Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen ...

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gegenwärtig untersuchten Speichersysteme eignen sich bei den anfallenden großen Wärmemengen nicht
für Speicherung über längere Zeit. Alternativ oder komplementär zur Speicherung eröffnet sich bei Solarthermie
überdies die in manchen Anwendungsfällen attraktive Möglichkeit, durch (fossile oder Biomasse-)
Beifeuerung im Kraftwerk die Leistung unabhängig von der Sonneneinstrahlung dem Bedarf anpassen zu
können 47.
Für die Solarspiegel der CSP stehen verschiedene technische Lösungen zur Verfügung. Am häufigsten
wurden bisher Parabolrinnensysteme eingesetzt, die die Strahlung auf eine im Fokus der Rinnen liegende
Röhre mit ölbasierter Thermoflüssigkeit konzentrieren und diese erhitzen. Vakuumisolierung und selektive
Beschichtungen der Röhre sind wichtig für Temperaturen über 200° und damit einen ausreichend hohen –
wenn auch im Vergleich zu fossilen Großkraftwerken bescheidenen – thermodynamischen Wirkungsgrad,
ebenso wie die geometrische Präzision der Parabolrinne und ihre Verwindungssteifigkeit bei Windlast und
Nachführung des Spiegelsystems. Mit dieser Form der solarthermischen Stromerzeugung sind bisher die mit
Abstand umfangreichsten praktischen Erfahrungen gesammelt worden 48 . Gegenwärtig begrenzt die chemische
Stabilität von Thermoölen die Nutztemperatur auf ca. 350° – 400°C 49 . Wasser als Thermomedium im
Primärkreislauf erlaubt höhere Temperaturen und thermodynamische Wirkungsgrade zu erreichen. Erfolgreiche
Versuche an Parabolrinnen sind auch mit Direktverdampfung unternommen worden – allerdings
bislang ebenfalls nur bis zu 400°C Vorlauftemperatur 50 .
Alternativ zu den relativ aufwändigen, da großen und stark gekrümmten Spiegeln von Parabolrinnenanlagen
werden in jüngster Zeit planar angeordnete Fresnelspiegel getestet, die eine wesentlich geringere Krümmung
und damit niedrigere Fertigungskosten haben als auch eine hohe Flächenausnutzung ermöglichen und
geringere Windangriffsflächen bieten. Mit 450°C wurde in solchen Anlagen eine vergleichsweise hohe
Arbeitstemperatur erreicht 51.
Gegenüber nur einachsig fokussierbaren Rinnen, die eine Konzentration bis zu einem Faktor 100 erreichen,
bieten Dish-Sterling-Systeme und Solarturmanlagen die Möglichkeit einer zweiachsigen Fokussierung und
Nachführung und erlauben, durch bessere Konzentrationsfaktoren das Wärmemedium in einem Empfänger
auf wesentlich höhere Temperaturen aufzuheizen. Dish-Sterling-Systeme nutzen einen rotationssymmetrischen
Parabolspiegel mit kardanischer Aufhängung, der die Solarstrahlung auf einen Absorber richtet,
dessen Medium über einem Sterlingmotor einen elektrischen Generator antreibt. Einzelsysteme im Bereich
von bisher einigen 10 kW können zu MW-Gesamtanlagen zusammengeschaltet werden. Um einen hohen
Wirkungsgrad des Sterling-Motors über ein größeres Zeitintervall auch außerhalb der Spitzeneinstrahlung im
Tagesgang zu gewährleisten, werden die Spiegel etwas überdimensioniert. Langfristig werden bei Dish-
Sterling-Systemen Stromgestehungskosten von 10 – 20 c/kWh als erzielbar angesehen 52.
Für große Leistungen sind insbesondere Solartürme geeignet, die mit großen Spiegelfeldern im zig-MW-
Bereich arbeiten können und die Aussicht bieten, Temperaturen von 800° – 1000°C und mehr zu erreichen.
Diese Temperaturen ermöglichen sowohl Hochtemperaturchemieprozesse als auch Elektrizitätserzeugung.
Für letztere werden Salzschmelzen 53 oder – bei europäischen Projekten bevorzugt – Wasserdampfkreisläufe
47 Bei Photovoltaik scheiden beide Möglichkeiten aus – in dem erforderlichen Umfang stehen Stromspeicher auf absehbare Zeit nicht
zur Verfügung oder sind mit hohen Verlusten behaftet und statt Beifeuerung wären völlig separate zusätzliche fossile oder Biomassekraftwerke
erforderlich.
48 Die weltweit größten Anlagen sind AndaSol-1 (mit einem Salzschmelzespeicher für 7,5 Stunden ausgerüstet) und Andasol-2 mit je
560.000 m 2 Spiegelfläche und 50 MWel. Weltweit ist der Bau von Parabolrinnenkraftwerken mit insgesamt >2 GW in Vorbereitung.
49 Die Obergrenze bei bekannten Thermoölen liegt bei 550° Grad.
50
DISS Projekt, Plataforma Solar, Almeria.
51
Eine 1 MWtherm Versuchsanlage auf der Plataforma Solar de Almeria (DLR).
52
Quelle: B. Hoffschmidt, Solar Institut Jülich
53
Z.B. bei Projekten in den USA. Diese Salzschmelzen können zugleich als Speichermedium genutzt werden.