Kohlekraftwerke: Wie funktionieren sie eigentlich?

Warum braucht man heute eigentlich noch ein Kohlekraftwerk? Das ist oft die erste Frage, die Gudrun Bode, Leiterin des Infozentrums Kraftwerk Moorburg, beantworten muss. Sie fasst die Antwort so zusammen: Viel Sonne, viel Wind – wenig Einsatz von konventionellen Kraftwerken; wenig Sonne, wenig Wind – größerer Einsatz konventioneller Energien.

Dann geht es aber auch schon zu den nächsten Fragen: Wie funktioniert eigentlich ein Kohlekraftwerk? Wie wird der Strom erzeugt? Was wird eigentlich für die Umwelt getan, um die Emissionen auf ein Minimum zu reduzieren? Und was passiert mit den Nebenprodukten?

So wird der Strom im Kohlekraftwerk erzeugt

In Moorburg wird die Steinkohle auf dem Seeweg über die werkseigene Kaianlage angeliefert. Die Schiffsentlader befördern die Kohle dann zunächst über die Förderbandanlage in die beiden abgedeckten Kohlekreislager. Geschlossene Rohrgurtförderer transportieren die Kohle entsprechend dem Bedarf aus den Kohlekreislagern in die Kesselhäuser; diese werden auch Dampferzeugergebäude genannt.

Im Dampferzeugergebäude wird die Kohle von den Kohlemühlen zu feinem Pulver zermahlen. Das Pulver wird in den Dampferzeuger eingeblasen und bei sehr hohen Temperaturen verbrannt. Die produzierte Wärmeenergie erhitzt das Wasser in den Heizflächen des Dampferzeugers.

Der so erzeugte Dampf wird mit hohem Druck und einer Temperatur von 600° Grad in den Hochdruckteil der Dampfturbine geleitet. Dieser Dampf strömt auf die Schaufeln der Turbine, so dass sich die Welle der Turbine mit hoher Geschwindigkeit zu drehen beginnt. Anschließend wird der Dampf dem Mitteldruck- und dann den Niederdruckteilen der Turbine zugeführt. In jedem Teil der Turbine wird die im Dampf enthaltene nutzbare Energie in mechanische Arbeit umgewandelt.

Nachdem der Dampf die Turbine durchströmt hat, wird er kondensiert, gereinigt und erneut im Kessel erhitzt. In einigen Kohlekraftwerken wird die anfallende Wärme unter anderem in das Fernwärmenetz der Stadt eingespeist. Auch das Kraftwerk Moorburg kann Kraft-Wärme-Kopplung betreiben. Ab Herbst wird hier eine Teilmenge der verfügbaren Wärme genutzt und als Prozessdampf an die benachbarte Holborn Europa Raffinerie GmbH geliefert. „Aus Klimaschutzgründen ist es sinnvoll, nicht nur den Strom, sondern auch die Wärme dort zu verwenden, wo sie anfällt – ob als Prozessdampf für die Industrie oder an anderen Stellen, so Gudrun Bode.

Der am Ende der Turbinenwelle installierte Generator erzeugt aus der gewonnenen mechanischen Energie, also den Drehbewegungen der Turbine, elektrische Energie. Dieser Strom wird über den Maschinentransformator an das 380-kV-Stromnetz abgegeben.

Die Kamine der Rauchgas-Entschwefelungsanlage des Kohlekraftwerks Moorburg, Foto: Vattenfall

Minimierte Emissionen

Für die Reinigung der Rauchgase, die bei dem Verbrennungsprozess entstehen, werden heute modernste Verfahren eingesetzt. So können Emissionen auf ein Minimum gesenkt werden.

• Zuerst reduziert ein Ammoniakwasser-Luft-Gemisch die Stickoxide zu Stickstoff und Wasserdampf.
• Nächster Schritt: Entstaubung. Hierbei trennen die Platten des Elektrofilters die Aschepartikel im Luftstrom fast vollständig ab.
• Zum Schluss passieren die Rauchgase die Entschwefelungsanlage. Dort wäscht ein Kalk-Wasser-Gemisch den Schwefel aus ihnen heraus. Übrig bleibt verwertbarer Gips.
• Dank modernster Reinigungstechnik bleibt die Anlage bei Staub, Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid 50 Prozent unter den Grenzwerten, bei Stickoxid sogar unter 65 Prozent.

Gips und Asche

Das Nebenprodukt Gips wird zum Beispiel von der Baustoffindustrie abgenommen und für die Herstellung von Gipskartonplatten eingesetzt. Auch die Asche wird weiter verwendet, u.a. als Zusatzstoff bei der Herstellung von Beton oder im Straßenbau.

Die Kühlung eines Kohlekraftwerks

Aus dem kalten Dampf in der Turbine muss im nächsten Schritt wieder Wasser werden. Nur dann wird im Kraftwerksprozess eine hohe Effizienz erreicht und damit Brennstoff und CO₂ eingespart. Für diese Kondensation, oder auch Kühlung, gibt es im Kohlekraftwerk verschiedene Möglichkeiten:

Zum einen nutzt man das Flusswasser zur Kühlung. In Moorburg wird für diese sogenannte Durchlaufkühlung Elbwasser benötigt. Da das genutzte Wasser leicht erwärmt wieder an den Fluss abgeben wird, regelt eine wasserrechtliche Erlaubnis die Grenzwerte für Einleittemperaturen – aber auch für den Sauerstoffgehalt.

Zum anderen gibt es die Möglichkeit, den Kraftwerksprozess über einen Kühlturm zu kühlen. Im diesem Fall wird der Verbrauch der Ressource Wasser auf ein Minimum beschränkt. Nachteil: Kühlturme sind meist sehr hohe – bis zu 200 Meter – Bauwerke, die innerhalb eines Stadtbildes meist nicht gern gesehen sind. Für das Kraftwerk Moorburg wurde daher ein Hybridkühlturm geplant, der sich mit seinen rund 60 Metern Höhe gut in die Hamburger Stadtsilhouette einpasst.

Schutz für die Fische

Ein Bündel verschiedener Maßnahmen sorgt dafür, dass bei der Entnahme des Kühlwassers aus der Elbe möglichst wenige Fische beeinträchtigen werden.

Gudrun Bodes Schlussfolgerung: „Ein so mit modernster Umwelttechnik ausgestattetes Kraftwerk wird helfen, erneuerbare und konventionelle Stromerzeugung sinnvoll miteinander zu verbinden, bis ganz Deutschland zuverlässig mit einer CO₂-armen Energieerzeugung versorgt werden kann.“

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Infozentrum Kraftwerk Moorburg: 040 570 11 32 00 oder moorburg@vattenfall.de

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