In konventionellen Kraftwerken wird der eingesetzte Energieträger – meist Kohle oder Erdgas – zur Erzeugung von Strom beziehungsweise Wärme genutzt. Fossil befeuerte Kraftwerke sind nach wie vor für eine zuverlässige Stromversorgung erforderlich. Mit Blick auf den rasanten Ausbau der erneuerbaren Energien spielen sie eine zentrale Rolle für eine sichere Versorgung mit elektrischer Energie. Sie sind für ein stabiles Stromnetz nach wie vor unerlässlich und sind witterungsunabhängig einsetzbar.
Umweltschutz im Kraftwerksprozess
Im Kraftwerksprozess entstehen Abgase. Bevor diese in die Atmosphäre gelangen, werden sie gründlich gereinigt und Schadstoffe herausgefiltert. Das Wasser, das als Dampf die Turbinen antreibt, wird nach dem Prozess gekühlt. Danach wird es entweder im Kreislauf weiterverwendet oder in einen Fluss geleitet. Auf diese Weise wird der Effekt auf Klima und Umwelt bei der Energieerzeugung in fossilen Kraftwerken möglichst gering gehalten.
Kraftwerksprozess am Beispiel des RDK-8
Die Entstickungsanlage oder DeNOx-Anlage arbeitet im sogenannten selektiven katalytischen Reduktionsverfahren: Hier wird Ammoniak in das heiße Rauchgas eingedüst und das Gemisch über Katalysatoren geleitet, in denen eine chemische Reaktion stattfindet. Die Stickoxide (NOx) werden dabei zu über 70 Prozent in unschädlichen Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) umgewandelt.
Entstaubung
Bei der Entstaubung wird die Flugasche aus dem Rauchgas entfernt. Dieser Prozess erfolgt in großen Elektrofiltern. Dort bauen Sprühelektroden ein starkes elektrisches Feld auf, in dem die Aschepartikel negativ aufgeladen werden. Diese schlagen sich dann an den Abscheideplatten nieder, die positiv geladen sind. Durch Klopfwerke werden die Partikel entfernt. Mehr als 99,9 Prozent der Flugasche können so aus dem Rauchgas gefiltert werden.
Entschwefelung
In einem weiteren Schritt – der Entschwefelung – wird das Schwefeldioxid (SO₂) aus dem Abgas entfernt. Dazu strömt das Abgas in einem sogenannten Wäscher aufwärts und wird währenddessen mit einer Lösung (Suspension) aus Kalkstein und Wasser besprüht.
Dabei bindet sich das SO₂: Als Reaktionsprodukt von Schwefeldioxid, Kalkstein und Wasser entsteht Kalziumsulfit. Es wird im sogenannten Absorbersumpf aufgefangen. An dieser Stelle des Prozesses wird Luft eingeblasen, das Kalziumsulfit oxidiert zu Kalziumsulfat (Gips). Das Verfahren nennt man auch Nasswaschverfahren. Der Abscheidegrad – also der Anteil von Schwefeldioxid, das dabei entfernt wird – liegt bei mehr als 90 Prozent.
Der Gips, der am Ende des Prozesses entstanden ist, wird auch REA-Gips genannt. REA steht für Rauchgasentschwefelungsanlagen. Dieser REA-Gips ist in der chemischen Zusammensetzung und im Gehalt von Spurenelementen identisch mit Naturgips. Deshalb kann er ganz einfach bei der Herstellung von Baustoffen eingesetzt werden.
Kühlverfahren
Bei der Ablauf- und der Kreislaufkühlung werden Kühltürme eingesetzt. Man kann drei Arten unterscheiden:
- Naturzugnasskühlturm: Die große Bauhöhe ist charakteristisch für den Naturzugnasskühlturm. In ihm wird das Kühlwasser fein verrieselt und die im Kühlturm aufsteigende Luft reduziert die Temperatur des Kühlwassers. Aufgrund seiner Bauhöhe entsteht ein natürlicher Zug, der die Luft durch den Kühlturm strömen lässt. Das Prinzip nennt man Kamineffekt.
- Ventilatornasskühlturm: Der Ventilatornasskühlturm arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der Naturzugnasskühlturm. Er wird jedoch mit Ventilatoren „zwangsbelüftet“, da der natürliche Luftzug nicht ausreicht. Der Vorteil: Diese Art Kühlturm kann deutlich niedriger gebaut werden. Allerdings steigt durch die Ventilatoren auch der Eigenbedarf an Strom.
- Hybridkühlturm: Eine Besonderheit stellt der Hybridkühlturm dar. In ihm wird die Nasskühlung mit einer Trockenkühlung kombiniert. Im Hybridkühlturm gibt das Kühlwasser zunächst einen Teil der Abwärme über Rippenrohre an die Luft ab. Dann fällt es als Sprühregen in das Kühlturmbecken herab und kühlt sich dabei durch Verdunstungskühlung weiter ab. Währenddessen drücken riesige Ventilatoren die Kühlluft durch Nass- und Trockenteil des Kühlturms. Im oberen Drittel des Turms mischen sich feuchte und trockene Abluft von Nass- und Trockenteil, wodurch die Bildung von Schwaden weitgehend unterbunden wird.
Tagsüber werden solche Türme grundsätzlich im Hybridbetrieb gefahren, also Nassteil und Trockenteil gemeinsam, um die Schwadenbildung zu minimieren. Bei Nacht sind die Ventilatoren des Trockenteils meist abgeschaltet, um den elektrischen Eigenbedarf des Kraftwerks zu senken und so den Wirkungsgrad zu steigern. Weltweit gibt es etwa ein halbes Dutzend Hybridkühltürme, drei davon im Kraftwerkspark der EnBW, zum Beispiel im Heizkraftwerk Altbach/Deizisau.
In Wärmekraftwerken werden heute im Wesentlichen drei Verfahren eingesetzt, um das Wasser, das als Dampf die Turbinen antreibt, zu kühlen: Bei allen drei strömt der Abdampf aus der Turbine in den Kondensator. Dort befindet sich ein Rohrsystem, durch das Kühlwasser fließt. Das Kühlwasser stammt aus dem sogenannten Vorfluter, einem Fluss, einem See oder dem Meer. Der einströmende Dampf kondensiert an der Außenseite der Rohre zu Wasser und gibt dabei seine Verdampfungswärme an das Kühlwasser ab. Anschließend wird das Kondensat in den Kessel zurückgepumpt, wo erneut Dampf erzeugt wird.
- Durchlaufkühlung: Bei der Durchlaufkühlung wird das Kühlwasser dem Vorfluter entnommen. Nach der Kühlung des Dampfes im Kondensator wird es direkt in den Vorfluter zurückgeleitet.
- Ablaufkühlung: Bei der Ablaufkühlung gibt das Kühlwasser zunächst in einem Kühlturm Wärme an die Umgebungsluft ab, bevor es wieder in den Vorfluter eingeleitet wird.
- Kreislaufkühlung: Bei der Kreislaufkühlung zirkuliert das Kühlwasser ständig zwischen Kühlturm und Kondensator. Lediglich die Menge an Kühlwasser, die meist als Dampfschwaden sichtbar den Kühlturm verlässt, wird in den Kreislauf nachgespeist.