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Der Dampfkessel kann sowohl mit konventionellen Brennstoffen wie Öl, Gas sowie Kohle oder aber auch nuklear in einem Kernkraftwerk beheizt sein. Heutige Dampfkessel können bis zu 830 kg Wasserdampf in der Sekunde erzeugen. Der Kondensator steht mit seiner Bauform als Rohrbündelwärmetauscher zumeist mit einem Kühlturm in Verbindung, über den die nicht mehr nutzbare Wärme des Dampfes mit Hilfe von Kühlwasser an die Umgebung abgegeben wird.
Diese Art der Nutzung der Wärmeenergie zur Stromerzeugung unterliegt den Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik, mit deren Hilfe auch eine Aussage über den Wirkungsgrad eines Dampfkraftwerkes gemacht werden kann. Moderne Dampfkraftwerke haben einen Wirkungsgrad von bis zu 45 %. Das heißt: Mehr als 55 % der eingesetzten Energie in Form von Wärme können nicht genutzt werden und gehen über den Kühlturm verloren. Nach der vom Bundesministerium für Wirtschaft in Auftrag gegebenen COORETEC-Studie können diese heutigen Wirkungsgrade durch konsequente Weiterentwicklung bis 2010 auf ca. 51 Prozent gesteigert werden.
Der Wirkungsgrad einer Dampfturbine hängt in erster Linie von dem Temperaturgefälle ab, das der Dampf durchläuft. Dies erklärt die beiden Bedingungen für eine effiziente Turbine:
- Eine möglichst hohe Dampftemperatur am Eintritt der Turbine,
- Eine möglichst niedrige Dampftemperatur am Austritt der Turbine.
Die Dampftemperatur am Eintritt lässt sich durch den Betrieb des Dampferzeugers gestalten. Eine weitere Steigerung dieser Temperatur am Überhitzer als stärkstes belastetes Teil scheitert zu Zeit an wirtschaftlichen Überlegungen, da in diesem Falle mit austenitischen Stählen sehr kostspielige Werkstoffe eingesetzt werden müssen.
Die Dampftemperatur am Austritt wird in erster Linie durch den Wärmeübergang an die Umgebung und damit durch den erreichbaren, möglichst niedrigen Druck beeinflusst. Zu diesem Zweck wird der Kondensator unter Vakuum gesetzt um die Siedetemperatur des Wasser auf 35°C herabzusetzen. Das Kühlwasser kühlt den Dampf nur um wenige Grad ab um den Aggregatszustandssprung von gasförmig nach flüssig einzuleiten. In der Praxis spielen dort zudem Verschmutzungen der Rohrbündel des Kondensators eine ganz entscheidende Rolle, denen beispielsweise mit dem Taprogge-Verfahren begegnet wird.
Um die Nutzung der eingesetzten Primärenergie weiter zu verbessern, kann eine so genannte Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden, das heißt auch die anfallende Abwärme wird weiterverwendet, zum Beispiel als Nah- oder Fernwärme.
Ein wesentlich höherer Gesamtwirkungsgrad kann auch durch die Nutzung von heißem Abgas aus einer Gasturbine anstatt der Verfeuerung von Kohle zum Verdampfen des Wassers erreicht werden. Solche aus Gas- und Dampfturbine bestehenden Kraftwerke nennt man daher auch GuD-Kraftwerke (Gas- und Dampf-Kraftwerke).
Weiterentwicklungen
In der Vergangenheit wurden immer wieder Überlegungen angestellt, das Arbeitsmittel Wasser durch andere verdampfende Stoffe im Dampfkraftwerk zu ergänzen. In erster Linie ist das Metall Quecksilber zu nennen, das in einen eigenen Dampfkreislauf zirkuliert, in einer eigenen Dampfturbine expandiert und danach seine Kondensationswärme in einem eigenen Kondensator an einen Wasserdampfkreislauf abgibt. Die höchsten Werte für den Quecksilberdampfkreislauf betrugen bei den ab 1914 in den USA ausgeführten Anlagen 10 bar und 500 °C.
Weiterhin wurden um 1980 Studien in Auftrag gegeben, die in analoger Weise Drei-Kreis-Systeme aus dampfförmigen Kalium, Diphenyl und Wasser beinhalteten. Jedes dieser Arbeitsmittel wirkt dabei auf eine eigene Dampfturbine. Trotz hoher Wirkungsgrade derartiger Prozesse hat man bislang wegen der hohen Kosten auf die Ausführung eines solchen Dampfkraftwerkes verzichtet.
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