Regenerative Zukunft

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Konzentrierte Solarthermie (CSP)

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... stellt die Wärmenutzung von über Spiegelelemente auf eine Absorberfläche gebündelten Sonnenstrahlen zur Stromerzeugung dar. Diese Technik der Konzentration der Sonnenstrahlung wird auch CSP (Englisch: Concentrated Solar Power) genannt und soll in diesem Artikel damit abgekürzt werden. Im Folgenden wird die Verwendung und Entwicklung, technischen Details, Wirtschaftlichkeit und Umwelteinflüsse von CSP-Kraftwerken ausführlich diskutiert. Allgemein ist die Solarthermie nicht zu verwechseln mit der Photovoltaik bei der das Sonnenlicht direkt zu Strom umgewandelt wird.

 

Verwendung und Entwicklung

Bei der konzentrierten Solarthermie beziehungsweise Concentrated Solar Power werden die Sonnenstrahlen durch Spiegel auf die Absorberfläche gebündelt und somit konzentiert. In diesem Brennpunkt wird ein geeigneter Wärmeträger erhitzt und über Leitungen in Wärmespeicher oder direkt zum Dampfkraftwerk transportiert. In letzterem werden durch den heißen Wärmeträger Dampf- oder Gasturbinen angetrieben, die über einen Generator Strom erzeugen. Damit die Sonnenstrahlen immer auf den Absorber fokussiert sind, müssen die Spiegel mit der Sonne nachgeführt werden. Das Prinzip ist letztendlich analog zu dem des Kohlekraftwerks, nur das hier der Energierohstoff das Sonnenlicht ist und kein fossiler Brennstoff ist. Das gesamte System nennt man solarthermisches Kraftwerk oder Sonnenwärmekraftwerk oder CSP-Kraftwerk.

Die Stromerzeugung eines solchen Kraftwerks ist stark von der Intensität des eingestrahlten Sonnenlichts abhängig, der so genannten Globalstrahlung oder genauer gesagt der direkten Sonnenstrahlung. In Abbildung 1 des Photovoltaikartikels ist die Verteilung der jährlichen Sonneneinstrahlungsleistung für Europa dargestellt. Da bei den solarthermischen Kraftwerken die Sonnenstrahlen fokussiert werden, bringt diffuses, das heißt gestreutes Sonnenlicht keinen Beitrag zur Wärmegewinnung. Das bedeutet, dass der Himmel die meiste Zeit wolkenlos sein muss, damit Strom aus dem direkten Sonnenlicht erzeugt werden kann. Das ist bei der Photovoltaik anders, hier wird auch das an Wolken gestreute Sonnenlicht direkt in Strom umgewandelt.

Der wichtigste Faktor, damit ein solarthermisches Kraftwerk möglichst viel Strom erzeugt ist die Wahl des richtigen Standorts. Ideal hierfür ist eine hohe direkte Sonneneinstrahlung von über 2000 kWh/m²a durch eine äquatornahe Lage und ein durchweg geringen Bewölkungsgrad. Diese beiden Kriterien werden vor allem in den Wüstenregionen der Erde erfüllt. Daraus ergibt sich der Nachteil, dass der Strom meist über weite Strecken transportiert werden muss, da ein Großteil der Bevölkerung nicht in unmittelbarer Nähe solcher Wüsten lebt. Jedoch ist heutzutage auch der Transport von Strom über mehrere tausende Kilometer mit Hochspannungs-Gleichstromleitungen (HVDC) mit geringen Verlusten möglich. Eine detaillierte Diskussion der Standortwahl und Solarstrahlungskarten finden sie im Photovoltaikbeitrag unter „Verwendung und Entwicklung“. In Mitteleuropa ist der Betrieb von solarthermischen Kraftwerken aufgrund des hohen Bewölkungsgrades ökonomisch nicht sinnvoll und nur in Südspanien, Süditalien und Griechenland ökonomisch.

Das Arbeitsvermögen/-fähigkeit von solarthermischen Kraftwerken ist sehr stark vom Standort abhängig und beträgt für moderne solarthermische Kraftwerke wie das Parabolrinnenkraftwerk Andasol 1 in Südspanien 36% [1]. Das bedeutet, dass das Kraftwerk mit den Kenndaten von 50 Megawatt Nennleistung in Realität im zeitlichen Mittel nur 36% dieser nominellen Leistung liefert, natürlich mit Schwankungen von null bis nahezu 50 Megawatt. Somit produziert das Parabolrinnenkraftwerk so viel Strom wie ein Kraftwerk, das dauerhaft 18 Megawatt Leistung produziert. Im Vergleich haben Photovoltaikmodule in Südspanien nur ein Arbeitsvermögen von circa 18 % [2]. Die Ursache, dass die Photovoltaik bei diesem Vergleich so schlecht abschneidet liegt jedoch an einem kleinen Detail und überschätzt die CSP-Technologie: Die Nennleistung eines Solarthermiekraftwerkes wird durch die Maximalleistung der Turbine definiert und nicht die Maximalleistung des Solarfeldes wie das bei der Photovoltaik der Fall ist. Die Leistung des Solarfeldes ist bei CSP-Kraftwerken natürlich höher als die der Turbine, so dass in Zeiten starker Sonneneinstrahlung ein Teil im Wärmespeicher des Kraftwerks zwischengespeichert wird. Die Nennleistung der Photovoltaik hingegen ist direkt die Leistung bei idealen Strahlungsbedingungen, der Speicher direkt im Kraftwerk entfällt hier.

Ebenso wie Photovoltaik und Windenergie ist auch die Stromerzeugung mittels CSP-Anlagen fluktuierend. Diese ist aufgrund des unterschiedlichen Sonnenstandes sowohl jahreszeitlich als auch von der Tageszeit und der Bewölkung abhängig. Ein großer Vorteil der Solarthermie gegenüber Wind und Photovoltaik ist die Möglichkeit die gewonnene Wärme in Zeiten geringen Strombedarfs in großen so genannten Beton- oder Salzwärmespeichern, die direkt auf dem Kraftwerksgelände installiert sind, zu speichern. Das ist bei Wind oder Photovoltaik nicht möglich, da hier ohne den Zwischenschritt der Wärmegewinnung direkt Strom aus Sonne beziehungsweise Wind gewonnen wird und die direkte Speicherung von Strom wesentlich kostspieliger ist als die von Wärme. Somit kann ein CSP-Kraftwerk Stromschwankungen von mehreren Stunden oder sogar über die ganze Nacht mit Hilfe dieser mächtigen Speicher ausgleichen. Dieser zur CSP-Anlage gehörige Speicher ist heutzutage schon gängige Praxis und in fast jedem CSP-Kraftwerk vorhanden [3]. Näheres hierzu finden Sie im Beitrag Energiespeicherung.

Wie alle erneuerbaren Energien wird auch die Solarthermie in Zukunft stärker ausgebaut werden. Die Erzeugung von Strom aus CSP-Anlagen ist jedoch momentan noch am Anfang. Im Jahr 2010 waren weltweit CSP-Kraftwerke mit einer Gesamtkapazität von nur 0,8 Gigawatt installiert (Vergleich Windkraft über 160 Gigawatt). Der Umfang aller geplanten und sich im Bau befindlichen Kraftwerksprojekte, die bis 2014 abgeschlossen sein sollen, beläuft sich jedoch auf 13,5 Gigawatt [4]. Vor allem in Spanien und den USA werden CSP -Anlagen errichtet und weiter entwickelt.

 

 

Technik

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Konzepte aus der Wärme der Sonnenstrahlen Strom zu erzeugen. Die bedeutendsten sind das Solarturm-, das Parabolrinnen und das Paraboloidkraftwerk, auf welche hier eingegangen werden soll:

  • Solarturmtechnik:

Beim Solarturmkraftwerk richten sich hunderte bis tausende automatisch positionierende Spiegel (Heliostate) so aus, dass das Sonnenlicht auf einen zentralen Absorber an der Spitze des Solarturmes fokussiert wird (siehe Abbildung 1). Durch die sehr hohe Konzentration der Sonnenstrahlung können dort Temperaturen von über 1000°C entstehen. Damit die Fokussierung bei sich ändernden Sonnenstand auf der Absorberfläche fixiert bleibt, muss jeder Spiegel einzeln zweiachsig drehbar nachgeführt werden. Das verwendete Wärmeträgermedium im Turm ist entweder flüssiges Nitratsalz, Wasserdampf oder Heißluft. Dieses treibt dann eine Dampf- oder Gasturbine an die über einen Generator Strom erzeugt. Damit die Turbine effizient arbeitet, muss der Dampf nach dem Austritt aus der Turbine gekühlt werden. In Abbildung 1 ist das Solarturmkraftwerk PS10 in Sevilla (Südspanien) gezeigt. Das Kraftwerk hat eine elektrische Leistung von 11 Megawatt (die Maximalleistung der Turbine) und einen Jahresstromertrag von 23 Gigawattstunden (entspricht dem Jahresstromverbrauch von 5500 Haushalten) [5]. Der Turm ist 115 Meter hoch und von 624 sich einzeln ausrichtenden Spiegeln umgeben, wobei jeder Spiegel eine Fläche von 120 m² hat [5]. Die Oberfläche besteht aus galvanisiertem Stahl. Bei Windgeschwindigkeiten über 36 km/h werden die Spiegel horizontal ausgerichtet, um somit eventuellen Beschädigungen vorzubeugen. Um kurzzeitige Einstrahlungsschwankungen durch Wolken auszugleichen können Teile des heißen Dampfes abgezweigt und in Tanks zwischengelagert werden. Diese haben eine thermische Speicherkapazität von 20 Megawattstunden und erlauben den Betrieb der Turbinen für 50 Minuten bei halber Leistung [5]. Die Investitionskosten für das Solarturmkraftwerk betrugen 35 Millionen Euro [5].

 

  • Parabolrinnen- und Fresneltechnik:

Bei der Parabolrinnentechnik sind die Spiegel entlang einer langen Achse in Parabelform gewölbt, wie es in Abbildung 2 gezeigt ist. Die von den Spiegeln reflektierten Sonnenstrahlen werden dann auf das Absorberrohr fokussiert und erhitzen das dort durchlaufende Thermoöl oder Salzschmelzen. Um den Brennpunkt, genauer gesagt die Brennlinie, auf dem Absorberrohr zu halten müssen die Parabolspiegel entlang ihrer langen, drehbaren Achse der Sonne nachgeführt werden. So wird das Sonnenlicht bis zu mehr als 80-fach konzentriert und erhitzt das Öl auf nahezu 400°C [8]. Das Thermoöl wird dann zum Wärmetauscher transportiert dessen heißer Wasserdampf dann die Dampfturbinen antreibt. Derzeit ist diese Technologie die kostengünstigste unter allen CSP-Technologien [8]. Die Konstruktion muss hierbei gegen starke Windlasten widerstandsfähig sein und zudem drehbar und leicht. Meist wird eisenarmes Glas mit rückseitiger Verspiegelung als Reflektor genutzt. Das prominenteste Beispiel für diesen Kraftwerkstyp sind die drei Parabolrinnenkraftwerke Andasol 1 bis 3 in der Nähe von Granada in Südspanien. Jedes der Kraftwerke hat eine elektrische Leistung von 50 Megawatt (Maximalleistung der Turbine) und liefert im Jahr 150 Gigawattstunden Strom (entspricht dem Stromverbrauch von 37500 europäischen Haushalten) bei einer Solarfeldgröße von 500000 m², was über 50 Fußballfeldern entspricht [9]. Der Wirkungsgrad der Gesamtanlage beträgt im Jahresmittel 15% und maximal 28% resultierend aus 50% Wirkungsgrad des Solarfeldes und 30% Turbinenwirkungsgrad im Jahresmittel [9]. Die geschätzte Lebenserwartung dieser Anlagen beträgt mindestens 40 Jahre [9]. Um die Fluktuationen der Energieerzeugung auszugleichen hat Andasol1 einen Speicher von 30.000 Tonnen Salz, der Wärme für circa 8 Volllaststunden Strom liefert [9]. Die Investitionskosten von Andasol 1 werden auf 300 Millionen Euro geschätzt [10].

Eine Weiterentwicklung der Parabolrinnenanlagen sind die Fresnel-Anlagen. Bei ihnen wird das Sonnenlicht über mehrere zu ebener Erde angeordneten parallel ausgerichteten, flachen Spiegelstreifen (nach dem Prinzip einer Fresnel-Linse) auf ein darüber verlaufendes Absorberrohr gebündelt. Jeder Streifen wird dabei einachsig nachgeführt. Das Konzept verbindet somit Parabolrinnenkollektoren und Turmkraftwerke miteinander, da planare Spiegel verwendet werden aber andererseits auf mehrachsige Sonnenstandsnachführungen verzichtet werden kann. Von der Verwendung der leichter herstellbaren ungewölbten Spiegelstreifen werden Kostenvorteile erwartet. Seit März 2009 ist das Fresnelsolarkraftwerk PE1 im kommerziellen Dauerbetrieb. Es hat eine elektrische Leistung von 1,4 Megawatt, eine thermische Spitzenleistung von 9,3 Megawatt und eine Spiegelfläche von über 18.000 m² [11]. Das Absorberrohr befindet sich hierbei in circa 7 Metern Höhe über den Fresnelspiegeln in dem Wasser direkt zu Wasserdampf von 270°C und 55 bar verdampft wird [11]. Der Wirkungsgrad des Solarfeldes ist mit 67% höher als das der Parabolrinnenkraftwerke Andasol 1-3 von circa 50% [11].

 

  • Paraboloidtechnik:

Paraboloidanlagen werden vorwiegend zur dezentralen Stromversorgung genutzt. Ein Beispiel einer solchen Anlage ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Anlage besteht aus einem rotationssymmetrisch parabolisch gekrümmten Spiegel, der zweiachsig drehbar auf einem Gestell montiert ist und der Sonne nachgeführt wird und einem Absorber, der im Brennpunkt des Spiegels angebracht ist. Die Spiegel haben einen Durchmesser von 3 bis 25 Meter, womit Leistungen bis zu 50 Kilowatt pro Modul erreichbar sind [14].

Bei Dish-Stirling- bzw. Solar-Stirling-Anlagen ist dem Wärmeempfänger ein Stirlingmotor nachgeschaltet, der die thermische Energie direkt in mechanische Arbeit umsetzt. Über einen Generator wird daraus Strom erzeugt. Diese Anlagen erreichen Wirkungsgrade von 15 bis 20% und eignen sich vor allem zur dezentralen Energieversorgung in abgelegenen Regionen [15]. Sie können aber auch beliebig zu großen Kraftwerken kombiniert werden. Dieses wird von der Firma Stirling Energy Systems derzeit in der amerikanischen Mojave-Wüste im Projekt Solar One realisiert. Hier werden 20.000 Stirling Solar Dish Einheiten zu einem Großkraftwerk mit einer Leistung von insgesamt 500 Megawatt zusammengefasst. Solar-Stirling-Anlagen können auch bei Bewölkung oder nachts betrieben werden, indem andere Wärmequellen, wie zum Beispiel die Verbrennung von Erdgas, eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil der Stirlinganlagen ist der geringe Wasserverbrauch. Parabolrinnenkraftwerke müssen je nach Kühlungsmethode mit erheblichen Mengen Kühlwasser versorgt werden. Eine 500-Megawatt-Anlage mit Parabolrinnen und Wasserkühlung verbraucht im Jahr 3,9 Millionen Kubikmeter Wasser, eine gleich große Stirlinganlage jedoch nur rund 27.000 Kubikmeter [16]. Die Stromgestehungskosten sollen bei 12 bis 15 Cent die Kilowattstunde erzeugt werden, momentan liegt der Durchschnitt noch bei 20 Cent pro kWh [16].

 

Diese drei Syteme Solarturmkraftwerk, Parabolrinnenanlage und Paraboloidsysteme sind die vielversprechendsten Ansätze um aus der Sonnenwärme Strom zu erzeugen. Von diesen wird vor allem aufgrund der einfacheren Sonnenstandsnachführung die Parabolrinnentechnik genutzt während die anderen zwei Konzepte noch in der Entwicklungsphase stecken. Eine Auflistung der derzeit betriebenen solarthermischen Kraftwerke und anderer Kraftwerkstypen wie das Thermikkraftwerk finden Sie hier.

 

 

Wirtschaftlichkeit

Generell wird oft die Frage gestellt, ob Solarthermie überhaupt in der Lage ist ökonomisch mit den fossilen Energien, der Kernenergie und den anderen erneuerbaren Energien mitzuhalten. Diese Frage zu beantworten ist jedoch nicht so einfach wie es oft dargestellt wird, da bei der Betrachtung eine Vielzahl von Faktoren wie Standort, Technik und Entwicklung eine wichtige Rolle spielt. Die große Bedeutung der Standortwahl wurde schon im oberen Abschnitt diskutiert. CSP-Kraftwerke in ariden Gebieten, wie zum Beispiel der Sahara, erzeugen im Jahr ein Vielfaches der Strommenge die sie in Deutschland liefern könnten. Folglich ist auch der Stromgestehungspreis, also der Preis einer Kilowattstunde Strom aus CSP-Kraftwerken in Deutschland mehr als doppelt so hoch und somit sehr unökonomisch. Um die Stromgestehungskosten aus konzentrierter Solarthermie zu bestimmen muss man die Betriebsdauer des Kraftwerks berücksichtigen, da bei erneuerbaren Energien vor allem die Investitionskosten zur Errichtung und Herstellung der Anlagen ins Gewicht fallen. Gegenteiliges gilt bei fossilen Energien, bei denen vor allem die Rohstoffkosten den Strompreis vorgeben.

Die Investitionskosten für CSP-Kraftwerke sind je nach verwendeteter Technik unterschiedlich. Das Solarturmkraftwerk PS10 bei Sevilla (Südspanien) erzeugt im Jahr 23 Gigawattstunden Strom und dessen Investitionskosten betrugen circa 35 Millionen Euro [5]. Die Investitionskosten für das Parabolrinnenkraftwerk Andasol 1, dass im Jahr circa 150 Gigawattstunden Strom erzeugt werden auf 300 Millionen Euro geschätzt [10]. Die Stromgestehungskosten aus CSP-Kraftwerken liegen laut einer Studie des Fraunhofer ISE zwischen 17 und 25 Cent/kWh für eine in Südspanien vorherrschende Sonneneinstrahlung (2000 kWh/m²a) abhängig vom Kraftwerkstyp und Speichertechnologie [18]. In Regionen mit höherer Sonneneinstrahlung (bis zu 2600 kWh/m²a) wie Nordafrika oder den Wüsten Kaliforniens können Stromgestehungskosten von ca. 15 Cent/kWh erreicht werden [18]. Zu erwähnen ist hier jedoch, dass die CSP-Technologie noch großes Kostensenkungspotenzial vorweist, was in naher Zukunft zu niedrigeren Stromgestehungskosten aus CSP-Anlagen führen wird. Die Analyse der Stromgestehungskosten in dieser Studie stützt sich auf die Angaben bereits realisierte und in der Entwicklungsphase befindliche Kraftwerksprojekte der Parabolrinnen- und Turmtechnologie. Eine breite Marktanalyse ist derzeit noch nicht möglich, da es hierfür bisher zu wenig Solarthermiekraftwerke gibt. Aus der Studie ergibt sich zudem, dass die Stromgestehungskosten von Parabolrinnenkraftwerken vergleichbar sind mit denen von Solarturmkraftwerken und dass sich die Kosten um bis zu 4 Cent pro Kilowattstunde erzeugeten Strom verringern, wenn das Kraftwerk über einen Wärmespeicher verfügt. Bei den kleineren Paraboloid- bzw. Dish-Stirling-Anlagen betragen die Stromgestehungskosten bei geeigneten Standorten 20 Cent/kWh und sind damit mit den anderen beiden Technologien vergleichbar [19].

Oft wird auch die Wirtschaftlichkeit von solarthermischen Kraftwerken mit der der Photovoltaik verglichen. Sonnenwärmekraftwerke erreichen meist vergleichbare oder leicht höhere Wirkungsgrade und meist niedrigere spezifische Investitionskosten als Photovoltaikanlagen, haben jedoch höhere Betriebs- und Wartungskosten und erfordern eine bestimmte Mindestgröße. Da solarthermische Kraftwerke nur aus direkter Sonnenstrahlen, das heißt bei wolkenfreiem Himmel Strom erzeugen können, sind diese nur in besonders sonnenreichen Regionen mit einer jährlichen Sonneinstrahlung größer 2000 kWh/m²a einsetzbar. Photovoltaikmodule hingegen erzeugen auch aus indirektem Licht und somit auch bei Bewölkung Strom und sind somit nicht nur in ariden Regionen sinnvoll einsetzbar. Beide Technologien haben also, wie so oft, jeweils ihre Vor- und Nachteile. Der Vergleich der Stromgestehungskosten von Photovoltaik-Anlagen mit CSP-Anlagen zeigt, dass die aktuellen Stromgestehungskosten vergleichbar sind (Photovoltaik: 0,18 Euro/kWh und CSP: 0,19 Euro/kWh) an Standorten mit einer jährlichen Einstrahlung von 2000 kWh/m²a [18]. Für das Jahr 2030 prognostizierte Stromgestehungskosten belaufen sich laut der Studie des Fraunhofer ISE auf circa 13 Cent/kWh.

Nicht berücksichtigt sind bei den bisher diskutierten Stromgestehungskosten die benötigten externen Energiespeicher die benötigt werden um die fluktuierende Stromerzeugung aus der Sonnenenergie dem aktuellen Strombedarf anzupassen. Der große Vorteil von CSP-Kraftwerken ist jedoch, dass diese mit zum Kraftwerk gehörigen Wärmespeichern ausgerüstet werden können und so teilweise oder ganz die Fluktuationen der Sonne ausgleichen und sich dem Strombedarf anpassen können. Dies ist ein großer Vorteil der solarthermischen Kraftwerke und reduziert die Kosten für externe Stromspeicherung, die bei der Photovoltaik und Windenergie notwendig ist.

 

 

Umwelteinflüsse

Obwohl bei der Stromerzeugung aus CSP-Kraftwerken tatsächlich keinerlei Treibhausgase wie bei der Verbrennung von Kohle, Erdöl oder Erdgas in die Umwelt abgegeben werden, ist auch diese Technologie keineswegs CO2-neutral. Der Grund dafür, dass auch bei der Stromerzeugung aus konzentrierter Solarthermie ein Treibhausgasausstoß angegeben werden kann und muss liegt in dem energetisch aufwendigen Prozess der Herstellung und Errichtung des solarthermischen Kraftwerkes bei denen natürlich auch CO2 frei wird. Aktuell wird der CO2-Ausstoß für Anlagen konzentrierter Solarthermie zwischen 5 g und 30 g pro erzeugte Kilowattstunde Strom angegeben, relativ unabhängig von der verwendeten CSP-Technologie [20]. Das sind weniger als 3% des Treibhausgasausstoßes als bei der Verbrennung von Kohle zur Stromgewinnung. Der CO2-Ausstoß pro kWh hängt bei der solaren Energieerzeugung stark von der Betriebsdauer und der Sonneneinstrahlung ab, da bei CSP-Anlagen fast nur am Anfang, d.h. zur Anlagenherstellung, Treibhausgase emittiert werden.

Die energetische Amortisationszeit bzw. Energierücklaufzeit ist stark vom Standort (Sonneneinstrahlung) abhängig und beträgt schon heute (Stand 2011) ähnlich wie bei der Windkraft nur noch 3 bis 7 Monate für sonnenreiche Regionen (Sonneneinstrahlung 2000 kWh/m²a) [21]. Die typische Lebensdauer von CSP-Anlagen sind 20 Jahre, jedoch wird erwartet, dass die Anlagen wesentlich länger genutzt werden können. Der Erntefaktor von CSP-Anlagenbeträgt zwischen 30 und 80 für eine angenommene Lebensdauer von nur 20 Jahren. Das bedeutet, dass CSP-Anlagen bis zu 80 mal so viel Energie erzeugen, wie für ihre Herstellung nötig ist. Die Energiebilanz ist also wie auch bei bei der Windenergie sehr prositiv.

Der „Rohstoff“ aus dem CSP-Anlagen Strom generieren ist die Sonnenstrahlung, welche hoffentlich für die nächsten Milliarden Jahre nicht versiegen wird. Rohstoffengpässe kann es daher höchstens bei der Herstellung der CSP-Module geben, nicht aber bei dem Energierohstoff, wie es bei Kohle, Erdgas, Erdöl und Uran der Fall sein wird. Beim Bau von CSP-Anlagen wird je nach verwendeter Technologie relativ viel Stahl benötigt, sowohl für die Kollektoren als auch für die Konstruktion. Vor allem bei der Konstruktion des Solarturms ist eine große Menge Stahl bzw. Stahlbeton nötig. Parabolrinnenkraftwerke hingegen benötigen weniger Stahl und sind diesbezüglich Turmkraftwerken überlegen [20]. Die anderen in großen Maßstäben verwendeten Materialien sind Glas und Beton und auf der Erde ausreichend vorhanden.

Die meisten CSP-Kraftwerke werden als Dampfkraftwerke betrieben. Somit ist es nötig, dass vom Solarfeld erwärmte Wasser nach der Turbine wieder abzukühlen. Da CSP-Anlagen jedoch meist in heißen, trockenen Regionen errichtet werden, ist deren Wasserversorgung zum Teil kritisch. So verbraucht eine 500-Megawatt-Parabolrinnenanlage im Jahr circa 4 Millionen Kubikmeter Wasser, eine gleich große Stirlinganlage ohne Wasserkühlung jedoch nur rund 27.000 Kubikmeter [16]. Auf der anderen Seite zeigt die AQUA-CSP Studie, dass CSP-Anlagen ein idealer Kandidat sind um Meerwasser der Küstenregionen in ariden Gebieten mit Trinkwassermangel zu entsalzen [22]

Häufig wird auch angeführt, dass die Fläche der Erde oder Deutschlands nicht ausreichen würde um den gesamten Strombedarf aus CSP-Anlagen zu decken. Es wurde jedoch gezeigt, dass es ausreichen würde 1 bis 3 % der Sahara mit CSP-Anlagen zu bebauen um den globalen Strombedarf zu decken [20]. Dies entspricht ungefähr dem gleichen Flächenverbrauch wie das der Photovoltaik. Natürlich ist das kein realistisches Szenario ist, da für eine sichere Stromversorgung ein Energiemix mit Speicherung und Kraftwerksverteilung notwendig ist. Diese Hochrechnung zeigt jedoch, dass nur eine verhältnismäßig kleine Fläche der Sahara benötigt wird um den Stromverbrauch der Menschheit zu decken.

 



Zusammenfassung konzentrierte Solarthermie – Pro und Contra

 

Pro

Contra

  • sehr geringer Treibhausgasausstoß (zwischen 5 bis 30 g CO2 pro kWh erzeugtem Strom)
  • keine endlichen Energierohstoffe nötig wie bei den fossilen Energieträgern und der Kernenergie

  • kostengünstige Wärmespeicher direkt im Kraftwerk integrierbar, somit werden Fluktuationen verringert

  • kurze Energierücklaufzeit, vergleichbar mit Windenergie

  • großes Kostensenkungspotential durch Weiterentwicklung der Technologien
  • CSP nur in ariden Regionen mit hoher direkter Sonneneinstrahlung sinnvoll nutzbar
  • noch nicht wettbewerbsfähig, daher sind noch Förderungen nötig


 

Quellen:

[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenw%C3%A4rmekraftwerk, 25.08.2011

[2] http://www.photovoltaik-guide.de/groesstes-first-solar-photovoltaik-kraftwerk-in-spanien-9725 , 22.08.2011

[3] http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenw%C3%A4rmekraftwerk , 04.08.2011

[4] Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Studie Stromgestehungskosten Erneuerbare Energien, Dezember 2010 (Link)

[5] http://de.wikipedia.org/wiki/Solarw%C3%A4rmekraftwerk_PS10 , 26.08.2011

[6] Afloresm (SOLUCAR PS10 (2)) [CC-BY-2.0 (www.creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons (Link), 05.08.2011

[7] RobbyBer (Schema Solarturm-Kraftwerk), via Wikimedia Commons (Link), 05.08.11

[8] BINE Informationsdienst, Solarthermische Kraftwerke, 2003 (Link)

[9] http://www.solarmillennium.de/upload/Download/Technologie/Andasol1-3deutsch.pdf , 29.08.2011

[10] http://de.wikipedia.org/wiki/Andasol , 23.08.2011

[11] http://www.novatecsolar.com/files/mnd0911_pe1_broschuere_deutsch.pdf , 02.08.2011

[12] ArséniureDeGallium, via Wikimedia Commons (Link), 05.08.2011

[13] Benderson2, via Wikimedia Commons (Link), 05.08.2011

[14] http://de.wikipedia.org/wiki/Solarturmkraftwerk , 10.08.2011

[15] http://de.wikipedia.org/wiki/Solar-Stirling , 10.08.2011

[16] http://www.heise.de/newsticker/meldung/Stirlingmotor-befluegelt-Solarkraftwerke-916656.html , 11.08.2011

[17] Pedro Servera, via Wikimedia Commons (Link), 05.08.2011

[18] Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Studie Stromgestehungskosten Erneuerbare Energien, Dezember 2010 (Link)

[19] http://www.sbp.de/de/sun/technology/100-Dish_Stirling , 08.08.2011

[20] Benedikt Volker Tressner, Diplomarbeit „Technologievergleich solarthermischer Stromerzeugung einschließlich globalökonomischer und -ökologischer Bewertung “ S. 74, 2007 (Link)

[21] Pehnt, Martin et al.; Bundesministerium für Umwelt und Reaktorsicherheit (Hrsg.): „Erneuerbare Energien – Innovationen für die Zukunft“; Berlin 2006

[22] http://www.dlr.de/dlr/Portaldata/1/Resources/documents/AQUA-CSP_Zusammenfassung.pdf , 03.08.2011

 


 

Beitrag erstellt von Christoph Schünemann (August 2011)

Zuletzt aktualisiert am Mittwoch, den 18. April 2012 um 12:56 Uhr  

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