Kohlekraftwerke zählen zu den ältesten und traditionell am weitesten verbreiteten Formen der Stromerzeugung weltweit. Sie wandeln die in Kohle gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. Trotz ihrer historischen Bedeutung stehen Kohlekraftwerke heute zunehmend wegen ihres Beitrags zum Klimawandel und der Luftverschmutzung in der Kritik.

Dieser Beitrag gibt einen umfassenden Überblick über Funktionsweise, Aufbau, Vor- und Nachteile sowie aktuelle Entwicklungen.

Inhaltsverzeichnis

1. Funktionsweise eines Kohlekraftwerks

Ein Kohlekraftwerk arbeitet nach dem thermischen Kraftwerksprinzip:

Verbrennung der Kohle
Kohle wird in einem Kessel verbrannt. Dabei entsteht Hitze, die Wasser erhitzt und zu Dampf verdampft.
Dampfturbine
Der Hochdruckdampf wird in eine Turbine geleitet. Durch den Druck treibt er die Turbine an, die mechanische Energie erzeugt.
Generator
Die Turbine ist mit einem Generator gekoppelt. Die mechanische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt.
Kondensation & Kreislauf
Der Dampf wird im Kondensator wieder zu Wasser abgekühlt und zurück in den Kessel geleitet.

Zusammenfassung:
Kohle → Verbrennung → Wärme → Dampf → Turbine → Generator → Strom

2. Aufbau eines Kohlekraftwerks

Ein typisches Kohlekraftwerk besteht aus mehreren zentralen Komponenten:

Kohlebunker und Fördersysteme: Lagern die Kohle und transportieren sie in den Kessel.
Kessel / Dampferzeuger: Verbrennt die Kohle und erzeugt Dampf.
Turbine: Wandelt den Dampf in mechanische Energie um.
Generator: Wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um.
Kühlturm oder Wärmetauscher: Kühlt den Dampf im Kondensator ab.
Schornstein: Leitet Rauchgase in die Atmosphäre.
Abgasreinigungssysteme: Filtert Schadstoffe wie Schwefeldioxid, Stickoxide und Staub.

3. Arten von Kohlekraftwerken

Steinkohlekraftwerk
- Nutzt fossile Steinkohle.
- Hoher Energiegehalt, häufig in Industrieländern.
Braunkohlekraftwerk
- Nutzt Braunkohle, die einen geringeren Brennwert hat.
- Häufiger Einsatz in Deutschland und Osteuropa.
Kombikraftwerke (Kohle-Gas-Kombination)
- Teilweise Kombination von Kohle- und Gasverbrennung.
- Effizientere Stromerzeugung bei reduziertem CO₂-Ausstoß.

4. Vorteile von Kohlekraftwerken

Hohe Verfügbarkeit: Kohle ist in vielen Ländern reichlich vorhanden.
Grundlastfähig: Kohlekraftwerke liefern konstant Strom.
Bewährte Technik: Jahrzehntelange Erfahrung und stabile Stromversorgung.
Unabhängig von Wetterbedingungen: Anders als Wind oder Solar.

5. Nachteile und Kritik

Hoher CO₂-Ausstoß: Wesentlicher Beitrag zum Klimawandel.
Luftverschmutzung: Schwefeldioxid, Stickoxide, Feinstaub.
Ressourcenverbrauch: Kohle ist begrenzt und der Abbau oft umweltschädlich.
Wasserverbrauch: Viel Kühlwasser nötig, Belastung für Flüsse und Seen.
Lagerung von Asche und Reststoffen: Entsorgung problematisch.

6. Zukunft und Alternativen

Aufgrund der ökologischen Belastung werden Kohlekraftwerke weltweit zunehmend durch erneuerbare Energien ersetzt. Techniken zur Reduzierung von Emissionen sind:

CO₂-Abscheidung (CCS)
Effizienzsteigerungen durch moderne Dampfturbinen
Hybridkraftwerke mit Biomasse oder Gas

In Deutschland und Europa ist ein schrittweiser Kohleausstieg geplant – viele Anlagen sollen bis 2030–2038 stillgelegt werden.

7. Fazit

Kohlekraftwerke waren über Jahrzehnte ein Rückgrat der Energieversorgung. Sie liefern Grundlaststrom zuverlässig und kostengünstig, stehen aber im Widerspruch zu Klimaschutz und Umweltzielen. Die Zukunft der Energieversorgung liegt zunehmend in erneuerbaren Quellen, während Kohlekraftwerke entweder modernisiert oder stillgelegt werden.

Kurz gesagt: Kohle ist historisch wichtig, ökologisch problematisch und zunehmend vom Aussterben bedroht.

Kohlekraftwerk – Energieumwandlung im Überblick

Kohlekraftwerke sind klassische thermische Kraftwerke, die die in Kohle gespeicherte Energie in Strom umwandeln. Dabei durchläuft die Energie mehrere Umwandlungsschritte – von chemischer Energie über Wärme und mechanische Energie bis hin zu elektrischer Energie. Das Verständnis dieser Umwandlung ist zentral, um die Funktionsweise und Effizienz von Kohlekraftwerken zu verstehen.

1. Chemische Energie in Kohle

Die Kohle speichert chemische Energie, die in Form von Kohlenstoff und anderen organischen Stoffen vorliegt.
Beispiel: 1 kg Kohle enthält ca. 24–30 MJ (Megajoule) chemische Energie, abhängig von der Kohleart (Steinkohle oder Braunkohle).

2. Verbrennung – chemische Energie → Wärmeenergie

Im Kessel des Kohlekraftwerks wird die Kohle verbrannt. Dabei geschieht Folgendes:

Die chemische Energie der Kohle wird in Wärmeenergie umgewandelt.
Temperaturen von über 1000 °C werden im Kessel erreicht.
Das erzeugte heiße Rauchgas wird genutzt, um Wasser zu erhitzen.

3. Wärmeerzeugung – Wärmeenergie → thermische Energie des Dampfes

Das erhitzte Wasser im Kessel wird zu Dampf hoher Temperatur und hohen Drucks.

Typische Bedingungen: 500–600 °C, 100–300 bar.
Der Dampf speichert die Wärmeenergie als thermische Energie.

4. Dampfturbine – thermische Energie → mechanische Energie

Der Hochdruckdampf wird in die Turbine geleitet:

Der Dampf strömt auf die Turbinenschaufeln.
Durch die Kraft des Dampfes beginnt die Turbine zu rotieren.
Die Wärmeenergie des Dampfes wird dabei in mechanische Rotationsenergie umgewandelt.

5. Generator – mechanische Energie → elektrische Energie

Die Turbine ist über eine Welle mit einem Generator gekoppelt:

Die mechanische Energie der Turbine wird im Generator in elektrische Energie umgewandelt.
Dies geschieht durch elektromagnetische Induktion: Eine rotierende Spule im Magnetfeld erzeugt elektrischen Strom.

6. Kondensation und Kreislauf

Der Dampf verlässt die Turbine und wird im Kondensator wieder zu Wasser abgekühlt.
Dieses Wasser fließt zurück in den Kessel, um erneut erhitzt zu werden.
So entsteht ein geschlossener thermodynamischer Kreislauf.

7. Effizienz der Energieumwandlung

Typische Wirkungsgrade von Kohlekraftwerken: 35–45 %.
Moderne Kraftwerke mit Kombikreislauf (Superkritisch/Ultra-Superkritisch) erreichen bis zu 50 % Wirkungsgrad.
Der Rest der Energie geht als Abwärme an die Umwelt verloren (Kühlwasser, Abgase).

8. Zusammenfassung der Energieumwandlung

Chemische Energie der Kohle → 2. Wärmeenergie durch Verbrennung → 3. Thermische Energie des Dampfes → 4. Mechanische Energie in der Turbine → 5. Elektrische Energie im Generator

Fazit

Die Energieumwandlung in einem Kohlekraftwerk ist ein klassisches Beispiel der thermodynamischen Energieumwandlung:

Beginnend bei chemischer Energie,
über Wärme und mechanische Energie,
bis hin zu nutzbarer elektrischer Energie.

Trotz ihrer Bedeutung für die Grundlastversorgung gilt die Kohleverstromung als klimaschädlich, weshalb Effizienzsteigerung und Emissionsminderung zentrale Themen moderner Kohlekraftwerke sind.

Kohlekraftwerk – Wirkungsgrad und Effizienz

Kohlekraftwerke gehören zu den ältesten Formen der Energieerzeugung. Sie wandeln chemische Energie der Kohle in elektrische Energie um – allerdings nicht vollständig. Ein zentrales Maß für die Leistungsfähigkeit eines Kohlekraftwerks ist der Wirkungsgrad, also der Anteil der eingesetzten Energie, der tatsächlich in Strom umgewandelt wird.

1. Was ist der Wirkungsgrad?

Beispiel:

1 kg Kohle liefert etwa 24–30 MJ chemische Energie.
Ein Kohlekraftwerk wandelt davon nur ca. 35–45 % in elektrische Energie um.
Der Rest geht als Abwärme in Kühltürme, Flüsse oder Atmosphäre verloren.

2. Typische Wirkungsgrade von Kohlekraftwerken

Altanlagen (Braunkohle, Steinkohle):
- Wirkungsgrad: 30–38 %
- Einfacher Kessel, Niederdruckdampf, wenig moderne Technik
Moderne Steinkohlekraftwerke (Hochdruck/Dampf):
- Wirkungsgrad: 40–45 %
- Superkritische oder ultrasuperkritische Dampferzeugung, verbesserte Turbinen
Kombikraftwerke / Kraft-Wärme-Kopplung:
- Wirkungsgrad: bis 50 % oder mehr
- Abwärme wird zusätzlich genutzt (z. B. Fernwärme)
- Effizienteste Form der Kohleverstromung

3. Faktoren, die den Wirkungsgrad beeinflussen

Dampftemperatur und -druck: Höhere Werte → bessere Effizienz
Kessel- und Turbinentechnik: Moderne Anlagen reduzieren Energieverluste
Art der Kohle: Steinkohle höherer Brennwert → besserer Wirkungsgrad als Braunkohle
Abwärmenutzung: Kraft-Wärme-Kopplung steigert den Gesamtwirkungsgrad
Alter der Anlage: Alte Kraftwerke sind meist weniger effizient

4. Energieverluste in Kohlekraftwerken

Typische Verluste:

Abwärme über Kühlturm oder Flusswasser: 45–55 %
Abgase: Restwärme und chemische Rückstände
Mechanische Verluste: Reibung in Turbine und Generator

Fazit: Nur ein kleiner Teil der eingesetzten Energie wird tatsächlich zu Strom.

5. Bedeutung des Wirkungsgrades

Ökonomie: Höherer Wirkungsgrad → weniger Kohleverbrauch → niedrigere Kosten
Umwelt: Effizientere Anlagen → geringere CO₂-Emission pro erzeugter kWh
Technikentwicklung: Modernisierung bestehender Anlagen, Superkritische Dampftechnik, Kraft-Wärme-Kopplung

6. Zusammenfassung

Wirkungsgrad = Anteil der nutzbaren elektrischen Energie an der eingesetzten Kohleenergie
Moderne Kohlekraftwerke erreichen 40–50 %, alte nur 30–35 %
Effizienzsteigerung ist zentral für Kostenreduktion und Klimaschutz
Abwärmenutzung und Kraft-Wärme-Kopplung erhöhen den Gesamtwirkungsgrad deutlich

Kurz gesagt: Ein Kohlekraftwerk ist zuverlässig, aber nie vollkommen effizient. Nur ein Teil der eingesetzten Kohle wird zu Strom, der Rest geht als Wärme verloren – ein Grund, warum alternative Energien zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Kohlekraftwerk – Aufbau und Komponenten

Kohlekraftwerke gehören zu den klassischen thermischen Kraftwerken. Sie erzeugen Strom, indem sie die in Kohle gespeicherte chemische Energie über mehrere Umwandlungsschritte in elektrische Energie überführen. Um zu verstehen, wie ein Kohlekraftwerk funktioniert, ist ein Blick auf seinen Aufbau wichtig.

1. Grundprinzip

Der grundlegende Ablauf eines Kohlekraftwerks ist:

Kohle → Verbrennung → Wärme → Dampf → Turbine → Generator → Strom

Die im Aufbau enthaltenen Komponenten sorgen dafür, dass diese Energieumwandlung effizient und sicher abläuft.

2. Hauptkomponenten eines Kohlekraftwerks

2.1 Kohlebunker und Fördersysteme

Lagern die Kohle vor der Verbrennung.
Fördern die Kohle automatisch in den Kessel.
Sorgen für kontinuierliche Brennstoffversorgung.

2.2 Kessel / Dampferzeuger

Die Kohle wird hier verbrannt.
Erhitztes Wasser wird zu Hochdruckdampf verdampft.
Temperaturen von 500–600 °C und Drücke bis zu 300 bar sind üblich.
Rauchgase entstehen als Nebenprodukt der Verbrennung.

2.3 Dampfturbine

Der erzeugte Dampf strömt auf die Turbinenschaufeln.
Die Turbine wandelt die thermische Energie des Dampfes in mechanische Rotationsenergie um.
Turbinen können mehrstufig sein, um Energieverluste zu minimieren.

2.4 Generator

Die Turbine ist mit einem Generator gekoppelt.
Die mechanische Energie der Turbine wird über elektromagnetische Induktion in elektrische Energie umgewandelt.
Der erzeugte Strom wird in das Stromnetz eingespeist.

2.5 Kondensator und Kühlsystem

Der Dampf verlässt die Turbine und wird im Kondensator wieder zu Wasser abgekühlt.
Kühlwasser (z. B. aus Flüssen oder Kühltürmen) entzieht dem Dampf die Wärme.
Das kondensierte Wasser wird zurück in den Kessel geleitet.

2.6 Schornstein

Leitet Rauchgase aus der Verbrennung in die Atmosphäre.
In modernen Anlagen mit Filtertechnik (Entstaubung, Entschwefelung, Entstickung) zur Reduktion von Schadstoffen.

2.7 Abgasreinigung

Filtert Schadstoffe wie Schwefeldioxid (SO₂), Stickoxide (NOₓ) und Feinstaub.
Schont die Umwelt und erfüllt gesetzliche Emissionsgrenzwerte.

3. Zusätzliche Systeme

Wasseraufbereitung: Sauberes Wasser ist entscheidend für die Turbine.
Förder- und Lagertechnik: Kohle wird automatisch transportiert und gelagert.
Steuerungs- und Sicherheitssysteme: Überwachung von Druck, Temperatur und Stromproduktion.
Kraft-Wärme-Kopplung (optional): Nutzung der Abwärme für Fernwärme oder Industrie.

4. Schematische Reihenfolge im Aufbau

Kohlebunker & Fördersysteme
Kessel / Dampferzeuger
Dampfturbine
Generator
Kondensator & Kühlsystem
Schornstein & Abgasreinigung
Stromnetz-Einspeisung

5. Fazit

Der Aufbau eines Kohlekraftwerks ist auf thermodynamische Energieumwandlung optimiert:

Chemische Energie der Kohle → Wärmeenergie → thermische Energie des Dampfes → mechanische Energie → elektrische Energie.
Moderne Kraftwerke nutzen zusätzliche Technologien wie Abgasreinigung und Kraft-Wärme-Kopplung, um Effizienz zu steigern und Umweltbelastung zu reduzieren.

Kohlekraftwerke sind trotz ihres hohen CO₂-Ausstoßes aufgrund der Grundlastfähigkeit und langen technischen Erfahrung weiterhin ein zentraler Bestandteil vieler Energiesysteme.

Kohlekraftwerk – Vorteile und Nachteile

Kohlekraftwerke gehören zu den ältesten und weit verbreitetsten Kraftwerken der Welt. Sie erzeugen Strom, indem sie die chemische Energie der Kohle über mehrere Stufen in elektrische Energie umwandeln. Trotz ihrer Bedeutung für die Energieversorgung stehen sie wegen Umweltbelastungen und Klimawirkungen stark in der Kritik.

Im Folgenden ein Überblick über die Vorteile und Nachteile von Kohlekraftwerken.

1. Vorteile von Kohlekraftwerken

1.1 Grundlastfähigkeit

Kohlekraftwerke liefern konstant Strom, unabhängig von Wind und Sonne.
Sie eignen sich perfekt zur Versorgung der Grundlast im Stromnetz.

1.2 Verfügbarkeit von Kohle

Kohle ist weltweit reichlich vorhanden.
Viele Länder besitzen eigene Kohlereserven, was Energieunabhängigkeit fördert.

1.3 Bewährte Technologie

Über Jahrzehnte entwickelte Technik ist zuverlässig und stabil.
Langjährige Erfahrung in Betrieb und Wartung.

1.4 Wirtschaftliche Vorteile

Günstige Stromerzeugung bei etablierten Anlagen.
Infrastruktur und Logistik sind bereits vorhanden.

1.5 Flexibilität bei der Brennstoffwahl

Unterschiedliche Kohlesorten (Braunkohle, Steinkohle) können eingesetzt werden.
Teilweise Kombination mit Biomasse oder Gas möglich.

2. Nachteile von Kohlekraftwerken

2.1 Hohe CO₂-Emissionen

Kohlekraftwerke gehören zu den größten CO₂-Quellen weltweit.
Klimawandel wird dadurch verstärkt.

2.2 Luftverschmutzung

Emissionen enthalten Schwefeldioxid (SO₂), Stickoxide (NOₓ) und Feinstaub.
Folgen: gesundheitliche Schäden, saurer Regen, Umweltbelastung.

2.3 Geringe Effizienz

Typischer Wirkungsgrad: 30–45 %
Viel Energie geht als Abwärme verloren.

2.4 Hoher Ressourcenverbrauch

Kohleabbau zerstört Landschaften (Tagebau), belastet Böden und Grundwasser.
Abraum, Asche und Schlacke müssen entsorgt werden.

2.5 Wasserverbrauch

Viel Kühlwasser wird benötigt, z. B. aus Flüssen oder Seen.
Belastung für Wasserressourcen und Ökosysteme.

2.6 Langfristige Risiken

Kohlekraftwerke verschärfen die Klimaproblematik.
Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen kann wirtschaftliche Risiken erzeugen.

3. Zusammenfassung – Vor- und Nachteile im Überblick

Vorteile	Nachteile
Grundlastfähig, stabil	Hohe CO₂-Emissionen
Gut verfügbare Brennstoffe	Luftverschmutzung (SO₂, NOₓ, Feinstaub)
Bewährte Technologie	Geringe Effizienz
Wirtschaftlich etabliert	Ressourcenverbrauch, Tagebau
Flexibilität bei Brennstoffwahl	Hoher Wasserverbrauch

4. Fazit

Kohlekraftwerke sind zuverlässig, wirtschaftlich und liefern konstant Strom – besonders in Zeiten, in denen erneuerbare Energien noch schwanken. Gleichzeitig sind sie klimaschädlich, ressourcenintensiv und umweltbelastend.
Deshalb werden weltweit effizientere Technologien, erneuerbare Energien und CO₂-Reduktionsmaßnahmen immer wichtiger, um die Nachteile der Kohleverstromung zu minimieren.