Warum muss der Dampf, der aus der Turbine kommt, wieder abgekühlt werden?
Warum muss der Dampf, der aus der Turbine kommt, wieder abgekühlt werden und zu Wasser verflüssigt werden? Das Wasser wird dann doch wieder in den Wärmetauscher geleitet und dort wieder verdampft - da wäre es doch einfacher und energetisch wirtschaftlicher, wenn man gleich den Dampf weiterleiten würde?
(Kernkraftwerk, Kühltürme)
4 Antworten
Erstmal eine Geschichte vorneweg:
Schon Heron von Alexandria (wahrscheinlich 1. Jahrhundert) hatte erkannt, dass man mit Wärme mechanische Arbeit verrichten kann und baute einige Maschinen und Vorrichtungen, wie z.B. sich automatisch öffnende Tempeltüren, sobald ein Opferfeuer entzündet wird oder die erste Dampfturbine (Heronsball).
Im späten Mittelalter und zu Beginn der Neuzeit gab es dann verschiedene Versuche, die Kraft des Dampfes zu demonstrieren. Die erste praktisch nutzbare und mechanische Arbeit verrichtende Dampfmaschine wurde 1712 Thomas Newcomen gebaut, um Wasser aus Bergwerken herauszubefördern. Die Dampfmaschine wurde immer weiterentwickelt wobei ein entscheidender Schritt James Watt 1769 gelang, indem er die Kondensation des Dampfes aus dem Arbeitszylinder herausnahm und in einen getrennten Kondensator verlagerte. Die damaligen Dampfmaschinen funktionierten durch praktische Versuche, aber warum genau, wusste niemand. Damals ging man davon aus, dass Wärme eine ganz eigene Substanz, ein Stoff sei.
Der erste, der sich mit den Zusammenhängen zwischen Wärme und mechanischer Arbeit theoretisch beschäftigte, war Sadi Carnot, der 1824 die Schrift "Réflexions sur la puissance motrice de feu et sur les machinespropres à développer cette puissance" ("Reflexionen über die Antriebskraft des Feuers und die Maschinen, um diese Kraft zu entfalten") veröffentlichte. Damit begründete Carnot die Thermodynamik. In seiner Abhandlung stellte er fest, dass Wärme nicht gleich Wärme ist und die Möglichkeit, Wärme in mechanische Arbeit umzusetzen, von der Temperaturdifferenz zwischen Arbeitsmedium (z.B. Dampf) und Umgebungstemperatur abhängt. Deshalb wurde später auch der Carnotwirkungsgrad nach ihm benannt.
Carnots Schrift blieb außerhalb Frankreichs jahrzehntelang weitgehend unbeachtet. In England gabs schon einige Zeit lang Dampfmaschinen und auch die ersten Dampflokomotiven, z.B. von George Stephenson. 1829 wurde ein Wettbewerb ausgeschrieben, wer die schnellste Lokomotive bauen kann, um dann damit die entstehende Eisenbahn in England aufzubauen. Der Sohn von George Stephenson, Robert Stephenson, war weit gereist und er war derjenige, der als einziger von allen Konstrukteuren die Schrift von Carnot gelesen hatte. Da er dadurch wusste, dass zwischen mechanischer Arbeit und Wärme ein enger theoretischer Zusammenhang besteht, baute er nicht wie die anderen Konstrukteure einen größeren Dampfkessel und Arbeitszylinder, sondern er erhöhte den Druck und damit die Arbeitstemperatur. Mit seiner Rocket gewann er deutlich den Wettbewerb und wurde in der Folge der bedeutentste Lokomotiv- und Eisenbahnbauer von ganz Europa. Auch die erste Eisenbahnstrecke Deutschlands wurde 1835 von ihm gebaut incl. der Lokomotive "Adler", die eine Kopie der Rocket war.
So, und nun zurück zu deiner Frage: Je größer das Temperaturgefälle zwischen höchster Temperatur (Ausgang Kessel) niedrigster Temperatur (im Kondensator) ist, umso mehr Arbeit kann man dem Dampf entziehen und umso besser wird der Wirkungsgrad. Da das Wasser bei der starken Abkühlung schlagartig Kondensiert, herrscht auch ein sehr geringer Druck im Kondensator. Daher ist nicht nur die Temperatur, sondern auch die Druckdifferenz höher, wenn man den Dampf auskondensiert.
Technisch kommt dazu, dass der Druck im System vom Ausgang Kondensator anschließend wieder auf den Kesseldruck gebracht werdenmuss. Das lässt sich mittels einer Pumpe, die Wasser fördert, viel einfacher realisieren als mit einer Pumpe, die Dampf pumpen und auf hohen Druck bringen müsste. Dann würde der Dampf sowieso durch die Druckzunahme wieder flüssig werden und das mitten in der Pumpe. Dann macht man das schon lieber vor der Pumpe.
Zu allersrst muss man mal den Reaktortyp klären.
Und dementsprechend die Arbeitsweise.
Unabhängig vom Kraftwerk, Typ, Einsatzzweck gilt grundsätzlich:
Der Transport von Dampf stellt hohe Anforderungen an das Equipment.
Wenn du daheim etwas Dampf durch die Gegend wedelst, ist es die eine Sache. Dampf durch Schlauchleitungen etc. zu transportieren, ist teuer und am Ende ist es auch gefährlicher.
Ich habe selbst erlebt, wie sich eine Mitarbeiterin an beim Ausdampfen einer Leitung verbrüht hat.
Es gibt noch tausend weitere Gründe, wenn du mehr wissen magst, sag an, wir haben hier im Gewerbepark eine entsprechende Firma, dann frage ich nach.
Die Volumen- bzw. Druckänderung ist nötig, um die Turbine anzutreiben.
(evtl. hab ich auch deine Frage falsch verstanden?)