Heizkraftwerk

Heizkraftwerk, Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme aus fossilen Energieträgern. Heizkraftwerke sind eine Sonderform der Dampfkraftwerke. In ihnen wird durch Kraft-Wärme-Kopplung ein höherer Wirkungsgrad als in herkömmlichen Kraftwerken erreicht.

Dampfkraftwerke sind solche Kraftwerke, in denen aus Wasser durch Erhitzen Dampf erzeugt wird. Der Wasserdampf treibt Turbinen an, die wiederum elektrischen Strom erzeugen. Die Energie hierfür stammt bei Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, aus der in der Kohle, dem Erdöl oder Erdgas (siehe Brenngas) enthaltenen Energie. Neben fossilen Brennstoffen besteht mittlerweile auch die Möglichkeit, aus Holz die notwendige Energie zu gewinnen. In diesem Zusammenhang stellten im März 1998 Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Oberhausen) einen neuartigen Holzvergaser der Öffentlichkeit vor. Im Mittelpunkt der Anlage steht ein Wirbelschichtreaktor, in dem aus Holzschnitzeln ein brennbares Gasgemisch erzeugt wird. Dieses Gas gelangt anschließend in das angekoppelte Kraftwerk. Weil die Energie aus fossilen und natürlichen Brennstoffen praktisch die ursprüngliche Energieform ist, wird sie auch als Primärenergie (lateinisch primus: der Erste) bezeichnet.

In herkömmlichen Dampfkraftwerken werden nur etwa 30 bis 40 Prozent der Primärenergie tatsächlich in elektrischen Strom umgewandelt. Die restlichen 60 bis 70 Prozent gehen als Abwärme durch den Kühlturm verloren. Heizkraftwerke sind ebenfalls Dampfkraftwerke, in denen fossile Brennstoffe verfeuert werden. Der dabei erzeugte Dampf wird bei ihnen allerdings nur zu etwa 30 Prozent zur Stromgewinnung verwendet. Die restliche Wärme wird zu Beheizungszwecken oder zur Warmwasserbereitung ausgenutzt. Diesen Prozess nennt man Kraft-Wärme-Kopplung. Heizkraftwerke erzeugen durch die Kraft-Wärme-Kopplung weniger Strom als herkömmliche Kraftwerke. Sie haben aber einen erheblich höheren Wirkungsgrad, denn sie nutzen gut 80 Prozent der eingesetzten Primärenergie: Zusätzlich zum erzeugten Strom werden etwa 50 Prozent der Primärenergie als Wärme erhalten.

Die in Heizkraftwerken erzeugte Wärme wird meist in ein Fernwärmenetz eingespeist. Hier sind bei längeren Transportwegen große Verluste zu erwarten. Aus diesem Grund sind Heizkraftwerke maximal 40 Kilometer von den beheizten Gebäuden entfernt.

Wegen ihres hohen Wirkungsgrades ist der Betrieb von Heizkraftwerken eine resourcenschonende Möglichkeit, Strom zu erzeugen. Allerdings bleiben die prinzipiellen Probleme der Verfeuerung fossiler Brennstoffe bestehen: Es wird Kohlendioxid erzeugt, das für den Treibhauseffekt verantwortlich ist, und die Verbrennungsabgase müssen gereinigt werden (siehe Rauchgasreinigung; Entschwefelung).

Eine Möglichkeit Schadstoffemissionen drastisch zu verringern könnte eine neuartige Turbine bieten. Britischen Technikern gelang es 1999, einen Prototyp aus einer speziellen Nickellegierung zu konstruieren, der Temperaturen um 750 °C mühelos standhält. Die neue Konstruktion verträgt damit eine nahezu 50 Prozent höhere Betriebstemperatur als herkömmliche Stahlturbinen. Durch die höhere Temperatur ließe sich die Schadstoffentwicklung stark reduzieren und die Arbeitseffizienz steigern.

Man unterscheidet Heizkraftwerke mit etwa 7 000 Megawatt Leistung und die kleineren Blockheizkraftwerke mit Leistungen von 100 Kilowatt bis 10 Megawatt. In Blockheizkraftwerken werden die Generatoren zur Stromerzeugung direkt von Verbrennungsmotoren angetrieben, wobei natürlich kein Dampf entsteht. Als Wärmequelle dient hier die Motorwärme. Sie wird meist zur Beheizung von einzelnen Wohnblocks eingesetzt. Die Blockheizkraftwerke sind ein Beispiel für die Vorteile der dezentralen Energieversorgung. Zusätzlich zu ihrem hohen Wirkungsgrad sind bei ihnen die Energieverluste wegen der räumlichen Nähe von Erzeuger und Verbraucher nur gering.

Siehe auch Wasserkraft; Stromversorgungsnetze; Weltenergieversorgung