Als einer der größten Hersteller für solarthermische Kraftwerke hat die Solar Millennium AG am 21. Dezember 2011 den Insolvenzantrag gestellt und am 28. Februar 2012 wurde das Insolvenzverfahren eröffnet. Die erheblichen Preissenkungen bei Photovoltaik in den letzten Monaten favorisieren diese Technologie im wirtschaftlichen Sinne und machen es konkurrenzlos gegenüber solarthermischen Kraftwerken.
Sind es nur wirtschaftliche Gründe die die Art der Technologie bei der Erstellung eines Solarkraftwerks eine Rolle spielen oder sind es auch technische Gründe, die der PV-Technologie den Vorzug geben?
In Solarkraftwerken lässt sich die Energie in Form von Wärme speichern, bevor sie in der Turbine zur Stromerzeugung eingesetzt wird. Dadurch können sie ununterbrochen und nahe an der Volllastgrenze betrieben werden. Solarthermische Kraftwerke können dadurch als Grundlastkraftwerke betrieben werden und bieten langfristig gesehen eine Alternative zu den bestehenden thermischen Kraftwerken.
Der größte Nachteil liegt in der geografischen Verfügbarkeit dieser Anlagen. Solarthermische Anlagen benötigen die direkte Sonneneinstrahlung, die nur in den Wüstenregionen der Erde ganzjährig zur Verfügung steht. Ausreichend Sonnenenergie und genügend Raum sind hier vorhanden. Fehlendes Wasser erfordert neue Technologien für die notwendige Kühlung, zur Steigerung des Wirkungsgrades. Ebenso stellt die Wüste eine technische Herausforderung für die Materialien und die dadurch erforderliche Wartung der Anlagen dar.
Im Moment scheint vieles gegen die Solarthermischen Kraftwerke zu sprechen, neue Technologien und steigende Preise bei fossilen Brennstoffen könnten aber dafür sorgen, dass diese Kraftwerke zur Sicherung und Stabilisierung Stromnetzes beitragen können.
Die Arbeit stellt die Chancen und Herausforderungen bei der Nutzung solarthermischer Großkraftwerke dar.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Zielsetzung
1.2 Bedeutung von solarthermischen Kraftwerken
1.3 Methodik
2 Grundlagen
2.1 Standortvoraussetzungen
2.2 Arten von solarthermische Großkraftwerken - CSP
2.2.1 Parabolrinnen-Kollektoren – PRK
2.2.2 Fresnel-Spiegel-Kollektoren – FSK
2.2.3 Zentralreceiver- bzw. Solarturm
2.2.4 Dish-Stirling-Anlagen
2.2.5 Hybride Solarkraftwerke
2.3 Energieumwandlung
2.3.1 Clausius-Rankine-Vergleichsprozess
2.3.2 Überhitzung des Frischdampfes
2.3.3 Zwischenüberhitzung
2.3.4 GuD
2.3.5 Kühlsysteme
2.4 Leistungsfähigkeit von Solarkraftwerken
3 Technischer Entwicklungsbedarf und Trends
3.1 Vollzeitbetrieb
3.1.1 Thermische Speicherung
3.1.2 Sensible Wärmespeicher
3.1.3 Latente Wärmespeicher
3.1.4 Chemische Wärmespeicherung
3.1.5 Sorption-Wärmespeicherung
3.1.6 Investitionskosten verschiedener Speichersysteme
3.2 Solarthermochemische Herstellung von Wasserstoff
3.2.1 Aktuelle Projekte
3.3 Trends
4 Ökonomische Auswirkungen
4.1 Investitionskosten
4.2 Stromgestehungskosten von solarthermischen Großkraftwerken
4.3 Vergleich mit konkurrierenden Techniken
4.3.1 Jahresstromproduktion in einem Solarkraftwerk
4.3.2 Vollkosten der Stromerzeugung
4.3.3 Unterschiede zwischen PV und CSP
5 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit analysiert die technischen Chancen und ökonomischen Herausforderungen bei der Nutzung von solarthermischen Großkraftwerken (CSP). Dabei steht die Untersuchung der Grundlastfähigkeit sowie der Vergleich mit konkurrierenden Technologien wie Photovoltaik und Windkraft unter Berücksichtigung von Speichermöglichkeiten im Vordergrund.
- Technologien solarthermischer Großkraftwerke (CSP)
- Thermische Speichersysteme zur Sicherstellung des Vollzeitbetriebs
- Ökonomischer Vergleich und Stromgestehungskosten
- Zukunftsperspektiven für solare Stromimporte und Wasserstoffherstellung
Auszug aus dem Buch
2.2.1.1 Aufbau und Komponenten
Die verbreiteste Technik bei solarthermischen Kraftwerken sind die Parabolrinnen-Kollektoren. Hier werden lange parabolförmige Spiegel (Bild 3) genutzt um das Sonnenlicht 80- bis 100-fach konzentriert auf Receiverrohre (2) zu lenken. Diese befinden sich im Brennpunkt des Reflektors (1). Im Receiver fließt ein Wärmeträger der später die Energie an Wasser abgibt, um Dampf zu erzeugen.
Spiegel und Absorberrohre sind auf einer stählernen Metallstruktur (3) montiert und bilden mit ihr zusammen den Kollektor. Die Trägerkonstruktion ist über Stahlpylone im Boden verankert. Durch einen hydraulischen Antrieb können die bis zu 400 m langen Kollektorstränge mit einer Genauigkeit von Zehntelmillimetern dem Ost-West-Tagesverlauf der Sonne einachsig nachgeführt werden.
Eine Schlüsselrolle für die Effizienz von Parabolrinnen-Kraftwerken spielen neben der optischen Präzision der Spiegel, die rund 4 m langen, durch eine Glashülle vakuumdicht isolierten Receiver (2). Sie wandeln die Solarstrahlung in Wärme um. Das Hüllrohr besteht aus einem beschichteten, hochtransparenten und robustem Borosilikatglas. /4/
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung definiert die Zielsetzung der Arbeit und beleuchtet die Bedeutung solarthermischer Kraftwerke im Vergleich zur Photovoltaik.
2 Grundlagen: Das Kapitel erläutert die technologischen Voraussetzungen, Standortanforderungen sowie die verschiedenen Typen und Prozessabläufe solarthermischer Großkraftwerke.
3 Technischer Entwicklungsbedarf und Trends: Hier werden technische Innovationen, insbesondere bei Speichersystemen und der solaren Wasserstoffproduktion, sowie zukünftige Trends diskutiert.
4 Ökonomische Auswirkungen: Dieser Teil analysiert die Kostenstrukturen, Stromgestehungskosten und den ökonomischen Vergleich zu konkurrierenden Energieerzeugungstechniken.
5 Zusammenfassung und Ausblick: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen und bewertet die Rolle von CSP-Kraftwerken für eine stabile Energieversorgung in der Zukunft.
Schlüsselwörter
Solarthermische Großkraftwerke, CSP, Energieumwandlung, Wärmespeicherung, Clausius-Rankine-Prozess, Stromgestehungskosten, Photovoltaik, regenerative Energien, Grundlastfähigkeit, Wasserstoffherstellung, Wirkungsgrad, Solarturm, Parabolrinnen-Kollektoren, Investitionskosten, Energieversorgung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Potenziale, Herausforderungen und die ökonomische Einordnung von solarthermischen Großkraftwerken (CSP) im Kontext einer nachhaltigen Energieversorgung.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Zentrale Felder sind die verschiedenen CSP-Technologien, thermische Speicherkononzepte für den Grundlastbetrieb, eine detaillierte Kostenanalyse sowie ein Vergleich mit konkurrierenden Technologien wie Photovoltaik.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, Chancen und Herausforderungen bei der Nutzung von solarthermischen Großkraftwerken darzustellen, um deren Rolle bei der Sicherung und Stabilisierung von Stromnetzen zu bewerten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert primär auf einer umfassenden Literaturanalyse aktueller Fachliteratur und Berichte sowie auf der Auswertung von Studien renommierter Institute wie dem DLR und dem Fraunhofer-ISE.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in technologische Grundlagen (Standort, Arten von Kraftwerken, Energieumwandlung), den Entwicklungsbedarf (Speicherung, Trends) sowie eine umfangreiche ökonomische Bewertung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind CSP, Wärmespeicherung, Stromgestehungskosten, Solarturm, Parabolrinnen-Kollektoren, Regenerative Energien und Grundlastfähigkeit.
Was unterscheidet CSP-Kraftwerke entscheidend von Photovoltaikanlagen?
Im Gegensatz zur Photovoltaik ermöglichen CSP-Anlagen durch integrierte thermische Speichersysteme eine steuerbare, grundlastfähige Stromerzeugung, auch bei geringer Sonneneinstrahlung.
Warum spielt die Wüstenregion eine so zentrale Rolle für CSP?
CSP-Kraftwerke sind auf eine konstant hohe direkte Sonneneinstrahlung (DNI) angewiesen, die ganzjährig nur in ariden Wüstenregionen verlässlich zur Verfügung steht.
- Citation du texte
- Peter Weilharter (Auteur), 2013, Wüstenstrom für Europa: Chancen und Herausforderungen bei der Nutzung solarthermischer Großkraftwerke, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/232893
