Information zur Funktionsweise von Kraftwerken und der Bedeutung von Kühltürmen für den Wirkungsgrad des Kraftwerks

1. Funktionsweise eines Kraftwerks:

Wenn Sie weitere Informationen möchten, so finden Sie unter folgenden Adressen Hinweise:

www.bayernwerk-bkw.de >Wissenswertes > Wie funktioniert ein Steinkohlenkraftwerk?

(Quelle: umwelt: physik 9/10, Klett Verlag, Stuttgart 1997, S. 22)

(Quelle: www.bayernwerk.de)

In einem Verbrennungskraftwerk wird durch Verbrennen z.B von Braunkohle Wasser erhitzt und somit verdampft. Beim Eintritt in die Turbine hat der Wasserdampf eine Temperatur von ca. 550°C und einen Druck von ca. 200 bar. Im Ausgang der Turbine herrscht ein deutlich niedrigerer Druck (und eine niedrigere Temperatur). Deshalb durchströmt der Dampf die Turbine und verrichtet dabei mechanische Arbeit, die im Generator in elektrische Energie umgewandelt wird. Druck und Temperatur des Dampfes nehmen dabei ab.

Je niedriger die Temperatur und somit der Druck am Ausgang der Turbine ist, desto mehr mechanische Arbeit wird an der Turbine verrichtet. Die Aufgabe der Kühltürme ist es, über einen Wärmetauscher (Kondensator) am Ausgang der Turbine dem ausströmenden Wasserdampf möglichst viel Wärme zu entziehen, so dass der Druck sinkt.

Der Wirkungsgrad dieses Prozesses wird erhöht, indem der Dampf im Kondensator soweit heruntergekühlt wird, dass er zu Wasser kondensiert. Das Wasser nimmt ein deutlich geringeres Volumen ein als zuvor der Dampf. Es entsteht ein Unterdruck, der weit unter dem Luftdruck liegt.

Hieraus ergibt sich die Bedeutung der Kühltürme für den Kraftwerksprozeß. Sie kühlen das sogenannte Kühlwasser, das durch den Kondensator fließt, auf die zur Kondensation des Dampfes benötigten Temperaturen. Hinzu kommt, dass das Wasser, welches nach der Kondensation noch eine Temperatur zwischen 30° und 40°C besitzt, nun wieder verwendet wird, um im Heizkessel zu heißem Wasserdampf erhitzt zu werden.

2.Bedeutung der Kühltürme für den Kraftwerksprozess:

(links: Naturzug-Nasskühlturm des 950-MW-BoA-Blocks K des Braunkohlekraftwerks Nierderaußem)

Die Kühltürme kühlen das zur Kondensation des Dampfes notwendige Kühlwasser. Die Kühlleistung wirkt sich entscheidend auf den Wirkungsgrad des Kraftwerkes aus, denn sie bestimmt die Kondensationstemperatur des Wasserdampfes und wirkt somit auf das Druckgefälle zwischen Ein- und Ausgang der Maschine. Eine optimale Auslegung des Kühlsystems bestimmt somit unter anderem den Wirkunsgrad eines Kraftwerkes.

3. Auslegung von Kühltürmen:

Die Zielsetzung, eine vorgegebene Kühlleistung erbringen zu müssen, steht im Vordergrund der Kühlturmgestaltung. Die Gestaltung (z. B. Form und Größe) ist in erster Linie abhängig von thermodynamischen und strömungstechnischen Überlegungen. Hinzu kommen Faktoren wie die Sicherung des Winterbetriebs, die Wahl der möglichen Betriebsart und vor allem die bautechnischen Randbedingungen (z. B. Bodengründungen und Windverhältnisse).

I.) Bautechnisch hat sich die hyperbolische Schalenstruktur (gemeint ist die typische krummlinige Form der Außenhülle des Kühlturms) als stabilste Struktur erwiesen.

II.) Das Ergebnis der thermodynamischen und strömungstechnischen Berechnungen lässt mehrere Kühlturmvarianten (bezüglich der Abmessungen) bei gleicher Kühlleistung zu:

Unterschiedliche Abmessungen von Naturzugkühltürmen gleicher Kühlleistung