Parabolrinnen-Kraftwerke

Bei den bereits schon erwähnten Parabolrinnen-Kraftwerken wird eine große Zahl von Parabolrinnen-Spiegeln parallel zueinander aufgestellt und einachsig der Sonne nachgeführt. Im Brennpunkt der Spiegel läuft ein Absorberrohr mit einer evakuierten Glasröhre, in der sich ein selektiv beschichteter Metallabsorber befindet, auf den das Sonnenlicht mehr als 80-fach konzentriert wird. Das Wärmeträgermedium durchströmt den Absorber und nimmt die Wärme auf. Bei den bisher gebauten Anlagen wird hierfür ein Thermoöl verwendet, das bis auf rund 390 °C erhitzt werden kann. Über einen Wärmetauscher wird die thermische Energie an einen Dampfturbinen-Prozess weitergegeben, über den dann elektrische Energie erzeugt wird.

Im Rahmen des von der EU geförderten DISS (Direct Solar Steam)-Projekts wird das Thermoöl durch Wasser ersetzt, das bei Temperaturen bis über 400 °C und einem Druck von bis zu 100 bar direkt verdampft und überhitzt wird, sodass es direkt in eine Turbine geleitet werden kann. Wärmetauscher und Thermoöl werden somit überflüssig, wodurch sich Kosten einsparen lassen. Weitere Kosteneinsparungen sollen im Projekt EUROtrough erreicht werden, indem eine optimierte Kollektorstruktur entwickelt wird, die kostengünstiger zu fertigen ist und mit der zudem noch ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann. Beide Projekte werden derzeit an der PSA unter Beteiligung von zahlreichen Industriepartnern aufgebaut und getestet. Die Ergebnisse sind vielversprechend! Während beim ersten kommerziellen Parabolrinnen-Kraftwerk SEGS I der mittlere solarelektrische Wirkungsgrad noch unter 10 % liegt, sind bei neuen Anlagen Wirkungsgrade um 15 % zu erwarten.

Solarturm-Kraftwerke

Bei einem Solarturm-Kraftwerk wird das Sonnenlicht von mehreren Hundert oder gar Tausend zweiachsig nachgeführten Spiegeln, sogenannten Heliostaten auf einen einzigen Fokus konzentriert. Dieser Fokus wird auf einen Strahlungsempfänger (Receiver) ausgerichtet, der sich auf einem Turm befindet, sodass er von allen Spiegeln aus erreicht werden kann. Im Gegensatz zu den Parabolrinnen- Kraftwerken gibt es bei den Solarturm- Kraftwerken bisher noch keine kommerziellen Anlagen. In Almería (Spanien), Barstow (USA) und Rehovot (Israel) sind jedoch Versuchanlagen in Betrieb, mit denen Anlagenkomponenten optimiert werden sollen oder neue Komponenten ausgetestet werden.

Bisher kommen zwei Receiver-Technologien zum Einsatz, die über einen Wärmetauscher mit einem mit einem konventionellen Dampfturbinenkreislauf gekoppelt sind: Beim Salzschmelzenreceiver dient flüssiges Salz als Wärmeträger, das im Receiver erhitzt wird. Außerdem gibt es offene volumetrische Luftreceiver, bei denen Luft durch ein Metalldrahtgestrick-Absorber gesaugt und auf Temperaturen von über 700 °C erhitzt wird.
Auf der PSA wird derzeit ein geschlossener Druckreceiver entwickelt und gestestet, in dem Luft unter Druck erhitzt wird. Dieser lässt sich direkt mit einer Gasturbine koppeln, wodurch eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrads erreicht werden kann. Insgesamt lassen Solarturm-Kraftwerke bessere Gesamtwirkungsgrade erwarten als Parabolrinnen-Kraftwerke.

Dish/Stirling-Anlagen

Bei einer Dish/Stirling-Anlage wird die Solarstrahlung durch einen zweiachsig nachgeführten Hohlspiegel (Dish, engl.: Schüssel) auf einen Brennpunkt konzentriert. Dort befindet sich wie beim Solarturm-Kraftwerk ein Receiver, zur Aufnahme der Wärme. Ein Stirling-Motor setzt die Wärme in mechanische Energie um, mit der über einen elektrischen Generator schließlich elektrische Energie erzeugt wird. Im Receiver wird die Solarstrahlung etwa 4.000fach konzentriert und es werden Temperaturen von 800 °C erreicht. Der maximale Systemwirkungsgrad liegt über 20 %. Die größten bisher gebauten Systeme wurden in Saudi-Arabien errichtet. Bei einem Konzentratordurchmesser von 17 m erreichten sie eine Nennleistung von 50 kW. An der PSA sind Systeme mit einem Durchmesser von 8,5 m und einer Nennleistung von 10 kW im Einsatz. Ziel der aktuellen Forschungsvorhaben ist eine Kostenreduktion durch eine selbsttragende Kollektorstruktur sowie ein möglicher Hybridbetrieb mit Biogas, das direkt in der Anlage verfeuert wird.

Günstige Aussichten

Solarthermische Kraftwerke sind die wirtschaftlichsten Anlagen zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie. Abb. 6 zeigt Stromgestehungskosten realisierter und künftiger solarthermischer Kraftwerksprojekte. Mit analogen finanzierungsspezifischen Rahmendaten wurde mit Hilfe des Programms greenius, das derzeit für die Simulation regenerativer Kraftwerksprojekte an der PSA entwickelt wird, die Stromgestehungskosten für PV-Anlagen berechnet. So ist für heute gebaute Anlagen in Deutschland mit Stromgestehungskosten von etwa 0,90 Euro/kWh und bei einer Kostendegression von 6 % pro Jahr im Jahr 2020 immer noch mit 0,25 Euro/kWh zu rechnen. Bei Standorten in Nordafrika mit einer Globalstrahlung von über 2.000 kWh/(m² a) sinken diese Kosten heute auf 0,45 Euro/kWh und im Jahr 2020 auf 0,13 Euro/kWh und liegen damit immer noch erheblich über denen solarthermischer Kraftwerke.

Trotz der Vorteile der solarthermischen Kraftwerkstechnik gib es bisher noch keine selbsttragende Marktentwicklung. Gegen moderne, fossil befeuerte Kraftwerke sind Solartechniken auch bei Kosten unter 0,15 Euro/kWh nicht wettbewerbsfähig, weil vermiedene Umweltlasten betriebswirtschaftlich nicht gutgeschrieben werden.

Sicher würde eine positive Meinungsbildung in deutschen Unternehmen der Branchen Elektro, Anlagen, Elektrizität, Glas u. a. sehr gefördert, wenn sich die Bundesregierung unter umwelt- und energiewirtschaftlichen, aber auch entwicklungs- und technologiepolitischen Aspekten zu dieser Option bekennen würde. Schließlich hat die Regierung die vorhandene deutsche Kompetenz mit erheblichen Fördermitteln aufgebaut. Weiterhin ist ein politisches Engagement der Bundesregierung ist insbesondere bei der Meinungsbildung in potentiellen Standortländern erforderlich.
Strom aus solarthermischen Kraftwerken aus Südeuropa oder Nordafrika könnte kurzfristig auch bei europäischen Anbietern von grünem Strom vertrieben werden und somit zu einer kostengünstigen und klimaverträglichen Elektrizitätsversorgung beitragen, sobald die technischen und wirtschaftlichen Randbedingungen zur Durchleitung von Solarstrom nach Mitteleuropa bei geklärt sind.

Literatur

Solarthermische Kraftwerke im Internet