Was ist ein Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk & Block-Heizkraftwerk? (GuD-Kraftwerk: Aufbau und Funktion)

Описание: In diesem Video beschäftigen wir uns mit dem Aufbau und der Funktion einer Kombination von Gasturbinenkraftwerk und Dampfkraftwerk, das sogenannte GuD-Kraftwerk. Wir werden die Vor- und Nachteile beider Kraftwerkstypen kennenlernen und den großen Vorteil der Kombination beider Typen sehen. Zudem besprechen wir die Kraft-Wärme-Kopplung in Form von Heizkraftwerken bzw. Blockheizkraftwerken und der hieraus resultierende Vorteil.

Ein GuD-Kraftwerk kombiniert die Vorteile eines Gasturbinen- und eines Dampfkraftwerks, wodurch ein besonders effizienter und leistungsstarker Prozess entsteht. Im Dampfkraftwerk wird Wasser durch eine Speisepumpe unter Druck gesetzt und anschließend im Dampferzeuger erhitzt, verdampft und überhitzt. Der so entstandene Wasserdampf treibt die Turbinen an, welche den Generator zur Stromerzeugung antreiben. Nach der Turbine wird der Dampf im Kondensator abgekühlt und verflüssigt, wodurch der Kreislauf erneut beginnen kann. Dampfkraftwerke liefern bis zu 1000 MW Leistung und sind wetterunabhängig, was sie sehr zuverlässig macht. Allerdings erzeugen sie hohe CO₂-Emissionen und ihre Leistung lässt sich nur schwer an schwankende Anforderungen anpassen, weshalb sie vor allem für die Grundlast eingesetzt werden, also den kontinuierlich benötigten Strombedarf. Für Spitzenlasten, wie bei plötzlichem erhöhtem Bedarf, eignen sich Dampfkraftwerke weniger.

Gasturbinenkraftwerke hingegen sind flexibel und schnell hoch- sowie herunterfahrbar, was sie besonders für kurzfristige Einsätze bei Spitzenlasten geeignet macht. Der Prozess beginnt mit dem Ansaugen von Luft, die in mehreren Stufen verdichtet wird. Die dabei entstehende Wärme erhöht die Temperatur der Luft auf etwa 400 °C. Anschließend wird ein Brenngas wie Erdgas oder Biogas hinzugefügt und verbrannt, wodurch die Temperatur auf über 1200 °C steigt. Das entstandene Rauchgas treibt die Turbine an, die sowohl den Generator als auch den Verdichter selbst antreibt. Die Abgase verlassen die Turbine mit etwa 600 °C. Gasturbinen sind kompakt, benötigen weniger Platz und sind in der Anschaffung günstiger als Dampfkraftwerke. Allerdings erreichen sie einen geringeren Wirkungsgrad von rund 40 % und haben eine niedrigere maximale Leistung von etwa 300 MW.

Die Kombination von Gasturbinen- und Dampfkraftwerken im GuD-Kraftwerk maximiert die Effizienz. Hierbei werden die heißen Abgase der Gasturbine genutzt, um in einem Abhitzedampferzeuger Wasser zu erhitzen und einen Dampfturbinenprozess anzutreiben. Dabei treibt jede Turbine – aufgrund unterschiedlicher Drehzahlen – eigene Generatoren an. Dieser kombinierte Prozess erreicht einen Wirkungsgrad von etwa 60 % und reduziert so den Brennstoffverbrauch pro erzeugter Energieeinheit deutlich.

Ein weiterer Effizienzschub lässt sich durch die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) erreichen. Dabei wird die bei der Stromerzeugung entstehende Abwärme für Heizzwecke oder industrielle Prozesse genutzt. Bei Fernwärmesystemen etwa wird die Abwärme durch Rohrleitungen zu den Verbrauchern transportiert, wo sie Gebäude heizt oder Warmwasser aufbereitet. Aufgrund der unvermeidbaren Wärmeverluste ist die Reichweite solcher Netze jedoch auf etwa 20 km beschränkt. Auch in der Industrie findet die Abwärme Verwendung, beispielsweise als Prozesswärme in der chemischen Industrie. Durch die KWK kann ein Brennstoffausnutzungsgrad von bis zu 90 % erreicht werden, wodurch Kraftwerke, die dieses Prinzip anwenden, besonders nachhaltig und effizient arbeiten. Heizkraftwerke beruhen auf diesem Prinzip.

Eine kleinere Variante der Heizkraftwerke sind die sogenannten Blockheizkraftwerke (BHKWs). Diese versorgen einzelne Gebäude oder kleinere Einheiten unabhängig vom Stromnetz mit Strom und Wärme. Sie kommen in Krankenhäusern, Schwimmbädern, Mehrfamilienhäusern oder auch in Einfamilienhäusern zum Einsatz. Der Antrieb erfolgt meist über Verbrennungsmotoren, kleinere Gasturbinen oder Brennstoffzellen. Die Leistung reicht von wenigen Kilowatt bis zu mehreren Megawatt. Damit bieten BHKWs eine dezentrale und flexible Lösung für die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme.

Zusammengefasst kombiniert das GuD-Kraftwerk die hohe Leistung und Wetterunabhängigkeit von Dampfkraftwerken mit der Flexibilität von Gasturbinen und steigert durch die Kombination die Effizienz auf bis zu 60 %. In Verbindung mit der KWK können sogar 90 % der eingesetzten Energie genutzt werden, was sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bietet. Blockheizkraftwerke ermöglichen zudem eine flexible, lokale Versorgung mit Strom und Wärme und zeigen, wie vielseitig moderne Kraftwerkstechnologien eingesetzt werden können.

00:00 Aufbau und Funktion eines Dampfkraftwerks
01:08 Vor- und Nachteile von Dampfkraftwerke
02:30 Aufbau und Funktion einer Gasturbine
04:19 Vor- und Nachteile von Gasturbinenkraftwerke
05:05 Kombination von Gasturbine und Dampfkraftwerk
06:01 Kraft-Wärme-Kopplung (Heizkraftwerk)
07:54 Blockheizkraftwerk (BHKW)