Solarthermie der Zukunft: Gemasolar, das Solarturm-Kraftwerk von Torresol Energy mit Flüssigsalz-Speicher

Ende 2010 wurde eine riesige Konstruktion in Südspanien fertig gestellt: ein 140 Meter hoher Betonturm, umgeben von einem Feld aus 2.650 großen Spiegeln, jeder etwa zehn mal zehn Meter groß, auf einer Fläche von 18 Hektar. Das Solarturm-Kraftwerk mit einer Nennleistung von 19,9 Megawatt steht auf halbtrockenem Ackerland in der spanischen Provinz Sevilla und ist das erste dieser Bauart. Es könnte zum Vorbild von solarthermischen Kraftwerken auf anderen Kontinenten werden, denn es macht diese Art Solarstrom-Erzeugung zu einer etablierten Technologie.Nicht das Spiegelfeld oder der Zentral-Receiver dieser Anlage sind wegweisend, sondern das, was durch den Receiver läuft und die 14 Meter hohen und 36 Meter breiten Tanks am Fuß des Turms füllt.Gemasolar ist das erste solarthermische Großkraftwerk, das Flüssigsalz als Wärmespeicher benutzt. Es wird auf 565 Grad Celsius erhitzt und hat eine Speicherkapazität von 15 Stunden. Die Auswirkungen dieser Technologie sind enorm: Gemasolar liefert nicht nur zu Sonnenzeiten Strom, sondern bei Bedarf rund um die Uhr, ohne die beträchtlichen Kosten, die bei einer Batteriespeicherung anfallen würden.

Flüssigsalz-Tanks und Turbine am Fuße des Gemasolar-Kraftwerkturms. Bild: SENER GroupDer Solarserver präsentiert das innovative Solarthermie-Kraftwerk von Torresol Energy Investment S.A., einem Gemeinschaftsunternehmen der SENER-Gruppe(Getxo, Spanien) und Masdar (Abu Dhabi, Vereinigte Arabische Emirate) als Solaranlage des Monats im Juni 2011.

Schwankende Verfügbarkeit der Sonnenenergie
Solar-Technologien wurden bisher dadurch wesentlich eingeschränkt, dass sie normalerweise nur dann Strom erzeugen, wenn die Sonne scheint. Das ist oft kein Problem, da in vielen Regionen der Bedarf am höchsten ist, wenn auch die Sonne am stärksten scheint.
Allerdings ist jedoch die Höchstmenge an Solarenergie eingeschränkt, die ohne einen – oft sehr teuren – zusätzlichen Speicher nutzbar ist. Oder es muss bei Bedarf darüber hinaus Strom erzeugt werden, üblicherweise aus Erdgas.
Lesen Sie mehr dazu in unserem Solar-Report über Energiespeicherung 
Auf Grund seines Flüssigsalzspeichers, der auch die Nächte überbrückt, ist Gemasola das erste solarthermische Kraftwerk der Welt, das Strom rund um die Uhr flexibel nach Bedarf bereitstellen kann, vergleichbar mit einem Erdgas-Kraftwerk.Die Zeit ist reif für Solarthermie-Kraftwerke
Die meisten der weltweit betriebenen solarthermischen Kraftwerke wurden in den letzten fünf Jahren in Betrieb genommen; Die Idee ist jedoch nicht neu: Das US-Umweltministerium (Department of Energy, DOE) hat das erste Solarthermie-Kraftwerk, ein Gemasolar ähnliches Solarturmkraftwerk, bereits 1981 in Kaliforniern gebaut. Nachdem in der kalifornischen Mojave-Wüste eine Reihe von Parabolrinnenkraftwerken errichtet wurden, wurde dieseTechnologie mehr als zehn Jahre lang nicht weiter verfolgt.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts erwachte das Interesse an dieser Technologie, und viele Unternehmen forschten zu CSP-Anlagen. Bis zur Änderung der spanischen Einspeisevergütung 2007 wurden allerdings wenige neue Kraftwerke gebaut. Erst die spanischen Einspeisetarife zogen eine Reihe neuer CSP-Kraftwerke nach sich. Heute ist Spanien das Land mit der weltweit größten installierten CSP-Leistung.
SENER Ingeniería & Sistemas, die Ingenieurgesellschaft der SENER Group, widmet sich seit 2001 solarthermischen Lösungen und betreute den Bau des Solar Tres-Kraftwerks.

Torresol Energy und das Flüssigsalz-Konzept
SENER plante und errichtete auch Andasol 1. Das Parabolrinnenkraftwerk war bei seiner Inbetriebnahme im November 2008 die erste solarthermische Anlage mit einem Flüssigsalz-Speicher.
2006 ging das Unternehmen das Gemasolar-Projekt an. Es erforschte die Möglichkeit, thermische Speicher mit CSP-Anlagen zu kombinieren. In diesem Jahr baute SENER eine Versuchsanlage auf der Almeria Solar Platform, um den Solarturm mit einem Flüssigsalz-Receiver zu testen.
Im März 2008 gründeten SENER und Masdar das Unternehmen Torresol Energy, um weltweit solarthermische Kraftwerke zu bauen. SENER überließ das Gemasolar-Projekt dem neuen Unternehmen.
SENER stellt die Technologie für Torresol Energy, dessen Ziel es ist, weltweit Flüssigsalz-CSP-Anlagen zu entwickeln. Den Anfang macht Gemasolar.

Gemasolar: Eine Idee wird WirklichkeitNach Unterzeichnung des Vertrags Ende 2008 begann Torresol Energy mit dem Bau von Gemasolar.

Gemasolar 2009, vor der Installation der Heliostate. Foto: Torresol Energy Investment S.A.SENER war für den Bau verantwortlich, der insgesamt 29 Monate dauerte. Allein sieben Monate waren für das Aufstellen der Spiegel (Heliostate) notwendig. Der zentrale Turm wurde mithilfe einer Gleitvorrichtung aufgestellt, wie im Schachtbau üblich.
“2.500 bewegliche Heliostate aufzustellen, von denen jeder aus 110 Quadratmetern versilbertem Glas besteht, einen 140 Meter hohen Betonturm zu erreichten, Tanks für 8.500 metrische Tonnen Flüssigsalz und mehr, ist keine einfache Aufgabe“, sagt Torresols technischer Betriebsdirektor Santiago Arias Alonso.
“Aber SENER hat sehr große Erfahrung bei Planung, Kauf, Bau und Inbetriebnahme aller Komponenten.“
Das Projekt wurde laut Torresol mit einem Kredit in Höhe von 171 Millionen Euro von verschiedenen Privatbanken finanziert, allen voran die Volksbank.

Inbetriebnahme: Ein zündender Funke für Andalusien
Anfang 2011 begann der Testbetrieb von Gemasolar, und am 1. Mai 2011 ging das Kraftwerk offiziell in Betrieb. Der Strom wird über eine Hochspannungsleitung zu einer örtlichen Umspannstation geleitet, wo er in das Stromnetz von Endesa S.A. (Madrid, Spanien) eingespeist wird, um hauptsächlich die Region Andalusien zu versorgen.
In Spanien hat der Stromverbrauch zwei Spitzen pro Tag. Die zweite liegt zwischen 20 Uhr im Winter und 22 Uhr im Sommer, also nach Sonnenuntergang. Mit seinem Flüssigsalzspeicher kann Gemasolar zu beiden Spitzenlastzeiten die Stromversorgung gewährleisten.

Details der Flüssigsalz- und Turmkonstruktion bei Gemasolar
SENER ist am Bau von 15 solarthermischen Kraftwerken beteiligt; Gemasolar ist jedoch das erste mit einem Wärmespeichersystem mit mehr als 560 Grad Celsius.
Hier kommen 8.500 Tonnen flüssiges Natrium- und Kaliumnitratsalz zum Einsatz. Dieses nimmt im zentralen Receiver 95 Prozent der Sonnenwärme auf, wird dann zum Speichertank geleitet. Mit einem Teil der Wärme wird über einen Wärmetauscher Dampf erzeugt.Mit der direkten Erwärmung des Flüssigsalzes unterscheidet sich die Anlage von früheren Konstruktionen wie Andasol 1. Das Parabolrinnenkraftwerk Andasol 1nutzt Thermalöl, das die Wärme an das Flüssigsalz abgibt. Das Überspringen dieses Schrittes bringt Vorteile beim Wirkungsgrad, betont Torresol.

Vorteile und Wirkungsgrad von Flüssigsalz-CSP-Anlagen
Nach Angaben von Torresol Energy haben Solarturm-Kraftwerke einige Vorteile gegenüber Parabolrinnen-Kraftwerken: Gemasolar verzichtet auf bewegliche Rohrsysteme, Drehgelenke und Thermalöl. Daher bestehe auch keine Brandgefahr, und es könne nichts auslaufen. Außerdem führe die Konzentration der Flüssigkeit auf kleiner Fläche zu geringeren Wärmeverlusten und Wartungskosten.
Auch das Speichersystem habe technische Vorteile: Kurzzeitige Leistungseinbrüche, wie sie bei Anlagen ohne Speicher beim Vorbeiziehen von Wolken entstehen, verkürzen die Lebensdauer der Turbinen. Mit der Speicherlösung werden somit Lastschwankungen ausgeglichen und die Turbinenleistungsfähigkeit erhöht.
Da ein Großteil des Salzes zu Speicherzwecken verwendet wird, ist die Leistung der Turbine geringer, als von einer Anlage dieser Größe erwartet wird. Der Wärmereceiver hat 120 MW Wärmekapazität, die Turbine jedoch nur 19,9 MW Leistung. Die Anlage soll laut Torresol Energy jährlich 110.000 Megawattstunden Strom erzeugen.

Künftig Flüssigsalz für die ganze Welt?
Vertreter von Torresol Energy sind der Meinung, dass die Idee der Flüssigsalz-Speicher sich definitiv in der CSP-Branche durchsetzt. „Vor vier Jahren, als ich für SENER am Flüssigsalz-Speichersystem für Andasol 1 arbeitete, hielten alle unsere Konkurrenten uns für verrückt, dass wir die Energie speichern und später liefern wollten“, erinnert sich Santiago Arias Alonso. „Jetzt testen sie alle solche Speicher oder versuchen, welche zu entwickeln.“
Was Torresol Energy angeht, so möchte das Unternehmen weitere Anlagen mit Flüssigsalz-Speicher an verschiedenen Standorten auf der ganzen Welt bauen. Torresol entwickelt derzeit zwei Parabolrinnenkraftwerke mit Flüssigsalz-Speichern in Spanien: Valle 1 und Valle 2.
Wenn solare und andere Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien fossile Treibstoffe und Atomkraft ersetzen sollen, müssen sie in der Lage sein, ohne besonders teure Speicherlösungen 24 Stunden pro Tag Strom zu erzeugen. Gemasolar zeigt, dass dies in gewerblichem Maßstab möglich ist. Die Zukunft hat begonnen.