Sonnenkraftwerke
Beginn nach der Ölkrise
In den frühen 80er Jahren entstand als Folge der Ölkrise 1973 Europas größte Forschungsplattform für Solarenergie, die "Plataforma Solar" im spanischen Almeria. In der Halbwüste von Tabernas forschten deutsche und spanische Wissenschaftler an der Vision, die Energie der Sonne mithilfe von Solarkraftwerken zu nutzen. Heute sind wir weiter, verschiedene Konzepte stehen zur Diskussion.
Die Sonne wird auf die dünne Röhren gelenkt
Parabolrinnenkraftwerke
Nach der Ölkrise in den 70er Jahren entstanden mehrere Parabolrinnenkraftwerke in Kalifornien. Durch den niedrigen Ölpreis über eine lange Zeitspanne wurden allerdings keine weiteren Anlagen gebaut. Erst in den Jahren 2008 und 2009 gingen drei Parabolrinnenanlagen im spanischen Andalusien ans Netz, Andasol I bis III. Die solarthermischen Kraftwerke mit je 50 Megawatt Leistung haben aus mehreren Gründen eine sehr hohe Ausbeute. Der Sonne im Bergland in Südspanien stehen selten Wolken, Nebel und Dunst im Wege.
Diese Kraftwerke haben zudem einen sehr hohen Wirkungsgrad, das heißt sie können einen relativ hohen Anteil der eintreffenden Sonnenstrahlen verwerten. Einige hundert Parabolspiegel, die rinnenförmig angeordnet sind und alle permanent der Sonne nachgeführt werden, reflektieren und konzentrieren das Licht auf die Brennlinie in der Mitte der Rinne. Dort verläuft eine dünne Röhre, die die Strahlungsenergie aufnimmt und umwandelt: In der Röhre erhitzt sich ein Öl, das in einem Wärmetauscher Dampf erzeugt, der wiederum eine Turbine antreibt. Entscheidend für die hohe Ausbeute sind aber die Wärmespeicher aus Salzschmelze. Durch diesen Wärmepuffer kann die Anlage selbst noch 7,5 Stunden nach Sonnenuntergang unter Volllast laufen und Strom erzeugen.
Der Dampf gibt einen Teil seiner Energie in Form von Bewegungsenergie an die Turbine ab, die diese dann in elektrische Energie umwandelt. Die Abkühlung reicht aber noch nicht, um wieder neu Wärme aufzunehmen. Daher muss der Dampf weiter heruntergekühlt werden. Wasser kann sehr viel schneller Wärme aufnehmen als Luft. Daher wird zum Abkühlen Wasser genutzt. Die großen Wassermassen, die zur Kühlung des Dampfes notwendig sind, sind ein entscheidender Nachteil der Parabolrinnenkraftwerke. Gerade in den trockenen Gegenden, in denen die Sonnennutzung so lukrativ ist, fehlt meist das Wasser.
Solarturmkraftwerke
Solare Turmkraftwerke erzeugen Strom aus Sonnenwärme. Dieser solarthermische Kraftwerkstyp wandelt das Sonnenlicht nicht direkt in Strom um. Vielmehr wird das Sonnenlicht mit einer Vielzahl einzelner flacher Spiegel (Heliostate) auf einen einzigen Wärmetauscher, den Receiver, fokussiert. Dieser sitzt in der Spitze eines Turms, der im Zentrum der Spiegelanlage steht. Durch den Wärmetauscher strömt Luft. Sie wird erhitzt und lässt dann wiederum Wasser, das in Rohren zirkuliert, verdampfen.
Bei den beiden Solarturmkraftwerken PS 10 und 20 im spanischen Sevilla erhitzt sich der Dampf lediglich auf 250 Grad Celsius und treibt ein Dampfkraftwerk an. Die beiden Anlagen sind die ersten kommerziellen solarthermischen Kraftwerke. Die erste Anlage versorgt mit einer Leistung von elf Megawatt 6000 Haushalte, die zweite, PS 20, ist mit 20 Megawatt noch größer und hat einige technische Verbesserungen.
Bei einer ebenfalls in Spanien laufenden Anlage erwärmen die auf den Receiver fokussierten Lichtbündel Außenluft, die durch einen offenen Luftreceiver eingezogen wird. Die Luft erhitzt sich auf bis zu 800 Grad Celsius. Damit sind die Temperaturen und der damit erreichbare thermodynamische Wirkungsgrad deutlich höher als bei anderen solarthermischen Kraftwerken. Die Spiegel können auch in nicht ebenem Gelände und am Hang aufgestellt werden, da sowieso jeder Spiegel einzeln auf den Turm ausgerichtet wird. Damit ist dies ein Vorteil gegenüber Parabolrinnenanlagen.
Noch liegen die Kosten höher als bei der Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern. Doch sie werden nach Expertenmeinung weiter sinken.
Das Kraftwerk in Jülich
Sonnenstrom aus unseren Breiten
Nicht nur im sonnenverwöhnten Spanien sind solarthermische Anlagen möglich. In Jülich bei Aachen startete 2008 ein Versuchskraftwerk, das als Solarturm konzipiert ist. 2000 Spiegel reflektieren das Sonnenlicht auf einen 60 Meter hohen Turm. Auch hier nimmt ein Wärmetauscher die gebündelte Wärmestrahlung der Spiegel auf. Dieser wird von Luft durchströmt, die sich auf bis zu 700 Grad Celsius aufheizt. Mit dieser heißen Luft wird Dampf erzeugt, die wiederum in einer Turbine den Strom erzeugt. Es wird noch daran gearbeitet, die Speicherung der Wärme zu verbessern, die dann auch in sonnenscheinärmeren Phasen den Strombedarf decken soll. Zusätzlich soll das Solarkraftwerk mit einer Gasturbine für Erd- und Agrogas kombiniert werden, damit auch nachts Strom geliefert werden kann.
Desertec - Sonnenstrom aus der Wüste
Das Solarforschungsgelände in Almeria war für die Forscher nur eine Art Teststrecke auf dem Weg in die Wüste. Im Sommer 2009 gab eine Initiative aus mehreren europäischen Konzernen (unter anderem Siemens, MAN Ferrostaal, Eon und Schott Solar sowie Abengoa Solar aus Spanien) bekannt, dass sie planen, Strom in Nordafrika zu produzieren. Das Projekt Desertec hat viel Furore gemacht, ist es doch ein alter Traum, den Solarstrom dort zu produzieren, wo garantiert die Sonne scheint. Der Solarstrom kann in Afrika aus solarthermischen Kraftwerken sehr viel kostengünstiger als in Südeuropa oder gar in Deutschland hergestellt werden, weil dort die Sonneneinstrahlung noch einmal 30 Prozent größer ist als in Spanien.
Als unmöglich erschien es bislang, den Strom mit möglichst geringem Leitungsverlust über so lange Strecken zu transportieren. Gleichzeitig gibt es heute die sogenannte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungstechnik. Hiermit soll der Gleichstrom über bis zu 3000 Kilometer nach Europa fließen. Die Leitungsverluste sollen nur drei Prozent auf 1000 Kilometer ausmachen.
Bis zum Jahr 2050 soll der in Sonnenkraftwerken erzeugte Strom 15 Prozent des Bedarfs in Europa decken. Ein Großteil des Stroms soll in den afrikanischen Staaten bleiben und so die Entwicklung vor Ort fördern. Ein Nebeneffekt: Das europäische Stromnetz ist überaltert, unflexibel und national ausgerichtet. Es muss in jedem Fall umgebaut werden. Mit dem Desertec-Projekt gehen die Stromkonzerne diese Arbeit gemeinsam an. Die Desertec-Leitungen würden dafür das Rückgrat bilden.
Aber es gibt auch Kritik. Zu uneffektiv und zu teuer sei es, den Wüstenstrom über Tausende Kilometer nach Europa zu leiten. Außerdem sei eine 100-Prozent-Versorgung mit lokal und vor allem dezentral hergestelltem Solarstrom schon in 20 Jahren möglich. Dann bräuchten wir den Wüstenstrom, der bis 2050 nur 15 Prozent des Strombedarfs in Europa decken soll, gar nicht mehr.
Harald Brenner, Ute Goerke, Stand vom 28.01.2011
