Bei der Stromerzeugung über Kohlekraftwerke wird Dampf erzeugt, der dann eine Turbine antreibt und so Strom generiert.
Kohlekraftwerke sind hierzulande der meist verbreitetste Kraftwerkstyp. Kohlekraftwerke unterscheidet man je nach ihrer Energieressource, so gibt es Braunkohlekraftwerke und auch Steinkohlekraftwerke. Die Bauweise ist an den jeweiligen Brennstoff angepasst, jedoch ist die Funktionsweise dieselbe.
Braunkohle beinhaltet ein geringeres Energiepotenzial als Steinkohle. Die Energiedichte beträgt in etwa drei Kilowatt in der Stunde pro Kilogramm, während ein Kilogramm Steinkohle dreimal soviel Energie freisetzen kann. Daher sind auch die zu transportierenden Mengen an Kohle dreimal so groß. Daher baut man Braunkohlekraftwerke dort, wo die Kohle gefördert wird.
Zudem muss bei der Standortfrage geklärt werden, ob ein Fluss in unmittelbarer Nähe zur Verfügung steht, in den das Kühlwasser abgeleitet werden kann. Die Preise für Steinkohle sind in den letzten Jahren stark angestiegen. Verursacht wurde dies durch den Ausbau der Stahlproduktion und den globalen Bedarf für die Stromerzeugung. In Deutschland sind die Ressourcen zu Steinkohlegewinnung bereits jetzt an ihren Grenzen angelangt.
Ein Kohlekraftwerkmodul kann bis zu 1000 Megawatt bereitstellen und bei der Zusammenschaltung mehrerer Module erweitert sich die Stromleistung dementsprechend.
Nachdem die Kohle abgebaut wurde gelangt diese zuerst über Förderanlagen in die Lagerung. Dabei wird die Kohle bereits zerkleinert. Danach wird die Kohle klein gemahlen und von der restlichen Feuchtigkeit befreit. Die Kohle wird dann im Kesselhaus bei heißen Temperaturen verbrannt und damit wird Wasser bis zu 300 Grad erhitzt. Dabei werden mehrere 100 Kilogramm an Kohle pro Stunde benötigt.
Der dadurch entstehende Wasserdampf wird durch Leitungen ins Maschinenhaus und dort in die Turbinen geführt. Die Turbinen treiben den Generator an, welcher den Strom erzeugt. Dies entspricht dem Prinzip eines konventionellen Dampfkraftwerkes. Unter der Turbine befindet sich ein Kondensator, dort überträgt der Dampf den Großteil seiner restlichen Energie an das Kühlwasser. Der Dampf wird in Folge wieder zu flüssigem Wasser. Das Wasser wird in einem Kreislauf gehalten und durch ein Pumpsystem wieder zurück ins Kesselhaus befördert. Dort beginnt der Kreislauf erneut.
Die durch die Verbrennung entstandenen Abgase werden entstaubt und entschwefelt bevor sie über die Kühltürme des Kraftwerks entweichen. Dieser Prozess wird in der Regel als Rauchreinigung bezeichnet. Das Kühlwasser wird meist in anliegende Flüsse abgegeben, nachdem es in den Kühltürmen auf eine natürliche und umweltverträgliche Temperatur herab gekühlt wurde. Die Asche, die durch die Verbrennung der Kohle entsteht, wird in Form von Schlacke aus dem Kraftwerk abgeführt und in einem Wiederverwertungsprozess in Baustoff umgewandelt.
Zur bestmöglichen Nutzung der in der Kohle gespeicherten Energie werden verschiedene Techniken eingesetzt. Diese zielen darauf ab den Wirkungsgrad des Kohlekraftwerks zu erhöhen. Der Wasserdampf im Kraftwerkskreislauf soll mit einer möglichst hohen Temperatur in die Turbine strömen und mit einer möglichst niedrigen Temperatur wieder entweichen. Der Wasserdampf wird daher auch innerhalb der Turbine erhitzt in dem er erneut durch den Heizkessel geleitet wird, der zusätzliche Wärmeenergie zuführt. Die Temperatur kann hierbei soweit gesteigert werden wie dies für die Materialien der Rohre und des Heizkessels zulässig ist. Um die Temperatur des Wasserdampfes nach Austritt aus der Turbine möglichst niedrig zu halten, wird ein so genannter Kondensator verwendet.
Der Kondensator wird durch das Kühlwasser auf niedriger Temperatur gehalten. Dieser Temperaturunterschied bewirkt das sich der gasförmige Dampf wieder in flüssiges Wasser verwandelt. Der gesamtstaatliche Optimierungsprozess bewirkt einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 31 Prozent in deutschen Kohlekraftwerken. In Ländern der Dritten Welt oder auch in Schwellenländern wird lediglich ein durchschnittlicher Wirkungsgrad von knapp über 20 Prozent erreicht.
Von einem umweltgerechten Umgang mit den natürlichen Ressourcen kann daher nur bedingt die Rede sein. Da jedoch Kohlekraftwerke mittelfristig zur Gewährleistung der Stromversorgung unabdingbar sind, sollte das Optimierungspotenzial von Kohlekraftwerken stärker ausgeschöpft werden. Weitläufig unbekannt ist zudem die Tatsache, dass bei der Stromgewinnung , durch das Verbrennen von Kohle auch Spuren von radioaktiven Elementen freigesetzt werden.
Da jährlich tausende Millionen Tonnen an Kohle verbrannt werden, ist auch der Ausstoß von radioaktiven Material dementsprechend bedeutend. Die gegenwärtige wissenschaftliche Forschung hinsichtlich der Umweltverträglichkeit von Kohlekraftwerken beschäftigt sich vor allem mit der Reduzierung des CO2 Ausstoß. Jedoch bedeutet diese Reduzierung einen Verlust des Wirkungsgrades von bis zu 15 Prozent, da das Verfahren zur CO2-Reduktion selbst einen hohen Energiebedarf hat.