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Nutzen und Einsatzmöglichkeiten elektrischer Energie

Elektrische Energie ist eine der bequemsten Energieformen. Wir können sie in alle anderen Energieformen umwandeln: Sei es in Wärmeenergie beim Herd und Fön, in Bewegungsenergie beim Elektromotor und natürlich auch in Lichtenergie, wie es bei jedem Leuchtmittel geschieht. Doch woher kommt diese Energie, die wir so bequem aus jeder Steckdose beziehen können? Die elektrische Energie wird in Kraftwerken aus anderen Energieformen gewonnen.

Infrastruktur.jpg

Gewinnung elektrischer Energie

Fast jedes Kraftwerk besitzt Generatoren, in denen Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Der einfachste Generator, den du sicherlich schon einmal verwendet hast, ist der Fahrraddynamo. In diesem wird Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt, die wiederum dazu dient, die Lampen an deinem Fahrrad zu betreiben. Doch wie machen das Kraftwerke im großen Stil?

Elektrische Energiegewinnung in konventionelle Kraftwerken

Auch in konventionellen Kraftwerken wird die elektrische Energie in fast allen Fällen aus Bewegungsenergie gewonnen. Diese wird aber zuvor aus Umwandlung der verschiedensten Energieformen bereitgestellt.

Die häufigsten Kraftwerke gehören zur Gruppe der Verbrennungskraftwerke. In diesen werden fossile Brennstoffe wie Kohle, Gas und Öl verbrannt. Dabei wird die chemische Energie dieser Stoffe in Wärmeenergie umgewandelt. Mit der Wärmeenergie wird dann Wasser sehr hoch erhitzt. Der entstehende Wasserdampf bewegt sich nun sehr schnell. Mit der kinetischen Energie des Wasserdampfes wird eine Turbine bewegt, die wiederum einen Generator antreibt.

Neben den Verbrennungskraftwerken gibt es aber auch Kernkraftwerke. In diesen wird die bei der Kernspaltung freiwerdende Energie genutzt, um Wasser zu erwärmen. Dieses Wasser im Primärkreislauf erhitzt dann Wasser in einem weiteren Kreislauf. Dieser Wasserdampf wird dann wiederum zum Antreiben von Turbine und Generator genutzt.

Aufbau eines Kernkraftwerks.jpg

Die konventionellen Kraftwerke haben alle den Nachteil, dass sie mit Energieträgern arbeiten, deren Vorkommen begrenzt sind. Aus diesem Grund und der allgemeinen Umweltgefährdung durch Treibhausgase und Abfallstoffe geht die Entwicklung immer mehr zu alternativen Energiegewinnungsmethoden.

Elektrische Energiegewinnung durch erneuerbare Energieträger

Die erneuerbaren Energieträger können nicht verbraucht werden. So nutzt eine Windkraftanlage den immer wieder aufkommenden Wind, um direkt die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umzuwandeln.

Das Problem der Windkraftanlagen ist, dass sie nur ein geringes Fenster von Windstärken zum Betrieb nutzen können.

Wasserkraftwerk.jpg

Auch die Bewegung von Wasser kann für die Energiegewinnung genutzt werden, zum Beispiel durch Wasserkraftwerke, bei denen ein Fluss gestaut und dann die Energie des gestauten Wassers genutzt wird. Auch die Gezeitenkraftwerke arbeiten mit Hilfe von Wasser. Bei diesen wird die Höhendifferenz von Ebbe und Flut ausgenutzt. Außerdem gibt es Wellenkraftwerke. Diese nutzen die Bewegungen an der Wasseroberfläche eines Meeres oder Ozeans, um aus dieser Bewegung elektrische Energie zu gewinnen.

Neben Wind und Wasser kann man aber auch die Nuklearenergie der Sonne nutzen, um Strom zu gewinnen. Dies kann auf zwei Arten erfolgen: zum einen durch Photovoltaikanlagen, auch Solarzellen genannt. Mit diesen kann man direkt ohne Generator die Lichtenergie der Sonne in elektrischen Strom umwandeln.

Solarzelle.jpg

Aber auch durch Solarthermie. Hier wird das Sonnenlicht durch eine sehr große Fläche von Hohlspiegeln in einem einzigen dünnen Strahl fokussiert. Dieser sehr energiereiche Strahl erhitzt dann Wasser in einem Behälter. Dieser treibt eine Turbine an und diese wiederum einen Generator.

Auch die thermische Energie von vulkanischer Aktivität kann genutzt werden durch Geothermiekraftwerke. Hier wird eine Flüssigkeit durch Rohre in den Boden geleitet, wo sie stark erwärmt wird. Diese Energie kann dann wiederum in elektrische Energie umgewandelt werden.

Zukunft der Energieversorgung

Neben all diesen Kraftwerken, die bereits wirtschaftlich genutzt werden, gibt es auch noch Kraftwerke, die lediglich als Testkraftwerke in Betrieb sind.

Dazu zählen zum Beispiel Fusionskraftwerke. In diesen wird „schweres Wasser“, Deuterium, in einem Plasmastrom durch Kernfusion zu schwerem Helium fusioniert. Dabei wird eine gewaltige Energie frei. Dies ist eine der Reaktionen, mit der auch die Sonne ihre Energie gewinnt.

Auch werden Osmosekraftwerke getestet. Bei diesen wird Salz- und Süßwasser in zwei Wassersäulen nebeneinander positioniert. Durch eine Membran hindurch verdünnt dann das Süßwasser das Salzwasser. Die Folge ist eine ansteigende Wassersäule des Salzwassers. Diese Höhendifferenz kann dann zur Energiegewinnung genutzt werden.

Probleme der Energiewende

Ein Problem des Wechsels zu erneuerbarer Energie ist, dass viele von den Energieträgern zeitversetzt zu unserem Verbrauch zur Verfügung stehen. Daher besteht die Notwendigkeit, die Energie möglichst verlustfrei zu speichern. Diese Speicherung findet derzeit in Strukturkraftwerken wie Staudämmen und Gasspeichern statt. Zudem ist unsere Energieinfrastruktur weder auf die dezentrale Stromerzeugung ausgelegt noch auf Energiespitzen vorbereitet. Aus diesen Gründen kann ein großer Anteil der entstehenden Energie noch nicht wirtschaftlich genutzt werden. Erst wenn wir diese Probleme lösen, steht einer Zukunft mit sauberer Energie nichts mehr im Weg.

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Arbeitsblätter zum Ausdrucken zum Thema Kraftwerke