Energiegewinnung der Stromkraftwerke

Themenüberblick

1. Einführung zum Schwerpunkt meines Themas
2. Hauptlieferant der Stromversorgung
3. Regenerative Kraftwerke
4. Zukunft: Beispiel für ein neues Kraftwerk

1. Einführung
Das Hauptthema „Geschichte der Technik“ habe ich ausgewählt um mein Referat flexibler zu gestalten. Der thematische Punkt liegt aber im Schwerpunkt, den ich für dieses Referat ausgewählt habe. Die Energiegewinnung der Stromkraftwerke soll die Verhältnisse der Vergangenheit, der gegenwärtigen Situation und der Zukunftsperspektiven verinnerlichen.

In meinem Referat geht es überwiegend, über die Aufklärung der Verhältnisse der Stromgewinnung. Um einen Vergleich zu damals und heute zu bekommen, stellen einige Diagramm auch ehemalige Werte der Stromgewinnung dar. Auch die zukünftige Lage der Stromgewinnung ist in diesem Referat enthalten, z.B. das „Hot-Dry-Rock-Projekt“ das sich schon seit Ende der achtziger Jahre mit der Energiegewinnung durch die Wärme im Inneren der Erde auseinandersetzt. Aus politischer Sicht bekommt man einen Eindruck, wie viel Energie wir heutzutage durch Kernkraftwerke bekommen und wie komplex es erscheint einen schnellen Atomaren Ausstieg z.B. in Deutschland zu erlangen. Der langsame Fortschritt der regenerativen Energiequellen wird in diesem Referat auch ein Thema sein, verdeutlicht durch Diagramme und Texte.

2. Hauptlieferant der Stromversorgung
Hauptlieferant für die benötigte Energie zur Stromerzeugung, sind die Atomkraftwerke. In Deutschland wird die Stromversorgung mit 30 % durch die Atomenergie gedeckt. Danach folgen weitere Stromquellen wie z.B. die Braunkohle mit ca. 27 %, und die Steinkohle mit ca. 23 %, die in Deutschland, die benötigte Energie zur Stromerzeugnis in den Kraftwerken liefern. Ein Problem für den Verbraucher liegt in der Kennzeichnung des Stroms, die Stromanbieter müssen keine Angaben über die Art und Herkunft des Stroms machen.

Funktion eines Atomreaktors 

Wie funktioniert ein Kernkraftwerk? 
In einem Kernkraftwerk zerfällt Uran in einer kontrollierten Kettenreaktion in kleiner chemische Elemente. Bei diesem Zerfall wird Wärme frei, die das Wasser im Reaktordruckbehälter aufheizt. Über die Steuerstäbe im Reaktor kann man die Geschwindigkeit des radioaktiven Zerfallprozesses steuern und so regeln, wie stark das Wasser erwärmt wird. Da dieses Wasser radioaktiv ist, wird die Wärme im Dampferzeuger in einem zweiten Wasserkreislauf übertragen. Der Wasserdampf in diesem Kreislauf treibt dann eine Turbine und einen Generator an, der den elektrischen Strom erzeugt. Das Wasser in diesem zweiten Kreislauf bleibt aber nur in Bewegung, wenn man es hinterher wieder abkühlt, so dass hinter der Turbine ein niedrigerer Druck herrscht. Dazu werden riesige Kühltürme benötigt, in denen der Wasserdampf, meist mit Wasser aus einem nahen Fluss, abgekühlt wird. ( Quelle: www.tu-Berlin.de)

Geschichtlicher Aspekt der Atomkraftwerke

• 1951: Die USA erzeugt elektrischen Strom mit einem Brutreaktor, es handelt sich dabei aber nur um eine Versuchsanlage, die noch keinen kommerziellen Betrieb aufrechterhielt.
• 1954: Als erster Kernreaktor der Welt liefert ein russisches Kernkraftwerk bei Obninsk, Strom in das elektrische Verbundsnetz des Landes.
• 1980: In einem Kernkraftwerk in den USA bei Harrisburg (Pennsylvania) ereignete sich ein Unfall, bei dem radioaktive Isotope der Edelgase Xenon und Krypton freiwerden. Der Turbinenwasserkreislauf schaltet sich ab, als der Reaktorblock 2 mit 98 % seiner Maximalleistung arbeitet. Damit fällt die Kühlung aus, durch die dadurch entstandene Überhitzung entstand eine Drucksteigerung im Primärkreislauf. Die Regelstäbe werden durch die Drucksteigerung über das Sicherheitssystem automatisch abgeschaltet. Die Ventile zu den Dampfgeneratoren bleiben acht Minuten lang fehlerhaft geschlossen. Durch das in offener Stellung klemmende Überdruckventil entweicht weiteres Primärkühlwasser. Der verantwortliche Kontrollingenieur verliert die Übersicht und schaltet die Automatik ab und verwechselt Messinstrumente. Radioaktiv verseuchtes Wasser strömt in das Reaktor umgebende Containment-Gebäude. Dabei werden radioaktive Gase frei. Große Mengen schwach aktiven Wassers fließen in den nahe liegenden Fluss. 30 000 Menschen im Umkreis von 8 km werden einer überdurchschnittlichen Bestrahlung ausgesetzt.
• 1986: Kernreaktor-Unfall in der Sowjetunion bei Tschernobyl in der Ukraine. Der Unfall im Block IV des Kernkraftwerks Tschernobyl ereignete sich in der Nacht vom 25. auf den 26. April 1986 während eines Tests. Die Betriebsmannschaft sollte prüfen, ob die Turbine bei einem Stromausfall – ehe die Notstromaggregate anspringen – noch genügend Restenergie für die Kühlwasserpumpen liefern. Um den Probelauf des Reaktors nicht zu unterbrechen, wurden die Sicherheitssysteme mit Absicht außer Funktion gesetzt. Für den Test musste der Reaktor auf 25 Prozent seiner Leistung heruntergefahren werden. Dieser Vorgang verlief nicht nach Plan: Die Leistung des Reaktors sank aus bisher ungeklärten Gründen auf unter 1 Prozent. Der Reaktor musste wieder langsam hochgefahren werden. Doch 30 Sekunden nach Testbeginn wuchs die Leistung plötzlich schlagartig an. Die Notabschaltung (Abbruch der Kettenreaktion) des Reaktors misslang .In Sekundenbruchteilen stiegen Leistung und Temperatur um ein Vielfaches. Der Reaktor geriet außer Kontrolle. Es kam zu einer gewaltigen Explosion. Die 1000 Tonnen schwere Abdeckplatte des Reaktorgebäudes wurde weggesprengt. Bei Temperaturen über 2000 Grad Celsius schmolzen die Brennelemente. Dann fing der Grafitmantel des Reaktors Feuer. In einem regelrechten Feuersturm wurden die radioaktiven Spaltprodukte, die aus der Kernschmelze austraten, in die Atmosphäre gesogen.

(Quelle: „Chronik der Technik“ Chronikverlag ISBN 3-611-00033-7)

Fazit: Allein die historischen Angaben zeigen, wie schnell es passieren kann, dass Atomkraftwerke eine Gefahr für den Menschen darstellen können.

3. Regenerative Kraftwerke 
Beitrag erneuerbarer Energien am Stromaufkommen in Deutschland
Bis Anfang der 90er-Jahre hatte nur eine regenerative Quelle in Deutschland einen bedeutenden Anteil an der Stromerzeugung: die Wasserkraft. Während der Anteil der Wasserkraft Mitte des 20. Jahrhunderts noch deutlich über 20 Prozent betragen hat, ist dieser Anteil in den vergangenen Jahrzehnten aufgrund des stark gestiegenen Verbrauchs trotz weiterem Ausbaus der Wasserkraft zurückgegangen. Seit Mitte der 90er-Jahre hat die Windkraft einen spürbaren Anteil an der regenerativen Erzeugung erlangt. Im Jahr 2003 wird sie die Wasserkraft als wichtigste regenerative Energiequelle abgelöst haben. Der Anteil der Photovoltaik wird vermutlich auch die nächsten 5 bis 10 Jahre noch verhälnismäß gering bleiben, während die Biomasse bereits jetzt schon einen spürbaren Anteil liefert. Um die Vorgaben der EU-Richtlinie 77/2001 von 12,5 % für den Anteil des erneuerbaren Stroms im Jahr 2010 zu erreichen, muss der Ausbau der regenerativen Kraftwerksleistung weiter stark vorangetrieben werden.

Die folgende Tabelle und Grafik zeigen die jeweilige absolute Erzeugung der jeweiligen regenerativen Energiequellen in Deutschland. Die Daten stammen weitgehend vom VDEW (Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke e.V.). Da die Daten bis 1996 nur im Zweijahresabstand erhoben wurden, mussten für die Ermittlung zahlreicher Werte eigene Berechnungen durchgeführt werden.

Vorteile der regenerativen Energie zur Stromerzeugung:

• unbegrenzte Mengenverfügbarkeit im Gegensatz zu den erschöpflichen fossilen Energieträgern,
• nutzbar durch eine Vielzahl dezentraler und z.T. zentraler Technologien,
• keine Freisetzung des zum Treibhauseffekt führenden CO2-Gases,
• z.T. geringere sonstige Umweltbelastung im Vergleich zu fossilen und nuklearen Energieträgern, daher besondere Eignung zur lokalen Umweltentlastung,
• Nutzungsmöglichkeit heimischer regenerativer Quellen und infolgedessen eine Reduzierung von Transportaufwand und Transportrisiken, z.B. von Erdöl,
• keine Brennstoffkosten beim Betrieb (außer Biomasse), d.h. Kompensationsmöglichkeit der hohen Investitionskosten bei langer Nutzungsdauer und bei Anstieg der Kosten fossiler Energieträger.

ACHTUNG :
In diesem Diagramm ist nicht nur die CO2 Emission bei der Erzeugung des Stromes enthalten, sondern auch diejenige zur Herstellung der Kraftwerke.

(Quelle: http://gruppen.greenpeace.de/aachen/energie-gp-energy.html)



Wie man dem Diagramm entnehmen kann, sieht man das die CO² Emission bei den regenerativen Energiequellen wesentlich niedriger ist, als bei den fossilen Brennstoffen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der regenerativen Energiequellen. 

4. Zukunft: Beispiel für ein neues Kraftwerk


Einleitung
Es gibt viele Möglichkeiten regenerative Energie gegen fossile Energie auszutauschen, die Vorteile die ich zur regenerativen Energie beschrieben habe, sind schon enorm. Aber nicht nur regenerative Energien die man z.B. durch Wasserkraft, Sonnenlicht, Wind oder durch Biogase erreicht, sind für die Zukunft geplant. Ich habe mir für mein Referat ein Projekt ausgesucht, das sich mit der Wärme im Erdinneren beschäftigt. Dies zum Vorteil hätte, dass dieses Energiereservoir unerschöpflich wäre. Das Projekt nennt sich „Hot-Dry-Rock-Projekt“.

Fakten: 50 Kilometer nördlich von Straßburg im Elsass in Frankreich, arbeitet seit Ende der achtziger Jahren ein internationales Forscherteam an einer neuen Kraftwerktechnologie, die die Wärme im Inneren der Erde als Energiequelle nutzen will.

Die Wärme im Erdinneren nehmen wir in der Regel nur durch Vulkanausbrüche oder als heiße Wasserquellen wahr. Im Erdinneren kann die Temperatur bis über 1000 Grad Celsius betragen. Durch die schon seit 4,5 Milliarden Jahren gespeicherte Wärmeenergie im Erdinneren, stellt dies eine für Menschen unerschöpfliche Energiequelle dar. Jeden Tag entweicht das Zweieinhalbfache des menschlichen Energiebedarfs, aus dem Erdinneren durch aufsteigende Wärme ungenutzt in den Weltraum.

Die Funktion des neuen Kraftwerkes stellt sich das Forschungsteam wie folgt vor: In einem Kanal der ins Erdinnere führt, soll pro Sekunde 100 Kilogramm kaltes Wasser nach unten befördert werden. Nachdem das Wasser ein künstlich geschaffenes Kluftsystem im heißen Gestein durchlaufen hat, steigt das erwärmte Wasser in zwei seitliche Kanäle, die als Zuleitung zu den angeschlossenem Kraftwerk dienen. Das Kraftwerk nimmt die Wärmeenergie des erwärmten Wassers auf.

Man hat sich für das Elsass entschieden, weil bereits in einer Tiefe von 5000 Metern, Temperaturen von etwa 200 Grad Celsius herrschen. Ab 2004 soll ein Pilotkraftwerk errichtet werden, das den Testbetrieb über einen Zeitraum von mehreren Jahren, eine elektrische Leistung von etwa sechs Megawatt liefern soll.

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