In Kraftwerken fallen ca. 65% der erzeugten Wärme als Abwärme an, die an die Umwelt abgeführt werden muß.

Da die direkte Kühlung mit Flußwasser zu einer starken Aufheizung der Flüsse führt, wird heute bei Großkraftwerken dieAbwärme zusätzlich über K. an die Umgebungsluft abgegeben. Man unterscheidet zwischen Naß- und Trocken-K.. Im Naß-K. gibt das zu kühlende Wasser einen Teil seiner Wärme durch Verdunstung an die Luft ab, bevor es in den Fluß geleitet wird. Dabei gelangen in ihm enthalteneDesinfektionsmittel und Salze in den Fluß. Naß-K. haben den größtenWirkungsgrad, beeinflussen aber das Kleinklima durch Schwadenbildung negativ.

Diese werden bei den Trocken-K. vermieden. In Trocken-K. wird der geschlossene Kühlwasserkreislauf wie beim Autokühler mittels durchströmender Luft gekühlt und eine Belastung von Flüssen vermieden. Trocken-K. haben besonders bei warmem
Wetter einen schlechteren Wirkungsgrad, beeinflussen dafür aber mit Ausnahme ihres wuchtigen Erscheinungsbildes die Umgebung kaum. Trocken-K. sind nur bis zu einer Kraftwerksleistung von 300 MW elektrisch einsetzbar und werden bislang fast ausschließlich bei kleineren industriellen Kraftwerken eingesetzt, wo mit ihnen beträchtliche Wasserkosten gespart werden können. Bei großen Kraftwerken sind Trocken-K. größer und teurer in der Anschaffung als Naß-K..

Hier bietet sich eine Kombination aus Trocken- und Naß-K. an (Hybrid-K.). Sinnvoller wäre die Vermeidung von Großkraftwerken und eine Dezentralisierung der Energiegewinnung (Kraft-Wärme-Kopplung). Naß-K. werden in manchenKohlekraftwerken auch als Schornstein für Rauchgase mitgenutzt. Die Wasserdampfschwaden tragen die Rauchgase in große Höhen.

Siehe auch: Kraftwerk, Abwärme

Kraftwerke sind Anlagen, die aus verschiedenen Energieträgern Strom gewinnen.

Die meisten Kraftwerke arbeiten als Dampfkraftwerken. In Dampfkraftwerken wird durch Verbrennung fossiler Brennstoffe, Spaltung von Uran(Kernkraftwerk) oder Sonnenenergie(Solarkraftwerk) Wasser zu Wasserdampf erhitzt. Der Wasserdampf treibt zur Stromerzeugung Turbinen an und kondensiert schließlich wieder zu Wasser. Wird die in Kraftwerken zwangsläufig anfallende Abwärme als Fernwärme genutzt, spricht man von Kraft-Wärme-Kopplung und nennt eine solche AnlageHeizkraftwerk.

Dampfkraftwerke wandeln ca. 40 Prozent der eingesetzten Energie in Strom um, die restliche Energie geht als Abwärme verloren und belastet die Umwelt (Abwärme, Kühlturm). Bei der Stromverteilung treten zusätzliche Energieverluste auf (Hochspannungsleitung). In Heizkraftwerken werden 80-90 Prozent der Energieausgenutzt (Kraft-Wärme-Kopplung). Neben Dampfkraftwerken gibt es Kraftwerke, die ohne Erhitzung von Wasser Strom erzeugen. Bei Blockheizkraftwerken und Notstromdieselaggregaten wird ein Generator von einem Verbrennungsmotor betrieben. Wasserkraft- und Windkraftanlagen (Windenergie) nutzen die mechanische Energie von Wasser bzw. Wind zum Antrieb eines Generators.

Bei Gasturbinen treiben die Verbrennungsgase Turbine/Generator an. Besonders hohe Wirkungsgrade haben Kombikraftwerke, die Gas- und Dampfturbinen koppeln. Schließlich gibt es noch Photovoltaik-Kraftwerke, die Sonnenlicht direkt in Stromumwandeln (Solarzellen).

Durch den Einbau von Rauchgasentschwefelungsanlagen,Rauchgasentstickungsanlagen und Rauchgasentstaubungsanlagen konnten die Kraftwerksemissionen in den letzten Jahren deutlich reduziert werden (Großfeuerungsanlagenverordnung).

K. sind Kraftwerke Kraft-Wärme-Kopplung, bei denen Gas- und Dampf-Prozesse gekoppelt sind.

Dabei treiben die unter Druck stehenden Verbrennungsgase direkt eine Gasturbinean. Die in den Verbrennungsgasen verbleibende Wärme wird nach Austritt aus der Gasturbine zur weiteren Stromerzeugung in einer Dampfturbine genutzt, entweder durch direkte Dampferzeugung oder bei der Nutzung des Abgases als Verbrennungsluft. K. erreichen bei Erdgas- oder Heizöl-Feuerung elektrische Wirkungsgrade von über 50%, was deutlich über denen konventioneller Kraftwerke (30-40%) liegt.

Mit integrierter Vergasung können auch feste Brennstoffe, wie z.B. Kohle, Torf,

Holzoder Klärschlamm , im K. genutzt werden (Kohlevergasung). Kohle-K. sollen gegenüber konventionellen Kohlekraftwerken eine Reihe von Vorteilen aufweisen: höherer Wirkungsgrad der Stromerzeugung (45% statt ca. 35%), Schwefel kann im Brenngas als Schwefelwasserstoff abgeschieden und in elementaren Schwefelumgewandelt werden (kein Gipsanfall, Rauchgasentschwefelungsanlage),Stickoxidemissionen sollen bei nur 100 mg/m3 liegen. Erste Pilotanlagen sind in Deutschland in Planung.

siehe Solarthermische Anlage.

Siehe Sonnenkollektor.

Siehe Kohleumwandlung.

Unter K. - auch Kohleveredlung genannt - versteht man neben der Verkokung (Kokerei) alle Verfahren, durch die Kohle in flüssige oder gasförmige Energieträger umgewandelt wird.

Hierzu gehören Kohleverflüssigung undKohlevergasung. In
Deutschland lassen sich Brennstoffe wieGas oder Benzin durch K. auf absehbare Zeit nicht wirtschaftlich erzeugen bzw. ersetzen. Aus diesem Grunde wurden trotz erheblicher öffentlicher Mittel in den 70er- und 80er Jahren bislang keine großtechnischen, kommerziellen Anlagen zur K. realisiert. Die Kohleverflüssigung wurde komplett eingestellt, während dieKohlevergasung als integraler Bestandteil von Kombikraftwerken durchaus Zukunftschancen besitzt.

Wichtigste Umweltprobleme bei der K.:

- Schlechter Wirkungsgrad: Nur 50-60% der Energie der eingesetzten Kohle sind in den K.-Produkten enthalten.
- Emission von Schadstoffen: Bei der K. entsteht eine Vielzahl von festen, flüssigen und gasförmigen Nebenprodukten. Eine besondere Gefahr geht bei einigen Verfahren von den polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, z.B.Benzopyren, aus. Sie sind z.T. stark krebserregend und werden vonMikroorganismen schlecht abgebaut. Wegen fehlender Erfahrung mit großtechnischen K.-Anlagen ist bisher nur ungenügend bekannt, welche umweltbelastenden Stoffe bei K. auftreten und in welchem Umfang sie in die Umweltgelangen. Tendenziell entstehen bei der K. weniger Schwefeldioxid und Stickoxideals bei der Verbrennung von Kohle in Kraftwerken, dagegen erheblich mehrKohlenwasserstoffe.

In Kohlekraftwerken wird zur Stromerzeugung Braun- oder Steinkohle verbrannt (Kraftwerk, Kohle).

Kohlekraftwerke gehören immer noch zu den größten Luftverschmutzern in Deutschland (Schwefeldioxid, Stickoxide,Kohlendioxid). In Kohlekraftwerken ohne Abgasreinigung erzeugt Steinkohle bei gleicher Leistung mehr Schadstoffe als rheinische Braunkohle:

- SO₂: Wegen des höheren Schwefelgehalts der Steinkohle und der schlechteren Schwefeleinbindung in die Asche bis zum Zweifachen.
- NO_x: wegen der höheren Verbrennungstemperatur, v.a. bei der Schmelzfeuerung, bis zur zweifachen Menge.

Im Gegensatz zur rheinischen Braunkohleist die Braunkohle aus den neuen Bundesländern besonders schwefelhaltig.
Kohlekraftwerke können heute nicht mehr ohne aufwendige Abgasreinigung betrieben werden, da die Auflagen der Großfeuerungsanlagen-Verordnung und Folgebeschlüsse (Großfeuerungsanlagenverordnung) einzuhalten sind.

Braun- und Steinkohle-Kohlekraftwerke benötigen Rauchgasentstaubungs- undRauchgasentschwefelungsanlagen; während Braun-Kohlekraftwerke mit Hilfe von sogenannten Primärmaßnahmen die geforderten Stickoxidgrenzwerte z.T. unterschreiten (Stickoxidminderung), müssen Stein-Kohlekraftwerke stets auch über eine Abwärme an und belasten die Umwelt (Kühlturm). Um die Umsetztung der eingesetzten Primärenergie zu verbessern, kann die Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden. Hierbei wird die anfallende Abwärme zum Beispiel als Nah- oder Fernwärme verwendet und dadurch die Wirkungsbilanz deutlich verbessert.

Emissionen von Kohlekraftwerken im Vergleich: Kraftwerk, Fernwärme
Wiederholt wurde behauptet, daß von Kohlekraftwerken eine radioaktive Belastung ausgehe. Tatsächlich enthält Kohle in geringen Mengen radioaktive Substanzen (Uran, Thorium und Kalium; natürliche
Strahlenbelastung), die nach derVerbrennung mit der Flugasche in die Umwelt gelangen und sich am Bodenablagern. Da sich die Konzentrationen der radioaktiven Substanzen in Boden undFlugasche kaum unterscheiden, geht von der Flugasche jedoch keine zusätzliche radioaktive Belastung aus.

Etwa die Hälfte des deutschen Stromes wird aus Kohle gewonnen, Steinkohle undBraunkohle sind dabei in etwa gleich stark vertreten. Die heute bekannten Lagerstätten und Technologien haben eien Reichweite von etwa 300 Jahren.

Der Wirkungsgrad von modernen Kohlekraftwerken liegt bei etwa 40-45 Prozent, die hohe Zahl gilt für Kraftwerke, die mit modernen Dampfturbinen ausgestattet sind, deren Dampfeinlaßtemperatur 600 Grad erreicht. Das heißt: Mehr als 55 % der eingesetzten Energie in Form von Wärme können nicht genutzt werden und gehen über den Kühlturm verloren.

Ein höherer Wirkungsgrad kann durch die Erzeugung von heißem Gas aus einer Gasturbine erreicht werden.
Solche aus Gas- und Dampfturbine bestehenden Kraftwerke nennt man daher auch GuD-Kraftwerke (Gas- und Dampf-Kraftwerke).

Bei der Spaltung schwerer Atomkerne in zwei leichte Kerne werden große Mengen Energie in Form von Wärme frei.

Von besonderem Interesse sind Spaltstoffe wie Uran und Plutonium. Sie lassen sich durch Neutronen unter Energieabgabe spalten und geben gleichzeitig mehrere Neutronen ab, die neue K. auslösen können (Kettenreaktion). Die kleinste Spaltstoffmasse, die eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion in Gang setzt, ist die kritische Masse, bei Uran-235: ca. 50kg, bei Plutonium-239: ca. 5kg. Durch technische Maßnahmen kann die kritische Masse verringert werden.
Spaltstoffe werden in Atomwaffen (Kettenreaktion) und Kernreaktoren inKernkraftwerken (kontrollierte K.) eingesetzt.

Die bei der K. entstehenden Spaltprodukte sind radioaktiv und zerfallen unter Aussendung von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung (Radioaktivität). Insgesamt entstehen etwa 200 künstliche Radionuklide. Bei der K. von 1g Uran-235 wird dieselbe Energie frei wie bei der Verbrennung von 3t Steinkohle. Technische Nutzung und Umweltauswirkungen: Kernkraftwerk, Hochtemperaturreaktor, Schneller Brüter, Brennstoffkreislauf . Das Gegenteil der K. ist die Kernfusion.