Energieerzeugung
Heute wird weltweit der größte Teil des elektrischen Stromes von turbinengetriebenen Generatoren erzeugt.
Wasserturbinen
Diese Kraftmaschinen bestehen im Kern aus einer Leitvorrichtung und dem Laufrad. In den Leitschaufeln des Leitrades erhält das durchströmende Wasser eine gerichtete Geschwindigkeit. Durch das Leitrad gelangt das Wasser weiter auf die darauf folgenden Laufschaufeln des Laufrades. Hier ändern sich der Betrag und die Richtung der gerichteten Geschwindigkeit. Bei diesem auch Aktionswirkung genannten Prozess gibt das Wasser im Prinzip seine potentielle Energie (z.
B. in Abhängigkeit von der Fallhöhe) an das Laufrad weiter. Diese mechanische Energie wird an die nachfolgende Übertragungskette weitergegeben.
Dampfturbinen
Der Erfolg mit Wasserturbinen führte zu der Überlegung, Turbinen auch zur Energiegewinnung aus Dampf einzusetzen. In Dampfturbinen wird die Druckenergie von hochgespanntem, heißem Dampf auf Schaufelrädern in mechanische Energie umgewandelt.
Dampfturbinen werden u.
a. in Kernkraftwerken und in Schiffen mit Nuklearantrieb eingesetzt, wo sie in Verbindung mit brennstoffbeheizten Dampferzeugern Strom erzeugen. In Blockheizkraftwerken, die sowohl Prozesswärme (Wärme für den Einsatz in technischen Verfahren) als auch Elektrizität produzieren, wird im Dampferzeuger unter hohem Druck stehender Dampf erzeugt, der sich im Prinzip in der Turbine auf den Druck und die Temperatur entspannt, die in dem technischen Verfahren benötigt wird. Dampfturbinen lassen sich in kombinierten Verfahrenskreisläufen mit Dampfgenerator einsetzen. Industrielle Anlagen nutzt man u. a.
für den Antrieb von Maschinen, Pumpen, Kompressoren und elektrischen Generatoren. Das Leistungsspektrum dieser Einrichtungen reicht von einigen Kilowatt bis über 1 300 Megawatt.
Arbeitsweise der Dampfturbine
Die Arbeitsweise der Dampfturbine beruht auf thermodynamischen Prinzipien (siehe Thermodynamik). Beim Entspannungsvorgang sinkt die Temperatur des Dampfes, wobei seine innere Energie abnimmt. Während dieses Prozesses wird die innere Energie in mechanische Energie umgewandelt, so dass man direkt eine große Menge an Arbeitsenergie erhält.
Energiewirtschaft, alle Wirtschaftsbereiche, die mit der Erzeugung, Umwandlung und Verteilung von Primärenergie (z.
B. Erdöl, Erdgas, Kohle, Uranerz, Wasserkraft) oder Sekundärenergie (z. B. Benzin, Heizöl, genormte Gase, Strom, Steinkohlenkoks) befasst sind. Die Energiewirtschaft zählt neben dem Bergbau sowie der Eisen- und Stahlindustrie zur Grundstoffindustrie; sie verfolgt das Ziel, den auf verschiedenen Ebenen des Gesellschafts- und Wirtschaftslebens bestehenden Energiebedarf auf möglichst sichere und rentable Weise zu befriedigen. Da die Energieversorgung einem Grundbedürfnis entspricht, die produktionsbedingte Standortgebundenheit aber zu Monopolbildungen führen könnte, greift der Staat im Rahmen der Energiepolitik in das Marktgeschehen auf dem Energiesektor ein.
Dementsprechend bestreiten in der Bundesrepublik Deutschland ebenso private wie auch öffentliche Unternehmen die allgemeine Energieversorgung.
Wenngleich Kohle und Erdöl in der näheren Zukunft weiterhin zu den wichtigsten Energiequellen zählen werden, sind ihre Vorkommen doch begrenzt, was zur Suche nach alternativen Möglichkeiten der Energieversorgung (z. B. durch Wasser- oder Sonnenenergie) zwingt. Der Einsatz von Kernenergie ist in der Bevölkerung wegen möglicher Gefahren nach wie vor umstritten.
Weltweit stellt die Wasserkraft etwa ein Viertel der insgesamt erzeugten Energie und nimmt an Bedeutung noch zu.
In manchen Ländern ist Wasserkraft die wichtigste Quelle für elektrischen Strom. An der Spitze liegen Norwegen (99 Prozent), Zaire (97 Prozent) und Brasilien (96 Prozent). In Deutschland werden nur etwa vier Prozent der Stromenergie aus Wasserkraft gewonnen. Das Itaipu-Kraftwerk am Paraná, dem Grenzfluss zwischen Brasilien und Paraguay, das 1982 offiziell eingeweiht wurde, ist das leistungsstärkste der Welt (12 600 Megawatt bei vollem Betrieb).
Strom aus Wasserkraft
Die ersten WasserDie Technik der meisten großen Anlagen änderte sich auch im 20. Jahrhundert nicht.
Die Kraftwerke sind von einem großen, höher gelegenen Wasserspeicher abhängig, wo der Wasserstrom gesteuert und ein fast konstanter Wasserstand aufrechterhalten werden kann. Das Wasser fließt durch Druckrohrleitungen, die mit Ventilen oder Schützen so gesteuert werden, dass die Durchflussmenge dem Bedarf an Kraft entspricht. Das Wasser strömt dann in die Turbinen und verlässt diese wieder durch den so genannten Untergraben. Die Generatoren sind direkt über den Turbinen auf senkrechten Wellen montiert. Die Konstruktion der Turbinen richtet sich nach der jeweiligen Fallhöhe, wobei so genannte Francis-Turbinen für große und Propellerturbinen für niedrige Fallhöhen verwendet werden.
Im Gegensatz zu Speicheranlagen, die vom Stauen großer Wassermengen abhängig sind, gibt es ein paar Beispiele, wo sowohl das Gefälle als auch die stetige Durchflussmenge ausreichen, um so genannte Laufwasserkraftwerke zu betreiben.
Ein solches Kraftwerk ist die gemeinsame Anlage der USA und Kanadas an den Niagarafällen.
kraftwerke zur Stromgewinnung wurden 1880 im englischen Northumberland errichtet.
Solarturmkraftwerke
Die Stromerzeugung in Solarturmkraftwerken befindet sich gegenwärtig noch im Entwicklungs- und Erprobungsstadium. In Solarturmkraftwerken reflektieren eine Reihe von Hohlspiegeln, die auf computergesteuerte Heliostaten montiert sind, die Sonnenstrahlen und bündeln sie auf einen zentralen Strahlungsempfänger, der auf dem so genannten Solarturm installiert ist. Dort werden Wasser oder andere Wärmeträgermedien erhitzt. Der dabei entstehende Dampf kann in herkömmlichen Kraftwerken in Strom umgewandelt werden.
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