

Ikke alle kraftverk genererer under drift av CO ₂ , men er opprettet i produksjonen, i utgangspunktet i driften, og de ble revet i produksjonen av drivhus CO ₂ . Det totale beløpet som frigjøres (over hele livssyklusen) er veldig forskjellig, som følgende tabell viser.

I Tyskland, den andel av strømmen som produseres i kraftvarme planter (CHP) med ulike energikilder er rundt 13%. Når den genereres fra naturgass, frigjøres en gjennomsnittlig CO ₂ -mengde på 243 g / kWh.

Når man sammenligner utslippsbalansen mellom en kraftvarme og et kraftkull- eller gass- og dampkraftverk, reduseres CO ₂ , SO ₂ og fint støvutslipp, men NO _x og CO-utslipp øker. Hvis imidlertid kraftvarme erstatter gamle olje- og gassoppvarmingssystemer, vil den totale utslippsbelastningen forbedres (79% av tyske varmebehov dekkes fortsatt av olje- og gassoppvarmingssystemer og bare 13% av fjernvarme og bare 4% av strøm).

Skadelige røykgasser

Den elektrostatiske utfellingen til et brunkulskraftverk

Avgassen fra et kraftverk, der råvarer som kull eller tre blir brent, inneholder ikke bare karbondioksid (CO ₂ ) og vanndamp , men - avhengig av drivstoff - små mengder andre komponenter som er skadelige for miljø og helse og fjernes ved hjelp av såkalt røykgassrensing bør være. I fremvoksende land gjør de nesten alltid det uten kostnad og godtar for eksempel massiv smogdannelse . Tilsvarende prosedyrer ble foreskrevet ved lov i Tyskland fra 1974 og utover og implementert gradvis. Dannelsen av åndedrettsstoffet karbonmonoksid må forhindres ved en passende kontroll under forbrenningen.

Røykgassdetitrifisering

Jo varmere flamme, jo flere nitrogenoksider NO _x er dannet fra nitrogenet som inneholdes i luften . Nitrogenoksider fremmer blant annet. dannelsen av surt regn . De reduseres enten under grenseverdiene gjennom hensiktsmessig styring av forbrenningsprosessen eller fjernes fra røykgassen med passende filtre. Prosesser som omdanner nitrogenoksider med ammoniakk til molekylært nitrogen og vann i katalysatorer er utbredt.

Avsvovling av røykgass

Fossile brensler som kull eller råolje kan inneholde opptil 4 prosent svovel , hvorav svovelsyre dannes etter mellomtrinn . Dette er bl.a. en grunn til surt regn. Hvis drivstoffet inneholder passende mengder svovel, må svovelet filtreres ut av røykgassen. Prosesser som omdanner kalsiumkarbonat (i form av kalksteinpulver) til kalsiumsulfat (gips) er utbredt her.

Dusting

Forbrenningen av faste brensler som kull eller tre gir alltid fint støv , sot og flyveaske . I et kullkraftverk kan det genereres opptil 10 tonn støv per dag, som blir filtrert ut av avgassen ved hjelp av meget effektive elektrostatiske filtre . Partiklene inneholder nesten alltid giftige tungmetaller .

Radioaktiv forurensning

Bortsett fra atomulykker eller lagringsproblemer, er strålingseksponeringen til mennesker fra utvinning og bruk av kull betydelig høyere enn fra atomkraftverk. Kull inneholder spor av forskjellige radioaktive stoffer, spesielt radon , uran og thorium . Innholdet er mellom noen få ppm og 80 ppm, avhengig av innskuddet . Siden rundt 7 800 millioner tonn kull blir brent i kraftverk over hele verden hvert år, anslås det totale utslippet til 10 000 tonn uran og 25 000 tonn thorium, som i stor grad er inneholdt i asken. Asken fra europeisk kull inneholder rundt 80 til 135 ppm uran.

Når kull ekstraheres, spesielt støv fra gruver , via avgasser fra kraftverk eller via aske fra kraftverket , frigjøres disse stoffene og bidrar til kunstig strålingseksponering. Fremfor alt er binding til fine støvpartikler spesielt kritisk. I nærheten av kullkraftverk kan enda høyere belastning ofte måles enn i nærheten av atomkraftverk. The Oak Ridge National Laboratory anslår at mellom 1940 og 2040, vil kull slipper 800.000 tonn uran og 2 millioner tonn thorium i verden.

Mellom 1960 og 1970 ble rundt 1100 tonn uran ekstrahert fra kullaske i USA. I 2007 bestilte Chinese National Nuclear Corp det kanadiske selskapet Sparton Resources, i samarbeid med Beijing No. 5 testinstitutter gjennomfører forsøk for å utvinne uran fra asken til Xiaolongtang kullkraftverk i Yunnan- provinsen . Med et gjennomsnitt på 210 ppm uran (0,021% U) er uraninnholdet i asken fra dette kraftverket høyere enn uraninnholdet i noen uranmalmer.

Landskapsødeleggelse

Lignitt gruvedrift i Turow / Polen

Den svært billige utvinningen av brunkull i utvunnet gruvedrift fører til tvangsflytting av hele landsbyer ( liste over utgravde byer ), ødeleggelse av landbruksbrukbare områder og senking av terrenget under vannet. Etter den omfattende ødeleggelsen av landskapet følger rekultivasjon ofte , med lavereliggende områder av utgravningsgropene som oversvømmes. Disse kan da - som Leipziger Neuseenland - brukes til turisme. På de bratte breddene til de tidligere kullgruvene kan skred fremdeles forekomme flere tiår etter avslutningen av gruvearbeidet, som ved Lake Concordia, med dødsfall og høye eiendomsskader.

Oppvarming av elver

De fleste termiske kraftverk bruker elvevann til kjøling, totalt ca 224 kubikkilometer årlig i Nord-Amerika og 121 kubikkilometer i Europa. For ikke å la miljøforurensningen fra ekstra vannoppvarming fra kraftverk bli for stor, må kraftverk delvis strykes eller stenges helt om sommeren. Ved Global Warming vil denne effekten øke ytterligere. I Europa vil for eksempel vanntemperaturen i elver øke med rundt 0,8-1,0 ° C mellom 2031 og 2060, i USA med 0,7-0,9 ° C, ifølge en studie. Som et resultat kunne produksjonen av konvensjonelle kraftverk være 6–19% eller 4–16% lavere. Denne tilbakegangen kan kompenseres av fornybar energi . På grunn av de knappe (avkjølende) vannressursene i nesten alle europeiske land, med unntak av Norge og Sverige, øker strømproduksjonsutgiftene til konvensjonell energiproduksjon. I følge livssyklusanalysen er den mest fordelaktige måten å spare vann i energisektoren å bytte til solcelleanlegg og vindkraftverk .

Kulturell betydning

Noen kraftverk fra de banebrytende dagene med elektrifisering er fremdeles fullt operative tekniske monumenter i dag . Den Walchensee kraftverket pleide å være fjell av Bayernwerk . Noen kraftverkbygg ble designet fra et kunstnerisk synspunkt eller ble dekorert som en del av kunstprosjekter. Et fremtredende eksempel på denne typen er Heimbach kraftverk , som ble designet i jugendstil .

Referanser

Se også

• Energiteknologi
• Liste over kraftverk
• Liste over fossile drivstoffkraftverk i EU med høyest utslipp av karbondioksid
• Elektrisitet / tabeller og grafer
• Skyggekraftverk
• kraftnettet
• Nettverksutviklingsplan

litteratur

• BWK (= "drivstoff, varme, kraft") er et fagblad publisert av VDI

weblenker

Wiktionary: Kraftwerk  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

• Plassering av kraftverk på kartet med åpen infrastruktur (ufullstendig)
• De hundre største kraftverkene med et bilde
• Kart over kraftverk med høyest CO ₂ -utslipp
• Kraftverk fra 100 MW , database fra Federal Environment Agency

Fotnoter

1. ↑ René Flosdorff , Günther Hilgarth: Elektrisk distribusjon . Veiledning til elektroteknikk. BG Teubner Verlag, 2003, ISBN 3-519-26424-2 . 
2. ↑ Patent GB2198: Et forbedret magneto-elektrisk batteri. Publisert 14. oktober 1854 . ‌
3. ↑ BMWi: Fakta og tall Energidata - Nasjonal og internasjonal utvikling , Excel-fil (3,2 MiB), tabell 22 ( kapasitet for produksjon av elektrisitet, brutto kraftproduksjon ). Per 21. oktober 2014, åpnet 17. januar 2015.
4. ↑ BoA 2 & 3 . RWE-nettsted. Hentet 1. oktober 2011.
5. ↑ Bramming av fjernvarme. (PDF) Arkivert fra originalen 1. juli 2013 ; åpnet 6. januar 2010 . 
6. ↑ FNs konferanse om miljø og utvikling: Agenda 21 , Rio de Janeiro, juni 1992 (PDF; 3,5 MB)
7. ^ AG Energiebilanzen: Forord til energibalansen for Forbundsrepublikken Tyskland , per august 2010, åpnet 17. januar 2015.
8. ↑ BMWi: Fakta og tall Energidata - Nasjonal og internasjonal utvikling , Excel-fil (3.2 MiB), Tabell 22a ( generering og drivstoffbruk av kombinert varme og kraft samt kraftvarmeandel i kraftproduksjon ). Per 21. oktober 2014, åpnet 17. januar 2015.
9. ↑ Lothar Balling, Erich Schmid, Dr. Ulrich Tomschi: Kontrollanlegg for kraftverk. Endring av nettverksbelastning krever fleksibilitet, Siemens 2010. Arkivert fra originalen 24. september 2015 ; Hentet 29. august 2014 . 
10. ↑ Byttevinsjer for turbinprodusenter, i: VDI nachrichten fra 29. august 2014, s.11.
11. ↑ Utvikling av ringkontrollteknologi. Arkivert fra originalen 19. januar 2012 ; Hentet 10. januar 2010 . 
12. ↑ Kontroll av lydfrekvenser. (PDF) Arkivert fra originalen 13. november 2012 ; Hentet 10. januar 2010 . 
13. ↑ digital strøm. Arkivert fra originalen 9. februar 2010 ; Hentet 10. januar 2010 . 
14. ↑ EWEA, netto økning i kraftkapasitet EU 2000–2008 (PDF; 249 kB)
15. ↑ Varme og strøm i Kina med kyllingskitt
16. ^ Vannkraftkapasitet i Brasil. Arkivert fra originalen 14. oktober 2009 ; Hentet 9. januar 2010 . 
17. ^ Vannkraftkapasitet i Kongo. Arkivert fra originalen 14. mai 2008 ; Hentet 9. januar 2010 . 
18. ↑ SFOE, Electricity Statistics ( Memento of May 13, 2010 in the Internet Archive )
19. ^ Vindmotstand i Wyoming
20. ↑ Fornybar global statusrapport 2009 (oppdatering). (PDF) Hentet 30. april 2017 . 
21. ↑ Rio Madeira HVDC-kobling. Arkivert fra originalen 2. august 2010 ; Hentet 9. januar 2010 . 
22. ↑ Vindturbin ytelseskurve i systemnettverket. Arkivert fra originalen 18. august 2009 ; Hentet 9. januar 2010 . Info: Arkivkoblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Kontroller originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / reisi.iset.uni-kassel.de 
23. ↑ Leverer baselastkraft og reduserer overføringskrav fra sammenkoblende vindparker , Journal of Applied Meteorology and Climatology (PDF; 1,9 MB)
24. ↑ Dr. Gregor Giebel, Niels Gylling Mortensen, Gregor Czisch: Effekter av stor skala Distribusjon av vindenergi i og rundt Europa. (PDF) Arkivert fra originalen 13. november 2012 ; Hentet 9. januar 2010 . 
25. ↑ Månedlig energiforsyning til alle WKA i Tyskland. (Ikke lenger tilgjengelig online.) Arkivert fra originalen 17. mai 2008 ; Hentet 14. januar 2010 . Info: Arkivkoblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Kontroller originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / reisi.iset.uni-kassel.de 
26. ↑ Dansk Energibyrå månedlig statistikk
27. ↑ Portugal dataene. (PDF) Arkivert fra originalen 16. mai 2012 ; Hentet 14. januar 2010 . 
28. ↑ Elektrisitet statistikk Sveits ( Memento av den opprinnelige fra 23 mars 2009 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Kontroller originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.bfe.admin.ch
29. Lammet hackere Brasiliens strømnett? Hentet 3. mai 2017 . 
30. ↑ Itaipu Dam Problem Årsaker Stor brasilianske strømbrudd. 11. november 2009. Hentet 30. april 2017 . 
31. ↑ Kombinert varme og kraft: Effektive energiløsninger for en bærekraftig fremtid. (PDF) Oak Ridge National Laboratory, åpnet 10. januar 2010 . 
32. ↑ Fraunhofer ISE: Studie av strømproduksjonskostnader for fornybar energi november 2013 (PDF; 5,2 MB). Hentet 15. april 2014.
33. ↑ ^{a b} Se Viktor Wesselak , Thomas Schabbach , Thomas Link, Joachim Fischer, Regenerative Energietechnik , Berlin / Heidelberg 2013, s. 26–28.
34. ↑ Jürgen Karl, desentraliserte energisystemer. Ny teknologi i det liberaliserte energimarkedet , München 2012, s. 354f.
35. ^ Nicola Armaroli , Vincenzo Balzani , Mot en strømdrevet verden . I: Energi- og miljøvitenskap 4, (2011), 3193-3222, s. 3195, doi: 10.1039 / c1ee01249e .
36. Å kjenne til eksterne kostnader - bedre miljøbeskyttelse. Metodekonvensjonen for estimering av eksterne kostnader ved bruk av eksempel på energi og transport. (PDF) Hentet 10. september 2011 . 
37. ↑ Kostnader for produksjon av strøm i sammenligning. (PDF) Arkivert fra originalen 21. oktober 2012 ; Hentet 9. januar 2010 . 
38. ↑ Markus Bodendieck: Fremtiden tilhører gasskraftverk (kombinert syklus kraftverk). Det planlegges mange store prosjekter over hele Tyskland. Arkivert fra originalen 22. august 2008 ; Hentet 9. januar 2010 . 
39. ↑ Byggekostnader for Neurath ca. € 2,6 milliarder
40. ^ Gjennomsnittlig kostnad for å bygge et vannkraftprosjekt. Arkivert fra originalen 1. mai 2009 ; Hentet 9. januar 2010 . 
41. 23 23,6 milliarder dollar for to Areva-reaktorer på 1,6 GW i Ontario
42. ↑ USA gir atomkraft en ny titt. 28. mars 2008, åpnet 9. januar 2010 : "Florida Power and Light anslår at de to nye fabrikkene vil koste så mye som 24 milliarder dollar" 
43. ^ BBC Atomopprydding koster £ 70 milliarder
44. ↑ Overforsyning fører til fall i vindturbineprisene . I: www.renewableenergyworld.com , 10. februar 2011. Hentet 10. september 2011.
45. ↑ Solcelleprisindeks. I: photovoltaik-guide.de. PhotovoltaikZentrum, arkivert fra originalen 10. juli 2017 ; Hentet 7. januar 2016 . 
46. ↑ Ahmed Al-Mamoori et al.: Carbon Capture and Utilization Update . I: Energiteknologi . teip 5 , 2017, s. 834–849 , doi : 10.1002 / and.201600747 . 
47. ↑ Global Energy & CO2 Status Report. De siste trendene innen energi og utslipp i 2018 . IEAs nettsted. Hentet 18. april 2019.
48. ↑ Utvikling av de spesifikke karbondioksidutslippene til den tyske elektrisitetsblandingen fra 1990 til 2015. (PDF) Federal Environment Agency , åpnet 17. juli 2016 . 
49. ↑ Sammendrag av de ulike balansene til World Nuclear Association (WNA) og Ökoinstitut basert på CO _2- balanser for forskjellige energikilder i sammenligning (PDF, 1.01 MB), Scientific Services of the German Parliament, 2007
50. Brutto kraftproduksjon i Tyskland fra 1990 til 2015 etter energikilde. (PDF) Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e. V., 21. desember 2015, åpnet 29. desember 2015 . 
51. ↑ Vasilis M. Fthenakis, Hyung Chul Kim, Erik Alsema: Utslipp fra fotovoltaiske livssykluser. (PDF) Arkivert fra originalen 30. oktober 2012 ; Hentet 30. april 2017 . 
52. ↑ Benjamin K. Sovacool: Verdsettelse av klimagassutslipp fra kjernekraft: En kritisk undersøkelse , Elsevier, Energy Policy 36 (2008) 2940–2953 (PDF; 381 kB)
53. ^ IEA CHP / DHC Country Scorecard for Germany. (PDF) Arkivert fra originalen 5. februar 2009 ; Hentet 9. januar 2010 . 
54. ↑ CO2-utslipp fra kraftvarme. (PDF) Arkivert fra originalen 16. mai 2011 ; Hentet 9. januar 2010 . 
55. ↑ Kraftutslipp. Arkivert fra originalen 23. november 2011 ; Hentet 10. januar 2010 . 
56. ^ Varmeindustri i Tyskland. (PDF) (Ikke lenger tilgjengelig online.) Tidligere i originalen ; Hentet 10. januar 2010 .  ( Siden er ikke lenger tilgjengelig , søk i nettarkiver )@1@ 2Mal: Dead Link / www.agfw.de  
57. ^ ^{A b c} NORM - Radioaktivitet i kullaske , World Nuclear Association
58. ↑ Dirk Jansen: Radioaktivitet fra kullkraftverk. (PDF) Føderasjonen for miljø og naturvern Tyskland , Landesverband Nordrhein-Westfalen e. V. (BUND NRW), åpnet 13. mai 2009 (204 kB). 
59. ↑ Gjeldende midlertidige resultater - partikler og radioaktivitet fra åpne miner. (PDF-fil) BUNDT NRW, åpnet 3. mai 2017 (696 kB). 
60. ↑ Mangel på vann kan true elektrisitetsproduksjonen. I: Der Spiegel . 4. juni 2012, Hentet 4. juni 2012 . 
61. ↑ Global oppvarming hindrer strømforsyningen. I: Süddeutsche Zeitung . 4. juni 2012, Hentet 4. juni 2012 . 
62. ↑ Michelle TH van Vliet et al.: Vannbegrensninger på europeisk kraftforsyning under klimaendringer: innvirkning på strømpriser . I: Environmental Research Letters . teip 8 , nei. 3 , 2013, s. 1-10 , doi : 10.1088 / 1748-9326 / 8/3/035010 . 
63. ↑ Vasilis Fthenakis, Hyung Chul Kim: Livssyklusbruk av vann i USAs strømproduksjon . I: Fornybar og bærekraftig energi omtaler . teip 14 , 2010, s. 2039-2048 , doi : 10.1016 / j.rser.2010.03.008 .