FASZINATION STAHL

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ZURÜCK IN DIE ZUKUNFT Um Deutschland und Europa unabhängiger von Öl und Gas zu machen, setzen Forscher und Energieversorger auch auf solarthermische Kraftwerke, welche die Kraft der Sonne mittels hunderttausender Parabolspiegel in Wärme und Strom umwandeln. Die Technologie könnte die Energieversorgung revolutionieren – auch dank dem Hochleistungswerkstoff Stahl. Wenn ein Werkstoff, der bereits die industrielle Revolution vorangetrieben hat, nun auch bei der Energierevolution eine wichtige Rolle spielt, dann muss er wohl unersetzlich sein. Und fortschrittlich obendrein. Denn wo immer derzeit auf der Welt Solarkraftwerke errichtet werden, welche die Kraft der Sonne mittels langer Spiegelreihen bündeln, wird auch Stahl verbaut. Ob als Edelstahlrohr im Receiver, im Wärmetauscher oder als Metallschlauch zwischen den Kollektoren – beim Bau der riesigen Kraftwerke, die derzeit in Wüstengebieten aus dem Boden schießen, spielt Stahl eine entscheidende Rolle. Ob Windkraftanlage oder eben Solarkraftwerk: Wo Energiewende drauf- steht, ist auch Stahl drin. Auf einem Hochplateau nahe der spanischen Stadt Granada hat die solare Zukunft bereits begonnen: Auf einer Fläche von 600 Fußballfeldern stehen über 600.000 Parabolspiegel im gleißenden Sonnenlicht und produzieren Strom für eine halbe Million Haushalte. Damit ist das Kraftwerk Andasol der größte Sonnenstromproduzent der Welt. Dank der so genannten Concentrated-Solar- Power(CSP)-Technologie steht eine erprobte Form der Energiegewinnung zur Verfügung, die bereits seit über 20 Jahren in den USA genutzt wird. Infolge niedriger Ölpreise und mangelnder Wirtschaftlichkeit kamen diese Zukunftskraftwerke jedoch kaum über das Erprobungsstadium hinaus. Doch die Zeiten haben sich geändert: Öl wird knapp, der Preis schnellt in die Höhe, die Diskussion um den Klimawandel verschärft sich. Und der weltweite Hunger nach Energie wächst weiter. Umso notwendiger sind erneuerbare Energietechno - lo gien, die auch im großtechnischen Maßstab Strom liefern und Versorgungssicherheit garantieren. Für diese Aufgabe eignen sich Solarkraftwerke besonders, da sie aufgrund zugeschalteter Wärmespeicher über eine gewisse Zeit auch dann noch Energie liefern können, wenn die Sonne nicht scheint. Um Deutschland und Europa unabhängiger von Öl und Gas zu machen, setzt auch die vor einigen Jahren von deutschen Energieversorgern und Industrieunternehmen gegründete Desertec-Initiative auf Strom aus dem Sonnengürtel der Erde. Ob in Spanien, Nordafrika oder in der Mojave- Wüste in Kalifornien, wo inzwischen die zweite Anlagengeneration projektiert wird – Sonnenkraftwerke würden ohne den Hochleistungswerkstoff Stahl keine Kilowattstunde Strom liefern. „An wesentlichen Stellen der neuen Kraftwerke ist Stahl ohne Alternative“, erklärt Eckhard Lüpfert, Geschäftsführer der CSP Services, einer Firma, die sich auf die Kollektorentwicklung und Qualitätssicherung bei solarthermischen Kraftwerken spezialisiert hat. „Stahl ist hervorragend zu verarbeiten und vielfältig einsetzbar. Das sage ich vor allem als Ingenieur, der darauf achtet, welche Anwen - dungen möglich sind und welche Anforderungen der Werkstoff erfüllen muss.“ Die Liste ist lang und beginnt mit der Temperaturfestigkeit: Im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken, wo konstante Bedingungen Neuer Geschäftsbereich „Sonnenkraftwerke wie Andasol sind für uns ein interessantes Anwendungsfeld für nahtlos gezogene Präzisionsstahlrohre, die auch im konventionellen Kraftwerksbau eingesetzt werden“, so Manfred Engelke, Marketingleiter von Salzgitter Mannesmann Precision, die für das im vergangenen Jahr ans Netz gegangene dritte Feld von Andasol Wärmetauscherrohre geliefert haben. „Die Rohre, in denen der Wärmeträger zirkuliert, bestehen aus Stahl, der höchsten Qualitätsansprüchen gerecht werden muss“, so der Marketingleiter. „Tradition trifft Zukunft – da entwickelt sich ein weiteres, zukunftsträchtiges Einsatzgebiet von Präzisionsstahlrohren in der Energiewirtschaft.“ Gebündelte Sonnenkraft: Receiver-Rohr im Kollektorfeld des spanischen Solarkraftwerks Andasol
Kollektoren, so weit das Auge reicht: Der dritte Kraftwerkskomplex von Andasol ging im vergangenen Jahr ans Netz herrschen, kommt es bei solarthermischen Anlagen zu einem thermischen Auf und Ab, das dem Werkstoff eine Menge abverlangt. So werden im Betriebszustand Temperaturen von 400 Grad Celsius und mehr erreicht, während diese nachts auf –30 Grad heruntergehen können. Dann die Flexibilität: Da die Parabolspiegel in einem bestimmten Winkel der Sonne nachgeführt werden, müssen die Verbindungen zwischen den einzelnen Receivern elastisch sein, um durch die permanente Bewegung des Kollektors nicht zu verschleißen. Schließlich die Korrosionsbeständigkeit: Um künftig noch höhere Temperaturen des Wärmeträgermediums im Receiver zu erreichen und den Wirkungsgrad der Kraftwerke zu verbessern, setzen die Forscher und Anlagenbauer auf flüssiges Salz. Dies kann auf bis zu 550 Grad erhitzt werden, während das bis dato eingesetzte Thermo-Öl nur für Hitze bis 400 Grad geeignet ist. Da das Salz jedoch aggressiv ist, muss das Receiver-Rohr aus einem besonders korrosionsbeständigen, hoch legierten Edelstahl bestehen, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Die Wüste lebt CSP-Kraftwerke funktionieren nach einem einfachen Prinzip: Sonnenenergie wird in Wärme umgewandelt. Dies geschieht mittels riesiger, parabolisch geformter und in langen Reihen hintereinander aufgestellter Spiegel, welche die Sonnenstrahlung bündeln und mit bis zu 80-facher Konzentration auf den Receiver leiten. Dieser besteht aus einem vakuumisolier ten, speziell beschichteten Stahlrohr, in dem ein Wärmeträger fließt. In einem Wärmetauscher erzeugt dieser Wasserdampf, der eine Turbine antreibt, die über einen Generator schließlich Strom produziert. Das energiewirtschaftliche Potenzial der CSP- Technologie ist enorm – die Wüsten der Erde empfangen in 6 Stunden mehr Sonnenenergie, als die Menschheit in einem Jahr verbraucht. <strong>FASZINATION</strong> <strong>STAHL</strong> 6 | 7 Hohe Anforderungen Korrosion, Oxidation, Druck und Hitze stellen hohe Anforderungen an einen Werkstoff. „Die Herausforderung besteht darin, für die jewei ligen Anwendungen den besten Stahl aus zuwählen und ihn, wie etwa beim Receiver, durch eine spezielle Oberflächenbehandlung weiter zu qualifizieren“, erklärt Prof. Robert Pitz-Paal vom Institut für Solarforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln, das seit über 30 Jahren auf einer Testplattform in Spanien verschiedene Anlagen typen solarthermischer Kraftwerke untersucht. „Wir untersuchen genau, was mit den jeweiligen Stählen passiert und ob sie die entsprechenden Anforderungen im Kraftwerkssystem erfüllen.“ Die bisherigen Ergebnisse zeigen: „Stahl ist auch unter hohem Druck stabil und liefert die nötige Dichtigkeit“, so Pitz-Paal. Doch auch in puncto Wirtschaftlichkeit ist dieser Werkstoff im solarthermischen Kraftwerksbau konkurrenzlos. „Wir nutzen ihn, weil er günstig ist und sich rechnet“, sagt CSP-Manager Lüpfert. „Stahl ist für uns das Material mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis.“ Mit Blick auf die Energiewende kein schlechtes Argument. Denn je schneller der grüne Strom wirtschaftlich wird, desto eher mausern sich die Sonnenkraftwerke von der ewigen Zukunftsoption zur konkurrenzfähigen Kraftwerkstechnologie. Allein in Spanien werden nach DLR-Angaben in den nächsten zwei Jahren 40 neue Sonnenkraftwerke gebaut. Bis zum Jahr 2020 sollen weltweit 1.500 Anlagen mit einer Leistung von 20.000 Megawatt ans Netz gehen, was der Leistung von rund 20 Kernkraftwerken entspricht. Und die Pläne reichen weiter: Bis zum Jahr 2050 könnten nach DLR- Szenarien allein in Nordafrika und im Nahen Osten Sonnenkraftwerke mit einer Leistung von bis zu 470.000 Megawatt entstehen und damit einen maßgeblichen Beitrag zur Stromversorgung Europas leisten. Das ist ein ehrgeiziges Ziel auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energieversorgung, die ohne Stahl nicht erreicht werden kann.
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