Leseprobe
Inhalt
Abkürzungsverzeichnis
1. CONCENTRATING SOLAR POWER: EINFÜCHRUNG
2. CSP: TECHNIK & KOSTEN
kurze Zusammenfassung
a. CSP: STANDORTWAHL
3. ERFAHRUNGSWERTE
a. SP NIEN: „ ND SOL 1, 2, 3“
b. US : „NEV D SOL R ONE“
c. US : „KR MER JUNCTION IN DER MOJ VE-WÜSTE“
4. ANDERE GEPLANTE PROJEKTE
5. CSP: AUSWIRKUNGEN AUF DIE UMWELT
Literaturverzeichnis & Quellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Nachfolgend eine Auflistung der in dieser Hausarbeit verwendeten Abkürzungen in alphabetischer Reihenfolge.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1. CONCENTRATING SOLAR POWER: EINFÜCHRUNG
Im Rahmen dieser Hausarbeit wird das Thema Stromerzeugung mit Parabolspiegel-Kraftwerken im Desertec Projekt behandelt. Nachfolgend werde ich für diese Kraftwerke den Begriff CSP verwenden. CSP ist die Abkürzung für Concentrating Solar Power was wiederum der englische Begriff für gebündelte Sonnenenergie.
Solarkraftwerke vom Typ CSP nutzen, wie alle Solaranlagen und Solarkraftwerke, die Energie der Sonne. Der Energievorrat der Sonne kann als unbegrenzt angesehen werden.1 Aufgrund der Tatsache, dass die Energie der Sonne überall auf der Welt unbegrenzt und kostenlos verfügbar ist zählt Sonnenenergie zu den umweltschonenden, erneuerbaren, Energieträgern.2 Der Vorrat an fossilen Energieträgern ist hingegen endlich3 und jede weitere Erschließung vorhandener Vorkommen ist mit hohen Kosten verbunden. Zudem hat die hohe CO2 Emission fossiler Energieträger und die damit verbundene Erderwärmung4 zu einem Umdenken bei der zukünftigen Energieversorgung geführt. Deshalb gibt es vermehrt Überlegungen und Projekte den europäischen Energiemix zugunsten erneuerbarer Energieformen auszubauen. Auch erwägen über 50 Prozent der Verbraucher zukünftig Strom aus ökologischen Quellen zu beziehen.5
Erneuerbare Energieträger hatten 2007 einen Anteil von 14 Prozent an der deutschen Stromproduktion.
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Tabelle 1: Stromproduktion in Deutschland im Jahr 2007 nach Energieformen6
Der 14 Prozent Anteil erneuerbare Energien enthält zu 46 Prozent Strom durch Windräder, gefolgt von Biomasse (26 Prozent) und Wasserkraft (24 Prozent).7 Der geringe Anteil von Strom aus Sonnenenergie hat hauptsächlich konstitutive, standortbedingte, Gründe welche unter 2.a näher erläutert werden.
Ein Konzept den Energiemix zugunsten erneuerbarer Energien zu verschieben ist das Desertec Konzept8. Hierbei handelt es sich unter anderem um eine Idee verschiedener Unternehmen, Organisationen und Staaten aus Europa, dem nahen Osten sowie Nordafrika (MENA)9 zur umweltfreundlichen Erzeugung von 700 TWh/a bis zum Jahr 2050 aus CSP-Kraftwerken10. Das Desertec Konzept könnte mit den CSP-Kraftwerken, nach dem Willen der Planer, bis 2050 15 Prozent des europäischen Strombedarfes abdecken.11 Das Konzept wurde von der Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation (TREC) und dem Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ausgearbeitet12 und wäre mit den geplanten Kosten von bis zu 400 Milliarden Euro das größte je dagewesene Projekt.13
Die nachfolgende Grafik zeigt die geplante Entwicklung der Stromproduktion in Deutschland unter der Annahme, dass das Desertec Konzept wie geplant verwirklicht wird.
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Tabelle 2: Desertec-Prognose, geplante Stromproduktion bis 205014
Die erneuerbaren Energien sind zu einem Balken zusammen gefasst und lediglich der Anteil von CSP ist getrennt hervorgehoben. Für das Jahr 2050 ist eine Stromproduktion der CSP-Kraftwerke von 120 TWh pro Jahr für den deutschen Energiemix vorgesehen.15 Für den europäischen Energiemix sieht die TRANS-CSP Studie des DLR im Jahre 2050 einen 17 Prozentigen Anteil von Solarstromimporten, 18 Prozent Wasserkraft und 46 Prozent gespeist aus europäische erneuerbaren Energiequellen vor. Die anderen alternativen Energiequellen werden in anderen Hausarbeiten behandelt und sollen hier nicht angesprochen werden. Der restliche Energiebedarf soll konventionell mit fossilen Brennstoffen erzeugt werden.16
Auch der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung sieht den globalen Energiemix bis zum Jahre 2100 deutlich zu Gunsten solarer Energiegewinnung verschoben.
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Abbildung 1: Die Veränderung des globalen Energiemix bis ins Jahr 210017
2. CSP: TECHNIK & KOSTEN
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der CSP ist nicht neu, so hatte schon Archimedes im Jahre 212 vor Christus die Idee mit polierten Bronzeschildern Sonnenlicht zu konzentrieren und so feindliche römische Schiffe in Brand zu setzen. Auch wenn nicht bekannt ist ob das funktionierte wurde die Idee im Jahre 1973 von der griechischen Marine erfolgreich kopiert und ein hölzernes Boot in Brand gesetzt.18 Diese Versuche haben zwar wenig mit der heutigen Nutzung der Parabolspiegel gemein,
Abbildung aus urheberrechtlichen Gründen für die Veröffentlichung entfernt.
Abbildung 2: Arbeiten am größten Solarkraftwerk der Welt. (Foto Solar Millennium AG)
verdeutlichen aber die Wirkung der CSP und die immense Energie der Sonne.
Ein CSP-Kraftwerk funktioniert grundsätzlich wie ein konventionelles fossiles Kraftwerk oder ein Atomkraftwerk. Nur, dass nicht die fossile Verbrennung oder atomare Reaktion die Wärme erzeugen mit welcher eine Dampfturbine angetrieben wird sondern die Sonne selbst. Deshalb gehören diese Solarkraftwerke auch in die Kategorie der solarthermischen Kraftwerke und die Stromerzeugung nutzt den Clausius-Rankine-Prozess welcher erprobt, günstig und relativ simpel ist.
Dem Lauf der Sonne werden, auf der Nord-Süd-Ache verlaufende, Parabolspiegel nachgeführt welche das Sonnenlicht auf ein Absorberrohr um mehr als das 80-fache19 konzentrieren und es stark erhitzen.20 Diese Parabolspiegelreihen sind mehrere hundert Meter lang und in vielfacher Ausführung parallel zueinander installiert.21
In dem mit Vakuum isolierten und versilberten Glasrohr fließt ein Thermo-Öl welches so bis zu 400°C22 heiß wird. Dieses heiße Öl wird über einen Wärmetauscher zur direkten Dampferzeugung Ausarbeitung von Daniel Auer für Umwelttechnik im Studium zum Wirtschaftsingenieur. genutzt. Der Wirkungsgrad des Solarfeldes beträgt im Jahresmittel etwa 50 bis 60 Prozent23 24, der genaue Wirkungsgrad hängt primär von der geografischen Lage des Kraftwerkes ab. Zudem kann die Wärme in speziellen Wärmespeichern gespeichert werden.25 So lässt sich auch nachts das Thermo-Öl bei Durchfluss durch die Wärmespeicher erneut erhitzen und Dampf erzeugen. Es wird somit keine elektrische Energie gespeichert sondern Wärme. Der Aspekt der Energiespeicherung wird in einer anderen Hausarbeit erläutert.
Der nun über Sonnenenergie oder die Wärmespeicher gewonnene Dampf treibt konventionelle Dampfturbinen an und wird dort in mechanische Rotationsenergie gewandelt dieser Vorgang hat einen Wirkungsgrad von 30 Prozent26. Anschließend erzeugt der angetriebener Generator Wechselstrom. Des Weiteren gibt es die Möglichkeit bei schlechtem Wetter, nachts oder für Grundlasten mittels fossiler Zufeuerung konventionell Strom zu erzeugen.27 Diese Betriebsart heißt Hybridbetrieb.28 Betrachtet man ein CSP-Kraftwerk ohne fossile Zusatzbefeuerung und mit Wärmespeicher dann arbeitet es auch bei verminderter Sonneneinstrahlung oder nachts vollständig CO²-Emissions frei.29
Wie zum Betrieb eines konventionellen Kraftwerkes ist es erforderlich den Dampf zu kondensieren damit er als
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Abbildung 3: Parabolspiegelfeld (Foto Solar Millennium AG)
Wasser dem Kreislauf zurück geführt werden kann. Dies geschieht mit Wasser oder Luft. Die Abwärme in diesem Prozess kann als Industriedampf oder -wärme genutzt werden, in Küstennähe kann die entstehende Abwärme zur Entsalzung von Meerwasser verwendet werden, was wiederum den Wirkungsgrad der Anlage deutlich erhöht und in Regionen mit Trinkwasserknappheit einen Zusatznutzen schafft.30 31
[...]
1 (Hadamovsky & Jonas, 2000, S. 28)
2 (Hadamovsky & Jonas, 2000, S. 15)
3 (Hadamovsky & Jonas, 2000, S. 19)
4 (Hadamovsky & Jonas, 2000, S. 17, 19)
5 (Instituts für Erziehungswissenschaft der Philipps-Universität Marburg & TNS Emnid, 2006, S. 31)
6 (FAZ, 11.09.2008, S. 14) Ausarbeitung von Daniel Auer für Umwelttechnik im Studium zum Wirtschaftsingenieur.
7 (FAZ, 11.09.2008, S. 14)
8 (DESERTEC Foundation, Stand: 23.11.2009)
9 (DESERTEC Foundation, Stand: 23.11.2009)
10 (DLR, Stand: 23.11.2009)
11 (Fritz-Dieter Doenitz, Solar Mollenium AG, Stand: 01.12.2009, S. 25)
12 (DESERTEC Foundation, Stand: 14.11.2009)
13 (Hoffmann, Stand: 23.11.2009)
14 (DLR, NERC u.a., 23.06.2006)
15 (DLR, NERC u.a., 23.06.2006) Ausarbeitung von Daniel Auer für Umwelttechnik im Studium zum Wirtschaftsingenieur.
16 (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Stand: 01.12.2009, S. 2)
17 (Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung, Globale Umweltveränderungen, Stand: 01.12.2009, S. 28) Ausarbeitung von Daniel Auer für Umwelttechnik im Studium zum Wirtschaftsingenieur.
18 (DESERTEC-UK, Stand: 23.11.2009)
19 (Quaschning & Blanco Muriel, Stand: 28.11.2009, S. 3)
20 (Publication of GEZEN Foundation for Massive Scale Solar Energy, Groningen, The Netherlands, Stand: 28.11.2009, S. 1)
21 (Quaschning & Blanco Muriel, Stand: 28.11.2009, S. 2)
22 (Publication of GEZEN Foundation for Massive Scale Solar Energy, Groningen, The Netherlands, Stand: 28.11.2009, S. 1) Ausarbeitung von Daniel Auer für Umwelttechnik im Studium zum Wirtschaftsingenieur.
23 (Publication of GEZEN Foundation for Massive Scale Solar Energy, Groningen, The Netherlands, Stand: 28.11.2009, S. 2)
24 (Solar Millennium AG, Stand: 01.12.2009, S. 12)
25 (Publication of GEZEN Foundation for Massive Scale Solar Energy, Groningen, The Netherlands, Stand: 28.11.2009, S. 1)
26 (Publication of GEZEN Foundation for Massive Scale Solar Energy, Groningen, The Netherlands, Stand: 28.11.2009, S. 2)
27 (Solar Millennium AG, Stand: 01.12.2009, S. 6)
28 (Solar Millennium AG, Stand: 01.12.2009, S. 4)
29 (Quaschning & Blanco Muriel, Stand: 28.11.2009, S. 3)
30 (Publication of GEZEN Foundation for Massive Scale Solar Energy, Groningen, The Netherlands, Stand: 28.11.2009, S. 2)
31 (Solar Millennium AG, Stand: 01.12.2009, S. 4) Ausarbeitung von Daniel Auer für Umwelttechnik im Studium zum Wirtschaftsingenieur.