Sonnenstrom Konkurrenz aus der Rinne - wissenschaft.de
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Sonnenstrom Konkurrenz aus der Rinne

Auch wenn die Solarzellen-Technologie boomt – weitaus günstiger kann Sonnenstrom durch Rinnenkraftwerke erzeugt werden. In den kommenden Monaten gehen mehrere Großanlagen in Betrieb.

In Boulder City scheint die Sonne an 3770 Stunden im Jahr – doppelt so lang wie in Deutschland. Boulder City liegt in Nevada, nicht weit entfernt vom Spielerparadies Las Vegas. Dort verbrauchen Klimaanlagen und Leuchtreklamen gigantische Mengen Strom. Ab Juni sorgt die Sonne dafür, dass ein Teil davon umweltverträglich gewonnen wird. Dann geht – nach fast 20-jähriger Pause – wieder ein solarthermisches Kraftwerk in Betrieb. Anders als Solarzellenanlagen nutzt „Nevada Solar One“ die Wärmestrahlen der Sonne, nicht ihr sichtbares Licht. Insgesamt fast 80 Kilometer lange parabolisch geformte Spiegelrinnen, jede 6 Meter hoch und auf eine Fläche von 40 Hektar verteilt, konzentrieren das Infrarotlicht der Sonne auf die Brennlinie. Dort befinden sich Receiver, die der deutsche Glasspezialist Schott entwickelt hat. Sie bestehen aus einem dunklen Rohr, dem Absorber, und einem durchsichtigen Hüllrohr. Im Zwischenraum herrscht ein wärmeisolierendes Vakuum – eine entscheidende Weiterentwicklung gegenüber früheren Anlagen, weil sie den Wirkungsgrad verbessert. Motoren verstellen die Spiegel, sodass sie während der täglichen Wanderung der Sonne stets optimal deren Wärmestrahlen einfangen.

US-STROM dank deutscher technik

Das in den Absorberrohren zirkulierende Wärmeöl erreicht eine Temperatur von bis zu 400 Grad Celsius. Das Öl erhitzt über einen Wärmetauscher Wasser, das verdampft und einen Turbogenerator antreibt. Er stammt von Siemens. Die Spiegel lieferte die fränkische Firma Flabeg. Gebaut wird die 64 Megawatt-Anlage von der US-Projektgesellschaft Solargenix Energy, finanziert in Höhe von umgerechnet 220 Millionen Euro von der spanischen Acciona Energía, die in vielen Sektoren erneuerbarer Energie engagiert ist. Den Strom – 240 000 Megawattstunden pro Jahr – nehmen die regionalen Versorger ab. Das neue Parabolrinnen-Kraftwerk liefert genug Strom, um rund 30 000 Vier-Familien-Haushalte in den USA zu versorgen.

Knapp 20 000 Quadratkilometer – weniger als ein Zehntel der Fläche Nevadas – würden reichen, um die USA komplett mit Sonnenstrom aus Parabolrinnen-Kraftwerken zu beliefern. Allerdings produzieren konventionelle fossile und atomare Kraftwerke Strom zu einem Drittel der Kosten. Zudem fehlt es an Kontinuität. Weil die Sonne auch in Nevada an weniger als der Hälfte der 8760 Jahresstunden scheint, braucht es aufwendige Speicheranlagen. In Frage kommen beispielsweise Druckluftkraftwerke: Ein Teil des tagsüber erzeugten Stroms treibt gewaltige Pumpen an, die Luft komprimieren und sie in unterirdische Speicher pressen. Bei fehlender oder geringer Sonneneinstrahlung treibt die Pressluft Turbogeneratoren an und erzeugt dadurch Strom.

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Nach der Ölkrise der Siebzigerjahre besannen sich die USA auf alternative Energiequellen. Die Amerikaner bauten in großem Stil Windenergieanlagen. Kalifornien war zeitweise das Land mit den meisten Windkonvertern. US-Präsident Jimmy Carter forcierte gleichzeitig die Stromerzeugung mit solarer Kraft. Es entstanden große Solarzellenfabriken. Die stärkste Power entfaltete jedoch eine Technik, die von der inzwischen aufgelösten israelisch-amerikanischen Firma Luz (Licht) und in der deutsch-spanischen Solarforschungsanlage Plataforma Solar de Almería entwickelt wurde: die ParabolrinnenTechnik. Im Süden von Spanien wurden die ersten sogenannten Loops aufgebaut, Spiegelreihen, in denen der gesamte Prozess getestet wurde. Anfang der Achtzigerjahre begann Luz in der Mojave-Wüste mit dem Bau einer ganzen Serie von solaren Kraftwerken nach dem Parabolrinnen-Prinzip. Innerhalb von rund zehn Jahren entstanden neun Einzelanlagen mit der beachtlichen Leistung von insgesamt 354 Megawatt.

JIMMY CARTERS ILLUSION

Zunächst war das ein glänzendes Geschäft für die Erbauer: Mindestens 13 Cent pro Kilowattstunde zahlte der Stromversorger Southern California Edison. Versorgungsengpässe am Nachmittag – wenn die Kalifornier ihre Klimaanlagen auf höchste Stufe drehten – spülten sogar bis zu 30 Cent pro kWh in die Kasse. Bis zum Jahr 2000, so sah es ein Plan Carters vor, sollten 23 Prozent des US-Stroms aus Sonnenenergie stammen. Doch als der Ölpreis fiel und neue Vorräte an fossilen Energien entdeckt wurden, erlahmte der grüne Eifer. Präsident Ronald Reagan strich die Subventionen rigoros. Kohle, Kernenergie, Erdgas und Öl dominierten wieder.

Der kaum noch strittige Klimawandel führt nun wieder zum Umdenken. Um den Kohlendioxid-Ausstoß zu verringern, verabschiedeten Nevada, Kalifornien, New Mexico und Arizona Gesetze, die die Stromerzeuger zwingen, dem Strom aus Sonne, Wind und Biomasse feste Anteile einzuräumen. In Kalifornien sollen das bis 2010 insgesamt 20 Prozent sein. Nevada will diese Quote bis 2015 schaffen. Nach Schätzungen des National Renewable Energy Laboratory in Washington könnten allein in den vier genannten Bundesstaaten Solarkraftwerke mit einer Leistung von insgesamt 200 000 Megawatt gebaut werden – fast doppelt so viel wie die insgesamt installierte Kraftwerksleistung in Deutschland.

Kalifornien will an seine Tradition anknüpfen und das mit Abstand größte Solarkraftwerk der Welt bauen. Es soll die immer noch zuverlässig Strom erzeugende, zum Teil 25 Jahre alte Anlage in der Mojave-Wüste aus dem Buch der Rekorde verbannen: 500 Megawatt, vielleicht sogar 850 Megawatt, soll es leisten. Die Technik unterscheidet sich deutlich von derjenigen der Solar-One-Anlage: Einzelspiegel, die sich zu einem riesigen Hohlspiegel formen, konzentrieren die solare Wärme auf einen Stirling-Motor im Brennpunkt. Wenn eine Seite des Motors erwärmt wird, dehnt sich das Gas darin aus und treibt einen Kolben an. Gleichzeitig bewegt sich das Gas zur kalten Seite des Motors, um abzukühlen. Dann steht es erneut für den Kreisprozess zur Verfügung.

Die Amerikaner, die mit dieser Technik bereits seit den Achtzigerjahren experimentieren, setzen auf Einheiten mit 25 Kilowatt. Das 500-Megawatt-Kraftwerk wird aus 20 000 Spiegeltürmen bestehen, die eine Fläche von 1,5 Quadratkilometern bedecken. Die Anlage, die 100 Kilometer nordöstlich von Los Angeles gebaut wird, soll 2011 in Betrieb gehen. Nevada Solar One wird sein Prädikat als größtes Solarkraftwerk der neuen Generation bereits im Jahr zuvor los sein. In Andalusien wird das Solarrinnenkraftwerk Andasol mit zwei Blöcken zu je 50 Megawatt Solarstrom produzieren. Der erste Block soll Mitte 2008 in Betrieb gehen, der zweite sechs Monate später. Ein dritter Block wird folgen. Jeder benötigt ein Spiegelfeld von einem halben Quadratkilometer.

SOLARSTROM AUCH NACHTS

Während andere Solarkraftwerke Pause haben, wenn die Sonne nicht scheint, produziert Andasol Strom auch bei Nacht. Solar Millennium, das die Anlage konzipierte, hat einen gewaltigen Wärmetank für einen Teil der tagsüber produzierten solaren Wärme eingeplant. Dessen Inneres ist gefüllt mit flüssigem Salz, durch das sich endlose Rohrleitungen schlängeln. Tagsüber heizt das hindurchfließende Thermoöl das Flüssigsalz auf, nachts entzieht es ihm Energie. Obwohl die Speicher die Baukosten deutlich erhöhen, lässt sich die Anlage wirtschaftlich betreiben, weil Spanien – ähnlich wie Deutschland – eine Einspeisevergütung für erneuerbare Energien beschlossen hat. 16 Cent werden dadurch pro Kilowattstunde erlöst. Die Produktionskosten dieses Stroms sollen bei nur 13 Cent liegen. Auch in Andalusien kommen Flabeg mit Spiegeln und Schott mit Receivern zum Zuge. Schott, das mit einem solaren Boom rechnet, hat im oberpfälzischen Mitterteich eine Receiver-Fabrik gebaut, die für die Versorgung von jährlich vier 50-Megawatt-ParabolrinnenKraftwerke reicht. Die Produktion lässt sich mühelos ausweiten. Zusätzlich errichtet das Unternehmen eine Receiverfabrik in Spanien, „weil dort unsere europäischen Kunden sitzen und der Mittelmeerraum ein vielversprechender Markt für solarthermische Kraftwerke ist“, sagt Udo Ungeheuer, der Vorstandsvorsitzende.

Insgesamt sind in Spanien derzeit 30 Kraftwerke dieser Art geplant. Sechs stehen unmittelbar vor dem ersten Spatenstich, zwei sind bald fertig. Solar Millennium setzt neben Spanien und den USA auf Nordafrika, das noch bessere Bedingungen für Solarkraftwerke bietet.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, das sich seit Jahrzehnten mit der Entwicklung von solarthermischen Kraftwerke befasst, geht davon aus, dass erneuerbare Energien bis 2050 im Mittelmeerraum die fossilen weitgehend verdrängt haben werden. Solarthermische Kraftwerke sollen dort dann doppelt soviel Strom liefern wie Wind, Photovoltaik, Biomasse und Geothermie zusammen.

Volker Quaschning, Professor für Regenerative Energiesysteme an der Fachhochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin, sieht das genauso: „Im Sonnengürtel der Erde produzieren solarthermische Kraftwerke zu durchaus interessanten Kosten. Mittelfristig könnten sie es sogar mit fossilen Kraftwerken aufnehmen.“ Stromtransporte seien mit modernen Techniken auch über große Entfernungen wirtschaftlich. Derzeit bietet sich dazu vor allem die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungstechnik an. Dabei wird der Strom auf 500 000 Volt und mehr transformiert, in Gleichstrom umgewandelt und in die Fernleitung eingespeist. Gleichstrom trifft in Kupferkabeln auf weniger Widerstand als Drehstrom, was die Übertragungsverluste verringert.

Wenn es nach dem US-Risikokapitalgeber Vinod Khosla geht, gehört der Sonne die Zukunft. Auf die Frage, in welche erneuerbare Energie er am ehesten Geld stecken würde, antwortet er: „In Parabolrinnen-Kraftwerke natürlich.“ Aus also für Solarzellen? Auf mittlere Sicht wohl für Großanlagen, wenn es nicht gelingt, die Produktionskosten drastisch zu senken. Denn noch immer kostet eine per Photovoltaik produzierte Kilowattstunde Strom je nach Blickwinkel bis zu 50 Cent. ■

bdw-Team

Ohne Titel

· Nach jahrzehntelanger Baupause drängen solarthermische Kraftwerke wieder nach vorne.

· Große Kraftwerke entstehen jetzt nacheinander in Nevada, Spanien, Kalifornien.

· Solarthermik konkurriert damit wieder mit Photovoltaik.

· Wenn die Photovoltaik-Hersteller ihre Kosten nicht in den Griff bekommen, wird der Höhenflug bald enden.

COMMUNITY Lesen

Ein Sachbuch, das eine Fülle an Informationen über die Chancen erneuerbarer Energien bietet:

E. Schwanhold, Dr. B. Kummer (Hrsg.) Nachhaltige Energiepolitik, Herausforderungen der Zukunft

Honnefer Verlagsgesellschaft 2006, € 34,80

Internet

Die Sandia National Laboratories sind nicht nur firm in neuester Militärtechnik, sie befassen sich auch mit umweltverträglicher Energieversorgung:

www.sandia.go

Der deutsche Glasspezialist ist an weltweit allen Projekten solarthermischer Kraftwerke maßgeblich beteiligt:

www.schott.com

Das Erlanger Unternehmen baut die ersten Parabolrinnen-Kraftwerke in Spanien. Die Tochter Flabeg liefert die Spiegel:

www.solarmillennium.de

Weitere Fragen zum Thema Solarenergie beantwortet: www.solarserver.de

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