Gesundheit : Viel Strom aus heißer Luft

In Südspanien betreiben Ingenieure eine Kraftwerksturbine allein mit der Kraft der Sonne

Gideon Heimann

Heiße Luft hat nicht immer eine negative Bedeutung. Sie kann durchaus sinnvoll eingesetzt werden, etwa zur Stromgewinnung in sonnigen Gebieten. Forschern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, DLR, gelang es jetzt, die Technik um einen entscheidenden Schritt weiter voranzutreiben: Mit ihren spanischen Kollegen entwickelten sie auf der „Plataforma Solar de Almería“ in Südspanien eine Turbine, die nun zu einem kompletten Gas- und Dampfkraftwerk, GuD, ausgebaut wird.

Das Neue: Das Kraftwerk wird allein von der Sonne angetrieben. Das Werk in Spanien ist ein Prototyp. Mit der Serienreife solcher Anlagen ist in wenigen Jahren zu rechnen.

GuD-Anlagen im Allgemeinen sind effizient. Sie besitzen, was Ingenieure als hohen „elektrischen Wirkungsgrad“ bezeichnen: Der Rohstoff – Öl oder Erdgas – wird zu 58 Prozent in Strom umgesetzt, im Vergleich zu anderen Verfahren eine immens große Ausbeute. Die Anlagen schaffen das, indem sie den Rohstoff gleich doppelt nutzen und in Strom umsetzen: Druck durch Gas und Druck durch Dampf.

Druck durch Gas. Jede Materie, die erwärmt wird, dehnt sich aus – sei es Luft, Wasser oder Gas. Das heißt: Der Druck steigt. Luft wird auf 1100 Grad Celsius erhitzt, dehnt sich aus, kommt in die Turbine hinein – und kommt aber aus der Turbine nur heraus, wenn es sich durch die Schaufeln der Turbinenräder zwängt. Die Turbine wird in Bewegung gesetzt. Aus Hitze-Energie wird Druck wird Bewegungsenergie. Solche Gasturbinen arbeiten in Flugzeugen, in speziellen Kraftwerken und in größeren Fahrzeugen, in Fähren, zum Beispiel.

Druck durch Dampf. Die Luft ist durch die Turbine hindurch, ist aber noch sehr heiß. Deshalb wird sie in einer GuD-Anlage durch einen Kessel geschickt. Darin erhitzt sich Wasser auf mehrere 100 Grad. Der entstehende Dampf treibt mit seinem Druck eine weitere Turbine an. Solche Dampfturbinen gibt es in herkömmlichen Kraftwerken.

Nun zu Südspanien – wo die Sonne den ganzen Tag scheint. Ihre Strahlen fallen in ein ganzes Feld zahlreicher Spiegel, die so bewegt werden, dass sie den Tag über in einem „Empfänger“ in einem Turm fokussieren. Dieser „Empfänger“ besteht aus porösem Material, das sich aufheizt und die Wärmeenergie an durchströmende Luft überträgt. Wer schon einmal eine Lupe in die Sonne gehalten hat, weiß, dass sich im Brennpunkt hohe Temperaturen entwickeln. Ähnliches geschieht im „Empfänger“ auch, denn hier werden die Sonnenstrahlen 500 Mal konzentriert.

In herkömmlichen Solarkraftwerken befindet sich im Brennpunkt ein Gefäß, in dem sich eine Flüssigkeit erhitzt. Sie wird darin zu Dampf, der eine Turbine antreibt. Solche Anlagen laufen etwa in der kalifornischen Wüste. Doch setzen solche Kraftwerke nur rund 35 Prozent der einfallenden Energie in elektrischen Strom um. Wer die Ausbeute vergrößern will, braucht die Gasturbine vorneweg.

Der Dampfteil ist also schon ausreichend erforscht. Den Solarwissenschaftlern kam es nun darauf an, einen dazu passenden Gasturbinenteil zu entwickeln. In Spanien hat man es durch eine ausgeklügelte Spiegeltechnik geschafft, die Sonnenkraft so auszubeuten, dass sie die Luft auf 1100 Grad erhitzt.

Bisher stehen in der Versuchsanordnung drei Sonnensammler mit einer Leistung von einem Megawatt, die Gasturbine hat eine Leistung von 250 Kilowatt. Die Alltagspraxis aber stellt größere Ansprüche: Die Wissenschaftler zielen daher auf eine Leistung von 30 Megawatt, erläutert Reiner Buck vom DLR-Institut für technische Thermodynamik in Stuttgart.

Die Technik bietet aber nicht nur den Vorteil der hohen Stromausbeute aus Sonnenkraft. Sie ist auch vielseitiger als das Bisherige, weil sie nicht unbedingt auf die Sonne angewiesen ist. Tags etwa kann das Kraftwerk rein solar arbeiten, nachts kann es mit einem fossilen Energieträger befeuert werden, mit Gas oder Öl.

Das hilft, solche Anlagen erschwinglich zu machen. Mit fünf Euro-Cent pro Kilowattstunde ist fossiler Brennstoff im Moment noch sehr günstig. Aber selbst bei rein solarem Betrieb lassen sich mit dieser Technik Kilowattstundenpreise von zehn Cent erreichen, sagt Buck. Und mit steigender Serienfertigung dürfte der Preis noch sinken.

An der „Empfänger“-Technik arbeiten die DLR-Fachleute bereits seit gut zehn Jahren, an diesem speziellen Hochtemperaturverfahren seit etwa einem Jahr. Das von der EU und dem Bundeswirtschaftministerium geförderte Projekt sollte nachweisen, dass die herkömmlichen Geräte auf den solaren Energieeinsatz anzupassen sind. Da dies gelungen ist, könnten solche Kraftwerke für sonnenreiche südeuropäische Länder in wenigen Jahren in Serie gehen.

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