Solarthermie : Sonnige Aussichten

Konzentriertes Sonnenlicht erhitzt Wasser, das verdampft und eine Turbine antreibt: Solarthermie soll zur Energieversorgung der Zukunft beitragen. Aber noch ist das Verfahren nicht konkurrenzfähig.

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Spiegelkabinett. Zentraler Teil der Forschungsplattform in Spanien ist das große Solarturmkraftwerk. Dort wird das Sonnenlicht von 300 Spiegeln zu einem Punkt an der Turmspitze gelenkt. Die Spiegel werden alle vier Sekunden dem Sonnenstand angepasst.
Spiegelkabinett. Zentraler Teil der Forschungsplattform in Spanien ist das große Solarturmkraftwerk. Dort wird das Sonnenlicht von...Foto: dpa/DLR

Klein und verloren wirkt sie. Wer die Zukunft der Strom-aus-Sonne-Idee sehen will, sollte dennoch gerade hierher kommen, um einen realistischen Einblick zu bekommen. Es geht um die neueste Testanlage für Solarthermie, bei der längliche Rinnen aus verspiegeltem Glas Sonnenlicht so konzentrieren, dass Wasser zu Dampf wird, der wiederum eine Turbine antreibt – oder seine Wärme in einen Speicher schickt, der die Turbine auch nachts am Laufen halten könnte.

Doch das schafft die kleine Anlage, von Experten als „solarthermisches Kraftwerk der neuen Generation“ gehandelt, noch nicht allein. Deshalb ist sie mit dem Kreislauf eines konventionellen Kohlekraftwerks verbunden, das jeglichen Dampfmangel mit einem müden Räuspern beheben kann. 60 Meter erhebt sich das fossile Monster von Carboneras über die südspanische Mittelmeerküste, der Schornstein kommt extra mit 200 Metern. Dagegen nimmt sich die sechs Meter hohe Spiegelrinne plus Wärmespeicher ziemlich bescheiden aus. Ähnlich verhält es sich mit dem Ertrag. Wollte die Strahlungsfalle die gleiche Leistung erreichen wie das kohlefressende Ungetüm, müssten sich ihre Spiegel über rund 50 Quadratkilometer Fläche erstrecken.

So schnell lässt sich eben ein Kohlekraftwerk nicht ersetzen. Andererseits gibt es in Spanien viel Platz und Sonne. Nicht nur hier, sondern rund ums Mittelmeer, in Amerika, in Asien, in Australien. Und die Erfahrung, dass fast jede Technik „groß“ werden kann, wenn sich Ingenieure, Politiker und Investoren zusammentun.

Die Idee zu solarthermischen Kraftwerken ist wesentlich älter als „Desertec“, ein Vorhaben, das den Strombedarf Europas zu großen Teilen mit Sonnenstrom aus Nordafrika decken will. Vor rund 30 Jahren bauten europäische Solarforscher ein Versuchsgelände nahe der Stadt Almería auf: die „Plataforma Solar de Almería“ (PSA). Deutschland war maßgeblich beteiligt bis 1997 die Regierung unter Helmut Kohl die Unterstützung fast völlig strich. Selbst im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), bei dem die Wissenschaftler unter Vertrag waren, war das Engagement umstritten. Warum eine Technik erforschen, die offenkundig niemals in Deutschland eingesetzt wird?

„Weil sie global trotzdem zu einer klimafreundlichen Energiegewinnung beitragen kann“, sagt Christoph Richter, Projektleiter des DLR in Almería. Von der Entwicklungsarbeit, die längst wieder vom Staat gefördert wird, profitieren auch deutsche Firmen, vom Spiegelhersteller bis zum Turbinenkonstrukteur. Das Prinzip: Sie beteiligen sich an den Untersuchungen und nutzen die Resultate, um eigene Entwicklungen zu verbessern.

Mittlerweile sind auf der PSA fast alle Spielarten der Solarthermie zu besichtigen, die hier irgendwann einmal errichtet wurden. Lange Parabolrinnen, in deren Fokus mal Öl, mal Wasser erhitzt wird, einzelne Parabolspiegel, die als Vorbild für eine dezentrale Energieversorgung dienen und zwei Solarturmkraftwerke. Die beiden Türme sind schon von weitem zu sehen, wenn man der Straße durch die Wüste von Tabernas folgt. Staubige Felsen, karger Bewuchs. Gleich in der Nähe wurden zahlreiche Westernfilme gedreht.

Jetzt im Frühjahr ist es noch angenehm. Die Temperaturen erreichen etwas über 20 Grad Celsius. „Und für hiesige Verhältnisse ist es ziemlich grün“, erzählt Miriam Ebert, die seit sechs Jahren hier wohnt und arbeitet. Die Ingenieurin steht auf der Arbeitsplattform des ersten Solarturms und erläutert, wie die Anlage funktioniert. Unter uns befinden sich 300 Spiegel, die das Sonnenlicht zu einem Kasten, „Receiver“ genannt, hier in 65 Meter Höhe reflektieren. Aber nicht jetzt, die Spiegel sind in Schlafstellung und schauen lustlos ins Gras. Gut für uns, denn im Fokus der gebündelten Sonnenstrahlen kann es mehr als 1000 Grad heiß werden. „In dem Receiver wird komprimierte Luft weiter erhitzt und damit eine kleine Gasturbine betrieben“, sagt die DLR-Forscherin. In einer anderen Versuchsanordnung wird Wasserdampf erzeugt, der ebenfalls zur Stromgewinnung genutzt werden kann.

Während die Rinnenkraftwerke bisher kaum mehr als 500 Grad schaffen, erzeugt ein Solarturmkraftwerk deutlich höhere Temperaturen. Dementsprechend höher ist der Wirkungsgrad. Doch die Tücken stecken im Detail, so dass noch einige Entwicklungsarbeit nötig ist. Die Werkstoffe im Receiver etwa müssen der großen Hitze standhalten. „Dazu kommen die Temperaturschwankungen, die in dem Material große Spannungen hervorrufen“, sagt Ebert und deutet auf die Rohre, in denen die Luft zirkuliert. Plötzlich jagt den Besuchern ein heißer Schauer über den Rücken. Wie von Geisterhand bewegt, drehen sich einige Spiegel. Einer von 300 hat soeben ein paar Sonnenstrahlen zum Turm geworfen und damit manchen Zweifel an der Technik verdampfen lassen, die man im trüben Deutschland hegt.

„Solarthermie kann einen wesentlichen Anteil an der Stromerzeugung erreichen, aber nur im Süden“, sagen die Forscher. Selbst das sonnige Freiburg erreicht gerade die Hälfte der solaren Strahlungsleistung, die auf Südspanien niedergeht. In Kalifornien, wo die ersten Solarkraftwerke in den 80er Jahren ans Netz gingen, gibt es noch mehr davon. Auch Israel und Italien forschen an der Technik, prinzipiell kann sie im gesamten „Sonnengürtel“ der Erde eingesetzt werden.

Konkurrenzfähig mit anderen Stromerzeugungsarten ist sie aber noch nicht. Spanien will die Entwicklung forcieren und zahlt bis zu 27 Cent für jede solarthermisch erzeugte Kilowattstunde Strom. Rund 20 Kraftwerke sind in Betrieb oder kurz davor. Sie nutzen die Forschungsergebnisse, die unter anderem auf der PSA erzielt wurden. Sei es in der Frage, aus welchem Material Spiegel und Rohre bestehen oder wie solche Anlagen am besten zu steuern sind.

Das erste kommerzielle Kraftwerk, Andasol 1 auf einer Hochebene vor der Sierra Nevada, ging 2008 in Betrieb. An diesem Standort wird bereits die dritte Anlage vom Typ Parabolrinne errichtet. „Es gibt hier mehr als 300 Sonnentage im Jahr“, sagt Frank Dinter von RWE Innogy, die sich neben den Stadtwerken München und weiterer deutscher Investoren daran beteiligt. Kostenschätzungen von rund 300 Millionen Euro will niemand offiziell bestätigen.

Hier oben sieht es aus wie im Werbeprospekt für erneuerbare Energien: Dutzende Windräder stehen in einer kaum besiedelten Landschaft, im Vordergrund reihenweise Parabolrinnen, in deren Zerrbild der blaue Himmel, die schneebedeckten Berge und die Arbeiter in neongrünen Sicherheitswesten näher zusammenrücken. Die Bedingungen seien ideal, sagt Dinter. „Die Luft ist sehr klar und es gibt genügend Wasser.“ Das wird zur Kühlung gebraucht und zum Reinigen der Spiegel. Alle ein bis zwei Wochen, schätzt er, müssen hier die Spezialfahrzeuge mit Hochdruckreinigern zwischen den Rinnen umherfahren. In staubigen Gegenden kann das durchaus alle zwei Tage nötig sein.

Die Spiegelrinnen sind bereits fertig montiert. Fast 90 Kilometer lang sind die Absorberrohre in ihrem Fokus. Darin fließt ein Spezialöl, das bis auf 400 Grad erhitzt wird und zum Kraftwerk in der Mitte des Geländes geleitet wird. Dort erzeugt es an einem Wärmetauscher Wasserdampf, der eine Turbine antreibt. Daneben entsteht ein gewaltiger Wärmespeicher. 30 000 Tonnen flüssiges Nitratsalz nehmen tagsüber Wärme auf und sollen so die „Reichweite“ des Kraftwerks um 7,5 Stunden bei voller Leistung bis weit in die Nacht hinein verlängern. Für den Notfall gibt es auch noch einen Gasbrenner, der Wärme liefert.

Andasol 3 soll eine Leistung von 50 Megawatt bringen. Das ist etwa die Menge Strom, die 60 000 Haushalte verbrauchen. Größere Anlagen laufen zwar effizienter, doch die spanischen Gesetzgeber haben diese Sperre eingebaut, um Monopole zu verhindern.

Eine Effizienzsteigerung ist aber nicht nur über die Größe möglich. Ersetzt man das hitzeempfindliche und teure Öl durch Wasser, spart man den Wärmetauscher und kann zudem höhere Temperaturen erreichen. Doch dafür müssen die Absorberrohre und ihre beweglichen Verbindungsstücke 500 Grad Hitze und einen Druck von 120 bar aushalten – das galt lange Zeit als nicht machbar.

Nun haben die Entwickler offenbar auch das geschafft: Die kleine Testanlage vor dem Kohlekraftwerk in Carboneras soll das demonstrieren. Zweites Highlight dort ist ein Wärmespeicher, der am DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart entwickelt wurde. Streng genommen sind es drei Teile, die aus Beton, beziehungsweise einem Spezialsalz bestehen, das bei 305 Grad schmilzt. Weil der Wechsel vom festen und flüssigen Zustand viel Wärme erfordert, benötigt der Speicher verhältnismäßig wenig Volumen, um eine große Wärmemenge zu managen.

Gut möglich, dass dieses Solarkraftwerk der neuen Generation nicht nur in Spanien, sondern auch in nordafrikanischen Ländern errichtet wird. Das Interesse an Solarthermie sei groß, sagen die Experten. „Entscheidend ist, dass wir nicht in Kolonialherren-Manier kommen und fertige Anlagen hinstellen, sondern dass die Menschen vor Ort in die Planung und den Betrieb einbezogen werden“, sagt etwa Marc Röger, der für das DLR internationale Kooperationen vorantreibt. Allerdings haben die aktuellen politischen Entwicklungen in der Region diese Ambitionen in den Hintergrund gerückt. „Die Leute haben jetzt erst mal andere Probleme“, sagen die Fachleute. Teilweise seien die Ansprechpartner, mit denen mühsam Kontakte aufgebaut wurden, plötzlich verschwunden.

Ob die Solarkraftwerke Nordafrikas irgendwann Strom nach Zentraleuropa liefern, wird noch lange Zeit eine Vision bleiben. Es mangelt an Leitungen – und an politischer Stabilität, um eine zuverlässige Lieferung sicherzustellen. Darüber hinaus haben die Staaten Nordafrikas selbst einen enormen Energiebedarf, der aufgrund des zunehmenden Lebensstandards noch weiter wachsen wird.

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