Zusammenfassung
Die Entwicklung der Wärmekraftwerke von den Anfängen am Ende des 19. Jahrhunderts bis zur heutigen Form lässt sich in ausgeprägte Entwicklungs- und Zeitabschnitte unterteilen:Die Unterteilung erschließt sich zurückschauend aus technischen Neuerungen, aber auch aus einschneidenden wirtschaftlichen Gegebenheiten, wie sie jeweils durch die beiden Weltkriege des vergangenen Jahrhunderts in Erscheinung traten. In den daran beteiligten Ländern kam es zu Kriegszeiten praktisch zu einem Stillstand der Entwicklung, da alle Kräfte von den Kriegsbedürfnissen in Anspruch genommen waren. Die Möglichkeit der Unterteilung in Entwicklungsschritte ist auch ein Hinweis darauf, dass die Ausformung unserer modernen Technik ein überwiegend allmählicher, evolutionärer Prozess ist. Besonders deutlich kann dies anhand der Entwicklung der mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampfkraftwerke gezeigt werden.
In fossil gefeuerten Dampfkraftwerken wird die latent gebundene chemische Energie eines Brennstoffs zunächst in Wärme eines lediglich als Transportmittel dienenden Gases umgewandelt. Die als Wärme transportierte Energie wird im Dampferzeuger an das eigentliche Arbeitsmittel übertragen, welches seinen Aggregatzustand von flüssig in gasförmig ändert und mit hohem Druck und hoher Temperatur zur Turbine strömt. Dort wird die Wärme hoher Temperatur des Arbeitsmittels in mechanische Energie und Wärme geringer Temperatur umgewandelt. Die mechanische Energie wird im Generator schließlich in elektrische Energie umgewandelt, vgl. Abb. 3.1.
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Notes
- 1.
Ein von Hans Caspar Escher und Salomon von Wyss 1805 in Zürich als Baumwollspinnerei gegründetes und zu einer Maschinenfabrik ausgebautes Unternehmen. Escher Wyss & Cie entsprangen wegweisende Innovationen auf den Gebieten der Wasserkraftnutzung, des Dampfturbinenbaus, der Hydraulik und der Papierherstellung. Im Zuge des tiefgreifenden Strukturwandels wurden in der Zeitspanne von 1970 bis 1980 die Geschäftsbereiche der Escher Wyss & Cie. von anderen Gesellschaften übernommen.
- 2.
Wilhelm Schmidt, genannt „Heißdampf-Schmidt“ (1858–1924), Erfinder und Gründer der Schmidtschen Heißdampfgesellschaft. Schmidt führte die Überhitzung in die Dampftechnik ein 27; .
- 3.
TRD: Technische Regeln für Dampfkessel. Technische Regeln sind Vorschriften, die einen Weg zur Einhaltung eines Gesetzes bzw. einer Verordnung für einen technischen Ablauf weisen. Werden diese Regeln eingehalten, ist davon auszugehen, dass der technische Ablauf dem Stand der Technik entsprechend erfolgt. Im Fall eines Unfalls kann damit nachgewiesen werden, dass keine Fahrlässigkeit vorlag.
- 4.
Die von den Feuerstätten ausgehende Rauchbelästigung wurde als so schlimm empfunden, dass der VDI in seiner 31. Hauptversammlung 1890 einen mit der damals hohen Summe von 8 000 Mark dotierten Preis für eine Abhandlung zur Erzielung einer rauchfreien Verbrennung ausschrieb, 20; .
- 5.
Eckley Brinton Coxe (1835–1895) amerikanischer Ingenieur.
- 6.
Carl-Gustav de Laval (1845–1913), schwedischer Ingenieur, Erfinder der Milchzentrifuge und der Laval-Düse. Mit einer Lavaldüse können Gase auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden.
- 7.
Charles Algernon Parsons (1854–1931), englischer Ingenieur und Unternehmer.
- 8.
Christian Schiele (1832–1869).
- 9.
Um 1920 gab es allein in Deutschland ca. 20 Hersteller von Dampfturbinen. Eine ausführliche Darstellung der wichtigsten Bauarten findet sich in 25; .
- 10.
Auguste Rateau (1863–1930), französischer Turbinen-Ingenieur.
- 11.
Charles Gordon Curtis (1860–1953), amerikanischer Ingenieur, Erfinder und Patentanwalt.
- 12.
Ludwig Roebel (1878–1934), deutscher Elektrotechniker und Erfinder, Dr.-Ing. E.h. der Technischen Hochschule Danzig (1933). Roebel studierte an der TH München Elektrotechnik. Danach arbeitete er von 1905–1908 bei den Siemens-Schuckert-Werken und danach bei der Brown, Boveri & Cie in Mannheim.
- 13.
Samuel Insull (1859–1938) war ein enger Mitarbeiter von Edison. Auf Betreiben der Geldgeber Edisons wurden 1889 die Edison gegründeten Firmen zur Edison General Electric zusammengeführt. Bis 1892 war Insull Vice-President dieser Gesellschaft und wechselte 1892 als President zur Chicago Edison Co, die seit 1885 im Zentrum von Chicago eine Zentralstation betrieb.
- 14.
Hugo Stinnes (1870–1924), deutscher Industrieller und Politiker. Er gründete 1892 die Hugo Stinnes GmbH, auf deren Basis er nach dem 1. Weltkrieg ein Konglomerat aus Montan-, Industrie- und Handelsfirmen schuf. Er war zu seiner Zeit der einflussreichste Industrielle Deutschlands.
- 15.
August Thyssen (1842–1926), deutscher Industrieller, er gründete 1867 ein Walzwerk in Duisburg und entwickelte nach 1871 einen der größten vertikal gegliederten Konzerne der Montan-, Eisen-, Stahl- und Maschinenindustrie im Deutschen Reich.
- 16.
Georg Klingenberg (1870–1925) war ab 1902 Leiter der Sektion Zentralstationen und Vorstandsmitglied der AEG, er wurde durch seine innovativen Konzepte für den Kraftwerksbau international bekannt. Unter seiner Leitung plante und baute die AEG zwischen 1893 und 1925 mehr als 70 Kraftwerke.
- 17.
Friedrich von Hefner-Alteneck (1845–1904), Mitarbeiter von Werner von Siemens. Erfinder des Trommelankers für elektrische Maschinen. Diese Konstruktion ist noch heute gebräuchlich.
- 18.
Bernhard Goldenberg (1872–1917) war 1903 bis 1917 Vorstand der RWE. Unter seiner Leitung wurden im Rheinland die ersten Braunkohlekraftwerke geplant und gebaut. Das Kraftwerk in Köln-Knapsack ist nach ihm benannt.
- 19.
KSG steht für: Kohlenscheidungs-Gesellschaft, eine der Pionierfirmen bei der Einführung der Kohlenstaubfeuerungen und der Nasskohlenfeuerung von Braunkohlen.
- 20.
Der Unterschied zwischen Verschlackung und Verschmutzung besteht in der Struktur der Ansätze. Sind sie hart und durchgeschmolzen, so werden sie Verschlackung genannt. Bestehen sie aus angelagerten Ascheteilchen, die ihre Struktur nicht geändert haben, so spricht man von Verschmutzung.
- 21.
Die erste Theorie der Verbrennung eines Kohlekorns in einer Staubfeuerung wurde 1922 von Nusselt dargestellt 55; .
- 22.
Friedrich Münzinger (1884–1962) studierte an der TH Berlin Maschinenbau Dipl.-Ing. (1910), Dr.-Ing. (1913); er war von 1913 bis 1953 an der Planung und dem Bau aller von AEG errichteten Kraftwerken beteiligt. Er verfasste das erste deutschsprachige Lehrbuch zu Kernreaktoren 54; .
- 23.
Diese Kesselbauart wurde von Wilhelm Schmidt, der zuvor die Überhitzung in den Kesselbau eingeführt hatte, und seinem Mitarbeiter Otto H. Hartmann (1878–1954) entwickelt 40; .
- 24.
Stephan Löffler (1877–1929), Chefkonstrukteur bei den Witkowitzer Eisenwerken im damaligen Mährisch-Ostrau in Mähren.
- 25.
Einheit für die elektrische Leitfähigkeit: 1 Siemens \(=\) 1 S \(=\) 1 [\(\Upomega^{-1}\) m\({}^{-1}\)].
- 26.
Bei der Wasseraufbereitung werden als Ionenaustauscher Stoffe verwendet, die aus einem im Wasser unlöslichen Grundgerüst mit daran befindlichen aktiven Gruppen bestehen, welche die Fähigkeit haben, die im Wasser gelösten Ionen durch andere Ionen gleicher Ladung zu ersetzen. Die aktiven Gruppen haben beim Kationen-Austauscher den Charakter einer Säure und beim Anionen-Austauscher den einer Lauge.
- 27.
Ohm, Georg Simon (1787–1854) war ein deutscher Physiker, er entdeckte 1827 das heute nach ihm benannte „Ohmsche Gesetz“. Erst nachdem ihm 1841 die Royal Society, London eine Ehrenmedaille verliehen und ihn 1842 zum Mitglied ernannt hatte, wurde ihm auch im eigenen Land Anerkennung zuteil. 1849 erhielt er durch Ludwig I von Bayern die angestrebte Stellung eines Professors an der Universität München.
- 28.
Fritz Marguerre (1878–1964) studierte in Aachen und Karlsruhe Elektrotechnik Dipl.-Ing (1901), Dr.-Ing. (1903). Von 1923 bis 1950 war er Technischer Direktor des Großkraftwerks Mannheim. In Würdigung seiner Verdienste um den Hochdruckdampf wurde ihm von der TH Karlsruhe der akademische Grad eines Dr.-Ing. E. h. verliehen, 1954 wurde er Ehrenbürger der Stadt Mannheim.
- 29.
Otto Schöne (1888–1959) nach einer Lehre als Maschinenschlosser erwarb er nach einem Studium des Maschinenbaus an der Höheren Maschinenbauschule in Breslau und der TH Berlin den Grad eines Diplom-Ingenieurs. Als Ingenieur bei der „Ilse Bergbau AG Senftenberg“, plante und errichtete er 1927 ein Hochdruckkraftwerk mit einem Druck von 120 at. Mit einer Arbeit über „Industrielle Dampfkraftwerke“ habilitierte er 1932 an der Fakultät für Maschinenwesen der TH Berlin und wurde dort 1934 zum Professor für Wärmelehre ernannt.
- 30.
Walter Douglas LaMont (1889–1942), US-amerikanischer Marine-Ingenieur und Erfinder, US Patent 2201.627 aus dem Jahr 1933
- 31.
Mark Benson wurde 1890 in Schluckenau, Nordböhmen, als illegitimer Sohn eines Habsburgers unter dem Namen Müller geboren, dem Mädchennamen seiner Mutter. Nach einem Physik- und Chemiestudium ging er noch vor dem Ersten Weltkrieg nach London und nahm dort den Namen Mark Benson an. Vermutlich zu Beginn des Krieges ging er in die USA, wo er in der Chemischen Industrie und der Ölindustrie tätig war. Er verstarb Ende der 50er Jahre des vergangenen Jahrhunderts in Hollywood.
- 32.
Hans Gleichmann (1879–1945) war der Promotor für die technische Entwicklung der Benson-Kessel im Hause Siemens. Er ist der Schöpfer des Benson-Kessels wie wir ihn heute kennen.
- 33.
Erfinder der Drehstrommaschine war Friedrich August Haselwander (1859–1932), badischer Ingenieur und Elektrotechniker.
- 34.
der Ausdruck „ppm: part per million“ steht für die Zahl \(10^{-6}\)
- 35.
Zum Vergleich: der natürliche Kohlenstoffkreislauf, der Träger der Energie in der Biosphäre, hat eine Größenordnung von \(77\cdot 10^{12}\) kg C pro Jahr.
- 36.
Ein Reinigungsverfahren, bei dem in einem strömenden Gase enthaltene Staubteilchen elektrisch aufgeladen und an Metallteilen (Drähten oder Blechen) abgeschieden werden. Die Abscheidung von Staubteilchen mittels elektrischer Felder wurde 1824 von M. Hohlfeld beschrieben, einem Leipziger Gymnasiallehrer. Die Umsetzung in einen technischen Prozess gelang 1906 dem US-amerikanischen Chemiker Frederik Gardner Cottrell (1877–1948).
- 37.
Stand der Technik ist der Entwicklungsstand fortschrittlicher Verfahren und Einrichtungen, der die praktische Eignung einer Maßnahme zur Begrenzung der Emissionen gesichert erscheinen lässt. In begründeten Fällen können auch noch nicht für den jeweiligen Anwendungsfall abschließend betriebserprobte Maßnahmen als dem Stand der Technik entsprechend angesehen werden.
- 38.
Erfinder der Gasturbinen heutiger Bauform ist Franz Stolze (1836–1910), der 1904 in Berlin-Weißensee seine „Feuerturbine“ in Betrieb nahm. Diese bestand aus der Kombination eines vielstufigen axialen Turboverdichters mit einer Turbine mit „innerer“ Verbrennung 82; .
- 39.
Die Turbineneintrittstemperatur lag 1970 bei mit Erdgas gefeuerten Turbinen bei 900 °C, 1980 bei 1 060 °C und 2000 bei 1 200 °C. Die Einheitsleistung hat im Zeitraum von 1970 bis 2000 von 50 MW auf 250 MW zugenommen.
- 40.
Franz-Josef Strauß (1915–1988), deutscher Politiker. Er sagte in einem Rundfunkinterview vom 21.10.1955: „Ich persönlich bin der Überzeugung, dass die Nutzung der Atomenergie für wirtschaftliche und wissenschaftliche Zwecke denselben Einschnitt in die Menschheitsgeschichte bedeutet wie die Erfindung des Feuers für die primitiven Menschen.“.
- 41.
Die Suezkrise entzündete sich durch die Verstaatlichung der sich mehrheitlich im britisch-französischem Besitz befindenden Suezgesellschaft. Daraufhin versuchten im Oktober 1956 britische, französische und israelische Soldaten die Kanalzone des Suez-Kanals zu besetzen. Die USA und die Sowjetunion brachten den britisch-französisch-israelischen Angriff vor die Vereinten Nationen. Die Invasionstruppen mussten noch im Dezember 1956 wieder abziehen.
- 42.
Es war der dritte israelisch-arabische-Krieg. Unter Führung von Gamal Abdel Nasser, dem Präsidenten der Vereinigten Arabischen Republik (VAR), einem Zusammenschluss von Ägypten und Syrien, kam es zu einem Militärverbund zwischen der VAR, Jordanien und dem Irak. Im Mai 1967 wurden ägyptische Soldaten und Kriegsgerät im Zuge eines Airlifts nach Jordanien verlegt. Am 5. Juni 1967 reagierte Israel mit einem Angriff und zerstörte die Luftstreitkräfte des arabischen Militärverbunds am Boden. Bis zum 8. Juni hatte die israelische Armee den Sinai durchquert und die Golanhöhen besetzt. Noch im Juni 1967 wurde ein Waffenstillstand ausgehandelt. Danach kontrollierte Israel den gesamten Sinai bis zum Ostufer des Suezkanals, die Golanhöhen, das Westufer des Jordan und Ostjerusalem 109; .
- 43.
Es war dies der vierte arabisch-israelische-Krieg. Er begann am 3. Oktober 1973, dem jüdischen Versöhnungstag Yom-Kippur, mit einem Überfall ägyptischer Truppen auf den Sinai und syrischer Truppen auf den Golanhöhen. An den ersten beiden Tagen rückten die ägyptischen und syrischen Truppen vor. Danach wendete sich das Kriegsglück zugunsten Israels, das zunächst seine Truppen mobilisieren musste. Nach der 2. Woche waren die Syrer auf den Golanhöhen zurückgedrängt, auf dem Sinai hatte die israelische Armee zwei ägyptische Armeen eingeschlossen, konnte den Suez-Kanal überschreiten und eine dritte ägyptische Armee einschließen. Durch Vermittlung der USA, der Sowjetunion und der UN kam es am 24. Oktober 1973 zu einem Waffenstillstand 96; . Die Araber hatten den Angriff auf den Yom-Kippur Tag gelegt, um Israel zu überraschen, wenn es am wenigsten vorbereitet wäre.
- 44.
OPEC: Organisation erdölexportierender Länder, gegründet 1960 von Iran, Irak, Kuwait, Saudi-Arabien und Venezuela.
- 45.
Den „Sieben Schwestern“ : BP, Exxon, Mobil, Chevron, Texaco, Gulf und Shell.
- 46.
Mohammad Reza Pahlevi (1918–1980) legte am 17. September 1941 vor dem iranischen Parlament den Amtseid ab; am 16. Januar 1979 verließ er sein im Aufruhr befindliches Land – die islamische Revolution hatte begonnen.
- 47.
Ruholla Musavi Khomeini (1902–1989) islamischer Rechtsgelehrter, studierte und unterrichtete bis 1963 an der Islamischen Azad-Universität in Ghom, Iran. Politischer und spiritueller Führer der Islamischen Revolution (1978–1979) und Gründer der Islamischen Republik Iran.
- 48.
Sadam Hussein (1937–2003) regierte von 1978 bis 2003 den Irak als Diktator.
- 49.
Austenit, genannt nach dem englischen Forscher Sir William Chandler Austen (1843–1903). Austenitische Stähle enthalten große Anteile an Mangan, Nickel und Kobalt und nur diese Elemente machen einen Stahl austenitisch. Alle anderen Elemente machen einen Stahl „ferritisch“ . Austenitische Stähle sind hochwarmfest. Der erste Einsatz eines austenitischen Stahls in einem Kraftwerk erfolgte 1951 bei der Firma Bayer 147; .
- 50.
Zum Vergleich: Der natürliche Kohlenstoffkreislauf, der Träger der Energie in der Biosphäre, hat eine Intensität von \(77\cdot 10^{9}\) t C pro Jahr, was einem CO\({}_{2}\) Kreislauf von rd. \(280\cdot 10^{9}\) t pro Jahr entspricht; in der Atmosphäre befinden sich rund \(3\,000\cdot 10^{9}\) t CO\({}_{2}\). Bei Nutzung aller bekannten Brennstoffvorräte mit der gegenwärtigen Technik würde sich der CO\({}_{2}\) Gehalt der Atmosphäre vervierfachen.
- 51.
Das CO\({}_{2}\) ist Teil des Energiekreislaufs der Biosphäre, es ist überall präsent und in geringen Mengen für luftatmende Lebewesen unschädlich, hoch konzentriert wirkt es aber erstickend. Das potentielle Risiko eines CO\({}_{2}\)-Speichers besteht deshalb nicht in einer geringen Leckage, sondern im plötzlichen Ausbruch großer Mengen. Beispiel für die Gefährlichkeit eines plötzlichen CO\({}_{2}\) Ausbruchs ist ein Naturereignis, das sich 1986 am Nyos-See in Kamerun ereignete. Durch eine tektonische Störung wurden aus dem See, der den Krater eines vor geologischen Zeiten erloschenen Vulkans ausfüllte, einige 100 000 m\({}^{3}\) CO\({}_{2}\) frei. Das Kohlendioxid, das eine höhere Dichte als Luft hat, floss durch zwei Täler bergab, es erstickte 1746 Menschen und viele Tiere 131; .
- 52.
Zum Vergleich: Um auch nur 3 % des im Jahr 2010 global emittierten CO\({}_{2}\) einzuschließen, müssten 915 Mio t verpresst werden.
- 53.
In der Bundesrepublick werden pro Jahr (2009) ca. 0,8 Gt Kohlendioxid in die Atmosphäre abgegeben, davon werden ca. 40 % von den mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Kraftwerken emittiert. Zum Vergleich: Das Speichervolumen der ausgebeuteten deutschen Erdgasfelder wird auf ca. 2,5 Gt veranschlagt und das der Aquifere auf ca. 30 Gt.
- 54.
Sydney Chapman (1889–1976), britischer Physiker und Mathematiker.
- 55.
In der Formel ist h die Plancksche Konstante, ν die Frequenz des spaltenden UV-Lichts und das Produkt dessen Energie.
- 56.
Gordon Miller Bourne Dobson (1889–1976), britischer Meteorologe, war ein Pionier der Stratosphären- und Ozon-Forschung.
- 57.
Paul Josef Crutzen (*1933 Amsterdam), niederländischer Meteorologe, Nobelpreis für Chemie 1995.
- 58.
Die katalytische Wirkung der Chloratome für den O\({}_{3}\) Abbau wurde von Mario Molina und Sherwood Rowland entdeckt (Nature 249, 810–812 (1974)). Beide erhielten 1995 zusammen mit Paul Crutzen den Nobelpreis für Chemie.
- 59.
Der Mathematiker J. B. J. Fourier (1768–1830) hat als Erster erkannt, dass die Atmosphäre uns warm hält. Er verglich ihren Einfluss auf unser Klima mit einem Gewächshaus.
- 60.
1896 erkannte S. A. Arrhenius (1859–1927), dass Kohlendioxid die Transparenz der Atmosphäre verändert.
Literatur
Literatur zu Abschn. 3.1
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Strauß, K. (2016). Entwicklungsabschnitte des Kraftwerkbaus. In: Wärmekraftwerke. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-50537-3_3
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