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Kraftwerk

Kraftwerke sind industrielle Anlagen mit dem Hauptzweck der Erzeugung elektrischer Energie. Manche Kraftwerke haben allerdings zusätzliche Funktionen wie die Bereitstellung von Wärme (→ Heizkraftwerk), die Regulierung von Wassermengen in Flüssen oder die Produktion von Plutonium für Atomwaffen.

Der Begriff Kraftwerk mag zunächst überraschen, da ja elektrische und nicht mechanische Energie geliefert wird. Jedoch kann mechanische Energie mithilfe von Elektromotoren leicht aus elektrischer Energie gewonnen werden, und dies ist in der Tat eine der wichtigsten Nutzungen der Energie von Kraftwerken.

Arten von Kraftwerken

Viele Kraftwerke sind Wärmekraftwerke (Kondensationskraftwerke), d. h. sie erzeugen zunächst Wärme und wandeln diese dann mit einer Wärmekraftmaschine teilweise in mechanische Energie um, diese schließlich in elektrische Energie. Zu dieser Kategorie gehören folgende Anlagen:

• Kohlekraftwerke mit Dampfturbinen, die meist Braunkohle oder Steinkohle verbrennen
• Gaskraftwerke mit Gasturbinen und/oder Dampfturbinen (siehe auch Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke)
• Ölkraftwerke
• Kernkraftwerke
• geothermische Kraftwerke
• solarthermische Kraftwerke, z. B. mit Parabolrinnen oder Turmkraftwerke

Wärmekraftwerke, die zusätzlich auch Wärme abgeben (→ Kraft-Wärme-Kopplung), werden als Heizkraftwerke bezeichnet.

Andere Anlagen entnehmen direkt mechanische Energie der Natur. Hierzu gehören:

• Wasserkraftwerke mit Speichern (z. B. Talsperren und Gezeitenkraftwerke) (→ Wasser-Speicherkraftwerk) und an Flüssen (→ Laufwasserkraftwerk) sowie Gezeitenkraftwerke
• Wellenkraftwerke (eine neu, noch kaum genutzte Art)
• Windenergieanlagen

Ferner gibt es Solarkraftwerke auf der Basis von Photovoltaik, die Energie aus Sonnenlicht mit Solarzellen direkt in elektrische Energie umsetzen.

Kraftwerke mit Leistungen von mindestens einigen 100 MW werden auch als Großkraftwerke bezeichnet. Sie erzeugen in Industrieländern gewöhnlich den größten Teil der elektrischen Energie. Der Anteil kleinerer Kraftwerke, entweder mit Kraft-Wärme-Kopplung oder mit erneuerbaren Energien, nimmt jedoch z. B. in Deutschland zu.

Kraftwerksblöcke

Viele Kraftwerksanlagen bestehen aus mehreren Kraftwerksblöcken geringerer Leistung, die unabhängig voneinander betrieben werden können. Zu einem Kraftwerksblock gehört beispielsweise bei einem Kohlekraftwerk eine eigene Feuerung, ein Dampferzeuger, ein Turbinensatz und ein Generator, während andere Teile der Infrastruktur (z. B. ein Kohlelager) mit anderen Blöcken geteilt werden können. Ein solcher Kraftwerksblock leistet typischerweise einige hundert Megawatt, und durch Kombination mehrerer Blöcke können Leistungen von mehreren Gigawatt realisiert werden. Das Aufspalten in mehrere Kraftwerksblöcke hat diverse Vorteile:

• Die Leistung kann besser dem jeweiligen Bedarf angepasst werden, indem ggf. nur ein Teil der Blöcke betrieben wird, dieser aber möglichst mit Volllast. Der Teillastbetrieb eines einzigen größeren Blocks wäre vergleichsweise weniger effizient.
• Die Wartungsarbeiten können für die verschiedenen Blöcke zu unterschiedlichen Zeiten durchgeführt werden, so dass niemals das ganze Kraftwerk deswegen ausfällt.
• Auch ungeplante Ausfälle betreffen in der Regel nur einen Block, so dass die Versorgungssicherheit höher ist, als wenn nur ein sehr großer Block betrieben würde.

Allerdings sollten Kraftwerksblöcke auch nicht zu klein sein, da der höchste Wirkungsgrad nur bei sehr großen Turbinenanlagen (mit hunderten von Megawatt) erzielt werden kann und die spezifischen Kosten bei kleineren Blöcken ebenfalls höher sind.

Zentrale und dezentrale Kraftwerke

Man unterscheidet Kraftwerke auch nach ihrer Größe:

• Zentrale Großkraftwerke sind Anlagen mit Leistungen von hunderten von Megawatt oder gar mehr als 1 GW. Sie versorgen ganze Großstädte oder Regionen mit elektrischer Energie. Die Abwärmenutzung durch Kraft-Wärme-Kopplung wird jedoch dadurch sehr erschwert, dass in guter räumlicher Nähe kaum genügend Abnehmer für Wärme gefunden werden können.
• Dezentral und verbrauchernah platzierte kleine Kraftwerke haben dieses Problem nicht. Sie versorgen etwa als Blockheizkraftwerke einzelne Wohnblocks oder Industrieanlagen, wobei häufig die gesamte Abwärme genutzt werden kann. Allerdings ist der elektrische Wirkungsgrad typischerweise deutlich geringer als bei Großkraftwerken. Wie im Artikel über Kraft-Wärme-Kopplung erklärt wird, ist dieser für die Bewertung der Energieeffizienz aber besonders wichtig. Andere Nachteile sind die höheren spezifischen Anlagekosten und häufig die Abhängigkeit von hochwertigeren und teureren Brennstoffen wie Erdgas oder Dieselkraftstoff.

Außer den technischen und energetischen Aspekten gibt es für die Frage zentral vs. dezentral auch andere, die soziale und politische Anliegen berühren. Insbesondere genießen dezentrale Lösungen oft besondere Sympathien dadurch, dass sie bürgernäher sind und daher unter Umständen die Umsetzung von Anliegen wie dem Klimaschutz erleichtern können. Man spricht von "Kraftwerken in Bürgerhand", wenn diese von einzelnen Bürgern, von Energiegenossenschaften oder auch von kommunalen Stadtwerken betrieben werden.

Es gibt das Konzept des virtuellen Kraftwerks, bei dem eine Vielzahl kleiner dezentraler Kraftwerke zu einem Verbund zusammengefasst wird. Auf der Nachfrageseite kann es sich ähnlich wie ein Großkraftwerk verhalten.

Einsatz nach Lastarten

Für die Abdeckung von Grundlast geeignet sind vor allem Kernkraftwerke, Braunkohlekraftwerke, Laufwasserkraftwerke und geothermische Kraftwerke. Sie weisen niedrige Grenzkosten auf. Für die Mittellast werden häufig Steinkohlekraftwerke verwendet, aber auch Gaskraftwerke. Im Bereich der Spitzenlast kommen einerseits Speicherkraftwerke und andererseits Kraftwerke mit gas- oder ölbefeuerten Gasturbinen zum Einsatz, die eine hohe Leistungsänderungsgeschwindigkeit erlauben.

Es gibt auch Kraftwerke, die normalerweise nicht mehr im Einsatz sind, aber als Kaltreserve noch zur Verfügung stehen, wenn besondere Engpässe auftreten.

Kraftwerksscheiben

Es gibt Verträge, die einem Stromabnehmer einen gewissen Anteil der Erzeugung eines Kraftwerks in einem gewissen (meist langen) Zeitraum zusichern. Man spricht hierbei oft von einer "Kraftwerksscheibe". Solche Vereinbarungen beziehen sich rein auf die Stromerzeugung des Kraftwerks und bedeuten keine finanzielle Beteiligung am Kraftwerk selbst. Es erfolgt also keine Beteiligung an den finanziellen Risiken des Kraftwerksbetriebs, abgesehen vom Insolvenzrisiko.

Anschluss an Stromnetze

In aller Regel wird ein Kraftwerk nicht an einen bestimmten Verbraucher, sondern an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen. Großkraftwerke werden stets über eine leistungsstarke Kraftwerksanschlussleitung an das Übertragungsnetz angeschlossen, weil nur dieses sehr hohe Leistungen aufnehmen kann. Kleinere Kraftwerke, beispielsweise Freiflächen-Photovoltaikanlagen, werden oft an das Mittelspannungsnetz angeschlossen.

Siehe auch: Heizkraftwerk, Wärmekraftmaschine, Wärmekraftwerk, Kraft-Wärme-Kopplung, elektrische Energie, Kohlekraftwerk, Gaskraftwerk, Ölkraftwerk, Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk, Kernkraftwerk, Wasserkraftwerk, Großkraftwerk, dezentrale Energieerzeugung, Solarkraftwerk, Windenergieanlage, virtuelles Kraftwerk, Grundlast, Mittellast, Spitzenlast