Die Nutzung erneuerbarer Energien gewinnt weltweit immer mehr an Bedeutung. Insbesondere Solarenergie erfreut sich aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und der umweltfreundlichen Natur großer Beliebtheit. Eine vielversprechende Technologie im Bereich der Solarenergie ist das solarthermische Kraftwerk. In diesem Artikel werden wir uns genauer mit dieser faszinierenden Energiequelle befassen und herausfinden, wie sie dazu beitragen kann, unseren Energiebedarf auf nachhaltige Weise zu decken.

Schwankende Energieversorgung und die Bedeutung von Energiespeichern

Die Intensität von Sonne und Wind als erneuerbare Energiequellen ist bekanntermaßen variabel. Um eine zuverlässige Stromversorgung aus erneuerbaren Energien zu gewährleisten, sind intelligente Stromnetze und Energiespeicher unerlässlich. Energiespeicher dienen einerseits dazu, den Bedarf an Regelleistung zu decken. Dies bezeichnet die Leistung, die Stromversorger bereithalten müssen, um Spitzen in der Nachfrage abzudecken. Andererseits tragen Energiespeicher zur Stabilisierung der Netzspannung bei. Da Stromnetze keine elektrische Leistung speichern können, muss die entnommene Leistung stets der eingespeisten Menge entsprechen. Bei einem Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage sind daher Maßnahmen zur Stabilisierung der Netzspannung erforderlich.

Die Rolle der Wärmespeicherung in solarthermischen Kraftwerken

Eine vielversprechende Möglichkeit, überschüssigen Strom aus Photovoltaik- und Windanlagen kostengünstig zu speichern, besteht in der Umwandlung in Wärmeenergie. Im Vergleich zur Stromspeicherung ist die Wärmespeicherung deutlich effizienter und kostengünstiger. Bei Bedarf kann die gespeicherte Wärme wieder zur Stromerzeugung genutzt werden.

Anders als bei Photovoltaik- und Windanlagen, bei denen der Strom direkt aus der Solarstrahlung gewonnen wird, erfolgt die Stromerzeugung in solarthermischen Kraftwerken über die Umwandlung von Solarstrahlung in Wärme. Hierbei werden spezielle Solarspiegel verwendet, um die auftreffende Solarstrahlung zu konzentrieren. In einem Solarturmkraftwerk werden dabei Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius erreicht. Erst im Kraftwerksteil der Anlage wird die Wärme mittels einer Turbine und eines Generators in elektrische Energie umgewandelt.

Wärmespeicherung als Reserve für die Stromerzeugung

Ein solarthermisches Kraftwerk kann mithilfe eines thermischen Speichers einen Teil der Hochtemperaturwärme für bis zu 18 Stunden speichern. Dadurch kann das Kraftwerk die Nachfrage nach Strom zeitversetzt bedienen und gleichzeitig als Regelenergie dienen, um Leistungsschwankungen im Stromnetz auszugleichen. Die Verfügbarkeit der erneuerbaren Energiequelle bestimmt somit maßgeblich die Auslastung der Wärmespeicher in Solarkraftwerken.

Die Nutzung freier Kapazitäten in solarthermischen Kraftwerken

In der Regel befinden sich solarthermische Kraftwerke an Standorten mit guten Bedingungen für Photovoltaik- oder Windanlagen. Eine interessante Fragestellung ist daher, ob es technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist, die freien Kapazitäten in bereits vorhandenen thermischen Speichern mit überschüssigem Strom aus Photovoltaik- und Windanlagen zu nutzen. Um dies zu untersuchen, haben Solarforscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) verschiedene Szenarien simuliert.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Größe des Solarfeldes, die Speicherkapazität und die Anzahl der eingesetzten Heizer das Systemlayout und die resultierenden Stromgestehungskosten in unterschiedlichem Maße beeinflussen. Insbesondere der Preis für den Überschussstrom spielt eine entscheidende Rolle. Liegt der Preis unter 3,5 Euro-Cent pro Kilowattstunde, können die durchschnittlichen Stromerzeugungskosten des Solarkraftwerks durch die “Strom-zu-Wärme”-Umwandlung im Salzspeicher gesenkt werden. Bei kostenfreiem Überschussstrom kann das Solarturmkraftwerk den Strom sogar um bis zu 25 Prozent günstiger ins Netz einspeisen als ein vergleichbares Kraftwerk ohne diese Technologie.

Zukunftsaussichten und Potenzial für bereits existierende und zukünftige Kraftwerke

Eine faszinierende Eigenschaft dieser Technologie ist die Möglichkeit, bestehende solarthermische Kraftwerke mit Hochtemperaturspeicher vergleichsweise einfach für die “Strom-zu-Wärme-zu-Strom”-Umwandlung nachzurüsten. So können bereits existierende Anlagen von den Vorteilen dieser Technologie profitieren. Bei der Planung zukünftiger solarthermischer Kraftwerke kann die Integration der Technologie von Anfang an berücksichtigt und optimiert werden.

Die Ergebnisse der techno-ökonomischen Studie, die im Rahmen des DLR-Strategieprojekts IsEn erstellt wurde, bieten vielversprechende Perspektiven für die Zukunft der solaren Energiewirtschaft. Das Projekt vereint Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen und zielt darauf ab, elektrische Energie in thermische, mechanische oder chemische Energie umzuwandeln und diese zeitversetzt wieder in elektrische Energie zurückzuführen. Durch die Minimierung von Energieverlusten bei der Umwandlung wird angestrebt, die Effizienz und Rentabilität solcher Energiespeichersysteme zu maximieren.

Fazit: Nachhaltige Energieversorgung mit solarthermischen Kraftwerken

Solarthermische Kraftwerke bieten eine vielversprechende Lösung für die effiziente und nachhaltige Nutzung erneuerbarer Energien. Durch die Umwandlung von überschüssigem Strom in Wärmeenergie und deren Speicherung in thermischen Speichern können diese Kraftwerke eine konstante Stromversorgung gewährleisten und zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen. Die Möglichkeit der Nachrüstung bereits existierender Anlagen und die Integration der Technologie in zukünftige Kraftwerke eröffnen spannende Perspektiven für eine umweltfreundliche Energieversorgung.