Dampfkraftwerk
Ein Dampfkraftwerk ist eine spezielle Bauart eines Kraftwerks zur Erzeugung elektrischer Energie, bei der die thermische Energie dampfförmigen Wassers in einer Dampfturbine (in der Frühzeit in einer Kolbendampfmaschine) ausgenutzt wird. Der zum Betrieb der Dampfturbine notwendige Dampf wird in einem Dampferzeuger aus zuvor gereinigtem und entsalztem Wasser erzeugt. Dazu wird Wasser unter hohem Druck in dem Dampferzeuger verdampft. Dabei nimmt die Temperatur des Dampfes stark zu, dessen spezifisches Volumen stark ab.
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Vom Dampferzeuger aus strömt der Dampf über Rohrleitungen in die Dampfturbine, wo er einen Teil seiner zuvor aufgenommenen Wärme in Form von Bewegungsenergie an die Turbine abgibt. An die Turbine ist ein Generator angekoppelt, der die Bewegung der Turbine in elektrische Energie umwandelt. Anschließend strömt der entspannte und abgekühlte Dampf in den Kondensator, wo er durch Wärmeübertragung an die Umgebung weiter abkühlt und zuletzt in flüssiger Form als Wasser über eine Speisepumpe erneut dem Dampferzeuger zugeführt wird.
Der Dampferzeuger kann sowohl mit konventionellen Brennstoffen wie Öl, Gas sowie Kohle oder aber auch nuklear in einem Atomkraftwerk beheizt sein. Der Kondensator steht mit seiner Bauform als Rohrbündelwärmetauscher zumeist mit einem Kühlturm in Verbindung, über den die nicht mehr nutzbare Wärme des Dampfes mit Hilfe von Kühlwasser an die Umgebung abgegeben wird.
Diese Art der Nutzung der Wärmeenergie zur Stromerzeugung unterliegt den Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik, mit deren Hilfe auch eine Aussage über den Wirkungsgrad eines Dampfkraftwerkes gemacht werden kann. Moderne Dampfkraftwerke haben einen Wirkungsgrad von bis zu 45 %. Das heißt: Mehr als 55 % der eingesetzten Energie in Form von Wärme können nicht genutzt werden und gehen über den Kühlturm verloren.
Der Wirkungsgrad einer Dampfturbine hängt in erster Linie von dem Temperaturgefälle ab, das der Dampf durchläuft. Dies erklärt die beiden Bedingungen für eine effiziente Turbine:
- Eine möglichst hohe Dampftemperatur am Eintritt der Turbine,
- Eine möglichst niedrige Dampftemperatur am Austritt der Turbine.
Die Dampftemperatur am Eintritt läßt sich durch den Betrieb des Dampferzeugers gestalten, daneben spielen Werkstofffragen der beteiligten Bauteile eine wichtige Rolle.
Die Dampftemperatur am Austritt wird in erster Linie durch den Wärmeübergang an die Umgebung und damit durch den erreichbaren, möglichst niedrigen Druck beeinflusst. In der Praxis spielen dort Verschmutzungen der Rohrbündel des Kondensators eine ganz entscheidende Rolle, denen mit speziellen Reinigungsverfahren begegnet wird.
Um die Nutzung der eingesetzten Primärenergie weiter zu verbessern, kann eine so genannte Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden, das heißt auch die anfallende Abwärme wird weiterverwendet, zum Beispiel als Nah- oder Fernwärme.
Ein wesentlich höherer Gesamtwirkungsgrad kann auch durch die Nutzung von heißem Abgas aus einer Gasturbine anstatt der Verfeuerung von Kohle zum Verdampfen des Wassers erreicht werden. Solche aus Gas- und Dampfturbine bestehenden Kraftwerke nennt man daher auch GuD-Kraftwerke (Gas- und Dampf-Kraftwerke).