So wie bei Windkraftwerken wird bei den meisten Kraftwerken vor allem elektrische Energie bereitgestellt. Generatoren wandeln die Bewegungsenergie von Turbinen in elektrische Energie um.

Ein einfaches Experiment

Mit einem einfachen Experiment - siehe das Bild oben - wird das Prinzip erläutert: Vor der Öffnung einer Spule rotiert ein Dauermagnet. Deshalb wechselt das Magnetfeld im Inneren der Spule immerfort seine Richtung. Nach den Gesetzen der elektrischen Induktion entsteht an den Enden der Spule eine elektrische Spannung. Es handelt sich um eine Wechselspannung.

Modell für Generatoren

Messversuch an einem Drehstrom-Modellgenerator, er erzeugt drei um 120° versetzte Wechselspannungen

Mit einem zweiten Experiment wird ein realistischeres Modell für die Generatoren in Kraftwerken gezeigt. Um einen rotierenden Elektromagneten herum sind drei voneinander unabhängige Induktionsspulen angeordnet, jeweils um 120° versetzt. Die drei Einzelkurven sind gegeneinander um jeweils ein Drittel der Periode versetzt. Zusammen stellen sie den sogenannten Drehstrom dar, der vielleicht von einer Werkstatt bekannt ist.

Drehstrom

Die fünf Anschlüsse eines Drehstromkabels

Ein Drehstromkabel wird mit fünf Leitungen angeschlossenen. Eine davon ist der übliche Schutzkontakt - kurz Schuko genannt. Eine zweite Leitung ist der gemeinsame Nullleiter. Die restlichen drei gehören zu den drei versetzen Wechselspannungen mit je 230 Volt. Gemeinsam liefern Sie die dreifache Leistung gegenüber dem Einphasen- Wechselstrom.

Transformator

Experiment mit einem Hochspannungstrafo: Die Netzspannung von 230V wird in eine Hochspannung von 11 kV verwandelt

Eine Wechselspannung lässt sich mit einem sogenannten Transformator (kurz "Trafo") sehr einfach erhöhen oder vermindern. Ein Trafo besteht aus zwei Spulen, die über ein gemeinsames Eisenjoch verbunden sind. Ein Wechselstrom in der ersten Spule führt zu einem wechselnden Magnetfeld im Joch und damit auch in der zweiten Spule. Deshalb wird dort eine Wechselspannung mit gleicher Frequenz induziert.

Hochspannungen

Hochspannungsübertragung: große Leistung bei kleiner Stromstärke - klicken Sie bitte auf die Lupe.

Ihre Spannung hängt jedoch vom Windungsverhältnis der beiden Spulen ab. Für größere Strecken werden Hochspannungen von 110 kV, 220 kV und sogar 380 kV verwendet. Dabei ist die Isolation das größte Problem; große Abstände zwischen den Leitungen sind die einfachste Lösung.

Umspannstationen

Hochspannungsschalter in einem Umspannwerk

Auch bei den Umspannstationen ist der große Platzbedarf augenfällig. Dabei benötigen diesen Platz gar nicht die Transformatoren, sondern die riesigen Hochspannungsschalter, mit denen die Hochspannungsstrecken für eine Wartung vom übrigen Netz getrennt werden können.

Energieverluste

Modellversuch zum Energietransport mit Hochspannung

Warum verringert der Energietransport mit Hochspannung Verluste? Die Leitungen über Hunderte von Kilometern haben einen beträchtlichen Widerstand. Bei gegebenem Widerstand lassen sich Wärmeverluste sehr stark vermindern, wenn die Stromstärke abgesenkt wird. Zum Ausgleich muss die Spannung entsprechend groß sein, damit insgesamt die gewünschte Leistung übertragen wird.