Solarturm

Solare Kraftwerke

Bei der energetischen Nutzung des Sonnenlichtes denkt man in Deutschland meist an Photovoltaik – Stromerzeugung mit Solarzellen, in den Urlaubsgebieten rund um das Mittelmeer eher an die dort weit verbreitete Warmwasserbereitung mit Sonnenkollektoren – Solarthermie. Eine dritte, besonders erfolgversprechende Variante ist die Stromerzeugung in solarthermischen Kraftwerken: Die Energie des Sonnenlichtes erhitzt ein Arbeitsmittel, das in einer konventionellen Dampfturbine Strom erzeugt. Europas erste kommerzielle Anlage dieser Art ist Andasol 1 in Andalusien.

Foto: Inmitten einer kargen Wüstenlandschaft steht ein Array aus etwa hundert gleichgroßen, mehr als Mannshohen Spiegeln, die alle zu einem hohen Turm hin ausgerichtet sind.
Solarturmanlage CESA-1 in Andalusien

Solarthermische Kraftwerke werden in zwei Grundtypen entwickelt, als Parabolrinnen- oder Solarturm-Anlagen. In beiden Fällen konzentrieren der Sonne nachgeführte Spiegel das Licht, um ein Arbeitsmittel – zum Beispiel Thermoöl oder Salz – möglichst stark aufzuheizen. Je höher die Temperatur im Dampfkreislauf, desto effizienter kann die Turbine arbeiten.

Bei Solarturmanlagen folgen hunderte von flachen Spiegeln der Sonnenbahn und bündeln das Licht auf die Spitze eines südlich des hektargroßen Spiegelfeldes stehenden Turmes. Auf einer Fläche von einem Quadratmeter werden hier Temperaturen von über 1000 Grad erzielt.

Im Unterschied hierzu ist Andasol 1, das von der Erlanger Solar Millennium AG entwickelt und federführend gebaut wird, eine Parabolrinnen-Anlage. Der Sonnenbewegung einachsig nachgeführte, parabolisch gebogene Spiegel konzentrieren die Sonnenstrahlung auf ein Rohr in der Brennlinie. Hier erhitzt das 80-fach verstärkte Sonnenlicht Thermoöl auf 400 Grad. Das Rohr ist speziell beschichtet, um eine hohe Absorption bei geringer Energieabstrahlung zu erreichen. Zum Schutz gegen Abkühlen ist es zusätzlich von einer evakuierten Glasröhre umschlossen, deren Antireflex-Beschichtung das Sonnenlicht mit nur geringstem Energieverlust hindurchlässt.

Foto: Haushohe nach innen gekrümmte Spiegel in einer langen Reihe entlang einer Straße, so dass eine lange von innen verspiegelte Röhre entsteht.
Parabolspiegel

Sonne weg, Strom weg? Um rund um die Uhr Strom zu erzeugen, kann die Dampfturbine nachts mit einer Zusatzheizung betrieben werden. Anlagen mit einem zusätzlichen Gasbrenner sind im erdgasreichen Ägypten in Planung. Bei Andasol 1 geht man einen anderen Weg: Liefern die Parabolrinnen um die Mittagszeit mehr Energie, als die Turbine in Strom umwandeln kann, wird der Überschuss von einem Wärmespeicher - auf 390 Grad aufgeheiztes flüssiges Salz - aufgenommen. Zu Sonnenmangelzeiten, früh morgens oder abends, wird die Wärme dann zum Betrieb der Turbine wieder abgegeben. Über die nutzbaren 2000 Sonnenstunden hinaus kann das Kraftwerk mit dieser Zwischenspeicherung pro Jahr 3600 Stunden lang Strom ins Netz einspeisen.

Foto: Aufsicht aus der Höhe auf ein Parabolspiegel-Kraftwerk zeigt die sorgfältige Anordnung in Reihen und rechteckigen Feldern.
Parabolrinnen-Kraftwerk Kalifornien

Die Kostenverteilung auf die Hauptkomponenten ist bei Turm- und Parabolrinnen-Anlagen ähnlich: 10 bis 20 Prozent entfallen auf den Kraftwerksblock, ebensoviel auf den Wärmespeicher, 60 bis 70 Prozent auf das Solarfeld. Zu letzterem trägt zu 40 Prozent die Kollektorkonstruktion bei, Spiegel, Absorberrohre und Sonstiges - Verrohrungen und Arbeitsmittel - zu je 20 Prozent. Allerdings können diese Anteile merklich schwanken - je nach dem Sonnenangebot am Standort, der Auslegung des Wärmespeichers und der daraus folgenden Solarfeldgröße.

Bei den Schlüsselkomponenten - Spiegel bzw. Absorberrohre - gehören deutsche Unternehmen wie die Flabeg GmbH & Co. KG bzw. die Schott Rohrglas GmbH zu den Weltmarktführern und folglich auch zu den Hauptlieferanten bei Andasol 1; die Siemens AG konnte sich den Turbinen-Auftrag sichern.

Weltkarte mit unterschiedlich eingefärbten Flächen der Landmassen, je nach Eignung für Standorte solarthermischer Kraftwerke. In der Nähe des 23. Breitengrade Nord und Süd ist besonders gut geeignet.
Sonnengürtel

Bleiben zum Schluss die Fragen nach der Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit dieser kohlendioxidfreien Stromerzeugungstechnologie: Bei Gesamtkosten von 300 Millionen Euro für die 50 Megawatt-Anlage Andasol 1 liegen die Investitionskosten bei 6000 Euro pro Kilowatt installierter Leistung, die für knapp die Hälfte des Tages zur Verfügung steht. Anders als bei Windstrom - mit 2500 bzw. 1250 Euro pro Kilowatt off- bzw. onshore - fällt die Energie hier jedoch langfristig planbar und zu Zeiten des höchsten Stromverbrauchs an, etwa von 7 bis 16 Uhr. In Deutschland können die Anlagen jedoch nicht effizient betrieben werden – die Importabhängigkeit können sie daher nicht reduzieren: Sie benötigen direktes Sonnenlicht und sind nicht – wie Sonnenkollektoren oder Solarzellen – schon bei diffusem oder gestreutem Licht brauchbar. Interessante Standorte sind daher nur im Sonnengürtel der Erde, in Europa bestenfalls in Südspanien, zu finden.

Die Konkurrenzfähigkeit von Technologie und Standort lässt sich aus den Subventionen ablesen: Eine Vergütung von 21 Cent pro Kilowattstunde sieht das spanische Einspeisegesetz vor, verglichen mit 52 Cent pro Kilowattstunde für deutschen Photovoltaikstrom. Die Massenfertigung wichtiger Komponenten und die Optimierung einzelner Prozessparameter könnten mittelfristig die Stromgestehungskosten selbst in Südeuropa auf 10 Cent pro Kilowattstunde senken, meinen die Entwickler. An besseren Standorten könnte dies schon heute erreicht werden. Damit erscheinen solarthermische Kraftwerke als die derzeit sinnvollste Solarstrom-Alternative.