Italien und Spanien errichten derzeit Solar-Kraftwerke, um aus der sengenden Sonne Strom zu gewinnen. Dabei kommt eine neue Technik zum Einsatz: In Sonnentürmen lassen sich die Sonnenstrahlen effizienter einfangen als in herkömmlichen Systemen, die das Licht in einem Parabolspiegel bündeln.
Die Länder Südeuropas haben immer mehr mit Hitzewellen und Dürren zu kämpfen. Doch die extreme Sonneneinstrahlung, die Getreide vertrocknen und das Wasser knapp werden lässt, hat auch ihr Gutes, denn mit der Wärme des Sonnenlichts kann ein Teil des Energiebedarfs gedeckt werden. Besonders effizient könnte dies mit einem neuen Kraftwerkstyp geschehen: dem Turmkraftwerk. Zwei solcher Kraftwerke entstehen derzeit in Spanien und Italien. Die Technik, an der Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln beteiligt sind, steht kurz vor der Markteinführung.
Das erste kommerzielle Turmkraftwerk wird im Herbst im toskanischen Städtchen Empoli zwischen Pisa und Florenz in Betrieb gehen. Zwei 30 Meter hohe Sonnentürme sollen ein benachbartes Krankenhaus mit Strom und Wärme versorgen. “Das ist ein kleines Demonstrationsprojekt. Das Kraftwerk wird insgesamt 250 Kilowatt liefern. Dagegen wird in Spanien gerade ein Turmkraftwerk gebaut, das 10 Megawatt Strom produzieren wird”, erklärt Robert Pitz-Paal, Professor für Solartechnik an der RWTH Aachen und Abteilungsleiter im DLR-Institut für Technische Thermodynamik. Mit dem Bau des 80 Meter hohen Sonnenturms hat der spanische Abengoa-Konzern im vergangenen Jahr in der Nähe von Sevilla begonnen. Ab Juni 2006 soll das solarthermische Kraftwerk bei gutem Wetter 10.000 Familien mit Strom beliefern.
Auf einem riesigen Feld rund um den Sonnenturm werden derzeit Hunderte Spiegel aufgestellt. Diese so genannten Heliostaten folgen permanent dem Stand der Sonne und reflektieren die Sonnenstrahlen auf die Turmspitze. Im Sonnenturm erhitzen die konzentrierten Strahlen einen Wärmeträger. Im spanischen Projekt ist das Wasserdampf, im italienischen Projekt wird es Luft sein. Die Luft kann sich dank eines Receivers und der geballten Sonnenkraft im Brennfleck auf über 1000 Grad Celsius erhitzen. Die Gluthitze erzeugt schließlich über einer Gasturbine den Strom.
“Aus technischer Sicht sind Turmkraftwerke besser als die üblichen Parabolrinnenkollektoren”, sagt Pitz-Paal. Bei der Parabolrinne werfen gewölbte Spiegel die Solarstrahlung auf eine Rohrleitung. Die schwarzen Rohrleitungen erhitzen sich und damit auch ein Öl im Inneren auf 200 bis 500 Grad Celsius. Diese Technik bringt es im Mittel auf einen Jahreswirkungsgrad von 16 bis 17 Prozent, während die Turmkraftwerke den Berechnungen zufolge etwa 19 bis 25 Prozent erzielen würden. Ein Wirkungsgrad von 25 Prozent bedeutet, dass die Anlage ein Viertel der im ganzen Jahr einstrahlenden Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandeln kann. Die effizienteren Turmkraftwerke brauchen weniger Spiegel, um die gleiche Menge Strom zu erzeugen und stellen den Strom prinzipiell kostengünstiger bereit, glaubt Pitz-Paal.
Auch wenn die Turmkraftwerke das Zeug dazu haben, ganze Städte mit Energie zu beliefern, zeigt sich die Industrie eher zurückhaltend und setzt derzeit lieber auf die bekanntere Parabolrinnentechnik. “Zahlen alleine machen eben nicht das Rennen. Die Risiken für den Markteinstieg sind ebenfalls wichtig und da hat die Parabolrinne gegenwärtig einen Vorsprung”, räumt der DLR-Forscher ein.
“Bei Parabolrinnenanlagen können wir bereits auf 20 Jahre Erfahrungen zurückgreifen. Da sind auch die Banken mit Krediten weniger zurückhaltend”, erklärt Sven Moormann, Pressesprecher bei der Firma Solar Millennium. Solar Millennium konzentriert sich derzeit ausschließlich auf die Parabolrinnentechnik. Mit dieser Technik funktionieren bereits Kraftwerke in der Größenordnung von 350 Megawatt, während das größte jemals gebaute Turmkraftwerk in Kalifornien zehn Megawatt erreichte.
Ohne die Förderung durch öffentliche Mittel hätten sich keine Investoren für die solarthermischen Kraftwerke in Südeuropa gefunden. Sowohl in Spanien als auch in Italien garantieren Einspeisegesetze eine Mindestvergütung für den Sonnenstrom.
“In den nächsten zehn bis fünfzehn Jahren werden jedoch die Kosten für beide Techniken die Parabolrinne und das Turmkraftwerk stark sinken, und der Strom wird dann zu einem wettbewerbsfähigen Preis von etwa fünf Cent pro Kilowattstunde produziert werden”, sagt Pitz-Paal. Das ist das Ergebnis einer eben abgeschlossenen Studie.
Derzeit wird auf höchster politischer Ebene diskutiert, ob in Deutschland eine Demonstrations-Turmanlage gebaut werden soll. Die Firma Kraftanlagen in München und das DLR hoffen auf eine Pilotanlage mit 1,5 Megawatt. Die Forscher haben gemeinsam einen neuen Receiver entwickelt, der die Leistung des Sonnenturmes weiter steigern soll.
“Es geht darum, als Technologielieferant für die eigentlichen Sonnenstaaten aufzutreten und dazu muss man Erfahrungen vor Ort sammeln. Allerdings machen Solarkraftwerke in Deutschland in großem Stil keinen Sinn, da die Direkteinstrahlung zu gering ist”, findet Pitz-Paal. Auch wenn der Kölner Forscher nicht sicher ist, welchen Marktanteil Turmkraftwerke im Vergleich zu Parabolrinnenkraftwerken erreichen werden, so ist er doch überzeugt: “Der Sonnenturm hat das bessere Entwicklungspotenzial. Er verdient eine Chance, und ich glaube, die wird er in den nächsten Jahren bekommen.”
ddp/wissenschaft.de Susanne Donner
