Solarthermische Kraftwerke nutzen konzentriertes Sonnenlicht, um zunächst Wärme und dann Strom zu erzeugen. Sie kommen bereits heute in besonders sonnenreichen Regionen wie Spanien, den USA oder Chile zum Einsatz. Um diese Technologie weiter voranzutreiben und wettbewerbsfähiger zu machen, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit der portugiesischen Universität Évora und europäischen Industriepartnern eine einmalige Testanlage aufgebaut und in Betrieb genommen.
Die Évora Molten Salt Platform (EMSP) befindet sich in Évora und arbeitet als eine der weltweit ersten Anlagen mit flüssigem Salz statt Thermo-Öl als Wärmeträger. Die offizielle Einweihung fand am 28. April 2022 in Anwesenheit von Vertreterinnen und Vertretern der Projektpartner sowie der portugiesischen und deutschen Regierung statt, die ersten erfolgreichen Tests fanden bereits 2020 statt.
Weniger Kosten, höhere Temperaturen – aber anspruchsvolles Handling
Flüssiges Salz kann bis zu einer Temperatur von 565 °C eingesetzt werden. Bei Thermo-Öl liegt die Grenze bei 400 °C. Der höhere Temperaturbereich von flüssigem Salz hat den entscheidenden Vorteil, dass die Umwandlung von Sonnen- in Wärmeenergie und schließlich Strom dann effizienter abläuft. Solarthermische Kraftwerke mit Flüssigsalz könnten so Strom um bis zu 20 Prozent günstiger bereitstellen.
Technologisch ist der Einsatz von Flüssigsalz herausfordernd: Denn das Salz muss konstant auf hohen Temperaturen und damit flüssig gehalten werden. Je nach Sorte verflüssigt sich das Salz erst zwischen 130 °C und 240 °C. Darunter erstarrt es wieder, was Komponenten beschädigen und die Anlage stilllegen kann.
Die Forschenden vom DLR-Institut für Solarforschung haben deshalb alle Komponenten und das gesamte System speziell darauf ausgelegt, die Temperaturen hoch und sicher über dem Schmelzpunkt zu halten. Eine elektrische Heizung sorgt zudem dafür, dass beim erstmaligen Befüllen und während des Betriebs der Anlage das Salz nicht erstarrt.
Insgesamt zirkulieren in den Rohrleitungen und Tanks der Testanlage rund 88 t Salz. Dieses Salz wird in ähnlicher Form auch als Düngemittel verwendet und im Maßstab von 100 Millionen t weltweit gehandelt.
So wird konzentrierte Sonnenstrahlung zu Wärme und Strom
Die Testanlage arbeitet mit Parabolrinnen-Kollektoren – also speziellen, gebogenen Spiegeln, die in zwei langen Reihen hintereinanderstehen. Sie haben eine Gesamtlänge von fast 700 mn und fokussieren die Sonnenstrahlung auf eine Rohrleitung in der Mitte der Rinnen. In der Rohrleitung befindet sich ein Wärmeträger-Medium – in diesem Fall flüssiges Salz. Es nimmt die Wärme aus der gebündelten Sonnenstrahlung auf und transportiert sie weiter.
Diese Wärme lässt sich nutzen, um Wasserdampf zu erzeugen. Mit dem Wasserdampf wird dann über eine Turbine ein Generator angetrieben und so Strom produziert. Alternativ kann man das Wärmeträger-Medium und damit die Wärmeenergie selbst für bis zu zwölf Stunden in großen Tanks speichern.
Das Solarfeld der EMSP hat eine Gesamtleistung von 3,5 MW. Die vier hintereinander geschalteten Parabolrinnen-Kollektoren bilden einen sogenannten Kollektor-Loop, das kleinste Grundelement. Für kommerzielle Anlagen würden 50 bis 100 solcher Kollektor-Loops miteinander verbunden, um die benötigte Energie bereitzustellen.
Regelbare erneuerbare Energie durch Solarthermie
Aktuell sind die Kosten für Strom aus Solarthermie höher als aus Photovoltaik. Allerdings haben solarthermische Kraftwerke aufgrund ihres integrierten Wärmespeichers einen entscheidenden Vorteil: Sie funktionieren auch bei Bewölkung und nachts. Damit sind sie eine der bisher wenigen Optionen, um erneuerbare Energie konstant und regelbar bereitzustellen. In entsprechend sonnenreichen Gebieten könnten sie deshalb in Zukunft zur Sicherung der Grundlast beitragen – als nachhaltige Alternative zu Gas-, Kohle- oder Kernkraftwerken.
In Deutschland werden solarthermische Kraftwerke was die Stromerzeugung betrifft auf absehbare Zeit nicht rentabel sein. Die Technologie stellt allerdings eine interessante Perspektive dar, die Industrie – zum Beispiel im Lebensmittelbereich – auch in Deutschland mit Prozesswärme aus erneuerbaren Quellen zu versorgen und so zur Wärmewende beizutragen. Solche Anlagen wären dann eher kleiner dimensioniert und würden auf dem Gelände der Unternehmen aufgebaut.
Kommentar der Betreiber
„Wir nehmen den Betrieb der EMSP – Évora Molten Salt Platform – auf, mit dem Ziel, die Energie unserer Sonne in regelbaren Strom zu wandeln. Dazu nutzen wir flüssige Salze, eine innovative und wettbewerbsfähige Technologie, um Wärme zu übertragen und zu speichern. Die bisher auf der EMSP entwickelten Aktivitäten belegen und validieren die Realisierbarkeit dieser Art von solarthermischen Kraftwerken. In Anbetracht der Ziele der Energiewende und der Energiekrise, die Europa gerade erlebt, ist die heutige Eröffnung ein besonderer Tag: für uns als Universität, für die Region, für Portugal und Europa“, sagte die Rektorin der Universität Evora Prof. Ana Costa Freitas. „Die Energie unserer Sonne auf so produktive Weise zu nutzen, ist sicherlich eine Nische mit großen Möglichkeiten. Gleichzeitig ist das Projekt ein Beispiel für exzellente Forschung, guten Technologietransfer und produktive Netzwerke.“
„Die Évora Molten Salt Platform ist ein wichtiger Schritt, um die Solarthermie als Technologie für die Energiewende voranzubringen. Die Testanlage ermöglicht es uns, den Einsatz von Flüssigsalz im Kraftwerksmaßstab auf seine Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit zu testen. Beides sind zwingende Kriterien, um schnell aus dem Labormaßstab in die industrielle Anwendung zu kommen und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern“, sagte Prof. Karsten Lemmer, Mitglied des DLR-Vorstands und verantwortlich für Innovation, Transfer und wissenschaftliche Infrastrukturen, bei der Einweihung. „Das DLR gehört zu den Pionieren dieser Technologie: Bereits heute steckt in fast jedem solarthermischen Kraftwerk immer auch ein Stück unseres Know-hows. Diese Erfolgsgeschichte wollen wir gemeinsam mit unseren Partnern aus Wissenschaft und Industrie weiterschreiben.“
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