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Donnerstag, 14. September 2017, Ausgabe Nr. 37

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Concentrated Solar Power

Solarthermische Großkraftwerke: Hoffnungsträger mit Schattenseiten

Von Heinz Wraneschitz | 15. Juli 2011 | Ausgabe 28

Die Vision solarer Großkraftwerke ist gewaltig – Strom aus der Wüste soll zugleich die steigende Energienachfrage in Nordafrika decken und die Energiewende in der EU ermöglichen. Auch das Energiekonzept der Bundesregierung setzt – auf lange Sicht – auf die Concentrated Solar Power (CSP).

Die Idee begeistert seit Langem Forscher und Entwickler: Sonnenenergie wird durch Spiegel konzentriert, um Wasser zu erhitzen. Mit dem entstehenden Dampf wird eine Turbine angetrieben. Und da sich große Mengen an Wärme, im Vergleich zu Strom, relativ einfach und gut speichern lassen, liefern diese Solarkraftwerke auch Strom, wenn die Sonne nicht scheint.

Bis solarthermische Kraftwerke mit Standorten in Nordafrika Strom in der Größenordnung einiger 1000 TWh pro Jahr liefern, dürfte es aber noch dauern. "Die Kalkulation ist absurd. Die Unternehmen laufen einer Fata Morgana hinterher", war die Meinung des im vergangenen Jahr gestorbenen Solarenergiepioniers und Alternativ-Nobelpreisträgers Hermann Scheer zum viel diskutierten Wüstenstromprojekt, das das Industriekonsortium Desertec propagiert.

Erste kommerzielle CSP-Anlagen gibt es in Spanien und den USA; Fehlanzeige in Nordafrika, obwohl Roadmaps dafür in Arbeit sind. "Nur ein einzelnes Versuchskraftwerk ist bereits in Algerien gebaut. Doch die Größenordnung der Konzepte ist eine ganz andere, und dafür hat man keine Roadmaps. Man bräuchte Studien, die zum Beispiel in Kooperation mit einem Land wie Tunesien oder Marokko erstellt werden, um ein Exempel zu statuieren. Aber auch die gibt es noch nicht", stellt Peter Viebahn, Programmleiter Systemanalyse beim Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie, heraus. Viebahn kennt sich aus, er arbeitete früher beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt zu CSP.

CSP-Kraftwerke wirken auf Betrachter schon alleine wegen ihrer Größe faszinierend. Um 1 MW elektrischer Leistung zu generieren, rechnet etwa CSP-Anbieter Feranova mit einer notwendigen Grundfläche von ca. 16 000 m2. Darauf lassen sich übers Jahr je nach Standort im und ums Mittelmeer herum etwa 3 Mio. kWh (3 GWh) Strom erzeugen, vergleichbar mit einer gleich großen Photovoltaikanlage. Der Vorteil von CSP ist eben die Speicherbarkeit der Wärme: Die Sonne scheint tags, der Strom kann auch nachts erzeugt werden.

Konkret konzentrieren der Sonne nachgeführte Spiegel Licht auf einen Absorber der darin befindliche Wärmeträger treibt direkt oder indirekt eine Turbine an, an der ein Stromgenerator hängt. CSP-Kraftwerke können aus langen gewölbten Spiegelreihen bestehen. Ende der 1970er-Jahre läuteten solche Rinnenparabolkraftwerke in der kalifornischen Mojave-Wüste die solarindustrielle Stromproduktion ein. Bei der zweiten wichtigen CSP-Technologie, dem Solar Tower, konzentrieren einzeln nachgeführte Spiegel das Sonnenlicht auf einen Turm, in dem ein Absorber sitzt.

Der Flächenverbrauch der CSP-Kraftwerke hat seine Schattenseiten. Denn selbst wenn – wie bei Desertec geplant – die Anlagen rund um den Rand der Sahara entstehen sollen: Dort würden dann die dort lebenden Tuareg aus ihren Lebensräumen verdrängt. Was man bei Solar Millennium völlig anders sieht. "Die Standorte sind im Allgemeinen nicht bewohnt, so dass Umsiedlungen von Bevölkerung nicht erforderlich sind und Bewohner nicht beeinträchtigt werden", heißt beim Erlanger Solarunternehmen, einer treibenden Kraft von Desertec.

Solar Trust of America, eine US-Tochter von Solar Millennium, ist beim Bau des zurzeit weltgrößten Solarkraftwerks in Blythe/Kalifornien dabei Mitte Juni 2011 war der offizielle Spatenstich. Kostenpunkt für das 1000-MW-Projekt: 2,8 Mrd. $. "Die für den Standort Blythe zuständigen US-Behörden sind nach umfangreichen öffentlich zugänglichen und somit transparenten Studien und Berechnungen zu dem Ergebnis gekommen, dass der Bau der Kraftwerke nur geringe Auswirkungen auf die Umwelt vor Ort haben wird", erklärt ein Sprecher von Solar Millennium.

Während die Kraftwerkskomponenten – Stahl, Aluminium, Glas, Beton – großteils unkritisch sind, "stellt derzeit das Wärmeträgerfluid, eine synthetische, brennbare Flüssigkeit, einen Schwerpunkt bei Umweltverträglichkeitsstudien für die Betriebsphase dar", klärt Solar Millennium auf. Weil es in einem geschlossenen Kreislauf fließe, sei "die Überwachung der Dichtheit der Systeme entsprechend wichtig". Bei einem Leck "ist die austretende Menge dadurch überschaubar, der Betrieb des Gesamtkraftwerks nicht gestört", und der Stoff könne abgebaut werden.

"Mittel- bis langfristig" solle die momentan verwendete Wärmeträgerflüssigkeit "in neuen Anlagen durch andere Wärmeträger, insbesondere flüssiges Salz, ersetzt werden, wie es heute schon in den thermischen Speichern zum Einsatz kommt. Das Salz (Kaliumnitrat/Natriumnitrat) kommt auch natürlich vor und wird zur Düngung in der Landwirtschaft verwendet." Zurzeit liefen Forschungs- und Entwicklungsprojekte zum Salzeinsatz in den Absorberrohren.

Viebahn kennt die Knackpunkte der CSP-Technologien, weil er sie in Form einer Ökobilanz untersucht hat. Er sieht als "Problempunkt von der Umweltseite her das bisher verwendete Thermoöl, das sich aus Diphenyloxid und Diphenyl zusammensetzt und hochgiftig* ist. Im Normalfall ist es fest verschlossen in den Receiverrohren, aber es ist nicht gewährleistet, dass das nicht ausdiffundiert oder bei Lecks freigesetzt wird."

Als Alternative werde derzeit Wasserdampf als Wärmeleiter entwickelt, so Viebahn. Dessen Vorteil – höhere Temperatur und höherer Wirkungsgrad – bedeute eine Herausforderung beim Zusammenspiel von Glas und Metall in der Ummantelung des Rohres, da sich beide Materialien unterschiedlich ausdehnen.

Doch der Wissenschaftler legt den Finger in eine weitere Ökowunde: den Wasserverbrauch. "Hier gibt es als Alternative die Trockenkühlung. Da geht der Wirkungsgrad zwar runter, aber nicht so sehr, wie man allgemein annimmt. Denn der Hauptanteil des Wassers wird für die Kühlung des Dampfkraftwerks benötigt. Wasser für die Spiegelreinigung ist dagegen nur ein minimaler Anteil, etwa 7 %", räumt der Experte des Wuppertal-Instituts mit einem oft gehörten Vorurteil auf.

Doch Nachhaltigkeit hat noch andere Aspekte. Für Henrik Paulitz, Energieexperte der IPPNW, der Internationalen Ärzte für die Verhütung des Atomkrieges, sind "lokale und regionale Wertschöpfung, lokaler Umweltschutz motivstärkende Faktoren für die Erneuerbaren, und daraus ergeben sich ihre wirtschaftlichen Begründungen". Das bleibe bei Großprojekten "außerhalb des Blickfelds", meint er.

Das hat auch Desertec-Antreiber Solar Millennium erkannt. Eine lokale Wertschöpfung "bis zu 60 %" und bis 2025 "60 000 bis 80 000 neue, teils hoch qualifizierte permanente Arbeitsplätze in der Region", skizziert ein Sprecher des Unternehmens die Langfristperspektive.

Was Fabio Longo, Vizepräsident von Eurosolar, so nicht glauben will. Er zweifelt am Erfolg wenig arbeitsintensiver Energiesysteme, die auf Großkraftwerksstrukturen beruhen, und verweist auf die deutschen Kernkraftwerke. "In der Atomindustrie gibt es nicht einmal halb so viele Arbeitsplätze. Und das trotz der vielen Mrd. € Subventionen, die dort hingeflossen sind."

Um die ökologischen und sozialen Fragestellungen der CSP-Technologien anzugehen, wünscht sich Viebahn "eine EU-Nachhaltigkeits-Direktive", wie es sie inzwischen auch für Biomassenutzung gibt. Dann "kann ich mir auch Strom aus Desertec vorstellen", so Viebahn. HEINZ WRANESCHITZ

* für Wasserlebewesen

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