Dank Reihen von Parabolspiegeln soll ein Kohlekraftwerk bei Grand Junction, Colorado, effizienter werden
An Strom aus Kohle scheiden sich die Geister in der Energiedebatte fast so heftig wie an der Atomkraft: Einige schreiben einer "sauberen" Kohlekraft eine entscheidende Rolle in der Energieversorgung von morgen zu, während für andere nur die erneuerbaren Energien eine Zukunft haben können. Nun warten die Firmen Abengoa Solar aus Spanien und Xcel Energy aus den USA mit einem ungewöhnlichen Vorschlag auf: Verbinden wir doch einfach beide Konzepte miteinander.
In einem neuen Projekt wollen die beiden Unternehmen Solarenergie nutzen, um den Kohlebedarf fossiler Kraftwerke zu senken. Die Solarenergie wiederum soll durch drastische Kostensenkungen von der Kombination profitieren. Dazu will Abengoa den Dampf, der die Turbinen und Generatoren antreibt, zugleich von Solarthermie und Kohlekraft erzeugen lassen.
Solarthermische Anlagen, in denen Reihen von Parabolspiegeln Sonnenlicht konzentrieren, um Wasser zu erhitzen, gibt es schon lange. Gegenwärtig sind sie die billigste Variante, um Solarstrom zu produzieren. Allerdings entfällt ein großer Kostenblock in der Solarthermie auf die Turbinen und Generatoren. Die Idee von Abengoa Solar: Eine solarthermische Anlage und ein Kohlekraftwerk teilen sich die teuren Maschinen. Dadurch, so die Rechnung, soll der solarthermisch produzierte Strom noch billiger werden.
„Bestechend daran ist, dass man nur die Spiegelreihen dazukaufen muss, die 50 bis 60 Prozent der solarthermischen Anlagekosten ausmachen“, sagt Hank Price, Technologiedirektor bei Abengoa Solar. Der Preis des Solarstroms ließe sich damit schätzungsweise um 30 bis 50 Prozent senken – und die Kilowattstunde mit sechs bis zwölf Cent auf einen Schlag konkurrenzfähig mit konventionell erzeugtem Strom machen. „Das ist wohl der kosteneffizienteste Weg, um Solarenergie im großen Stil ins Stromnetz zu bekommen“, meint Price.
Die Wärmeenergie, die die Parabolspiegel erzeugen, ist allerdings nicht groß genug, um sie direkt in die Turbinen einzuspeisen. Deshalb wird sie in dem neuen Projekt nur zum Vorheizen des Wassers genutzt, das durch die Heizkessel des Kohlekraftwerks strömt. In dem wird zum Vorheizen üblicherweise etwas von dem heißen Dampf abgezweigt, der durch die Verbrennung von Kohle entsteht – was dann entfallen würde. Damit stünde wiederum mehr Dampf zur Verfügung, um die Turbinen anzutreiben.
Unterm Strich bedeutet das, dass weniger Kohle nötig ist, um eine bestimmte Strommenge zu erzeugen. Und es wird weniger Kohlendioxid ausgestoßen. Die CO2-Einsparung sei ungefähr so groß wie die einer alleinstehenden Solarthermie-Anlage im Vergleich mit fossiler Stromerzeugung, aber mit deutlich weniger Kosten, sagt auch Craig Turchi, Ingenieur im Solarenergie-Programm am National Renewable Energy Lab in Golden im US-Bundesstaat Colorado.
Das Konzept von Abengoa ist nicht das einzige, das solare und fossile Stromerzeugung verbindet. Es gibt bereits solarthermische Anlagen, die um kleine Gaskraftwerke erweitert sind. Die springen ein, wenn die Stromerzeugung aufgrund von Bewölkung nachlässt.
Beide Technologien in einer Anlage zu integrieren, würde aber nicht nur Kostenvorteile bringen. Der Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerks wäre höher. Solarthermisch angetriebene Turbinen haben eine Arbeitstemperatur von 400 Grad Celsius. Der Wirkungsgrad des Kraftwerks liegt dann bei 38 Prozent. Fossil betriebene Turbinen arbeiten dagegen bei 500 Grad und mehr, was einen Wirkungsgrad von 45 Prozent ermöglicht.
Der spanische Mutterkonzern Abengoa versucht in zwei Projekten in Nordafrika, Solar- und Gaskraft zusammenzubringen, in diesem Fall mit einem Gas- und Dampf-Kraftwerk (GuD). Darin wird die eine Turbine durch ein erhitztes, sich ausdehnendes Gas angetrieben, die zweite Turbine mit Wasserdampf. In diesen zweiten Kreislauf wird die solarthermische Anlage eingebunden, was ebenfalls zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerks führt.
Craig Turchi glaubt allerdings, dass diese Konzepte keinen riesigen Effekt haben werden. Im besten Fall könnten 10 bis 15 Prozent des Stroms, der in fossilen Kraftwerken erzeugt wird, durch den Anteil der Solarthermie ersetzt werden. In dem Colorado-Projekt von Abengoa Solar rechnet er mit nur drei Prozent. Diese Ausbeute ließe sich steigern, wenn man mehr Parabolspiegel installiert. Zudem, so Turchi, funktioniere das Ganze nur in sonnigen Gegenden, in denen auch genug freies Land vorhanden sein muss, um die Spiegelreihen aufbauen zu können. Der Streit um die Zukunft der Kohlekraft dürfte damit nicht zu entschärfen sein.
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