Kraftwerke im Vergleich

Zusammenfassung

Neben einer Materialsammlung zu verschiedenen gängigen Kraftwerksarten wird die Problematik der synchronen Stromerzeugung in Echtzeit thematisiert.

Quelle: zum.de Kraftwerke im Vergleich (https://unterrichten.zum.de/wiki/Kraftwerke_im_Vergleich)

Der Strommix in Deutschland

Wo unser Strom herkommt

Stromverbrauch in Deutschland im zeitlichen Verlauf und Anteil der erneuerbaren Energien

Anteil der verschiedenen Energieträger in der Stromproduktion

Zum Vergleich: der weltweite Stromverbrauch im zeitlichen Verlauf und Anteil der erneuerbaren Energie und der Kernenergie. Beachte die unterschiedlichen Einheiten auf der Y-Achse

Strom kommt aus der Steckdose. Soweit klar.

Damit das aber immer und überall klappt ist eine ganze Menge Technik nötig. Strom muss nämlich produziert werden. Das passiert in Kraftwerken. Der Strom wird dort aber nicht aus dem Nichts erzeugt. Man braucht dafür Energie. Diese Energie kann in verschiedenen Formen vorliegen. Die ersten Kraftwerke die elektrischen Strom herstellten wurden mit Dampfmaschinen betrieben, die meistens mit Kohle befeuert wurden. Bevor sich der Strom durchgesetzt hatte wurden Dampfmaschinen verwendet um Maschinen in der Industrie anzutreiben. Auch die Dampflok ist eigentlich eine Dampfmaschine die einen Zug antreibt.

In Kohle ist also Energie gespeichert. Sie wird daher auch als ein Energieträger bezeichnet. Einen Teil der gespeicherten Energie kann man verwenden um (über Umwege) Strom zu erzeugen. Heute sind Kohlekraftwerke leistungsfähiger als Dampfmaschinen. Das Prinzip ist aber immer noch ähnlich. Es handelt sich bei dieser Kohle übrigens nicht um Holzkohle die du vielleicht vom Grillen kennst sondern um Braunkohle oder Steinkohle die im Bergbau gewonnen werden kann. Um den Text aber nicht unnötig kompliziert zu machen, sprechen wir hier allgemein von Kohle.

Weitere Energieträger die zur Erzeugung von Strom genutzt werden sind z.B. Erdgas das in Gaskraftwerken genutzt wird, bestimmte Atomkerne die in Atomkraftwerken genutzt werden und sogar Hausmüll oder Bioabfälle die in Biomassekraftwerken oder Müllkraftwerken genutzt werden.

In allen oben genannten Kraftwerken wird Wärme erzeugt (meistens durch Verbrennung) um über einige Umwege elektrischen Strom zu produzieren. Diese Kraftwerke werden häufig unter dem Begriff Wärmekraftwerke zusammengefasst. Sie alle produzieren neben elektrischer Energie auch noch Wärmeenergie die zum Heizen von Häusern oder Wasser verwendet werden kann. Weil die Wärme dann über weite Strecken vom Kraftwerk in deine Wohnung transportiert werden muss, sprechen wir dann von Fernwärme. Das hast du vielleicht schon mal gehört.

Es gibt aber auch Kraftwerke die ohne Wärme arbeiten. Diese nutzen meistens Energieträger die praktisch unendlich vorhanden sind wie das Sonnenlicht, die Kraft des strömenden Wassers in Flüssen (Wasserkraft) oder die Kraft des Windes (Windkraft). Die zugehörigen Kraftwerke werden als Wasserkraftwerke, Windkraftwerke oder Windräder bezeichnet. Im Falle des Sonnenlichts sprechen wir meistens von Photovoltaikanlagen. Diese Energieträger werden oft unter dem Begriff regenerative Energien oder erneuerbare Energien zusammengefasst (regenerieren bedeutet "sich erholen"). Manchmal wird Hausmüll oder Biomasse auch zu den erneuerbaren Energien gezählt, weil wir Menschen ja auch ständig neuen Müll produzieren. Und auch Biomasse wird als Abfall in der Landwirtschaft ständig neu produziert.

Die weltweit vorkommenden Vorräte an Kohle, Erdgas aber auch an Erdöl sind begrenzt. Zwar wird immer mal wieder ein neues Gasvorkommen entdeckt aber es ist jetzt schon klar, dass wir nicht dauerhaft auf diese sogenannten fossilen Energieträger zurückgreifen können. Diese Energieträger sind im Laufe der Erdgeschichte entstanden. Es dauert mehrere Millionen Jahre bis Kohle entsteht. Seit Beginn der Industriellen Revolution (um 1800 n. Chr.) nutzen Menschen Kohle in großen Mengen. In etwas mehr als 200 Jahren haben wir bereits den größten Teil aller verfügbaren fossilen Energieträger verbraucht.

In den Grafiken ist gezeigt wie groß der Anteil der verschiedenen Energieträger ist. In der ersten Grafik wird gezeigt wie groß der Stromverbrauch in Deutschland seit 1991 ist und wie groß der Anteil der erneuerbaren Energien daran ist. Du kannst sehen, dass der Stromverbrauch steigt. Der Anteil der erneuerbaren Energien ist noch deutlicher gestiegen. In der zweiten Grafik ist noch genauer Aufgeschlüsselt, welche Energieträger welchen Anteil an der Stromerzeugung haben. In der dritten Grafik wird die weltweite Stromproduktion dargestellt. Dabei wird unterschieden zwischen fossiler Energie, Kernenergie und erneuerbarer Energie.

Was die Sache mit dem Strom noch ein bisschen komplizierter macht

Stromerzeugung in Deutschland im zeitlichen Verlauf und Anteil verschiedener EnergieträgerQuelle: Agora Energiewende https://www.agora-energiewende.de/service/agorameter/ Dort kann man übrigens für verschiedene Zeiträume die Stromproduktion in Deutschland nachschauen.

Ärgerlicherweise muss der Strom der gerade in diesem Moment benötigt wird auch in diesem Moment produziert werden. Es gibt zwar die Möglichkeit Strom zu speichern (z.B. in einer Batterie) aber das ist bisher nur für kleinere Mengen möglich weil die Technologie zum Strom speichern sehr teuer ist. Wir könnten sonst die Energie die an einem sehr sonnigen, windigen Tag erzeugt wird auch speichern um nachts oder bei Windstille Strom zur Verfügung zu haben.

In der Abbildung oben ist für eine Woche im Sommer (Montag - Sonntag) die Zusammensetzung unseres Strommixes in Deutschland dargestellt. Der oberste, graue Bereich stellt Kohle und Erdgas dar, Atomenergie ist getrennt dargestellt.

Der Stromverbrauch (und damit dann auch die Stromproduktion) schwankt im Verlauf einer Woche. Der Anteil der verschiedenen Energieträger schwankt ebenfalls.

Strom und das Klima

Bei der Erzeugung von elektrischem Strom durch Verbrennen von "Dingen" wird $CO_2$ erzeugt. $CO_2$ ist (unter Anderem) für den Klimawandel verantwortlich. Es sorgt dafür, dass die Wärme mit der die Sonne uns auf der Erde versorgt immer stärker in der Atmosphäre (Luft) festgehalten wird. So lange wir also Dinge verbrennen um Strom zu erzeugen heizen wir dadurch den Klimawandel an. Bei der Produktion von Strom aus regenerativen Energieträgern entsteht normalerweise gar kein $CO_2$. Eine Ausnahme bilden hierbei Biomassekraftwerke und Müllkraftwerke. Diese erzeugen ebenfalls $CO_2$. Weil das $CO_2$ aber vergleichsweise schnell durch nachwachsende Pflanzen wieder aus der Atmosphäre gezogen wird, verändern diese Kraftwerke den $CO_2$-Anteil der Atmosphäre praktisch nicht.

Fragen zum Strommix

1. Welche unterschiedlichen Energieträger werden in Kraftwerken verwendet?
2. Wie können die unterschiedlichen Energieträger sortiert werden? Erstelle eine Tabelle mit zwei Gruppen! Achte auf geeignete Spaltenüberschriften.
3. Wie entwickelt sich die Nutzung der unterschiedlichen Energieträger in Deutschland? Welche Gruppe wird neuerdings stärker genutzt, welche weniger?
4. Was sind die Gründe für die Veränderung?
5. Welche Probleme entstehen bei der Stromerzeugung in den verschiedenen Gruppen?

Quelle: zum.de Kraftwerke im Vergleich (https://unterrichten.zum.de/wiki/Kraftwerke_im_Vergleich)