Dieser Artikel beschäftigt sich mit Anlagen zur Energieerzeugung. Für Informationen zur gleichnamigen Musikgruppe, siehe Kraftwerk (Musikgruppe).
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Ein Kraftwerk, Schweizerisch Elektrizitätswerk (EW), ist eine Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom. Dies kann auf drei Arten geschehen:
- Vorhandene mechanische Bewegungs- oder Lageenergie wird mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt. (Beispiele: Wasserkraftwerke, Windkraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerke)
- Thermische Energie wird zuerst durch eine Wärmekraftmaschine in mechanische Energie und anschließend mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt.
- Spezielle Energieformen werden direkt in elektrische Energie (Beispiel Solarzellen, Brennstoffzellen) umgewandelt.
Anlagen, die nur der Erzeugung von Wärme dienen, werden Heizwerke genannt. Konventionelle Wärmekraftwerke wandeln die gespeicherte chemische Energie (vorwiegend) nicht-erneuerbarer Rohstoffe in Wärme und dann in Elektrizität um, während so genannte regenerative Energie in Wasserkraftwerken, Sonnenkraftwerken und Windkraftwerken verwendet wird. Wird die auf Grund des unvollkommenen Wirkungsgrades des Carnot-Prozesses notwendigerweise dabei entstehende Abwärme weiterverwendet (zum Beispiel als Fernwärme oder als Prozesswärme), so spricht man von einer Kraft-Wärme-Kopplung. Geschieht das nicht spricht man von Abfallwärme.
Mit Ausnahme von Photovoltaikkraftwerken entsteht bei allen anderen heute im großtechnischen Einsatz befindlichen Kraftwerkstypen in Europa die elektrische Energie in Form von Drehstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz. Allerdings haben in Deutschland, Österreich und der Schweiz manche Kraftwerke noch einen zweiten Generator für Bahnstrom (Einphasenwechselstrom mit einer Frequenz von 16,7 Hertz), wobei es auch Kraftwerke gibt, die nur Bahnstrom erzeugen (Bahnkraftwerke). In anderen Gegenden der Welt (überwiegend in Amerika [Karte]) wird eine Frequenz von 60 Hertz verwendet. Für die Ankopplung von Windparks kann es mitunter sinnvoll sein zur besseren Ausregelung der Lastspitzen die Technik der HGÜ anzuwenden.
Kraftwerksarten
Die folgenden Arten von Kraftwerken sind heute im Gebrauch:
- Wasserkraftwerk
- Hochdruckkraftwerk mit Stauseen
- Niederdruckkraftwerk in einem Fluss
- Pumpspeicherkraftwerke (gewöhnlich in Kombination mit Hochdruckkraftwerk)
- Kavernenkraftwerk (gewöhnlich in Kombination mit Pumpspeicherkraftwerk)
- Meereskraftwerk
- Windenergieanlage
- Solarkraftwerk
- Photovoltaikanlagen
- solarthermisches Kraftwerk (Sonnenwärmekraftwerk)
- Thermikkraftwerk Aufwindkraftwerk
- Druckluftspeicherkraftwerk
- Thermische Kraftwerke
- mit regenerativen Energieformen
- mit fossilen Rohstoffen
- Dampfkraftwerk beheizt mit Kohle oder Öl
- Gasturbinen-Kraftwerk
- Kombikraftwerk
- GuD-Kraftwerk
Die folgenden Arten von Kraftwerken sind noch im experimentellen Stadium:
Standortwahl
Der Standortwahl kommt beim Kraftwerksbau eine goße Bedeutung zu. Wasserkraftwerke müssen dort errichtet werden, wo sich Flüsse entweder gut aufstauen lassen oder wo ein größeres natürliches Gefälle ist. Für letzteres ist das Kraftwerk Walchensee ein gutes Beispiel. Thermische Kraftwerke werden fast ausnahmslos an einem größeren Gewässer gebaut, um eine leichte Kühlwasserentnahme zu ermöglichen. Hierbei ist natürlich darauf zu achten, dass das Kraftwerk im Fall eines Hochwassers nicht überflutet wird. Der Boden sollte nach Möglichkeit eine hohe Standfestigkeit besitzen, ansonsten ist eine Pfahlgründung vorzunehmen. Ein schiffbares Gewässer begünstigt die Anlieferung von Brennstoffen und schweren Anlagenkomponenten, ist aber nicht unbedingt Voraussetzung.
Ebenfalls nicht unbedingt vonnöten, aber sehr sinnvoll ist ein Anschluss an das Eisenbahnnetz. Das Kraftwerk sollte möglichst an einem Ort errichtet werden, in dessen Nähe schon Leitungen der Spannungsebenen vorbeilaufen, in welche der erzeugte Strom eingespeist werden soll, um Kosten für den Leitungsbau zu sparen. Da thermische Kraftwerke aller Art über teilweise sehr hohe Anlagenkomponenten (Kamine bis 300 Meter Höhe, Kühltürme bis 150 Meter Höhe) verfügen, ist ein Standort in der Nähe eines Flughafens meist nicht möglich.
Insbesondere für den Standort der Atomkraftwerke sollte der Boden keine Verwerfungen aufweisen und gute schwingungsdämpfende Eigenschaften besitzen. Wegen Belästigungen durch Lärm und Abgase, sowie aus Gründen der Leitungsführung sollten größere Kraftwerke nicht in Wohnsiedlungen errichtet werden.
Windkraftwerke können, da zu ihnen nur selten Materiallieferungen nötig sind und da sie auch wegen ihrer geringen Leistung den erzeugten Strom ins Nieder- oder Mittelspannungsnetz einspeisen, prinzipiell auf jeden freiem Feld aufgestellt werden. Allerdings sollte wegen der Geräuschbelästigung ein Abstand von mehreren hundert Metern zu permanent bewohnten Häusern eingehalten werden. Für ein optimales Funktionieren ist ein exponierter Standort sehr sinnvoll. Wichtig ist, dass der Boden am Standort einer Windkraftanlage über eine große Standfestigkeit verfügen muss, da Windkraftanlagen schwer sind und bei starken Wind großen Kräften standhalten müssen.
Kulturelle Bedeutung
Manche Kraftwerke aus der Pionierzeit der Elektrifizierung sind heute zum großen Teil noch voll in Betrieb befindliche technische Denkmäler. Das Walchenseekraftwerk war früher das Wahrzeichen des Bayernwerks. Manche Kraftwerksbauten wurden unter künstlerischen Gesichtspunkten entworfen oder wurden im Rahmen von Kunstprojekten verziert.
Vor- und Nachteile
Jeder Kraftwerktyp hat Vor- und Nachteile. Berücksichtigt werden müssen jeweils Fragen wie
- Verfügbarkeit und Preis des Rohstoffs
- Energieausbeute (Wirkungsgrad, Energieerntefaktor)
- Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Kraftwerktyps
- wie kurzfristig ist das Anfahren möglich und wie hoch ist der maximale Gradient (Änderungsrate) der Leistung
- Umweltschutz (Abfälle, Luftverschmutzung)
- Landschaftsschutz
- Bevölkerungsschutz
- Baukosten
- Bauzeit
- weitere Nutzungen des Kraftwerks (Prozesswärme, Bewässerung, Hochwasserschutz, Fernwärme)