Wenn du Wasser in einem Topf erhitzt …

Auch beim Kochen spielt der „Wirkungsgrad“ eine Rolle – je höher er ist, desto schneller kocht das Wasser. Bild: Photos.com
Auch beim Kochen spielt der „Wirkungsgrad“ eine Rolle – je höher er ist, desto schneller kocht das Wasser. Bild: Photos.com

Vielleicht seid ihr beim Lesen in einigen Artikeln über das Wort „Wirkungsgrad“ gestolpert. Aber was versteht man eigentlich darunter? Der Wirkungsgrad eines Kraftwerks – ganz genau genommen der „elektrische Wirkungsgrad“ – gibt an, wie viel Prozent der eingesetzten Energie in Strom umgewandelt wird. Denn das passiert nur mit einem Teil der Energie. Der Rest – und zwar ziemlich viel – geht im Prozess als Abwärme verloren. Leider meist ungenutzt …

Wie kann die eingesetzte Energie besser genutzt werden? Bild: Photos.com
Wie kann die eingesetzte Energie besser genutzt werden? Bild: Photos.com

Das mit dem Wirkungsgrad kannst du dir so vorstellen: Wenn du einen Topf mit heißem Wasser auf den Herd stellst, muss erst einmal die Platte heiß werden, damit sie dann wiederum den Topf erhitzen kann. Erst danach gelangt die Wärme ins Wasser. Nimmt man anschließend den Topf vom Herd, steckt in der Platte noch jede Menge Restwärme – verlorene Wärme. Und auch der Topf hat sich erhitzt, und nicht nur das Wasser darin. Also: Eigentlich wolltest du Wasser erhitzen – aber die Energie ist zum Teil auch in andere Dinge geflossen, die danach einfach wieder abkühlen. Nutzt du dagegen einen Wasserkocher, dann wird erstens das Wasser direkt über eine Heizspirale erwärmt. Und zweitens nimmt das Kunststoffmaterial des Kochers nicht viel Wärme auf. Der Wirkungsgrad des Wasserkochers ist also höher.

Aber es geht hier eigentlich nicht um Wasserkocher und Töpfe. Also gleich weiter zum Kraftwerk: Je höher der Wirkungsgrad eines Kraftwerks ist, desto besser! Um den Strombedarf eines Landes zu decken, muss dann weniger Kohle verfeuert werden – und das entlastet die Umwelt. In Deutschland wandeln die Kohlekraftwerke im Durchschnitt nur 38 Prozent der eingesetzten Energie tatsächlich in Strom um. Ziel der Forschung ist es, den Wirkungsgrad weiter zu steigern – vielleicht sogar auf rund 50 Prozent und mehr.

Entscheidend für einen höheren Wirkungsgrad von Kraftwerken ist der heiße Dampf, der die Turbine antreibt. Je heißer er wird, desto rascher kann er sich ausdehnen und umso mehr Energie gibt er an die Turbinenschaufeln ab. Allerdings verlangen solch hohe Temperaturen widerstandsfähige Materialien, deren Entwicklung sehr anspruchsvoll ist.

Verschiedene Kraftwerke, verschiedene Wirkungsgrade

Kernkraftwerke sind übrigens die Verlierer, wenn es um den Wirkungsgrad geht. Der liegt bei ihnen nur bei 35 Prozent.

Die neuesten Kohlekraftwerke erreichen einen Wirkungsgrad von fast 40 Prozent. Aber auch hier verpufft der Rest als Abwärme durch Schornsteine oder Kühltürme – eine Verschwendung an ungenutzter Energie.

Der Wirkungsgrad bei „normalen“ Kraftwerken kann noch verbessert werden. Bild: BMU (H.-G. Oed)
Der Wirkungsgrad bei „normalen“ Kraftwerken kann noch verbessert werden. Bild: BMU (H.-G. Oed)

Einen ähnlichen Wert erreichen auch Kraftwerke, die mit Gasturbinen betrieben werden – meist unter Nutzung von Erdgas. Und ihre Abgase sind auch noch sehr heiß, wenn sie die Turbine verlassen. Abgase, die man sinnvoll nutzen könnte … Und zwar in einem Gas- und Dampf-Kraftwerk – kurz GuD. Das funktioniert so: Die heiße Luft aus der Gasturbine wird genutzt, um Wasser für die nachgeschaltete Dampfturbine zu erhitzen. Wenn man eine Gasturbine auf diese Weise mit einer Dampfturbine verknüpft, erreicht diese Verbindung sogar einen Wirkungsgrad von 60 Prozent. Damit ist das GuD-Kraftwerk zurzeit der Gewinner unter den fossil betriebenen Anlagen. Auch wenn auf die Dauer gesehen nur erneuerbare Energien die Lösung für die Zukunft sein können.

Nutzt man die Abwärme der Kraftwerke, so spricht man vom „KWK-Betrieb“ – die Abkürzung steht für Kraft-Wärme-Kopplung. Insbesondere in kleineren Kraftwerken in der Nähe von Städten oder Industriebetrieben wird ein Teil der „überflüssigen“ Wärme als Fernwärme an die umliegenden Wohnungen oder Firmen weitergeleitet. Betrachtet man nicht nur die Stromerzeugung, sondern auch diese zur Heizung genutzte Wärme, so ist der gesamte „Nutzungsgrad“ solcher Anlagen erfreulich hoch: Hier kann die eingesetzte Energie insgesamt durchaus zu 80 Prozent genutzt werden.