Kraftwerk: Was sind sie? (& die Arten von Kraftwerken)

Was ist ein Kraftwerk?

Ein Kraftwerk (auch bekannt als Stromerzeugungsanlage oder Stromproduktionsstätte) ist ein industrieller Standort, der für die Massenproduktion und Verteilung von elektrischer Energie genutzt wird. Viele Kraftwerke enthalten einen oder mehrere Generatoren, eine rotierende Maschine, die mechanische Energie in Drehstrom umwandelt (diese werden auch als Synchronmaschinen bezeichnet). Die relative Bewegung zwischen einem magnetischen Feld und einem elektrischen Leiter erzeugt einen elektrischen Strom.

Diese befinden sich in der Regel in ländlichen Gebieten oder mehrere Kilometer von Städten oder Lastzentren entfernt, aufgrund ihrer Anforderungen wie großer Flächenbedarf und Wasserbedarf sowie mehrerer betrieblicher Einschränkungen wie Abfallentsorgung usw.

Aus diesem Grund muss eine Stromerzeugungsanlage sich nicht nur mit der effizienten Erzeugung von Energie befassen, sondern auch mit der Übertragung dieser Energie. Deshalb sind Kraftwerke oft eng mit Umspannwerken verbunden. Diese Umspannwerke erhöhen die Übertragungsspannung des Stroms, was es ermöglicht, ihn über weite Strecken effizienter zu übertragen.

Die genutzte Energiequelle zur Drehung des Generatorwellens ist sehr vielfältig und hängt hauptsächlich vom verwendeten Brennstoff ab. Die Wahl des Brennstoffs bestimmt, was wir als Kraftwerk bezeichnen, und so werden die verschiedenen Arten von Kraftwerken klassifiziert.

Arten von Kraftwerken

Die verschiedenen Arten von Kraftwerken werden je nach dem verwendeten Brennstoff klassifiziert. Für die Massenproduktion von Energie sind thermische, nukleare und Wasserkraftwerke die effizientesten. Eine Stromerzeugungsanlage kann in diese drei oben genannten Arten eingeteilt werden. Lassen Sie uns diese Arten von Kraftwerken im Detail betrachten.

Thermisches Kraftwerk

Ein thermisches Kraftwerk oder ein Kohlekraftwerk ist bislang die am häufigsten verwendete Methode zur Erzeugung von elektrischer Energie mit einer relativ hohen Effizienz. Es verwendet Kohle als primären Brennstoff, um das verfügbare Wasser zu überhitztem Dampf zu erhitzen, der den Dampfturbine antreibt.

Der Dampfturbine ist dann mechanisch mit einem Synchronmaschin-Rotor gekoppelt, dessen Rotation die Erzeugung von elektrischer Energie bewirkt. In Indien werden in der Regel bituminöse Kohle oder Braunkohle als Brennstoff für den Kessel verwendet, die einen flüchtigen Gehalt von 8 bis 33 % und einen Aschegehalt von 5 bis 16 % haben. Um die thermische Effizienz des Kraftwerks zu steigern, wird die Kohle in pulverisierter Form im Kessel verwendet.

In einem kohlebefeuerten thermischen Kraftwerk wird Dampf unter sehr hohem Druck im Dampfkessel durch die Verbrennung der pulverisierten Kohle erzeugt. Dieser Dampf wird dann im Superheizer auf extrem hohe Temperaturen erhitzt. Der überhitzte Dampf wird dann in die Turbine geleitet, wobei die Turbinenschaufeln durch den Dampfdruck in Rotation versetzt werden.

Die Turbine ist mechanisch mit der Synchronmaschine gekoppelt, sodass ihr Rotor mit der Rotation der Turbinenschaufeln rotiert. Nach dem Eintritt in die Turbine fällt der Dampfdruck plötzlich, was zu einem entsprechenden Anstieg des Dampfvolumens führt.

Nachdem die Energie in die Turbinenschaufeln übertragen wurde, wird der Dampf aus den Turbinenschaufeln in den Kondensator der Turbine geleitet. Im Kondensator wird kaltes Wasser bei Umgebungstemperatur mit Hilfe einer Pumpe zirkuliert, was zur Kondensation des niedrigdruckigen feuchten Dampfs führt.

Dieses kondensierte Wasser wird dann weiterhin in den Niederdruck-Wasserheizer geleitet, wo der Niederdruck-Dampf die Temperatur dieses Speisewassers erhöht. Es wird dann erneut in Hochdruck erhitzt. Dies skizziert die grundlegende Arbeitsweise eines thermischen Kraftwerks.

Vorteile von thermischen Kraftwerken

• Der verwendete Brennstoff, also Kohle, ist recht günstig.

• Die anfänglichen Kosten sind im Vergleich zu anderen Erzeugungsanlagen geringer.

• Es benötigt weniger Platz im Vergleich zu Wasserkraftwerken.

Nachteile von thermischen Kraftwerken

• Es verschmutzt die Atmosphäre durch Rauch und Dämpfe.

• Die Betriebskosten des Kraftwerks sind höher als die eines Wasserkraftwerks.

Kernkraftwerk

Kernkraftwerke ähneln thermischen Kraftwerken in vielen Aspekten. Allerdings wird hier anstelle von Kohle radioaktive Elemente wie Uran und Thorium als primärer Brennstoff verwendet. Auch in einem Kernkraftwerk werden Ofen und Kessel durch den Reaktor und die Wärmetauscherrohre ersetzt.

Für den Prozess der Kernenergieerzeugung werden die radioaktiven Brennstoffe in den Reaktoren so behandelt, dass sie eine Spaltung erleiden. Die Spaltung reagiert wie eine kontrollierte Kettenreaktion und geht mit einer unvorstellbaren Menge an Energie einher, die in Form von Wärme manifestiert wird.

Diese Wärme wird dann an das Wasser in den Wärmetauscherrohren abgegeben. Als Ergebnis wird überhitzter Dampf bei sehr hohen Temperaturen erzeugt. Sobald der Prozess der Dampferzeugung abgeschlossen ist, verläuft der restliche Prozess exakt wie in einem thermischen Kraftwerk, da dieser Dampf die Turbinenschaufeln antreibt, um Elektrizität zu erzeugen.

Wasserkraftwerk

In Wasserkraftwerken wird die Energie des fallenden Wassers genutzt, um die Turbine anzutreiben, die wiederum den Generator zum Erzeugen von Elektrizität betreibt. Regen, der auf der Erdoberfläche fällt, hat potenzielle Energie im Verhältnis zu den Ozeanen, in Richtung derer er fließt. Diese Energie wird in Schaufelarbeit umgewandelt, wenn das Wasser durch einen beträchtlichen vertikalen Abstand fällt. Die hydraulische Energie ist daher eine natürliche, erneuerbare Energie, die durch die Gleichung gegeben ist:
P = gρ QH
Wobei, g = Beschleunigung durch die Schwerkraft = 9,81 m/s²
ρ = Dichte des Wassers = 1000 kg/m³
H = Fallhöhe des Wassers.
Diese Energie wird genutzt, um den Synchronmaschin-Rotor zu drehen, um sie in äquivalente elektrische Energie umzuwandeln.
Ein wichtiger Punkt, der beachtet werden sollte, ist, dass Wasserkraftwerke im Vergleich zu ihren thermischen oder nuklearen Gegenstücken viel geringere Kapazitäten haben.

Aus diesem Grund werden Wasserkraftwerke in der Regel in Verbindung mit thermischen Kraftwerken eingesetzt, um die Last während der Spitzenzeiten zu bedienen. Sie unterstützen auf diese Weise die thermischen oder nuklearen Kraftwerke, um während der Spitzenzeiten effizient Energie zu liefern.

Vorteile von Wasserkraftwerken

• Es benötigt keinen Brennstoff, Wasser wird zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet.

• Es ist saubere und saubere Energieerzeugung.

• Der Bau ist einfach, weniger Wartung erforderlich.

• Es hilft auch bei der Bewässerung und Flutkontrolle.

Nachteile von Wasserkraftwerken

• Es erfordert hohe Investitionskosten aufgrund des Dammbaus.

• Die Verfügbarkeit von Wasser hängt von den Wetterbedingungen ab.

• Es erfordert hohe Transmissionskosten, da das Kraftwerk in bergigen Gebieten liegt.

Arten der Stromerzeugung

Wie oben erwähnt, werden je nach dem verwendeten Brennstoff die Stromerzeugungsanlagen sowie die Arten der Stromerzeugung klassifiziert. Daher sind die drei Hauptklassifikationen für die Stromproduktion in großem Maßstab:

1. Thermische Stromerzeugung

2. Nukleare Stromerzeugung

3. Wasserkraft-Stromerzeugung