Funktionsschema eines Dampfkraftwerks: Die chemische Energie des Brennstoffs wird zunächst in Wärme und Dampf (Dampferzeuger), dann in kinetische Energie (Turbine) und schließlich in elektrische Energie (Generator) umgewandelt. Um den thermischen Wirkungsgrad des Kraftwerks zu steigern, läßt man den abgearbeiteten Dampf nicht einfach ins Freie entweichen, sondern entzieht ihm über einen Kühl-Kondensator die Verdampfungswärme, so daß er kondensiert und erneut als Speisewasser für den Kessel verwendet werden kann.

Dampfkraftwerke nutzen hauptsächlich Kohle und Kernkraft

Die wichtigste und vielfältigste Gruppe der Wärmekraftwerke sind die Dampfkraftwerke. Dazu gehören vor allem die Kohle- und die Kernkraftwerke. Die öffentliche Stromversorgung Deutschlands wird zu rund 55 Prozent von Braunkohle- und Steinkohlekraftwerken abgedeckt. Weitere 34 Prozent kommen aus Kernkraftwerken. Das sind zusammen annähernd 90 Prozent der Stromerzeugung.

Daneben gibt es auch Dampfkraftwerke, die mit Öl, Erdgas, Müll oder Biomasse befeuert werden. Unter günstigen klimatischen Verhältnissen, wie sie etwa in der kalifornischen Wüste herrschen, lassen sich Dampfkraftwerke mittels der Sonneneinstrahlung betreiben (siehe Solarthermie). Mancherorts kann man auch Erdwärme für die Dampferzeugung nutzen.

Ab der Dampfturbine, die den Generator treibt, sind sich alle Dampfkraftwerke sehr ähnlich. Dagegen gibt es für die Dampferzeugung mehrere Möglichkeiten. Die älteste ist das Prinzip des Wasserkessels, unter dem ein Feuer brennt und das Wasser zum Verdampfen bringt. Um das Feuer zu entfachen, kann praktisch alles verwendet werden, was brennbar ist. In der Regel nimmt man dazu Kohle, Gas oder Öl. Ersatzweise tut es aber auch Müll, Holz oder Stroh.

Dagegen benötigen solarthermische und geothermische Dampfkraftwerke keinen Brennstoff. Sie nutzen die Einstrahlung der Sonne bzw. die Erdwärme, um Wasser in Dampf zu verwandeln.

In Kernkraftwerken erfolgt die Dampferzeugung durch die Wärme, die bei einer kontrollierten Kernspaltung frei wird. Die radioaktiven Brennelemente geben ihre Wärme entweder direkt an das verdampfende Wasser ab (Siedewasserreaktor) oder indirekt über einen Wärmetauscher (Druckwasserreaktor).

Wenn hier immer wieder von Dampf die Rede ist, sollte man sich bewußt sein, daß Dampf unsichtbar ist. Was als heißer Nebel dem Kaffeekessel entströmt und umgangssprachlich als Dampf bezeichnet wird, ist in Wirklichkeit die "Kondensation", nämlich die Verflüssigung des Dampfes zu winzigen Wassertröpfchen und damit die Umkehrung des Verdampfens. Für die Physiker ist Dampf ganz allgemein "der gasförmige Aggregatzustand eines Stoffes, wenn sich dessen Gasphase im thermodynamischen Gleichgewicht mit der festen oder flüssigen Phase befindet". Entsprechend ist Wasserdampf der gasförmige Aggregatzustand des Wassers, der sich unter normalen Druckverhältnissen bei etwa hundert Grad Celsius einstellt. Für den allmählichen Wechsel des Wassers vom flüssigen zum gasförmigen Aggregatzustand ist ein zusätzliches Quantum Wärme erforderlich, die sogenannte "Verdampfungswärme", ohne daß sich deshalb die Temperatur des Mediums erhöht. Allerdings gilt dies nur bis zur sogenannten "kritischen Temperatur" von 374,1 Grad Celsius. Oberhalb dieser Grenze, der ein "kritischer Druck" von 217,5 bar entspricht, tritt Wasser nur noch in gasförmigen Zustand auf.