Varmekraftverk

Kull, olje, gass

Varmeenergien i varmekraftverk kan være hentet fra ulike kilder – i olje-, kull- og gasskraftverk er det fossilt brensel som er energikilden. Kull, olje eller gass forbrennes og varmer opp vann, som går over til damp med høyt trykk. Enkelte varmekraftverk bruker bioenergi. Ulike typer biomasse, som ved, flis og organisk avfall brukes som såkalt biobrensel.
Vann kokes til damp, som så overopphetes til 5–600 grader i en dampkjele. Dampen driver en turbin, som gir mekanisk energi og kobles til en generator som omdanner den mekaniske energien til elektrisk energi. 
Når dampen har gått gjennom turbinen har trykket og temperaturen avtatt, og den blir deretter avkjølt i en kondensator, som tar opp varmen fra dampen, og leder den videre ut på fjernvarmenettet. Deretter ledes det kondenserte vannet tilbake i kjelen i et sluttet kretsløp.
Når elektrisitetsproduksjonen avgir dampvarme, blir det også mye spillvarme som i konvensjonelle varmekraftverk kjøles ned gjennom kondensering. Store kjøletårn brukes til å luftkjøle rennende kondensvann før det slippes ut i naturen igjen. Årsaken til at kondensvannet må kjøles, er at varmt vann vil ødelegge naturlig biologisk liv hvis det slippes ut i kretsløpene.

Kraftvarmeverk

Dersom spillvarmen fra bruken av damp ikke kondenseres, men brukes til å levere fjernvarme eller til å produsere ny elektrisitet, snakker man om kogenerasjon (cogeneration) og prosessanlegget kalles da et kraftvarmeverk. Dette er en stadig vanligere form for gjenvinning av varmen hvor fjernvarmen f.eks kan leveres til industri eller boliger. Longyear Energiverk på Svalbard er et slikt kraftvarmeverk – det leverer både elektrisitet og spillvarme i form av fjernvarme.

Andre termiske kraftverk

Et kjernekraftverk virker også som et varmekraftverk, selv om man i dagligtale og i klassifisering ikke regner kjernekraftverkene inn blant varmekraftverk. I kjernekraftverk utnyttes kjerneenergien som frigjøres når kjerner av et radioaktivt stoff blir spaltet (fisjon). Når kjernen blir spaltet får restene etter den spaltede kjernen og andre partikler stor bevegelsesenergi. Når disse bremses ned omformes bevegelsesenergien til varmeenergi. Denne varmeenergien brukes til å varme opp vann til vanndamp under høyt trykk.
I land med stor solinnstråling gjennom det meste av året kan varmekraftverk også drives av solenergi. Ved hjelp av speil reflekteres solstrålene inn mot en vannbeholder slik at vannet varmes opp og går over til damp med høy temperatur og høyt trykk.
På steder der varmt vann og damp presses opp av jordskorpa under høyt trykk, som på Island, utnyttes den geotermiske energien til å drive turbinene i varmekraftverk. Slike kraftverk kalles ofte geotermisk kraftverk.

Effekt og klimahensyn

Oftest er gasskraftverkene nyere enn oljekraftverkene, både fordi oljeutvinning og -utnytting har en lengre historie, og fordi gasskraft har fått et sterkt oppsving med den senere tids fokus på global oppvarming og miljø. Gass har et av de største spesifikke energiinnhold av de fossile brenslene,
og har minst karboninnhold per energiinnhold. Dermed  gir avbrenning av gass det minste utslipp av CO₂ per produsert energimengde. 
Fyring med naturgass er om lag 65 % så utslippsintensivt som kullfyring og om lag 90 % så utslippsintensivt som oljefyring.
Fordi gasskraftverk ofte har nyere og mer effektivt utstyr kan utslippene være så lave som 30 % av kullfyrte kraftverker per produsert kraftmengde.
Oljefyrte kraftverk ligger omtrent midt mellom gass- og kullkraftverk hva angår CO₂-utslipp.
De seneste ti årene har det nesten bare blitt bygget gasskraftverk i Europa og USA, og mange tidligere kull- eller oljekraftverk har blitt omstilt til gassdrift, ofte ved at det er installert gassturbiner til erstatning for dampturbiner.