Solarthermische Kraftwerke benötigen entsprechende HMI- und Steuerungstechnik
Sonnenstrahlen zu Wärme, Wärme zu Strom
Der Weg, elektrischen Strom mittels solarthermischer Kraftwerke zu erzeugen, wird in Spanien intensiv beschritten, unter anderem in dem andalusischen Großkraftwerk »Gemasolar« zwischen Sevilla und Cordoba. Die Firmen Infraservice und Progea haben dafür die Steuerungs- und HMI-Technik geliefert.
Am 4. Oktober 2011 wurde im spanischen Andalusien das solarthermische Großkraftwerk »Gemasolar« eröffnet. Es produziert rund um die Uhr elektrische Energie für 25.000 Haushalte. Seine Gesamtfläche entspricht der von 260 Fußballplätzen.
Die Anlage arbeitet auch nach Sonnenuntergang: Sie verwendet keine Solarzellen, die die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umwandeln. Es ist ein solarthermisches Kraftwerk, auch Sonnenwärmekraftwerk genannt (CSP, Concentrated Solar Power).
Der Solarturm bildet den Mittelpunkt der Anlage. Um ihn herum ist ein Feld von Heliostaten angeordnet, rund 2650 Brennspiegel, welche die Sonnenstrahlen reflektieren und auf einen an der Spitze des Turms angebrachten Absorber bündeln. Zur Maximierung der Solarenergie-Bündelung ist jeder der 110 qm großen Heliostate computergesteuert der Sonne nachgeführt. Die gebündelte Solarenergie heizt das Wärmemedium Salz (oder genauer gesagt: eine Salzmischung aus Kalium- und Natriumnitrat) auf 565 °C auf. Im Inneren eines Wärmetauscher-Systems wird die erzeugte Wärmeenergie zur Erzeugung von Dampf verwendet, der eine an einen Generator gekoppelte Turbine antreibt. Die Sonne bestrahlt den Turm zwar nur bis zum Sonnenuntergang; die Anlage treibt die Turbine jedoch für weitere 15 Stunden an.
Die von den Heliostaten gebündelte Energie ist so stark, dass das Salz theoretisch höhere Temperaturwerte erreichen könnte. Dies würde allerdings eine höhere Temperaturbeständigkeit der Struktur und somit einen größeren Kostenaufwand erfordern.
In »Gemasolar« wurden 250 Mio. Euro investiert. Der Betreiber der Anlage, Torresol, wird zu 60 Prozent von der spanischen Ingenieurgesellschaft Sener Grupo de Ingenerìa beherrscht. Der restliche Kapitalanteil von 40 Prozent ist in den Händen des Emirats Abu Dhabi, das über die Gesellschaft Masdar viel in erneuerbare Energien investiert.
»Gemasolar« erzeugt im durchgehenden Anlagenbetrieb bei einer Nennleistung von 20 MW täglich 400 MWh.
Aufbau eines solarthermischen Kraftwerks
Das Kraftwerk besteht aus 10 x 10 m großen Heliostaten aus Stahl, die das einfallende Sonnenlicht auf den Absorber konzentrieren, der auf der Spitze eines 140 m hohen Turms untergebracht ist. Der Absorber tauscht Energie mit einem Wärmemedium aus, dem Natriumsalz. Das Salz wird von einem »Kaltspeicher« auf ein Absorberrohr geleitet, wo es durch die Sonnenenergie auf rund 600 °C erhitzt wird. Das erhitzte Salz wird über einen Wärmetauscher zur Erzeugung von Dampf verwendet.
Bei Energieüberschuss, der über den Bedarf des Turbinenantriebs hinausgeht, wird das Salz in einem Warmspeicher gespeichert. Die so eingesparte Wärme wird bei geringer oder keiner Sonneneinstrahlung vom Salz übertragen, um weiterhin elektrische Energie zu erzeugen. Die gespeicherte Salzschmelze liefert elektrische Energie bis zu sieben Stunden ohne Sonneneinstrahlung.
Solaranlagen: Photovoltaik oder Solarthermie?
Die solarthermische Energie ist eine besondere Art von erneuerbarer, nutzbarer Energie aus Sonneneinstrahlung. Zwischen Photovoltaik und Solarthermie bestehen einige grundlegende Unterschiede: Die Photovoltaik wandelt die Sonneneinstrahlung direkt in elektrische Energie um, ohne mechanische Bewegungen zu erzeugen und zu nutzen. In der Solarthermie erhitzen die Sonnenstrahlen ein Wärmemedium, mit dem Hochdruckdampf erzeugt wird. Der Dampf treibt die Turbinen an, die gekoppelt an Stromgeneratoren elektrische Energie produzieren.
Des Weiteren bedarf die Solarthermie im Unterschied zur Photovoltaik, die auch bei Bewölkung mit Diffusstrahlung arbeitet, einer konstanten und direkten Einstrahlung.
Für eine effiziente Energieerzeugung mit dieser Technik sind also zwei grundlegende Aspekte zu berücksichtigen: Erstens muss eine solarthermische Anlage ständig starker Sonnenbestrahlung ausgesetzt sein, weshalb sich solche Anlagen meist in semiariden Klimazonen finden.
Zweitens sind Wärmeträgermedien erforderlich, die Wärme nicht leicht abgeben: Es wurden Wärmemedien entwickelt, die nach ihrer Erhitzung extrem hohe Temperaturen beibehalten, auch über 500 Grad für einige Tage lang, ohne mit der Energiequelle in Kontakt zu sein.
Dieses System lässt rund 95 Prozent des Sonnenspektrums ausschöpfen.
- Sonnenstrahlen zu Wärme, Wärme zu Strom
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