solarthermische Kraftwerke
Wir haben 2 gegensätzliche Anforderungen:
in heißen, Äquatorial angelegten Ländern haben hohe Temperaturen und viel Sonne
/ Wärme.
Hier wird Strom für Kühlung benötigt
in den kalten Regionen, näher an den Polen gelegen, haben
wir wenig Sonne & Wärme und brächten dort Kraftwerke vor allem zur Winterszeit
für Licht & Wärme
So ergeben sich durch die klimatischen
Bedingungen der sinnvolle Einsatz von Solarthermie für
Äquatorial gelegene Länder.
Innerhalb der Solarthermie haben sich zwei Kraftwerkstechnologien
herauskristallisiert, die den größten wirtschaftlichen Erfolg versprechen:
Aufwindkraftwerke
Das Aufwindkraftwerk, das dank seines einfachen Bauprinzips auch in
Entwicklungsländern realisierbar ist und in Wüstenregionen gänzlich ohne
Kühlwasser rund um die Uhr Solarstrom - z.B. für Klimaanlagen - liefern kann.
Parabolrinnen-Solarkraftwerke
Das Parabolrinnenkraftwerk, das z.B. in
Kalifornien seit 15 Jahren betrieben wird und über zehn Milliarden
Kilowattstunden Solarstrom ans Netz geliefert hat.
Aufwindkraftwerke kann man
zu solarthermischen Kraftwerken zählen. Das Funktionsprinzip ist bestechend
einfach. Wie der Name schon verrät, macht man sich hier das Naturgesetz zu
Nutzen, dass warme Luft nach oben steigt. Das Aufwindkraftwerk kombiniert dabei
seit der Antike bekannte physikalische Grundsetze: den Schornsteineffekt, den
Gewächshaus- bzw. Treibhauseffekt und das Windrad.
Unter einem flachen, kreisförmigen Glasdach, das an den Seiten offen ist, wird
die Luft durch einfallende Sonnenstrahlen wie in einem Glashaus erwärmt. In der
Mitte des leicht ansteigenden Glasdaches befindet sich ein hoher Kamin, durch
den die warme Luft entweicht. So entsteht ein kontinuierlicher Aufwind, der
druckgestufte Turbinen antreibt. Ein derartiger Sonnenkollektor kann im
Jahresmittel bis zu 45% der eingefallenden Sonneneinstrahlung in Wärmeenergie
umsetzen.
Um Aufwindkraftwerke hoher Leistung zu bauen, sind nicht nur ausgedehnte Glas-
bzw. Plastikdächer von einigen Kilometern Durchmesser nötig, sondern auch sehr
hohe Kamine. Für ein Kraftwerke mit beispielsweise 5MW Leistung benötigt man ein
Kollektordach von 1,1km Durchmesser und einen Kamin von 445m Höhe und 27m
Durchmesser. Wünscht man mehr Leistung, beispielweise 200MW, liegen die Größen
schon in nahezu unvorstellbaren Dimensionen: 5000m Durchmesser für das Dach,
1000m Höhe und 150m Durchmesser für den Kamin. Zum Vergleich: Die höchsten
Gebäude der Welt, die Petronas Towers in Kuala Lumpur, sind 451m hoch.
Insbesondere in Drittländern bieten sich mit dieser einfachen und wenig
störanfälligen Technologie ungeahnte Chancen auf dem Energiemarkt.
Mit Unterstützung des Bundesforschungsministeriums entstand Anfang der achtziger
Jahre in einem Wüstengebiet bei Manzanares, Spanien, eine Versuchsanlage mit
einer verhältnismäßig geringen Leistung von 50kW. Der Kamin aus Blech hatte
einen Durchmesser von 10m und eine Höhe von 195m. Das 45.000m2 große
Kollektordach (mittlerer Radius 122m) wurde in verschiedenen Bereichen aus
unterschiedlichen Materialien (Folien und Einfachglas) gebaut, um das idealeste
und optimalste auszuwählen.
Die Anlage war mit 280 Sensoren ausgestattet, die im
Sekundenrhythmus Daten erfassten und sobald die Luftgeschwindkeit im Kamin über
2,5m/s stieg, wurden die Turbinen eingeschaltet. Im Kamin wurden
Luftgeschwindigkeiten von 9m/s bei eingeschalteten, bis zu 15m/s bei
abgeschalteten Turbinen gemessen.
Das Aufwindkraftwerk produzierte jahrelang Energie und bewies damit die
Realisierbarkeit dieser Technologie. Im Frühjahr 1989 stürzte der Kamin bei
einem Orkan zusammen und wurde nicht wieder aufgebaut. Doch die Anlage hatte
ihren Zweck erfüllt.
Bisher wurden keine weiteren Aufwindkraftwerke gebaut, doch das Ingenieurbüro "Schlaich,
Bergermann und Partner" aus Stuttgart plant momentan den Bau einer Anlage in der
Wüste Australiens mit einem Durchmesser von 5km.
Parabolrinnen-Solarkraftwerke
Parabolrinnen-Solarkraftwerke stellen heute die kostengünstigste und
effizienteste Technologie dar, um aus Sonnenenergie Strom zu erzeugen. Sie
funktionieren ähnlich wie konventionelle Dampfkraftwerke, mit dem Unterschied,
dass hier nicht fossile Energieträger verbrannt werden, sondern letztlich
Sonnenenergie die Dampfturbinen antreibt.
Ein Solarfeld besteht aus mehreren parallel
angeordneten Reihen von Kollektoren. Diese Kollektorreihen haben jeweils eine
Länge von ca. 100 Metern und sind wiederum unterteilt in kleine
Einzelkollektoren. Die Spiegel der Einzelkollektoren haben einen parabelförmigen
Querschnitt, ähnlich einer Regenrinne. Im Brennpunkt des Spiegels verläuft ein
Absorberrohr, dass von einem hitzebeständigen, synthetischen Öl durchlaufen
wird. Das Sonnenlicht wird 80-fach konzentriert auf dieses Rohr reflektiert. Das
Öl wird dadurch auf bis zu 400°C erhitzt. Die Energie wird über das Trägermedium
in die Kraftwerkszentrale transportiert, wo sie über einen Wärmetauscher an
Wasser abgegeben wird. Der entstehende Wasserdampf treibt dann, wie schon beim
Turmkraftwerk erklärt, einen Generator an. Bereits gebaute konventionelle
Dampfkraftwerke könnten somit einfach auf Solarstrom um- bzw. aufgerüstet
werden. Anlagen dieser Bauweise kommen auf einen Wirkungsgrad von ca. 20% im
Sommer bzw. 14% im Jahresmittel. Im Vergleich zu anderen, noch folgenden,
Technologien, die "wirkungsvollste".
