Wie entsteht Strom?

Strom aus der Steckdose kennt jeder, aber wie wird er eigentlich gemacht? Welche klassischen und erneuerbaren Energien gibt es? Yello hat die Antworten und stellt einige Varianten vor, wie du deinen eigenen Strom produzieren kannst.

Darum geht’s.

Strom benötigen wir alle und das täglich: Wer je den Ausfall von Herd, Waschmaschine oder Computer erlebt hat, weiß, wovon die Rede ist. Wie genau Strom aber hergestellt wird und welche Energieformen und Kraftwerksarten im Spiel sind, ist weniger bekannt. Hier haben wir die wichtigsten Basics zu Strom und Energieträgern für euch zusammengestellt. Wer dabei auf den Geschmack kommt und unbedingt selbst tätig werden will: Ein paar Möglichkeiten zur eigenen Stromgewinnung stellen wir ebenfalls vor.

Wie wird Strom erzeugt?

Es gibt viele verschiedene Formen von Energie – Strom ist eine davon. Sie zählt als elektrische Energie und kommt nicht einfach aus der Steckdose, sondern wird aus einer anderen Form von Energie gewonnen: aus Licht, Wärme, Bewegung oder chemischer Energie, die zum Beispiel in Öl oder Kohle gespeichert ist. Um sie in Strom umzuwandeln, braucht es Kraftwerke. Und davon gibt es mit Kohle-, Wasser-, Atom-, Erdwärme-, Gasturbinen- und Windkraftwerken gleich eine ganze Reihe unterschiedlicher Arten, die verschiedene Herausforderungen mit sich bringen.

Kohlekraftwerke erzeugen zwar im Vergleich preiswerten Strom, stoßen aber beispielsweise Kohlendioxid aus. Atomkraftwerke wiederum können konstant große Mengen an Strom produzieren, verursachen aber hochgefährlichen radioaktiven Abfall. Aspekte, die Umwelt und Klima schaden und große Risiken bergen. Bei der Nutzung erneuerbarer Energien wie Sonne und Wind entstehen hingegen keine derartigen Abfallprodukte und sie gehen nicht zur Neige. Dafür werden gerade bei Windkraftanlagen oft Umwelt- und Tierschutzbedenken laut.

Im Zuge der Energiewende sollen die konventionellen Brennstoffe immer weiter durch erneuerbare Energien ersetzt werden. Es gilt: Auch Deutschland hat hier noch einen weiten Weg vor sich. Zwar nimmt der Anteil erneuerbarer Energieträger an der Bruttostromerzeugung immer weiter zu. Dennoch lag er 2015 bei nur rund 30 Prozent:

  • Windkraft: 13,3 Prozent
  • Biomasse: 7,7 Prozent
  • Photovoltaik: 5,9 Prozent
  • Wasserkraft: 3 Prozent.

Die Anteile der fossilen Energieträger:

  • Steinkohle: 18,2 Prozent
  • Braunkohle: 24 Prozent
  • Kernenergie: 14,1 Prozent
  • Erdgas: 8,8 Prozent
  • Sonstige: 4,9 Prozent

Fossile Energieformen.

Strom aus Kohle: Der fossile Dino.

Um aus Kohle Strom herzustellen, wird selbige verbrannt. Die dabei entstehende Hitze erwärmt Wasser, das sich bei steigender Temperatur zu Wasserdampf umwandelt. Der Dampf wiederum treibt riesige Räder an, sogenannte Turbinen, die mit einem Generator verbunden sind. Drehen sich die Turbinen, erzeugt der Generator Strom. Ganz ähnlich wie bei einem Dynamo, den wir für das Licht an unserem Fahrrad nutzen.

Strom aus Gas: Mit Doppelpower zu mehr Effizienz.

Handelt es sich um ein reines Gasturbinenkraftwerk, wird Erdgas unter Druck verbrannt. Auch hier bringt das entstehende Gasgemisch den Generator mittels Turbine zum Laufen und erzeugt so Strom. Bei mit Gas befeuerten Dampfkraftwerken erhitzt das heiße Gas das Wasser, dessen Dampf die Turbine antreibt. Moderne Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke, auch GuD-Kraftwerke genannt, kombinieren diese beiden Kraftwerkstypen. Die bei der Gasverbrennung entstehenden heißen Gase werden ein zweites Mal benutzt, sozusagen recycelt, und erhitzen einen Dampfkessel, der eine zweite Turbine antreibt. Aus der Energie beider Turbinen erzeugt der Generator dann Strom.

Gas und Dampfkraftwerk

Strom aus Biomasse: Hunger nach Bio-Treibstoff.

Auch Biomassekraftwerke, die unter anderem mit Holzpellets und Hackschnitzeln betrieben werden, funktionieren nach dem oben beschriebenen Prinzip: Über Verbrennung entsteht Dampf, der Turbine und Generator in Bewegung versetzt.

Strom aus Kernenergie: Vom Star zum Auslaufmodell.

Ein Kernkraftwerk erzeugt Energie durch kontrollierte Spaltung von Atomkernen, genauer gesagt: Die Kollision von Neutronen und Atomen spaltet Uran-Atomkerne. Die dadurch in Gang gesetzte Kettenreaktion erzeugt Hitze, die Wasser erwärmt und Wasserdampf entstehen lässt. Der treibt wie bei den anderen Brennstoff-Kraftwerken erst die Turbine und dadurch den Generator an, der Strom erzeugt.

Um die Kernspaltung zu kontrollieren, muss die Anzahl freier Neutronen im Reaktionsbereich geregelt werden. Dafür werden in den meisten Reaktoren Steuerstäbe aus Bor oder Kadmium eingesetzt. Darüber hinaus muss die hohe Bewegungsenergie der Neutronen gebremst werden. Dafür kommt in den meisten Fällen schweres Wasser oder Leitungswasser zum Einsatz.

Gerät die Kernspaltung außer Kontrolle, wird radioaktive Strahlung freigesetzt, die für Menschen, Tiere und Pflanzen hochgefährlich und lebensbedrohlich ist. So kam es 2011 bei der Nuklearkatastrophe von Fukushima durch ein schweres Erdbeben und dadurch ausgelöste Tsunamiwellen in vier von sechs Reaktorblöcken zu schweren Unfällen – in drei Blöcken durch die unterbrochene Reaktorkühlung sogar zur Kernschmelze, was große Mengen an radioaktivem Material freisetzte.

Erneuerbare Energieformen.

Strom aus Wasser: Flüssige Power mit Reserve.

Ein Wasserkraftwerk treibt Turbinen mit Bewegungsenergie – etwa der eines Flusses – an. Auch hier wandelt ein Generator die Drehungen der Turbine in Strom um. Pumpspeicherkraftwerke sind eine besondere Variante dieses Kraftwerk-Typs. Das Besondere: Strom, der zu viel erzeugt wurde, nutzt man und pumpt damit Wasser in einen höher gelegenen See. Wird zusätzlicher Strom benötigt, fließt das Wasser vom See in ein Becken, das darunter liegt. Dabei wird eine weitere Turbine angetrieben, die mit dem Generator verbunden ist.

Wasserkraftwerk

Strom aus Wind: Der mit dem Wind tanzt

Bei einer Windkraftanlage drückt der Wind auf die Rotorblätter und versetzt das Windrad in Bewegung. Eine Rotorwelle wirkt wie eine Turbine und treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Ein Automatiksystem dreht die Rotorwelle immer genau so zur Windrichtung, dass möglichst viel Energie erzeugt wird. Ein großer Windpark kann zudem mehrere hundert einzelner Windenergieanlagen umfassen. Sie sind über ein Übertragungssystem miteinander gekoppelt. Bei Windstille, zu starkem Wind oder Blitzen schalten sich die Rotorwellen ab. Ab einer Windgeschwindigkeit von mindestens 4 Metern pro Sekunde (m/s) starten sie automatisch wieder. Die volle Auslastung ist bei 12 bis 14 m/s erreicht.

Strom aus Sonne: Es werde Licht!

Solarzellen, oder auch Photovoltaikzellen genannt, wandeln durch den sogenannten photovoltaischen Effekt Sonnenenergie in Strom um. In der Solarzelle entsteht durch die Belichtung der Vorderseite eine elektrische Spannung zwischen der Zellenvorder- und -rückseite. Da eine einzelne Zelle gerade mal rund 0,5 Volt produziert, wird sie mit vielen weiteren in Reihe geschaltet. Die so entstehenden, sogenannten Solarpaneele versorgen derzeit vor allem kleinere Anlagen (beispielsweise Privathaushalte) mit Strom.

Weitere Arten von Kraftwerken.

  • Geothermiekraftwerk:

Ein Geothermiekraftwerk wandelt die in den Schichten der Erdkruste gespeicherte Wärme in elektrischen Strom um. Dies geschieht wie bei Dampfkraftwerken über das Verdampfen von Wasser, das in diesem Fall durch unterirdische Leitungen fließt, dort via Erdwärme erhitzt wird und anschließend in verdampfter Form eine Turbine und damit den Generator antreibt.

  • Gezeitenkraftwerk:

Gezeitenkraftwerke liegen an Meeren und Ozeanen. Sie produzieren Strom durch das Ausnutzen der Lage- und Bewegungsenergie des Wassers bei Ebbe und Flut.

  • Brennstoffzellen-Kraftwerk:

Das Brennstoffzellen-Kraftwerk wandelt chemische Reaktionsenergie in elektrischen Strom und Wärme um. Der große Vorteil: Das passiert ganz direkt, und ohne dass Zwischenschritte wie etwa eine Turbine nötig wären. Die einzelnen Brennstoffzellen bestehen aus zwei Elektroden, die durch eine halbdurchlässige Trennschicht voneinander getrennt sind. Auf der einen Seite strömt Wasserstoff ein, auf der anderen Sauerstoff. Durch die daraus resultierende Reaktion, bei der Elektronen von Elektrode zu Elektrode fließen, entsteht eine Spannung von rund 1,2 Volt pro Zelle. Das ist in etwa so viel, wie bei einer kleinen Taschenlampenbatterie. Um sie hintereinander zu schalten, werden die Zellen zu sogenannten Stacks aufeinandergestapelt.

Kann ich selber Strom erzeugen?

Wenn du selber Stromerzeuger werden möchtest, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Ob eine davon für dich infrage kommt, hängt von den persönlichen Umständen ab. So ist es zum Beispiel ein großer Unterschied, ob du eine eigene Energieversorgung nachrüsten willst oder diese schon beim Bau eines Hauses einplanen kannst. Weitere Punkte können sein: Wie hoch ist die nötige Investition? Ist sie verhältnismäßig? An welchem Standort befindest du dich?

Hier ein Überblick über einige Möglichkeiten:

Private Solaranlagen: Speicher und Wärmepumpe erwünscht

Die Kraft der Sonne nutzen, in Strom umwandeln und dabei etwas für die Umwelt tun – ein Traum, den immer mehr Menschen in die Tat umsetzen. Produziert die Sonne mal mehr als benötigt, speist du den Strom ins Versorgungsnetz ein und erhältst dafür eine Vergütung. Umgekehrt wird aus dem Stromnetz hinzugekauft, wenn die Energie der Sonne für den Eigenbedarf nicht ausreicht. Besonders effizient ist das Ganze, wenn du die Solarzellen mit einem Speicher und einer Wärmepumpe kombinierst. So sind sowohl deine Stromversorgung als auch die Warmwasser-Aufbereitung abgedeckt.

Private Windkraftanlagen: für dich lohnenswert?

Eine private Windkraftanlage könnte deine eigene Energieversorgung ebenfalls ergänzen. Allerdings sind dafür einige Voraussetzungen nötig. Du solltest klären: Kann das Windrad den Strom – verglichen mit dem Strompreis deines Versorgers – tatsächlich günstiger herstellen? Und falls du eine größtmögliche Eigenversorgung anstrebst: Ist dein Standort dafür tatsächlich windstark genug?

Mini-Blockheizkraftwerke: Dauerläufer erwünscht.

Mini-Blockheizkraftwerke, auch Mini-BHKWs genannt, können sowohl Strom als auch Wärme produzieren. Für dein Haus natürlich perfekt, damit Fernseher und Heizung laufen. Allerdings gilt: Ein Mini-BHKW arbeitet nur dann wirtschaftlich, wenn es durchgängig in Betrieb ist. Schaltest du es häufig ab und wieder an, nimmt die Effizienz der Anlage rapide ab. Du solltest also einen Wärmespeicher zuschalten, um Wärmebedarfs-Schwankungen auszugleichen.

Mini-Wasserkraftwerke: Alles im Fluss.

Das Mini-Wasserkraftwerk produziert die Energie nach demselben Prinzip, als würdest du per Dynamo das Fahrradlicht erzeugen: Die Bewegungsenergie eines Flusses oder Baches treibt eine Turbine an. Diese ist mit einem Generator verbunden, der Strom für dein Haus erzeugt. Im Gegensatz zu großen Wasserkraftwerken bedarf es bei der Kleinwasserkraft kaum besonderer Voraussetzungen. Schon ein kleiner Fluss oder großer Bach reicht aus, da selbst niedrige Fließgeschwindigkeiten die Turbine antreiben und somit Strom generieren. Handelt es sich um ein öffentliches Gewässer, ist allerdings eine Genehmigung vonnöten. Vor allem die Umweltverträglichkeit wird dann geprüft. Zudem solltest du dir überlegen: Lohnt sich der Bau eines Mini-Wasserkraftwerks aus wirtschaftlicher Sicht?

Junge Frau hält Smartphone mit kWhapp in die Kamera

Runterladen statt draufzahlen!

Ein Klick, Verbrauch & Kosten im Blick – Mit der kostenlosen Energie-Check App kWhapp.

Jetzt mehr erfahren

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

facebook instagram twitter youtube linkedin xing envelop hilfe login menu phone messenger whatsapp mail kwk gas strom waermestrom more playbutton payback loading-indicator