Konzentrierende solarthermische Kraftwerke sind technologisch in der Lage, Grundlasten aus Sonnenenergie bereitzustellen. Allerdings ist für die Kraftwerke eine entscheidende Voraussetzung, sie brauchen viel direkte Sonneneinstrahlung. Mit diffusem Licht kommen sie kaum zurecht. Diese Sonneneinstrahlung finden die Projektentwickler vor allem in den heißen Regionen Südeuropas und Afrikas vor. Weitere bevorzugte Stadtorte sind die Wüstenregionen in Amerika und Asien, wo die Sonne oft scheint und kaum Wolken die Einstrahlung auf die Parabolspiegel behindern.
Hier stoßen die Kraftwerke aber auf das nächste Problem. Sie brauchen viel Wasser. Zum einen wird die Wärme aus dem Kollektorfeld in Wasserdampf umgewandelt, um mit diesem einen Generator zu betreiben. Auf der anderen Seite müssen die Anlagen gekühlt werden. Diese Kühlung der Kraftwerke machen immerhin 90 Prozent des gesamten Wasserverbrauchs aus. Bei der Nasskühlung der Anlagen kommt es zu erheblichen Wasserverlusten durch Verdunstung. Was in wasserreichen Gegenden Mitteleuropas kaum der Rede wert ist, kann in der afrikanischen oder amerikanischen Wüste zu einer teuren Angelegenheit werden. Zudem müssen die Parabolspiegel möglichst sauber sein. Die Staubbelastung in den Wüsten und trockenen Regionen ist hoch. Die Staubschichten wiederum mindern den Ertrag aus den Kraftwerken und damit die Wirtschaftlichkeit. Die Betreiber müssen hier einen idealen Schnittpunkt zwischen Reinigungsintervallen und Ertragsminderungen finden.
Weniger Wasser bei gleicher Effizienz
Um diese Probleme anzugehen, haben sich verschiedene Projektpartner aus Belgien, Deutschland, Italien, Marokko, Spanien und Südafrika aufgemacht, den Wasserverbrauch in CSP-Kraftwerken zu minimieren. In den kommenden drei Jahren forschen die Projektpartner daran, wie es möglich ist, weniger Wasser in den konzentrierenden solarthermischen Kraftwerken zu verbrauchen, ohne dass die Effizienz der Anlagen sinkt.
Hybride Nass-Trockenkühlung
Die Forscher und Entwickler setzen dabei an einer Kombination verschiedener Technologien an. So steht die Entwicklung eines Konzepts zur hybriden Nass-Trocken-Kühlung der Anlagen auf dem Plan. Bisher werden die Anlagen vor allem mit Wasser gekühlt. Durch die Kombination mit einer Trockenkühlung soll der Wasserverbrauch drastisch verringert werden. Die Herausforderung dabei ist, dass bisher der Wirkungsgrad bei einer Trockenkühlung sank. Mit der neuen Kombination aus Trocken- und Nasskühlung sollen sowohl die Leistungs- als auch die Wasserverluste gesenkt werden. Technologisch setzen die Forscher dabei an Wärmeübertragungsflächen mit Drahtstruktur sowie die Luftkühlung über Axialventilatoren an. Damit wollen die Entwickler den Gesamtwasserverbrauch von CSP-Kraftwerken um 75 bis 95 Prozent reduzieren. Zusätzlich soll damit der Wirkungsgrad des Dampfkreislaufs um zwei Prozent gesteigert werden. Alternativ sollen die Kapitalkosten für ein Trockenkühlsystem um 25 Prozent sinken, wobei der Wirkungsgrad des gesamten Dampfkreislaufs aufrecht erhalten werden soll. Zusätzlich soll mit der Neuentwicklung eines Reinigungsroboters der Wasserverbrauch zum Putzen der Spiegel sinken. Außerdem wollen die Forscher das Monitoring der Refelexionswerte der Spiegel verbessern, um die Zahl der Reinigungszyklen zu senken. Zusammen soll dadurch der Wasserverbrauch zur Reinigung der Spiegel um 25 Prozent sinken.
Wirkung der technologischen Verbesserungen maximieren
In einem weiteren Schritt setzen die Forscher auf die Planung eines umfassenden Wassermanagements für die verschiedenen Standorte von CSP-Kraftwerken. Diese Wassermanagementpläne werden wiederum kombiniert mit der Simulation der Kraftwerksperformanz. Damit wollen die Forscher die Wirkung der vorher erzielten technologischen Systemverbesserungen zu maximieren. Das Ziel ist es, so wenig wie möglich Flüssigkeit zu verlieren und Brauchwasser aufzubereiten, um es für die Solarenergie nutzen zu können. Außerdem soll die Abwärme besser genutzt werden. (Sven Ullrich)
