DLR: Solarwärmekraftwerk erzielt Wirkungsgrad von bis zu 58 Prozent

Bei der Erforschung neuer und wirtschaftlicherer Kraftwerkstechnologien hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) einen bedeutenden Erfolg erzielt: erstmals gelang es den Wissenschaftlern und Technikern auf der Plataforma Solar im südspanischen Almeria, mit Hilfe von durch Solareinstrahlung erhitzter Luft eine Gasturbine anzutreiben.   Das System besteht aus einem solaren Strahlungsempfänger („Receiver“) und einer Gasturbine, die mit einem Generator gekoppelt ist. Die Erhitzung der verdichteten Luft erfolgt mit Hilfe der Sonnenstrahlung – im Gegensatz zur konventionellen Kraftwerkstechnologie, wo die in der Gasturbine verdichtete Luft durch Verbrennung eines Kraftstoffs auf über 1000° C erhitzt wird. In der Stromerzeugung erzielen Gasturbinen-Kraftwerke (als Kombikraftwerke) die höchsten Wirkungsgrade.

Die optimale Umwandlung von Sonnenenergie in Strom kann somit künftig zu einem attraktiven Preis angeboten werden. Bisherige solare Kraftwerke, bei denen Dampfturbinen zum Einsatz kommen, wandeln die eingekoppelte Solarwärme mit einem Wirkungsgrad von lediglich etwa 35 Prozent in Strom um. Diese Technik wird beispielsweise in der kalifornischen Wüste genutzt. Dort stellen vor allem die benötigten großen Spiegelflächen zur Konzentration der Sonnenstrahlung bislang noch einen bedeutenden Kostenfaktor dar. Ein Weg zur Kostensenkung besteht laut DLR zunächst in der Verringerung der notwendigen Kollektorfläche. Ein solches Kombikraftwerk aus einer Gasturbine mit Generator und einer zusätzlichen Dampfturbine kann den derzeit höchsten Kraftwerkswirkungsgrad von bis zu 58 Prozent erreichen. Dadurch ist es möglich, die notwendige Kollektorfläche deutlich zu reduzieren und somit eine deutliche Kostenminderung zu erzielen.

Das jetzt in Almeria in Betrieb genommene Solarstromsystem besteht aus drei Receiver-Modulen mit einer Gesamtleistung von 1 Megawatt (MW) sowie der Gasturbine mit 250 Kilowatt elektrischer Leistung (kWel). Die Sonnenstrahlung wird mit Hilfe einer Vielzahl leicht gekrümmter Spiegel, die jeweils der Sonne nachgeführt werden, auf die Spitze eines Turmes fokussiert. In diesem stets konstanten Brennfleck befindet sich der Receiver, der die etwa 500fach konzentrierte Solarstrahlung absorbiert. Der so genannte volumetrische Receiver, eine Entwicklung des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik, besteht aus einer hochporösen Metall- oder Keramikstruktur, die sich unter der konzentrierten Einstrahlung auf hohe Temperaturen erhitzt. Beim Durchströmen der Hohlräume nimmt die Luft die Wärme auf, bevor sie zur Gasturbine weitergeleitet wird. In der gegenwärtigen Ausbaustufe erreichen die Wissenschaftler bereits Receivertemperaturen bis zu 800° C, die zusätzliche Erhitzung erfolgt noch durch einen Brennstoff, der in der Gasturbinenbrennkammer verbrannt wird. Noch in diesem Jahr soll ein Receiver zum Einsatz kommen, der die Luft auf 1100° C erhitzen wird.

Das jetzige, mit Fördermitteln der EU und des Bundeswirtschaftsministeriums realisierte System versteht sich in erster Linie als Funktionsnachweis einer neuen Technologie. In wenigen Jahren bereits ist nach Einschätzung der DLR mit der Einführung in den Kraftwerksmarkt zu rechnen, zunächst mit Anlagen im Leistungsbereich einiger Megawatt. Diese Anlagen ermöglichen außerdem die zusätzliche Nutzung der Turbinenabgaswärme zur Erzeugung von Prozesswärme, zur Kühlung sowie zur Wasseraufbereitung. Durch derart zusätzliche Erlöse kann diese neue Technologie bereits heute wirtschaftlich mit konventionellen Kraftwerksanlagen konkurrieren, errechnete die DLR. Die Leistung solcher Kraftwerke soll auf die für herkömmlich Solarwärmekraftwerke typischen Werte von einigen zig Megawatt erhöht werden – dann könnten die solaren Stromerzeugungskosten auf einen Wert deutlich unter 10 Cent je Kilowattstunde sinken.

30.01.2003   Quelle: DLR-Institut für Technische Thermodynamik