Wie funktioniert eigentlich ein Steinkohlenkraftwerk?

Von Karl-Heinz Brausen, 26. Juli 2012

Wie funktioniert eigentlich ein Steinkohlenkraftwerk wie Datteln 4?

Dieser Beitrag ist keine Einführungsvorlesung in fossile Energieerzeugung, und soll auch keine Verniedlichung des Großkraftwerksneubaus Datteln 4 sein. Ich zeige hier an einem einfachen Beispiel, nach welchem Prinzip der Strom im Kraftwerk erzeugt wird. Denn obwohl Datteln 4 den Stand des heute technisch machbaren darstellt, ist die Art und Weise nach dem es arbeitet weit über hundert Jahre alt. Das erläutere ich hier am Beispiel eines Spielzeugs: einer kleinen Dampfmaschine.

Sehen Sie dazu das Video (3 Minuten):

 

 

Auf den nachfolgenden Fotos folgt der Vergleich mit Datteln 4

1. Kohle

Bei der Dampfmaschine erfolgt die Feuerung über Esbit-Briketts:

Feuerung Dampfmaschine 

Datteln 4 benötigt natürlich sehr viel mehr Brennstoff und verwendet Steinkohle. Dieser wird über Schiffe angeliefert und vom Hafen zur Kohlelagerung bzw. zu den Kohlebunkern im Kraftwerk transportiert:

Kohlelogistik im Modell 

Hier zum Vergleich mit dem Modell noch eine Luftaufnahme:

Kohlelogistik Luftaufnahme 

Unter den Kohlebunkern befinden sich die Kohlemühlen (Foto), die den Brennstoff zu Staub vermahlen. Von den Mühlen wird der Kohlenstaub mit Heißluft zu den Brennern im Kessel geblasen.

Kohlemühlen 

 

2. Wasser

Für den Kessel der Dampfmaschine genügt ein wenig Leitungswasser, das über einen Trichter in den Kessel gefüllt wird:

Wasserbefüllung Dampfmaschine 

Das Wasser für das Kraftwerk wird am Entnahmebauwerk (Foto) aus dem Dortmund-Ems-Kanal entnommen:

Wasserentnahmebauwerk 

Von dort wird es über die  Brücke zur Wasseraufbereitung transportiert, wo es durch Filter- und Reinigungsprozesse auf die für den Kraftwerksbetrieb notwendige Qualität gebracht wird:

Wasseraufbereitung 

 

3. Dampferzeuger (Kessel)

Der Kessel der Dampfmaschine ist ein einfacher zylindrischer Behälter, in dem das Wasser zu Dampf erhitzt wird:

Kessel Dampfmaschine 

Der Kessel des Kraftwerks – hier ist der untere Teil zu sehen, besteht dagegen aus sehr vielen Rohrleitungen, in denen das Wasser zu Dampf wird. Der Kessel ist nach unten hin offen. Im Betrieb fällt am unteren Ende die Grobasche aus dem Kessel in ein Wasserbad und wird anschließend abtransportiert und weiterverwendet:

Kessel 

 

4. Feuerung

Beim Modell wird das Feuer unter dem Kessel entzündet:

Feuerung Dampfmaschine 

Das Feuer im Kraftwerk brennt im inneren des Kessels. Der Kohlenstaub wird seitlich auf 5 Ebenen mit insgesamt 30 Einzelbrennern in den Brennraum geblasen, wo er im Leistungsfeuer verbrennt.

 

5. Dampfleitung

Die Dampfleitung der Dampfmaschine führt oben aus dem Kessel über ein Regelventil zur Turbine:

Dampfleitung Dampfmaschine 

Das Kraftwerk verfügt über mehrere Dampfleitungen, die den Dampf vom Kessel zur Turbine leiten:

Dampfrohre 

Über Regelventile wird der Dampf in die Turbine geleitet:

Turbine Regelventile 

 

6. Turbine

Die Turbine des Modells besteht aus einem Schaufelrad und ist seitlich offen:

Turbine Dampfmaschine 

Die Kraftwerksturbine besteht aus mehreren Stufen, im Foto von vorne nach hinten: Hochdruckteil, Mitteldruckteil und zwei Niederdruckteile. Außerdem wird der Dampf am Ende der Turbine über Kondensatoren wieder zu Wasser gemacht und zurück zum Kessel geleitet.

 

7. Generator

Der Generator am Modell ist ein kleiner Dynamo, der einphasigen Wechselstrom produziert, dessen Frequenz je nach Drehzahl variiert:

Generator Dampfmaschine 

Der Generator des Kraftwerks produziert dreiphasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz – er läuft mit einer konstanten Drehzahl von 3.000 Umdrehungen pro Minute:

Generator 

 

8. Energie-Auskopplung

Der Generator des Modells besitzt zwei Drähte, die den Strom auskoppeln:

Generatoranschluss Dampfmaschine 

Da der Generator des Kraftwerks dreiphasigen Wechselstrom erzeugt, wird die Energie auch über drei Leitungen abgegeben und vor der Einspeisung ins Netz noch über die Maschinentransformatoren auf die erforderliche Spannung von 400.000 Volt transformiert:

Maschinentrafo 

Von den Transformatoren geht der Strom zur Schaltanlage, von dort aus auf die Leitungen des Hochspannungsnetzes:

Schaltanlage

 

9. Kühlung

Der Dampf, der die Turbine am Modell betreibt, entweicht einfach in die Atmosphäre:

Turbinenbetireb Dampfmaschine 

Im Kraftwerk ist der Kreislauf von Wasser und Dampf geschlossen. Am Ende der Turbine (unterhalb der Niederdruckstufen) befinden sich Kondensatoren, die den Dampf wieder zu Wasser verwandeln. Kühlwasser strömt in Röhren durch die Kondensatoren.

 Kondensator

Dabei berührt der Dampf die kühlen Röhren und kondensiert zu Wasser. Das Kühlwasser erwärmt sich dabei und wird zum Kühlturm gepumpt, wo es gekühlt und anschließend zurück zum Kondensator gefördert wird:

Kühlkreislauf 

 

10. Rauchgasreinigung

Der Brennstoff der Dampfmaschine verbrennt fast Rückstandsfrei, die dabei entstehenden Verbrennungsprodukte werden einfach an die Atmosphäre abgegeben:

Dampfmaschine Kamin 

Beim Kraftwerk sorgt ein umfangreicher Reinigungsprozess dafür, dass Rückstände nur innerhalb der erlaubten Grenzen an die Umgebung abgegeben werden können. Die Rauchgasreinigung ist dreistufig ausgelegt: Entstickung im Katalysator, Flugaschefilterung im Elektrofilter und Entschwefelung in der Rauchgasentschwefelungsanlage, kurz REA:

Rauchgasreinigung 

 

11. Kraft-Wärmekopplung (Fernwärme)

Im Kraftwerk – bei der Dampfmaschine gar nicht machbar - wird durch die sogenannte Kraft-Wärmekopplung in Vorwärmstufen (Foto) Wärme entnommen und zur Speisung der Fernwärmeversorgung verwendet.

Heizkonensator