Erfahren Sie mehr über Stromerzeugung

Sie haben Fragen zur Stromerzeugung? Die Experten bei Cummins bieten eine Sammlung von einfachen Antworten und tieferen Einblicken, was die Stromerzeugung betrifft.

Was ist Power Generation?

Der Begriff Power Generation beschreibt die Stromerzeugung anhand verschiedener Arten von Technologien – einige wie Dampfkessel sind mehr als hundert Jahre alt, andere wie Windturbinen sind neuer. Tatsächlich sind Dampfkessel und Windmühlen sehr viel älter. Sie wurden ursprünglich erfunden, um Maschinen zu bewegen und Getreide zu zerkleinern, und das tun sie immer noch, nur werden sie heute hauptsächlich zur Stromerzeugung verwendet.

Die meisten Stromerzeugungsgeräte erzeugen Strom, indem sie einen Mechanismus in einer Lichtmaschine drehen. Wie der Mechanismus zum Drehen gebracht wird, hängt von der verwendeten Technologie ab.

 

Wie wird Elektrizität erzeugt?

In Kraftwerken und Stromgeneratoren wird viel Strom erzeugt. Wir sagten bereits, dass eine Drehbewegung auf eine Lichtmaschine übertragen wird und diese die Bewegung in Elektrizität umwandelt. Wie läuft das genau ab?

Eine Lichtmaschine ist einem Elektromotor sehr ähnlich. Elektromotoren verwenden Elektrizität, um einen Rotor zu drehen. Bei Lichtmaschinen ist es umgekehrt – anstatt mit Elektrizität Bewegung zu erzeugen, verwenden Lichtmaschinen Bewegung, um Elektrizität zu erzeugen. Tatsächlich können viele Motoren als behelfsmäßige Lichtmaschinen fungieren.

Lichtmaschinen bestehen aus zwei Teilen: einem Stator und einem Rotor. Der Rotor dreht sich in der Lichtmaschine und soll ein Magnetfeld erzeugen. Der Stator ist im Wesentlichen ein Kasten aus vielen Kupferwicklungen, die um einen hohlen Eisenkern gewickelt sind. Wenn sich der Rotor im Stator dreht, dreht sich auch sein Magnetfeld, und diese Drehung erzeugt einen elektrischen Strom in den Wicklungen des Stators. Dieser elektrische Strom wird gesammelt und an das Stromnetz gesendet.

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Wie funktioniert ein Power Generator?

Power Generators sind kleine, in sich geschlossene Kraftwerke, die um einen Kolbenmotor und eine Lichtmaschine herum gebaut sind. Motor und Lichtmaschine sind in der Regel in einem Gehäuse zusammengefasst, das je nach Strombedarf so groß wie ein Sattelschlepper oder klein wie ein Koffer sein kann. Es gibt Generatoren mit Motoren für verschiedene Kraftstoffe – Diesel, Benzin, Biokraftstoffe, Erdgas und mehr.

Größere Stromerzeuger werden in einer Vielzahl von Anwendungen und Branchen eingesetzt. Sie können als Primärstrom oder als Standby-Strom dienen. Militärstützpunkte in Gebieten ohne ein zuverlässiges Stromnetz sind beispielsweise für ihren gesamten Strombedarf häufig auf Generatoren auf der Basis angewiesen. In Gebäuden, in denen auch bei Stromausfall immer Strom verfügbar sein muss, werden Standby-Generatoren installiert. Rechenzentren und Krankenhäuser sind Beispiele für solche Gebäude, die Standby-Generatoren benötigen.

 

 

Arten von Kraftwerken

Es gibt viele Arten von Kraftwerken mit unterschiedlichen Technologien: Hubkolbenmotoren (manchmal auch als Verbrennungsmotoren bezeichnet), Dampfturbinen, Gasturbinen, Wasserturbinen, Windturbinen, Geothermie, Kernenergie und mehr.

Was sind Wasserkraftwerke und Windparks?

Wasserkraftwerke und Windparks sind technologische Cousins, da sie Strom ohne Treibstoff erzeugen, nur mit Wind- und Wasserströmungen.

Beide verwenden auch externe rotierende Turbinenschaufeln, um ein Drehmoment auf die rotierende Welle einer Lichtmaschine aufzubringen. Der Hoover-Staudamm zum Beispiel enthält ein bekanntes Wasserkraftwerk, das große Mengen Strom mit der potentiellen Energie erzeugt, die das Wasser beim Durchfließen des Staudamms freisetzt.

Bei Windkraftanlagen verfügt jeder Turm über einen Satz Turbinenblätter und eine Lichtmaschine, die die Windenergie entzieht und in Strom umwandelt.

 

Was sind Solarkraftwerke?

Solarstrom wird in Photovoltaikmodulen mithilfe von Sonnenlicht erzeugt, um die darin enthaltenen Siliziumzellen zu aktivieren. Wenn Photonen der Sonne auf die Siliziumzellen treffen, stoßen sie Elektronen aus den im Silizium vorhandenen Atomen heraus. Die Zellen sind so konstruiert, dass Elektronen nur in eine Richtung wandern können. Wenn also der Elektronenkollektor der Zelle mit einer elektrischen Last verbunden ist, reihen sich Elektronen auf, um aus der Zelle heraus und in die elektrische Last zu gelangen. Mit anderen Worten wird ein elektrischer Strom erzeugt.

Die Solarenergietechnik hat sich auf konzentrierte Solaranlagen mit Dampfturbinen ausgeweitet. In einigen Konfigurationen sind Spiegel um einen Turm herum angeordnet und die Reflexion wird auf einen Rezeptor an der Spitze des Turms gerichtet. Der Effekt ist dabei ähnlich wie bei der Konzentration von Sonnenstrahlen mithilfe einer Lupe, um ein Feuer zu entfachen. An der Spitze des Turms befindet sich ein Dampfkessel, aus dem heißer Dampf zu einer bodennahen Dampfturbine geleitet wird.

 

 

Was sind Geothermiekraftwerke?

Geothermische Kraftwerke haben Rohre, die tief in die Erde reichen, wo das Wasser durch die Wärme aus dem nahegelegenen Magma erhitzt wird. Das Wasser wird zu Dampf und dieser wird von einer Dampfturbine und einem Lichtmaschinenset zur Stromerzeugung verwendet. Ein Beispiel dafür, wie Wasser durch geothermische Aktivität in Dampf umgewandelt wird, sind die vielen heißen Geysire im Yellowstone-Nationalpark in Wyoming.

 

Was sind Gaskraftwerke?

In Gaskraftwerken, die auf eine Gasturbine angewiesen sind, läuft der Prozess so ab:

  1. Luft wird in einen Kompressor gesaugt, wo sie komprimiert wird.
  2. Die komprimierte Luft wird in eine Brennkammer geleitet, wo sie mit Brennstoff vermischt und das Luft-Brennstoff-Gemisch gezündet wird.
  3. Das aus der Verbrennung resultierende Druckgas bewirkt, dass sich die Turbinenschaufeln drehen.
  4. Wie bei Hubkolbenmotoren wird die Drehbewegung auf eine Lichtmaschine übertragen, die sie in Strom umwandelt.

Triebwerke arbeiten auf sehr ähnliche Weise, mit dem Unterschied, dass das Drehmoment die Fanschaufeln dreht und den Strahl antreibt.

Energiequellen: Was Sie darüber wissen müssen

 

Wie viele Formen von Energie gibt es? Was sind die wichtigsten Energiequellen? Einfache Antworten auf häufig gestellte Fragen rund um das Thema Energie.

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Was sind Dieselkraftwerke?

Dieselkraftwerke haben im Vergleich zu anderen Kraftwerken eine relativ kleinere Stromerzeugungskapazität. Diese Kraftwerke verwenden häufig Hubkolbenmotoren zur Stromerzeugung. Diese Hubkolbenmotoren sind mit Automotoren vergleichbar:

  • Luft tritt in einen Kompressor ein, wenn Kraftstoff eingespritzt wird.
  • Ein Kolben hebt und senkt sich, während das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt.
  • Der Kolben ist mit einer Kurbelwelle verbunden, die eine Drehbewegung erzeugt.
  • Die Drehbewegung wird auf eine Lichtmaschine übertragen, die die Bewegung in elektrischen Strom umwandelt.

Mit Hubkolbenmotoren betriebene Kraftwerke können tatsächlich eine Vielzahl von Brennstoffen verbrennen, darunter Erdgas, Schweröl und mehr.

 

Was sind Kohlekraftwerke?

In Kohlekraftwerken läuft der Prozess so ab:
 

  • Eine Brennstoffquelle wird angezündet, um Wasser in einem Kessel zu erhitzen.
  • Das erhitzte Wasser im Kessel wird zu Dampf.
  • Der Dampf bewirkt, dass sich die Schaufeln einer Dampfturbine drehen.
  • Diese Drehbewegung wird auf die Lichtmaschine übertragen, die Strom erzeugt.

Der Prozess ist in Kernkraftwerken der gleiche, nur wird das Wasser hier durch die Hitze bei der Spaltung von Uranatomen gekocht und nicht durch die Verbrennung von Brennstoff.

 

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Wie funktionieren Kernkraftwerke?

In Kernkraftwerken ist der Prozess der gleiche wie bei Dampfturbinen, nur wird hier das Wasser durch die Hitze bei der Spaltung von Uranatomen und nicht durch die Verbrennung von Brennstoffen zum Kochen gebracht.

In Kernkraftwerken findet die Kernspaltung in einem Reaktor oder mehreren Reaktoren statt. Große Uranatome werden in kleinere Atome gespalten, wobei eine enorme Energiemenge freigesetzt wird. Das Uran wird dem Reaktor in Form von Uranoxid-Pellets zugeführt, die in abgedichteten Metallrohren, sogenannten Brennstäben, zusammengestapelt sind. Die Brennstäbe werden in den großen, mit Wasser gefüllten Reaktorbehälter eingesetzt und unter Druck gesetzt. Sobald die Kernspaltung eingeleitet ist, erhitzen die Brennstäbe das im Reaktorbehälter vorhandene Wasser und erzeugen Dampf. Dieser Dampf dreht dann eine Dampfturbine und einen elektrischen Lichtmaschinensatz und erzeugt Strom.

An keinem Punkt des Prozesses sind fossile Brennstoffe beteiligt, sodass Atomkraftwerke keine CO2-Emissionen erzeugen. Jedoch verbleiben viele hochradioaktive abgebrannte Brennstäbe, deren Entsorgung ein Problem darstellt.

In den Vereinigten Staaten sind ungefähr 94 Kernreaktoren in 57 Kraftwerken und weltweit ungefähr 450 Reaktoren installiert (Stand: 2021).

 

GuD-Kraftwerke

Dampfturbinen können mit Gasturbinen ein „Kombikraftwerk” bilden, das die Abwärme der Gasturbine zur Dampferzeugung nutzt. Die Abwärme der Gasturbine erzeugt somit zusätzlich Strom. Deshalb haben GuD-Kraftwerke einen besseren Wirkungsgrad und eine höhere Leistung als einfache Kraftwerke.

Stromerzeugung: Der ultimative Leitfaden

 

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Stromerzeugung

Vorteile verschiedener Power Generation Technologien

Jede Art von Kraftwerk und Power Generation Technologie hat Vor- und Nachteile.

Kernkraftwerke produzieren viel Strom mit sehr wenig Brennstoff und fast ohne Emissionen, aber Atommüll stellt ein großes Problem dar, für das es noch keine Lösung gibt.

Gasturbinen erzeugen weniger Emissionen und sind effizienter als die meisten Kraftwerke auf Dampfturbinenbasis, sind jedoch in der Regel teuer in der Wartung. Sie laufen auch am besten mit Erdgas, das nicht überall verfügbar ist.

Hubkolbenmotoren sind sehr flexibel: Sie haben eine Schnellstart- und Schnellstoppfähigkeit, und sie können mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden, sind sehr effizient und relativ kostengünstig in Bau und Wartung.

Windturbinen und Solarmodule erzeugen keine direkten Emissionen und benötigen keinen Brennstoff, aber ihre Leistung ist variabel und manchmal unvorhersehbar – an einem windstillen Tag erzeugt ein Windpark nicht viel Strom.

Da der weltweite Wunsch nach sauberer Stromerzeugung und reduzierten Emissionen für zukünftige Generationen zunimmt, steigt auch der Wechsel zu sauberer, erneuerbarer Energie weiter. Bei so vielen Wind- und Solarparks am Stromnetz ist es wichtig, genügend flexible Kraftwerke zu haben, die schnell starten und stoppen können, um die Variabilität von Wind- und Solarstrom auszugleichen. Gasturbinen und Hubkolbenmotoren sind dafür gut geeignet und bei Energieversorgern beliebt.

 

Energiequellen für Power Generation

Alle Power Generation Systeme und Kraftwerke arbeiten, indem sie die in der jeweiligen Form verfügbare Energie in Strom umwandeln.

Solarmodule und Windparks wandeln die in ihrer Umgebung vorhandene Energie – Sonnenlicht und Wind – in Strom um. Ebenso gewinnen Wasserkraftwerke die potentielle Energie von aufgestautem Wasser oder die in Flüssen vorhandene kinetische Energie zur Stromerzeugung. Energie aus Wind, Sonne und Wasser gilt als erneuerbar, da ihre Quelle unerschöpflich ist, auch wenn ihre Verfügbarkeit von den Wetterbedingungen abhängt.

Andere Power Generation Technologien benötigen Brennstoff als Energiequelle. Fast alles, was verbrannt werden kann, wurde schon als Brennstoff zur Stromerzeugung verwendet. Es gibt Kraftwerke, die mit Hausmüll, Altreifen, Klärgas, Maisschalen, Industrieabfällen usw. betrieben werden. Der größte Teil des nicht erneuerbaren Stroms stammt jedoch aus der Kategorie fossiler Brennstoffe, darunter Kohle, Erdgas und Öldestillate wie Diesel.

Biokraftstoffe werden als Brennstoffkategorie immer wichtiger, da sie kohlenstoffneutral sind. Das bedeutet, dass der bei ihrer Verbrennung freigesetze Kohlenstoff nicht aus einer fossilen Quelle stammt. Biokraftstoffe werden aus organischen Materialien wie Energiepflanzen, landwirtschaftlichen Nebenprodukten oder sogar gebrauchtem Frittieröl hergestellt. Biokraftstoffe sind in fester, flüssiger und gasförmiger Form erhältlich, was zu einer Vielzahl von Anwendungen in der Stromerzeugung führt. Biodiesel beispielsweise ist ein weit verbreiteter flüssiger Biokraftstoff.

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