Unter der Stromerzeugung versteht man die Bereitstellung von elektrischer Energie in Form von elektrischem Strom. Dieser Prozess wird oft auch als Energieerzeugung bezeichnet, was jedoch physikalisch nicht korrekt ist, da es sich lediglich um die Umwandlung einer Energieform in eine andere handelt.
Übersicht
Bei allen Arten der Stromerzeugung liefert die Thermodynamik die notwendigen theoretischen und praktischen Grundlagen zum Verständnis des Vorganges.
Mit Ausnahme einiger weniger Systeme, die elektrische Energie direkt aus einer anderen Energieform gewinnen (Fotovoltaik, Galvanische Zelle, Brennstoffzelle, etc.) wird die elektrische Energie weltweit zu überwiegendem Teil aus kinetischer Energie, also Bewegungsenergie, in Form von Rotationsenergie, umgewandelt.
Die dabei eingesetzte Maschine nennt man einen Generator. Meistens werden Generatoren durch Turbinen angetrieben, die eine in Strömungsrichtung gerichtete Bewegungsenergie in die für einen Generator benötigte Rotation umkehren.
Die Stromerzeugung wird größtenteils durch Elektrizitätsversorgungs-Unternehmen (ungenauer: Energieversorgungsunternehmen, EVU), die die so genannte allgemeine Elektrizitätsversorgung (früher: öffentliche) gemäß dem Energiewirtschaftsgesetz sicher zu stellen haben, geleistet.
Die am häufigsten und für die Grundlastabdeckung eingesetzten Wärmekraftwerke erzeugen Wasserdampf, der die Dampfturbinen antreibt. Die Primärenergie für die Dampferzeuger können Steinkohle, Braunkohle, Erdöl und Erdgas sowie die Kernenergie sein. Daneben gibt es Gaskraftwerke, die mit einer einfachen Gasturbine die Generatoren antreiben und wegen ihres geringeren Wirkungsgrades möglichst nur zur Spitzenlastabdeckung verwendet werden sollen. Kleinere Einheiten nutzen auch Dieselmotoren zur Stromerzeugung, oft als BHKW oder als Notstromaggregat.
Wärmekraftwerke können in Leistungsbereichen von bis zu 1800 MW ausgeführt werden.
Sie nutzen die kinetische Energie von strömenden Wasser und Wind. Im Gegensatz zu den meisten Wärmekraftwerken ist ihre Primärenergie erneuerbar. Wasserkraftwerke können ebenfalls mit den größten Leistungen gebaut werden, wobei sich ihre tatsächliche Leistung nach den topographischen und hydrographischen Gegebenheiten ihres Standortes richtet. Windkraftwerke haben als eine einzelne Windenergieanlage eine Leistung von bis zu 5 MW, die technische Entwicklung ist aber noch nicht abgeschlossen. Es wird von ihnen erwartet, dass sie einen spürbaren Beitrag zur Verbesserung des Treibhauseffektes liefern.
Elektromagnetische Strahlung (Licht)
Bei bestimmten Halbleitern wie Silizium bewirkt die Bestrahlung mit Licht die Herauslösung von Elektronen und den Aufbau eines nutzbaren Spannungsgefälles. Fotoelektrischer Effekt. Unter Ausnutzung dieses physikalischen Effektes kann man mit Solarzellen Strom erzeugen. Der Vorteil dieser Art der Stromerzeugung ist die Wartungsarmut, da keinerlei bewegte Teile im Spiel sind. Der Nachteil sind die noch relativ hohen Kosten und der Platzbedarf der Fotovoltaik.
Obwohl Sonnenkollektoren primär zur Speicherung von Wärme aus dem einfallenden Sonnenlicht dienen, gibt es auch spezielle Anlagen zur Erzeugung von Dampf, mit dessen Hilfe Generatoren angetrieben werden; siehe auch Solarstrom.
Bei diesem Verfahren wird die innerhalb der Erdkruste anstehende Wärme zum Antrieb von speziellen Turbinen verwendet. Das Verfahren nutzt erneuerbare Energien, es wird jedoch wegen des geringen nutzbaren Temperaturgefälles zur Umgebung keine spürbare Entlastung der gegenwärtigen Energiesituation liefern.
Chemische Prozesse
Kernenergie
Bei der Umsetzung der Kern- in elektrische Energie wird der Umstand ausgenutzt, dass die in den Atomkernen gebundene Energie bei sehr kleinen und sehr großen Atomkernen, also bei Atomkernen mit einer kleinen Ordnungszahl (wie z.B. beim Wasserstoff) oder einer großen Ordnungszahl (wie z.B. beim Uran) am größten ist, bei Atomkernen mit einer mittleren Ordnungszahl jedoch kleiner.
Die Gewinnung der Energie durch Spaltung großer Atomkerne zu kleineren nennt man Kernspaltung. Einen nach diesem Prinzip arbeitenden Reaktor nennt man allgemein Kernreaktor. Die eigentlich richtige Bezeichnung müsste in Abgrenzung zum Fusionsreaktor Spaltungsreaktor lauten. Diese ist jedoch nicht gebräuchlich.
Die Gewinnung der Energie durch Verschmelzung von kleineren Kernen zu Größeren nennt man Kernfusion. Einen nach diesem Prinzip arbeitenden Reaktor nennt man einen Fusionsreaktor.
Literatur
- Ernst Huenges: Energie aus der Tiefe: Geothermische Stromerzeugung. Physik in unserer Zeit 35(6), S. 282 – 286 (2004), ISSN 0031-9252
Siehe auch
Erneuerbare Energie, Dezentrale Energieerzeugung
Weblinks
- Portal zur Energieforschung: Thema Energieerzeugung
- VGB Technische Vereinigung der Großkraftwerksbetreiber e.V.
Die VGB vertritt die deutschen Unternehmen, die Kernkraftwerke betreiben