ParabolrinnenParabolrinnen, Solartürme und Sterling-Systeme
Die Kosten der Stromerzeugung in solarthermischen Kraftwerken können nach Ansicht des Bundesumweltministeriums langfristig stabil und konkurrenzfähig werden. Im Zusammenspiel mit Energiespeichern ermöglichen solche Kraftwerke sogar eine Grundlastversorgung. Sie können aber auch mit anderen Energiequellen kombiniert werden, beispielsweise mit Erdgas, Erdöl, Wasserstoff, Biogas und flüssigen biogenen Brennstoffen.
Im so genannten Hybridbetrieb werden diese Brennstoffe eingesetzt, wenn die Sonne keine ausreichende Leistung zur Verfügung stellt. Beim Einsatz billiger fossiler Brennstoffe sinken zwar mit niedrigen Solaranteilen die Kosten, aber die Kohlendioxidanteile steigen. Das Ziel ist deshalb ein reiner Solarbetrieb mit thermischen Speichern, oder zumindest eine Begrenzung des fossilen Brennstoffeinsatzes, wie in Kalifornien praktiziert.
Drei Technologien werden für den entstehenden Markt entwickelt:
Erprobt und erfolgreich: ParabolrinnensystemeSeit über 15 Jahren sind neun Patrabolrinnenkraftwerke in Kalifornien mit 354 Megawatt Leistung erfolgreich im Einsatz. Die weltweit einzigen kommerziell betriebenen solarthermischen Kraftwerke haben bisher knapp 10 Terawattstunden (10 Milliarden Kilowattstunden) sauberen Solarstrom produziert und demonstrieren das Potenzial dieser Technologie.
Das Solarkraftwerk bei Kramer Junction, USA vefügt über 2 Millionen Quadratmeter Parabolrinnenkollektoren mit einer Stromerzeugungskapazität von 354 Megawatt und produzierte bis Ende 2001 fast 10 Milliarden Kilowattstunden Solarstrom und Erlöse in Höhe von rund 1,5 Milliarden US-Dollar. Quelle: Forschungsverbund Sonnenenergie; DLR. Parabolisch gekrümmte Spiegel bündeln das Sonnenlicht auf ein Absorberrohr. Die Spiegel (Reflektoren) werden der Sonne einachsig um ihre nord-süd-orientierte Längsachse nachgeführt. Das Absorberrohr nimmt die konzentrierte Strahlung auf und überträgt sie bei Temperaturen bis zu 400° Celsius an eine durchströmende Wärmeträgerflüssigkeit (Wasser/Dampf, Thermo-Öl oder Salzschmelze). Ein Vakuum zwischen dem inneren Absorberrohr und einem konzentrischen äußeren Glasrohr steigert den Wirkungsgrad. Der mit Sonnenstrahlung erzeugte Dampf treibt eine Turbine an, die mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist.
Eine Systemstudie des Forschungsverbunds Sonnenenergie belegt, dass Parabolrinnenkollektoren bei Betriebstemperaturen oberhalb von 50 ° die höchsten Jahreserträge liefern, darunter können die handelsüblichen Flachkollektoren zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung ihren Vorteil ausspielen, auch die diffuse Strahlung nutzbar zu machen.
In Kalifornien haben die SEGS laut FVS bei der Umwandlung von Sonneneinstrahlung in Strom Gesamtwirkungsgrade über 20 % im Sommer und mehr als 14 % im Jahresdurchschnitt erreicht. Der Thermische Wirkungsgrad des Solarfeldes wurde vom Beginn 1985 bis zum Jahr 1991 von 35 % auf 50% gesteigert; die spezifischen Installationskosten sanken in diesem Zeitraum von 4.490 US-Dollar pro Kilowatt auf 3.440 USD/kW. Die Massenfertigung von über 2 Millionen Quadratmetern Parabolrinnenfeldern und die Langzeiterfahrung haben der Technologie deutliche Wettbewerbsvorteile verschafft: Sie kann nicht nur den geringsten Materialeinsatz und den niedrigsten Landverbrauch für sich in Anspruch nehmen, sondern sie weist auch die beste nachgewiesene solare Jahresausbeute sowie die höchste Wirtschaftlichkeit auf. Mit ihrer geringen Zahl verschiedener Bauteile bietet sich die Parabolrinnentechnik für die Massenfertigung an und erlaubt es damit, die Kosten zu senken.
Für Anlagen mit einer Leistung zwischen 30 und 80 Megawatt errechnete der FVS spezifische Solarfeldkosten von 200 - 250 Euro pro Quadratmeter und damit einen solaren Stromerzeugungspreis von 10 bis 16 Cent je Kilowattstunde. Die aktuellen Projektentwicklungen beziffert der FVS mit zirka 3.000 Megawatt; in den Jahren 2010 - 2020 erwartet er ein Marktvolumen von 15.000 MW. |
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