Kohlekraftwerk:

Kurzdefinition: In der Energietechnik bezeichnet man ein Kohlekraftwerk als ein Wärmekraftwerk zur Elektrizitäts- und gegebenenfalls Wärmeerzeugung, bei dem die zur Dampferzeugung notwendige thermische Energie durch Verbrennen von Stein- und Braunkohle gewonnen wird.
Konventionelle Kohlekraftwerke bestehen im wesentlichen aus Dampferzeuger, Kohlemahlanlage und Maschinenhaus mit Turbine und Generator, den Rauchgasreinigungsanlagen (Entschwefelungs -, Entstickungs -, und Entstaubungsanlagen, Schornstein), meist einem Kühlturm sowie den Rohstofflagern (z.B. Kohlebunker). Die Art der Verbrennung ist sehr unterschiedlich, sie hängt insbesondere stark von der Kohleart und -qualität ab. Man unterscheidet im wesentlichen Rostfeuerung und die in Großkraftwerken ausschließlich eingesetzte Staubfeuerung (Trockenfeuerung, Schmelzfeuerung). Bei letzterer wird der Kohlenstaub mit der Verbrennungsluft in den Brennraum eingeblasen und bei Temperaturen zwischen 1100 und 1500 verbrannt. Bei der Trockenfeuerung fällt die Asche staubförmig an und wird durch Elektrofilter aus dem Rauchgas entfernt. Bei der Schmelzfeuerung wird durch die sehr hohen Temperaturen die Asche verflüssigt und durch Abkühlung als granulierte Schlacke unter dem Dampfkessel abgezogen. Die gewonnene thermische Energie wird von den heißen Rauchgasen an den Wasser - Dampf - Kreislauf übertragen. Zunehmendes Interesse hat in den letzten Jahren die Wirbelschichtfeuerung gefunden. Dabei wird gebrochene Kohle durch aufwärtsgerichtete starke Luftströme über einem Düsenboden (Wirbelbett) in einen Schwebezustand versetzt und wallt so ähnlich wie kochendes Wasser. Durch die ständige Bewegung der Kohlepartikel und deren lange Verweildauer im Feuerraum erfolgt die Verbrennung bereits bei Temperaturen um 850°C. Dadurch ergibt sich eine Senkung der Stickoxidbildung unterhalb der vorgeschriebenen Grenzwerte, so daß Kohlekraftwerke mit Wirbelschichtfeuerung keine Entstickungsanlagen benötigen. Da außerdem durch Zugabe von Kalk zur Kohle eine direkte Entschwefelung der Rauchgase möglich ist, entfallen auch zusätzliche Entschwefelungsanlagen. Hauptnachteil der Wirbelschichtfeuerung ist jedoch deren begrenzte Brennraumgrundfläche; herkömmliche Kohlekraftwerke mit >stationärer< Wirbelschichtfeuerung haben daher eine auf einige zehn MW beschränkte Leistung und eignen sich nur für kleinere Kraftwerke. Eine Weiterentwicklung ist die zirkulierende Wirbelschichtfeuerung: Die mit Rauchgas mitgerissenen noch brennbaren Kohlepartikel werden über Zyklone ausgetragen und wieder der Verbrennung zugeführt. Mit der Wirbelschichtfeuerung unter Druck (druckaufgeladene Wirbelschichtfeuerung) erhofft man sich weitere Fortschritte.



Derzeit (1989) sind in der Bundesrepublik Deutschland bereits etwa 15 Anlagen (mit einer gesamten thermischen Leistung von etwa 2000 MJ/s) in Betrieb, die meist als zirkulierende Wirbelschichtanlagen ausgeführt sind und in der Regel als Kraft - Wärme - Kopplungsanlagen arbeiten. Die größten Anlagen erreichten etwa die Wärmeleistung von 300 MJ/s.
Kohlekraftwerke decken weltweit etwa 40% des Stromverbrauchs. Konventionelle Kohlekraftwerke mit Wasser - Dampf - Kreislauf und einfacher Zwischenüberhitzung können unter Berücksichtigung der Aufwendungen für Entschwefelungs - und Entstickungsanlagen Nettowirkungsgrade von rund 40% erreichen. Einen auf 46% verbesserten Wirkungsgrad erwartet man von dem Gas - und - Dampf - Kraftwerk (GUD) mit integrierter Kohlevergasung, bei dem die heißen Abgase einer mit zuvor gereinigtem Kohlegas betriebenen Gasturbine zur Erzeugung von Frischdampf für eine nachgeschaltete Dampfturbine dienen; Wirkungsgrade von über 50% ergaben theoretische Untersuchungen für Kohlekraftwerke mit Mehrstoffprozessen, bei denen die besonderen Eigenschaften anderer Stoffe (außer Wasser; z.B. Kalium oder Biphenyl) in Verbindung mit dem Wasser - Dampf - Kreislauf genutzt werden. Ein wirtschaftlicher Einsatz dieser Kohlekraftwerke, der auch durch Handhabungsprobleme dieser Arbeitsmedien erschwert wird, ist jedoch zur Zeit noch nicht gegeben. Dagegen sind bereits heute bei der (allerdings zeitlich beschränkten) gleichzeitigen Erzeugung von Elektrizität und Fernwärme bzw. industrieller Prozeßwärme Nutzungsgrade von 80 bis 85% der eingesetzten Primärenergie möglich (Kraft - Wärme - Kopplung).
Während die Rauchgasreinigungsanlagen eine Entstaubung, Enstickung und Entschwefelung der Rauchgase erlauben, gibt es bisher noch keine großtechnische Möglichkeit, das bei der Verbrennung der Kohle entstandene Kohlendioxid (CO2) abzuscheiden, das als Hauptursache für den Treibhauseffekt angesehen wird. Die Erzeugung einer Kilowattstunde Elektrizität in Kohlekraftwerken führt zu einer Emission von etwa 1kg CO2.
Steinkohlekraftwerke sind teilweise auch mit Verbrennungseinrichtungen für Erdöl und Erdgas ausgerüstet. Man spricht dann von bi - oder trivalenten Feuerungen bzw. von Steinkohle - Mischfeuerungs - Kraftwerken.
Die gesamte installierte Bruttoengpaßleistung aller Steinkohlenkraftwerke (in Klammern aller Steinkohle - Mischfeuerungs - Kraftwerke) in der Bundesrepublik Deutschland belief sich 1988 auf: Kraftwerke der öffentlichen Elektrizitätsversorgung 16212 MW (10183 MW), des Bergbaus und verarbeitenden Gewerbes 4778 MW (1875 MW), der Deutschen Bundesbahn 470 MW (190 MW). Die entsprechenden Werte für die Braunkohlekraftwerke sind: Werke der öffentlichen Elektrizitätsversorgung 11551 MW, des Bergbaus und des verarbeitenden Gewerbes 742 MW.
Insgesamt wurden 1988 etwa 43,3 Mio. t SKE (Steinkohleeinheiten) Steinkohle eingesetzt, davon 39,2 Mio. t SKE einheimische Steinkohle. Der Braunkohleeinsatz betrug etwa 27,3 Mio. t SKE. Die Elektrizitätserzeugung durch Steinkohle betrug 1988 insgesamt etwa 130,7 TWh (Terrawattstunden), durch Braunkohle etwa 80,1 TWh, bei einer gesamten Bruttoerzeugung von 431,2 TWh. Die Wärmenennleistung der Heizkraftwerke betrug 1988 etwa 18715 KJ/s, die zugehörige elektrische Leistung etwa 7091 MW. Mit dieser Leistung wurden 12,9 TWh Elektrizität erzeugt. Für die Fernwärme wurden etwa 2,4 Mio. t SKE Steinkohle in Kraftwerken eingesetzt. Zur Erzeugung von 1 kWh Strom werden 0,35 bis 0,6 kg Steinkohle oder 1,2 bis 2,5 kg Braunkohle benötigt.