Stromerzeugung und Verteilung

Die Elektrizität, die wir in Haushalten, Büros und in der Industrie zu den vielfältigsten Zwecken einsetzen, stammt aus Kraftwerken – riesigen Anlagen mit elektrischen Generatoren, Antriebsturbinen, Transformatoren und Schaltanlagen. In diesen Kraftwerken wird die chemische Energie von Kohle, Erdöl oder Erdgas, in zunehmendem Maße aber auch Kernenergie, in Wärme übergeführt, indem man Heißdampf erzeugt. Turbinen setzen dessen Energie in mechanische Arbeit um und treiben damit Generatoren – die eigentlichen Stromerzeuger. Aber die Elektrizitätserzeugung in diesen »Wärmekraftwerken« ist, von der Energieausnutzung her gesehen, nicht sehr effektiv. Fast zwei Drittel der aus den fossilen Brennstoffen Kohle, Erdöl und Erdgas freigesetzten Wärmemengen gehen in Wärmekraftwerken an die Umgebung verloren – nur wenig mehr als ein Drittel wird in Elektrizität umgewandelt. Bei der Verteilung der elektrischen Energie gibt es weitere Verluste in den Leitungsnetzen. Der Elektrizitätsverbraucher wandelt dann, gewollt oder nicht, wiederum größere Mengen elektrischer Energie in Wärme um. Trotz allem ist dies gegenwärtig aber noch die beste Methode, um Energie für die unterschiedlichsten Zwecke zur Verfügung zu stellen – Elektrizität ist in fast jeder Hinsicht die bequemste und sicherste Energieform. Andere Arten der Elektrizitätserzeugung
Der geringe Wirkungsgrad bei der Elektrizitätserzeugung ist jedoch nur für Wärmekraftwerke typisch. Wenn man beispielsweise die Energie strömenden Wassers aus Stauseen oder durch die Gezeiten zum Antrieb der Turbinen – und damit der Generatoren – nutzt, treten viel geringere Energieverluste auf. Auch werden die Möglichkeiten, mit Sonnenenergie oder Windkraft Elektrizität zu erzeugen. Der Bau von Staudämmen zur Nutzung der Wasserkraft und die Herstellung von Sonnenzellen sind jedoch sehr teuer. Doch die rasche Abnahme der Vorräte an fossilen Brennstoffen und die Umweltbelastung durch Wärmekraftwerke könnten bald dazu führen, dass rein wirtschaftliche Überlegungen nicht mehr absoluten Vorrang haben. Überall wo aus politischen Gründen die Nutzung fossiler Brennstoffe problematisch wird, beginnen neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Energienutzung wirtschaftlich interessant zu werden. So werden heute in den Industrieländern zunehmend Kernkraftwerke errichtet. Ihr Wirkungsgrad bei der Elektrizitätserzeugung ist zwar auch nicht höher als der üblicher Wärmekraftwerke, aber der Kernbrennstoff ist billiger. Die eigentliche Stromerzeugung in den elektrischen Generatoren ist wesentlich effektiver: Sie wandeln die von der Turbinenwelle abgegebene mechanische Arbeit zu etwa 98 Prozent in elektrische Energie um. Die Generatoren sind im Prinzip genauso aufgebaut wie Elektromotoren, nur die Arbeitsweise ist umgekehrt. Heute werden in den Kraftwerken fast nur noch Drehstromgeneratoren verwendet. Sie erzeugen in drei Wicklungen drei zueinander phasenverschobene 50-Hertz-Wechselströme, den sogenannten Drehstrom. Das Leitungsnetz
Kraftwerke besitzen meist mehrere Generatoren, sodass der Ausfall einer Maschine nicht gleich die gesamte Stromerzeugung lahmlegt. Oft arbeiten die Werke zu Zeiten des Spitzen-Verbrauchs mit vier Turbinen-Generatorsätzen gleichzeitig. Bei geringerem Bedarf fährt man dann einzelne Maschinen mit Teillast oder man schaltet die Maschinen ganz ab – was noch wirtschaftlicher ist. Von den Generatoren führt man den Strom in Sammelschienen – das sind dicke Metalleiter – zu den Transformatoren. Hier wird die Spannung, die am Generator bis zu 15 750 Volt betragen kann, auf Werte von 220 000 oder gar 440 000 Volt transformiert, damit beim anschließenden Transport in den bis zu Hunderte von Kilometern langen Überlandleitungen keine zu großen Energieverluste entstehen. In der Nähe der eigentlichen Stromverbraucher – den Städten und Industriezentren – wird der Strom in Umspannstationen wieder heruntertransformiert und mit einer Spannung von 380 Volt in die örtlichen Versorgungsnetze eingespeist. In den Ballungsgebieten der Städte sind diese Netze meist unterirdisch verlegt, kleinere Gemeinden werden über Freileitungen an das Elektrizitätsnetz angeschlossen. Darüber hinaus gibt es im Verteilungsnetz zwischen Kraftwerk und Verbraucher auch zahlreiche Sicherheitseinrichtungen wie Kurzschlussschalter und Schnellschalter, die das Netz vor stärkerer Überlastung und den Folgen von Blitzschlägen schützen sollen. Während Fabriken durchwegs Drehstrom beziehen, werden die Haushalte teilweise nur mit 220-Volt-Einphasenwechselstrom beliefert, der sich jedoch unmittelbar aus dem Drehstromnetz abgreifen lässt. In zunehmendem Maße erhalten aber auch die Haushalte Drehstrom, z. B. für den Anschluss moderner Elektroherde. Das Verbundnetz
Jedes Kraftwerk steht heute mit zahlreichen anderen Anlagen durch ein weitverzweigtes Überlandnetz in Verbindung, die einzelnen Kraftwerke eines Landes arbeiten so in einem Verbund. Die am wirtschaftlichsten arbeitenden Werke sind dabei ständig in Betrieb und liefern die sogenannte Grundlast, andere Werke können im Bedarfsfall zugeschaltet werden. In heutiger Zeit überspannt dieses Verbundnetz aber auch schon die Staatsgrenzen – und ermöglicht auf diese Weise eine noch viel bessere Auslastung der einzelnen Kraftwerksanlagen.

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Info 18.01.2018 04:58
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