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Solarthermie

Sonne im Kraftwerk

Energiekonzept: Solarkraftwerke können Baustein für Energieerzeugung sein.

Sonne im Kraftwerk Sonne im Kraftwerk
Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt

Die Bundesregierung plant mittelfristig mit Stromimporten aus dem Süden: auf Basis von Concentrating Solar Power. Deutsche Unternehmen sind in der Sonnenbranche besonders gut aufgestellt. Solar Millennium baut derzeit in den USA das bisher größte solarthermische Kraftwerk der Welt mit einem Gigawatt Leistung.

Die deutsche Energieversorgung soll künftig auch durch die spanische und afrikanische Sonne gestützt werden. Im Energiekonzept der Bundesregierung heißt es: „Aufgrund besserer Möglichkeiten zur Speicherung können solarthermische Kraftwerke (CSP) auch ein Baustein sein, um die künftige, bedarfsgerechte Energieerzeugung durch Erneuerbare Energien auch in Deutschland sicher zu stellen.“

Solarthermie beschreibt die Umwandlung von Sonnen- in nutzbare Wärmeenergie. Man unterscheidet zwei Kraftwerkstypen, die eine unterschiedliche Sonnenintensität berücksichtigen. Niedertemperatur-Kollektoren funktionieren bereits bei diffusem Licht, zum Beispiel bei bewölktem Himmel, beheizen unter anderem Schwimmbäder und decken deutschlandweit 0,4 Prozent des Wärmebedarfs. Nach Aussagen der Deutschen Solarthermie-Technikplattform soll dieser Wert bis 2020 auf 3 Prozent ausgebaut werden. Hochtemperatur-Kraftwerke dagegen verwenden nur die direkte Sonneneinstrahlung zur Stromerzeugung: CSP. Die Abkürzung steht für Concentrating Solar Power, konzentrierte Sonnenenergie.

Concentrating Solar Power

Die dahinter stehende Technik ist mit dem Schlagwort CSP bereits recht gut umschrieben: Parabol-Spiegel konzentrieren die Sonnenstrahlung um das 80-fache auf ein in der Brennlinie ausgerichtetes Rohr. Darin befindliches Thermöl oder Wasser erhitzt sich durch die Lichtbündelung auf rund 400 Grad Celsius. Die heiße Flüssigkeit erzeugt Dampf und betreibt eine Turbine wie in einem konventionellen Kraftwerk. Es entsteht Strom. Große Tanks, gefüllt mit einer Salzschmelze, speichern die Wärme. Derartige Parabolrinnen-Systeme sind nach wie vor die günstigste Variante, um Sonnenenergie nutzbar zu machen. In der Kalifornischen Mojave-Wüste sind sie bereits seit den achtziger Jahren erfolgreich im Einsatz.

In Europa setzt sich die Technik seit Einführung der staatlichen Einspeisevergütung für Sonnenstrom durch. In Spanien wird die Technik seit 2007 kommerziell genutzt. Aktuell beläuft sich die staatliche Vergütung dort auf 28 Cent pro Kilowattstunde, die Stromerzeugungskosten liegen laut Forschungsverbund Erneuerbare Energien (FVEE) deutlich über 20 Cent pro Kilowattstunde. Ziel sei es aber, die Kosten bis 2025 zu halbieren, so Professor Robert Pitz-Paal. „Noch deutlich größere Fortschritte sind denkbar“, meint der Leiter für die Solarforschung am Deutschen Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) in Köln.

Aufgrund der geringen Sonnenstrahlung in Mitteleuropa werden solarthermische Kraftwerke in Deutschland nicht realisiert. „Mittelfristig erscheint der Stromimport aus Nordafrika als vorteilhaft“, heißt es im Bericht des FVEE zum 6. Energieforschungsprogramm, das Anfang nächsten Jahres von der Bundesregierung vorgelegt werden soll. Das geplante Wüstenstrom-Projekt Desertec von privaten Unternehmen basiert auf solarthermischer Stromerzeugung: Bereits mit einem Prozent der Fläche in der Sahara ließe sich der globale Stromverbrauch decken.

Das versorgungssichere Kraftwerk

Ein entscheidender Vorteil: Da Wärme günstiger als elektrische Energie gespeichert werden kann, ist es mit Solarthermie möglich, auch nachts zuverlässig Strom zu liefern. „Die Auslastung der Kraftwerke kann durch die Wärmespeicherung in der Salzschmelze auf mehr als 6.000 Stunden pro Jahr erhöht werden“, erläutert Professor Pitz-Paal – damit läuft das Solarkraftwerk in zwei Dritteln der Zeit. Falls doch einmal mehrere Tage keine Sonne scheinen sollte, kann das Kraftwerk mit fossilem Brennstoff betrieben werden. Je nach Standort reichten fünf bis zehn Prozent Gas als Zusatzenergie aus, um vollständige Versorgungssicherheit zu gewährleisten, erklärt DLR-Forscher Pitz-Paal.

Die Effizienz der Anlagen muss jedoch künftig erhöht werden. „Ein Schlüssel dazu ist, die Betriebstemperatur von 400 Grad Celsius deutlich zu steigern“, so Pitz-Paal. Die Parabol-Technik und das System müssen dazu weiter optimiert werden. Auch eine Vergrößerung der spanischen Kraftwerkseinheiten von derzeit 50 auf 200 Megawatt erhöhe die Energieausbeute beträchtlich. Zum Vergleich: Weltweit sind heute Kraftwerke mit insgesamt 1.000 Megawatt Leistung, gleichbedeutend mit einem Gigawatt, in Betrieb und weitere in Planung. Die Erlanger Firma Solar Millennium baut derzeit in den USA ein solarthermisches Kraftwerk mit einem Gigawatt Leistung – das entspricht der Kapazität eines Atomkraftwerks. Bis zu 750.000 Haushalte könnten somit versorgt werden.

Exportschlager ohne Heimatmarkt

Turmkraftwerke, die die Betriebstemperatur beträchtlich erhöhen, erwecken deshalb großes Interesse. Ein Feld mit ebenen Spiegeln bündelt die Sonnenenergie auf einen zentral gelegenen Turm und erzeugt Temperaturen von mehr als 1.000 Grad Celsius. Bisher gibt es allerdings nur wenig kommerziell betriebene Systeme. „Die Parabol-Technik wird sich nicht so schnell verdrängen lassen“, prophezeit Pitz-Paal.

Obwohl sie keinen Heimatmarkt haben, sind deutsche Unternehmen bei der technologischen Entwicklung obenauf. Sie liefern Schlüsselkomponenten wie Parabol-Spiegel, Absorberröhren und Dampfturbinen. Unter ihnen beispielsweise die Mainzer Firma Schott Solar AG, die zu den Marktführern für Parabol-Technik zählt. Genau genommen setzt sich die Bundesregierung in ihrem Energiekonzept also nicht nur für den Ausbau von Erneuerbaren Energien ein, sondern auch für eine Fortschreibung der Erfolgsgeschichte deutscher Firmen.

Weitere Informationen:

Bericht des FVEE zum 6. Energieforschungsprogramm

Solarforschung am DLR

Solarforschung beim Fraunhofer-Institut (ISE)

»DIE KRISE DER IDEE VON EINER WELTORDNUNG

(IST) DAS ULTIMATIVE INTERNATIONALE

PROBLEM VON HEUTE«

Henry Kissinger,„World Order”, August 2014