Kraftwerke

Die Nutzenergieformen, derer sich der Mensch bedient, sind Licht, Kraft und Wärme. Licht und Wärme — Licht zum Beleuchten seiner Behausung; Wärme unter anderem zu deren Heizung und zum Bereiten von Speisen — gewinnt er seit alters her aus Brennstoffen. Zur Deckung seines Bedarfes an Kraft — zum Bearbeiten oder Verarbeiten von Stoffen, zum Bewegen von Lasten — bleibt er dagegen lange auf menschliche und tierische Arbeitskraft angewiesen; in Einzelfällen macht er sich auch Wasserkraft oder Windkraft nutzbar.

Ausreichende, zuverlässige, kostengünstige und umweltfreundliche Versorgung mit Energie ist heute eine fundamentale Voraussetzung für die Befriedigung der Lebensbedürfnisse des Menschen. Bisher entfällt der größte Teil des Energieverbrauchs auf eine Minderheit der Weltbevölkerung. Vor allem in den Entwicklungsländern — mit starkem Bevölkerungswachstum und einsetzender Industrialisierung — ist mit einem hohen Energiebedarfszuwachs zu rechnen.

Wärmekraftwerke dienen der Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie auf dem Weg über mechanische Energie als Zwischenstufe. Die thermische Energie kann aus fossilen Brennstoffen oder aus Kernbrennstoffen freigesetzt werden. Ihre Umwandlung in mechanische Energie kann mittels eines Dampfprozesses („Dampfkraftanlage“; das Arbeitsmedium liegt längs des Prozesses strek-kenweise dampfförmig, streckenweise flüssig vor) oder eines Gasprozesses („Gaskraftanlage“; das Arbeitsmedium behält immer den gasförmigen Aggregatzustand) erfolgen. Das klassische Dampfkraftwerk ist eine Dampfkraftanlage auf der Basis fossiler Brennstoffe. Bisher hat das Dampfkraftwerk größere Bedeutung als die Gaskraftanlagen; erst neuerdings treten auch diese deutlicher in den Vordergrund.

Anfang des 20. Jahrhunderts wurde nachgewiesen, daß die Materie aus Atomen mit einem Kern und einer Hülle besteht. Bald erlangte man auch Kenntnis vom Aufbau der Atome und speziell ihrer Kerne aus Elementarteilchen und von den im Bereich dieser Teilchen selbsttätig ablaufenden „natürlichen“ wie auch den dort gezielt herbeiführbaren Prozessen. Insbesondere gewann man Aufschluß über den Energiehaushalt dieser Vorgänge. Die Zusammenhänge werden in der Fachliteratur eingehend behandelt. Im folgenden sollen die wichtigsten Einzelheiten der Kernenergiefreisetzung in Wärmekraftwerken in den Grundzügen beschrieben werden. Die Prinzipien und Mechanismen der weiteren Verwertung der zunächst anfallenden thermischen Energie stimmen mit denjenigen in den Wärmekraftwerken, die auf der Basis fossiler Brennstoffe arbeiten, meist weitgehend überein.

Längs seines Kreislaufes in der Natur nimmt Wasser gegenüber dem Niveau der Weltmeere stets aufs Neue potentielle Energie an, die dann nach dem Sammeln der entsprechenden Niederschläge in den Wasserläufen unter gewissen Voraussetzungen zur großtechnischen Umwandlung in Sekundärenergien zur Verfügung steht (vgl. Abschnitt 2.2). Auch im Verlauf der Gezeitenbewegungen der Weltmeere tritt potentielle Energie auf.

Bisher wurden zur Deckung des Energiebedarfes hauptsächlich fossile Brennstoffe, Kernbrennstoffe und Wasserkräfte herangezogen. Dabei handelt es sich bei den Brennstoffen um gespeicherte, nicht regenerative Energiereserven, die es gestatten, an beliebigem Ort und zu beliebiger Zeit mit praktisch beliebiger Leistung Sekundärenergie bereitzustellen. Bei den Wasserkräften hingegen handelt es sich um regenerative Energiereserven, die man an vorgegebenem Ort und abhängig von einem individuell pulsierenden Dargebot mit außerdem im Einzelfall jeweils festliegender Höchstleistung zur Umwandlung in Sekundärenergie heranziehen kann.