Solaranlagen und Produkte der Vormonate:

Strom aus Solarwärme: Solarthermische Kraftwerke als Option für eine klimafreundliche Elektrizitätsversorgung

In sonnenbegünstigten Regionen der Erde sind solarthermische Kraftwerke eine wichtige Technologieoption für die umwelt- und klimafreundliche Stromversorgung. Nur ein Prozent der Fläche der Sahara würde theoretisch ausreichen, um den gesamten Elektrizitätsbedarf der Erde zu decken; das Potenzial im so genannten Sonnengürtel der Erde könnte langfristig ein Vielfaches des globalen Strombedarfs decken. Die Stromerzeugung mit Solarwärme basiert auf einem einfachen Prinzip: Die Sonnenstrahlung wird mit konzentrierenden Spiegeln gebündelt und in thermische Energie umgesetzt. Die anfallenden hohen Temperaturen werden für den Antrieb konventioneller Dampf- und Gasturbinen oder einer Stirling-Maschine verwendet. In Zusammenarbeit mit dem BINE Informationsdienst informiert der Solarserver über den aktuellen Entwicklungsstand und die wirtschaftlichen Perspektiven. Eine Einführung in die technischen Grundlagen bietet der Beitrag "Solarthermische Kraftwerke: Technologie-Transfer in den "Sonnengürtel"

Parabolrinnenkollektoren auf der "Plataforma de Solar Almería".

Die derzeit kostengünstigste Variante, um aus Sonnenenergie Strom zu gewinnen, sind Parabolrinnensysteme. In Spanien sind mehrere Kraftwerksprojekte geplant beziehungsweise bereits realisiert. Die unter den dortigen Bedingungen im reinen Solarbetrieb erzielbaren Stromgestehungskosten werden bei zirka 16 Cent pro Kilowattstunde liegen.
Bild: Parabolrinnenkollektoren auf der "Plataforma de Solar Almería". (Foto: Quaschning)

Deutsche und europäische Forschungsinstitute und Unternehmen gehören weltweit zur Spitze bei der Entwicklung von Solarwärme-Kraftwerken zur Stromproduktion. Nach Auffassung des Bundesumweltministeriums (BMU) gilt es, solche Anlagen zur umweltfreundlichen Stromerzeugung zu exportieren und in den sonnenreichen Ländern des Südens zu realisieren. Das würde nicht nur den Klimaschutz voranbringen, sondern Arbeitsplätze schaffen - auch in Deutschland, betont das BMU. Zur führenden Stellung Deutschlands in diesem Sektor hat das Zukunftsinvestitionsprogramm der Bundesregierung mit Forschungsvorhaben im Umfang von 10 Millionen Euro beigetragen. Künftig wird die Förderung im Rahmen der allgemeinen Forschungsförderung fortgeführt. Gefördert werden Projekte wie beispielsweise das Parabolrinnenkraftwerk der Solar Millenium AG mit einer geplanten Gesamtleistung von 100 Megawatt, neue Solarturmkonzepte sowie kleinere Anlagen für dezentrale Energieversorgung (Dish-Stirling-Systeme).

Für den wirtschaftlichen Betrieb dieser Anlagen kommen vor allem Standorte südlich des 40. Breitengrades in Frage. Das Bundesumweltministerium setzt sich verstärkt für die Markteinführung dieser Technologie ein. Auch die Europäische Kommmission unterstützt Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbare Energien, darunter der konzentrierten Solarwärme. Bei einem Informationsgespräch Anfang März 2004 in Almeria betonte EU-Forschungskommissar Philippe Busquin, Europa sei führend bei der Entwicklung und Implementierung bahnbrechender Forschungsergebnisse sowie beim Technologietransfer. "Obwohl uns fossile Brennstoffe noch lange begleiten werden, müssen wir die Nutzung alternativer Energiequellen voranbringen, um die wirtschaftliche Entwicklung Europas wirklich nachhaltig zu gestalten", sagte Busquin. Fachleute erwarten, dass nach jahrelangem Stillstand in absehbarer Zukunft neue Solarkraftwerke in Indien und in den USA gebaut werden.

Kommerzielles Vorbild in den USA, neue Projekte in Spanien

Neun Solarkraftwerke in der Mojave-Wüste in Südkalifornien mit einer Leistung von 354 Megawatt (MW) produzieren jährlich etwa 800 Megawattstunden Solarstrom. Die eingesetzten Parabolrinnensysteme sind die gegenwärtig kostengünstigste Variante, um aus Sonnenenergie Strom zu gewinnen.

Solarkraftwerk bei Kramer Junction, USA

Bild: Solarkraftwerk bei Kramer Junction, USA: Über 2 Millionen Quadratmeter Parabolrinnenkollektoren mit einer Stromerzeugungskapazität von 354 Megawatt produzierten bis Ende 2001 fast 10 Milliarden Kilowattstunden Solarstrom und Erlöse in Höhe von rund 1,5 Milliarden US-Dollar. Quelle: Forschungsverbund Sonnenenergie; DLR.

Die weltweit einzigen kommerziell betriebenen solarthermischen Kraftwerke, erzeugen seit mehr als 15 Jahren Strom zu konkurrenzfähigen Preisen. Die letzte der insgesamt neun Anlagen wurde 1991 errichtet. Kommerzielle Nachfolgeprojekte blieben jedoch bislang aus.

Schema Parabolrinnenkraftwerk.

Bild: Schema Parabolrinnenkraftwerk. Quelle: DLR.
Die Situation in Europa hat sich besonders durch das novellierte Einspeisegesetz in Spanien grundlegend gewandelt. Am 2. August 2002 hat der spanische Ministerrat eine lange erwartete Einspeisevergütung für Strom aus solarthermischen Großkraftwerken verabschiedet. Danach wird für solarthermisch erzeugten Strom ein Bonus von 12,02 Cent zusätzlich zum Marktpreis für konventionellen Strom gezahlt. Unter spanischer Sonne sind zur Zeit mehrere Kraftwerksprojekte geplant. Die im reinen Solarbetrieb unter den dortigen Bedingungen erzielbaren Stromgestehungskosten sollen bei zirka 16 ct/kWh liegen.
Übersicht solarthermischer Kraftwerksprojekte in Spanien.
Grafik: Übersicht solarthermischer Kraftwerksprojekte in Spanien. Quelle: BINE Informationsdienst

Neben der Technik werden derzeit energiepolitische Instrumente entwickelt, welche die Markteinführung in Ländern des Sonnengürtels ermöglichen sollen. Denn solarthermisch erzeugter Strom ist momentan noch etwa 10 bis 15 ct/kWh teurer als fossil erzeugter Strom. Die Stromgestehungskosten hängen ab von den lokalen Gegebenheiten wie der solaren Einstrahlung und der jeweils angewendeten Technik. Die Kosten sollen gesenkt werden durch den Betrieb von Anlagen im größeren Maßstab (Skaleneffekte) und höhere Volllastzeiten sowie durch Wärmespeicherung und Hybridbetrieb mit fossilen Brennstoffen. Eine Abschätzung der künftigen Kostenentwicklung unter verschiedenen lokalen Rahmenbedingungen kommt zu dem Ergebnis, dass solarthermische Kraftwerke an günstigen Standorten ab dem Jahr 2015 Strom für deutlich weniger als 10 ct/kWh liefern können.

Parabolrinnenkollektoren in Granada und Navarra

Am weitesten gediehen sind die Parabolrinnenprojekte der Solar Millennium AG in der spanischen Provinz Granada. Die vorläufige Baugenehmigung des spanischen Industrieministeriums für die Kraftwerke AndaSol 1 und 2 mit jeweils 50 Megawatt elektrischer Leistung liegt vor. Die Kraftwerke werden mit "EuroTrough-Kollektoren" mit einer Gesamtfläche der Solarfelder von je 510.120 m2 bestückt. Der EuroTrough-Kollektor ist eine Entwicklung der Industriepartner Abengoa (Spanien), Flabeg Solar und Schlaich, Bergermann und Partner (Deutschland) in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Er wurde bereits erfolgreich im Forschungszentrum Plataforma Solar de Almeriá getestet.

Parabolrinnenkollektoren in Almeria

Um die Auslastung der Kraftwerke und damit die Wirtschaftlichkeit zu steigern, ist ein Flüssigsalzspeicher mit einer thermischen Kapazität von sechs Volllaststunden vorgesehen. Der Baubeginn ist für 2004 geplant. Ab Ende 2006 sollen die beiden Blöcke jährlich rund 160 Gigawattstunden (GWh) Solarstrom in das spanische Netz einspeisen (1 GWh = 1 Million Kilowattstunden).

Parabolrinnenkollektoren in Almeria. Foto: Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Stuttgart (ZSW).

Wie bei konventionellen Kraftwerken wird in solarthermischen Kraftwerken Dampf für einen Turbinenprozess erzeugt, nur eben nicht durch die Verbrennung fossiler Energieträger, sondern durch konzentrierte Solarstrahlung. Die einzelnen, einachsig der Sonne nachgeführten Kollektoren haben einen parabolförmigen Querschnitt. In der Brennlinie des Spiegels befindet sich ein Absorberrohr, das von einem zirkulierenden Arbeitsmedium durchflossen wird. Als Wärmeträgerflüssigkeit kommen synthetische Thermo-Öle und Salzschmelzen in Frage. Das Sonnenlicht wird bis zum mehr als 80-fachen konzentriert und erhitzt so das Öl auf nahezu 400 °C. Die eingestrahlte Energie wird zu einem nachgeschalteten Dampferzeuger transportiert und der erzeugte Dampf in einem Dampfkraftprozess verstromt.

Solartürme bei Sevilla und in Cordoba

Ähnlich fortgeschritten wie das Vorhaben der Solar Millennium AG ist das Solarturm-Projekt "PS 10" des spanischen Konzerns Abengoa, 15 Kilometer westlich von Sevilla. Knapp 1.000 einzeln nachgeführte Planspiegel (Heliostaten) mit je 90 m2 Fläche bündeln die Sonnenstrahlung auf einen Turm.

Heliostatenfeld und "CESA I"-Solarturm in der spanischen Testanlage Plataforma Solar de Almería.

Ein auf dem Turm angebrachter Strahlungsempfänger (Receiver) absorbiert die gebündelte Sonnenenergie und gibt diese an das Wärmeträgermedium ab. Die Solarstrahlung kann einige hundert Male konzentriert für die Erzeugung von Hochtemperaturwärme bis zu 1.100°C genutzt werden.
Bild: Heliostatenfeld und "CESAI"-Solarturm in der spanischen Testanlage Plataforma Solar de Almería. Foto: Forschungsverbund Sonnenenergie; PSA/DLR

In einem Dampfturbinen-Prozess wird eine elektrische Leistung von 11 MW erbracht werden. Bei Solarturmkraftwerken können durch Einkopplung der Solarenergie in hocheffiziente Gas- und Dampfkraftwerke, weitere Kostensenkungspotenziale erschlossen werden. Um Leistungsschwankungen auszugleichen wird ein 305 Kubikmeter großer Wärmespeicher integriert. Er soll die Energie für eine Volllaststunde speichern können. Die Anlage soll Mitte 2004 in Betrieb gehen.

Schema Solarturmkraftwerk

Abb 4 Schema Solarturmkraftwerk.
Weltweit ist eine Reihe von Demonstrationskraftwerken in der Planung. So fördert Global Environment Facility (GEF) unter anderem Kraftwerksprojekte in Mathania (Indien), Ain Beni Mathar (Marokko), Kuraymat (Ägypten) und Hermosilio (Mexiko). Einen Überblick bietet http://www.solarpaces.org/projects.htm.
BINE-logo Eine Zusammenstellung der von der Bundesregierung geförderten Vorhaben finden Sie auf der BINE-Website http://www.bine.info/ unter der Rubrik "Service/InfoPlus". Das BINE Projektinfo "Solarthermische Kraftwerke" sowie weitere Informationen zum Thema können als PDF-Datei heruntergeladen werden.
Autor: Paul Feddeck, BINE Informationsdienst. Redaktion Solarserver: Rolf Hug.
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