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Solarthermie

Sonne im Brennpunkt

Solarkraftwerke befinden sich auf dem Weg zum konkurrenzfähigen Strom.

Sonne im Brennpunkt Sonne im Brennpunkt
ENERGLOBE.DE, Denny Rosenthal

Im südspanischen Andalusien forschen Wissenschaftler an solarer Stromerzeugung. Die Sonne scheint mehr als 2.000 Stunden pro Jahr. Dabei gibt es unterschiedliche Technologien, die Sonnenwärme in Strom umwandeln. Parabolrinnensysteme bescheren den Betreibern kommerzieller Solarfelder bereits sichere Einnahmen. Forscher setzen jedoch künftig auf Turmkraftwerke. Die erzielen höhere Temperaturen und steigern damit die Energieausbeute.

Die Bergstraße schlängelt sich durch karge Steinfelsen. 60 Kilometer nördlich der Hafenstadt Almería blüht die Wüste Tavernas in diesen Frühlingstagen geradezu auf, anders als im Rest des Jahres. Kakteen, vereinzelte Grasbüsche, manchmal sogar ein ganz in Grün getauchter Berghang.

Aber nicht nur Pflanzen gedeihen derzeit in der wüstenartigen Gegend. Auch Parabolrinnen und ganze Solarfelder schießen aus dem staubigen Boden. Ein Stück Zukunft im nirgendwo. Vielleicht ein Meilenstein auf dem Weg zur derzeit in allen Talkshows beschworenen Energiewende. Nach Berechnungen der Internationalen Energie Agentur (IEA) in Paris sind Solarkraftwerke spätestens 2020 mit Gaskraftwerken konkurrenzfähig; schon ab 2025 werden sie laut IEA wie Kohlekraftwerke Strom zu Grundlastpreisen liefern. „Vielleicht vollzieht sich die Entwicklung noch schneller, das hängt jedoch entscheidend von der Marktentwicklung ab“, sagt Christoph Richter, Projektleiter beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Almería. Das DLR nutzt vor Ort das Testgelände Plataforma Solar de Almería (PSA) für ihre Forschungsprojekte.

Plataforma Solar de Almería

Die Vision des zuverlässigen Solarstroms will Richter ein Stück näher holen – auch damit das Wüstenstromprojekt Desertec künftig möglich wird. Direkt nach dem Chemie-Studium kam er von Deutschland nach Südspanien. Viele Kommilitonen fanden damals keinen Job, da fiel ihm die Entscheidung leicht, nach Andalusien zu ziehen. Die jährliche Durchschnittstemperatur liegt bei knapp 20 Grad Celsius; im Winter ist das Wasser sogar wärmer als die Luft. Richter hat sich gut eingelebt mit seiner spanischen Frau, seit 17 Jahren wohnt er im Einzugsgebiet Almerías mit 200.000 Einwohnern. Seinen südländischen Teint bekam er im Laufe der Zeit von allein.

Richter und seine Forscherkollegen haben große Erwartungen an die futuristisch wirkenden Solarturmkraftwerke. Flache Solarspiegel, die wie einzelne Satelliten auf dem Boden angeordnet sind, konzentrieren das Sonnenlicht auf eine Öffnung in einem Turm. Beim Solarturm Cesa-1 bündeln 300 Spiegel die Sonnenwärme in gut 65 Metern Höhe, ein Absorber steigert die Temperatur weiter bis auf 800 Grad Celsius. Jeder Spiegel besitzt 40 Quadratmeter Fläche und wird alle vier Sekunden neu ausgerichtet. „Mit Sonnentürmen könnte der Wirkungsgrad im Jahresmittel auf bis zu 25 Prozent gesteigert werden“, prognostiziert Richter.

Turmkraftwerk versus Parabolrinnen

Bei der herkömmlichen Technologie aus Parabolrinnen ist schon bei 16 Prozent Schluss. Denn die gekrümmten Spiegel reflektieren das Licht nur auf einer Linie entlang der Rohrleitung – nicht auf einen Brennpunkt konzentriert wie bei Turmkraftwerken. Dadurch erhitzt sich das Thermoöl in den Rinnen auf maximal 400 Grad Celsius – halb so viel wie im Solarturm. Wärmetauscher erhitzen einen Wasserdampfkreislauf. Der Dampf treibt einen Stromgenerator an wie bei einem Kohle- oder Kernkraftwerk.

Genau hier ist die Achillesferse: Die Dampfturbine erreicht gerade mal einen Wirkungsgrad von 35 Prozent, zwei Drittel der Energie gehen verloren. „Die technologische Weiterentwicklung geht deshalb in Richtung höhere Temperaturen“, so Robert Pitz-Paal, Abteilungsleiter für Solarforschung am  DLR. Durch höhere Grade lässt sich aus einem Quadratmeter Spielgelfläche mehr Strom erzeugen und mehr Energie im Speicher unterbringen. Dadurch wird das Kraftwerk effizienter und deutlich billiger. Gas- und Dampfturbinen erreichen bei Temperaturen von 1.000 Grad sogar einen Wirkungsgrad von über 60 Prozent.

Besucher des PSA-Geländes sind faziniert von dieser Großtechnologie: Fast täglich kommen Gruppen, die sich die Anlagen anschauen möchten – oft Schulklassen aus ganz Andalusien. Dafür wurde eigens ein Besucherservice eingerichtet. „Sonst würden die Wissenschaftler gar nicht mehr zum Arbeiten kommen“, so PSA-Chef Richter. Über 100 Arbeitsplätze bringt die Forschungsanlage für die Region; darunter 30 für spanische Wissenschaftler und 17 für Angestellte vom DLR. Anfang der achtziger Jahre hatten die Deutschen noch die Hälfte der Anteile gehalten, 1997 wurde die Beteiligung dann unter der Kohl-Regierung stark gekürzt.

Kommerzielle Solarfelder speisen bereits Strom ein

Eine knappe Stunde Autofahrt östlich von Almería entfernt liegt die Großbaustelle Andasol 3. Im Hintergrund der Anlage stehen Windräder vor den Bergen der Sierra Nevada. Die 2.000 Meter hohen Gipfel sind in dieser Jahreszeit noch mit Schnee bedeckt. Die Stadtwerke München besitzen knapp die Hälfte der Anteile am 200 Hektar großen Solarfeld – das entspricht 285 Fußballplätzen. Die Münchener investieren einen dreistelligen Millionenbetrag in das Projekt. Zu einem Viertel ist RWE beteiligt, während Solar Millennium und Ferrostaal je 13 Prozent halten. „Derzeit liegen die Arbeiter gut im Zeitplan, sie fertigen die Solarkollektoren fast doppelt so schnell wie bei Andasol Nummer eins und zwei“, kommentiert Projektleiter Rainer Kistner.

Bereits im Herbst soll Andasol 3 seinen ersten Solarstrom einspeisen. 50 Megawatt installierte Leistung hat das Feld, genug um rund 50.000 Haushalte zu versorgen. Die Betreiber erhalten pro Kilowattstunde und je nach Tarif 27 bis 30 Cent Vergütung. Die Förderung ist in Spanien auf 50 Megawatt begrenzt, um die Kosten zu deckeln. Deshalb sind die Anlagen nicht so groß wie in den USA, wo fünf Mal größere Sonnenkraftwerke geplant werden. Um die Versorgungssicherheit zu erhöhen, ist ein Wärmespeicher in die Anlagen integriert. Innerhalb des Salzspeichers verlaufen mit Wasser gefüllte Rohre, sodass Wasser durch die Hitze verdampft. So kann das Kraftwerk auch nachts 7,5 Stunden unter Vollleistung weiter betrieben werden.

Staub auf den Spiegeln verringert die Leistung

Solarthermie ist Präzisionsarbeit: „Die Kollektoren müssen genau so ausgerichtet werden, dass die Strahlung gleichmäßig auf die Oberfläche des Parabolspiegels auftrifft“, erklärt Kistner. Ein großes Problem ist Staub auf den Spiegeln. Dies führt zu Leistungseinbußen von bis zu zehn Prozent, deshalb werden die Oberflächen nachts von Spezialfahrzeugen mit Wasser gesäubert. Vom gesamten Wasserbedarf werden allerdings nur ein bis zwei Prozent für die Spülung verwendet, das Gros zum Kühlen der Anlage. Das DLR arbeitet auch an einer Luftkühlung, doch die erhöht die Kosten um fünf bis zehn Prozent.

Trotz guter Gründe für Strom aus Solartürmen werden auch in den nächsten Jahren weiter Parabolrinnen installiert. „Die spanische Industrie zeigt von jeher mehr Interesse an der Parabolspiegel-Technologie“, so Richter. Die Rinnen haben derzeit einen Marktanteil von über 90 Prozent. Und das DLR verdient mit, sagt Richter zufrieden: „Bis zur Hälfte unserer Kosten holen wir durch die Vergabe von Patentrechten wieder herein.“

Weitere Informationen:

Solarforschung am DLR: www.dlr.de

Homepage der PSA: www.psa.es

»DIE KRISE DER IDEE VON EINER WELTORDNUNG

(IST) DAS ULTIMATIVE INTERNATIONALE

PROBLEM VON HEUTE«

Henry Kissinger,„World Order”, August 2014