Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk e.V.


Der Dampfkraftprozess ist eine bewährte Technologie für die Realisierung von Stromerzeugungsanlagen großer Leistung. Es lassen sich damit zuverlässige Anlagen mit hohen Verfügbarkeiten und guten elektrischen Wirkungsgraden realisieren. Der Dampfkraftprozess ist das gängige Prinzip der meisten Wärmekraftwerke.

Im Wärmekraftwerk wird Brennstoffenergie in Wärmeenergie überführt, anschließend wird die Wärme mit dem Dampfkraftprozess, einem thermodynamischen Kreisprozess, in mechanische und diese schließlich in elektrische Energie umgewandelt. Anschaulich ausgedrückt: Durch das Verbrennen von Brennstoff wird Wasser im Dampferzeuger erhitzt und verdampft. Der Wasserdampf wird auf eine Dampfturbine oder auf einen Dampfmotor geleitet. Die Turbine oder der Motor erzeugen elektrischen Strom, welcher in das Übertragungsnetz eingespeist oder vor Ort genutzt wird. Bei Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen wird auch die vom Dampfkrafprozess abgegebene Niedertemperaturwärme genutzt, beispielsweise wird ein Fernwärmenetz versorgt oder Prozesswärme bereitgestellt.

Die Technologie ist erprobt und weitgehend ausgereift. Nicht nur konventionelle Kraftwerke sondern auch die meisten Biomasse(heiz)kraftwerke arbeiten mit dem Dampfkraftprozess, ebenso ehemalige Müllverbrennungsanlagen, die auf den Betrieb mit Biomassefestbrennstoffen umgerüstet wurden, sowie Kohlekraftwerke, die Biomassepellets (bis 30 % Massenanteil) mitverbrennen. Stand der Technik sind Dampfturbinen mit einer elektrischen Leistung von 2 MW und mehr. Für Leistungen unter 2 MWel ist die Dampfturbine allerdings kaum geeignet. In diesem Leistungsbereich werden mitunter Dampfkolbenmotore zur Stromerzeugung verwendet. Nach oben hin wird die Leistung von Biomasseheizkraftwerken durch den Aufwand für die Brennstoffbereitstellung und durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz begrenzt. Üblicherweise wird daher eine Leistung von 20 MWel bzw. etwa 60 MWth nicht überschritten. Der Dampfkraftprozess ist allgemein mit hohen spezifischen Investitionen und mit hohen Betriebskosten verbunden. Die spezifische Investition ist umso größer, je kleiner die Leistung der Anlage ist. Umgekehrt steigt die Effizienz mit der Größe der Anlagenleistung.

Die elektrischen Wirkungsgrade von Biomasseheizkraftwerken mit einer elektrischen Leistung von 20 MW und einer Dampfturbine zur Stromerzeugung liegen zwischen 20 und 25 %. Bei den Anlagen, die mit Dampfkolbenmotoren arbeiten und wesentlich kleinere Leistungen erreichen, werden elektrische Wirkungsgrade um 15 % erzielt. Zur Steigerung von Effizienz und Wirtschaftlichkeit kann der konventionelle Dampfkraftprozess um Vor- und Nachschaltprozesse ergänzt werden. Solche Kombiprozesse arbeiten beispielsweise mit einer dem Dampfkraftprozess vorgeschalteten Gasturbine oder mit einem nachgeschalteten ORC-Prozess.

Die erzielbaren elektrischen Wirkungsgrade von Biomasse(heiz)kraftwerken, die mit dem Dampfkraftprozess arbeiten, sind kleiner als die entsprechenden Wirkungsgraden konventioneller Gas- oder Kohlekraftwerke. Dies liegt im Wesentlichen an den niedrigeren Dampfparametern der Biomasseanlagen. Während mit den mit Kohle oder Erdgas befeuerten Dampferzeugern Dampfleistungen von bis zu 3.600 t Dampf pro Stunde und Dampfparameter von derzeit bis zu 350 bar und 640°C erzielt werden können, arbeiten Biomasse(heiz)kraftwerke auf einem deutlich niedrigeren Druck- und Temperaturniveau. Wichtig ist daher, dass die nach dem Kreisprozess übrig bleibende Wärme der Biomasseanlagen möglichst vollständig genutzt wird, z.B. in einem Wärme- oder Kältenetz, damit ein möglichst großer Gesamtnutzungsgrad der Anlage erzielt wird.

 

Komponenten eines Dampfkraftwerkes

Ein Dampfkraftwerk ist eine komplexe Anlage, bestehend aus dem Dampferzeuger, dem eventuell ein Überhitzer nachgeschaltet ist, der Dampfturbine oder einer Kolbendampfmaschine mit Generator, dem Kondensator und den zugehörigen Maschinen und Anlagenteilen wie Rohrleitungen, Pumpen, Mess-, Steuer- und Regeltechnik, Brennstofflager, Schornstein und Kesselhaus. Des weiteren verfügen Dampfkraftwerke über Anlagen für die Aufnahme und den Abtransport von Aschen und Schlacken, außerdem elektrische Schaltanlagen und Transformatoren sowie Einrichtungen für die Nutzung der Abwärme, eventuell auch ein zusätzlicher Wärmeerzeuger zur Abdeckung der Spitzenlast des Wärmenetzes und als Notkessel, außerdem Notkühler.

 

 

 

 

 


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