Salz macht So­lar­ther­mie kos­ten­güns­ti­ger

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DLR und Universität Évora weihen einmalige Testanlage in Portugal ein

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. In dem solarthermischen Forschungskraftwerk nutzt als eine der ersten Anlagen flüssiges Salz als Wärmeträger.

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.

Prof. Karsten Lemmer, Mitglied des DLR-Vorstands und verantwortlich für Innovation, Transfer und wissenschaftliche Infrastrukturen, sagte bei der Einweihung: "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. 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."

Flüssiges Salz als Wärmeträger: weniger Kosten, höhere Temperaturen, aber anspruchsvolles Handling

Flüssiges Salz kann bis zu einer Temperatur von 565 Grad Celsius eingesetzt werden. Bei Thermo-Öl liegt die Grenze bei 400 Grad Celsius. 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 und 240 Grad Celsius. 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 Tonnen Salz. Dieses Salz wird in ähnlicher Form auch als Düngemittel verwendet und im Maßstab von 100 Millionen Tonnen 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 Metern 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 Megawatt. 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.

 egelbare erneuerbare Energie – Solarthermie macht es möglich

Aktuell sind die Kosten für Strom aus Solarthermie höher als aus Fotovoltaik. 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.

Projektpartner und Förderung

Das DLR-Institut für Solarforschung leitet das Konsortium und hat die Planung, konzeptionelle Auslegung und Qualifizierung des Kollektorenfelds verantwortet. Zudem begleitet es den wissenschaftlichen Versuchsbetrieb. Die Universität Évora ist Eigentümerin der Testanlage Évora Molten Salt Platform und unterstützt Aufbau sowie Betrieb der Anlageninfrastruktur mit Betriebspersonal und wissenschaftlichen Mitarbeitenden. Zu den Industriepartnern zählen die Unternehmen TSK Flagsol, YARA, Rioglass, Steinmüller Engineering, eltherm und RWE.

Die Arbeiten auf der Testanlage finden im Rahmen des Forschungsprojekts HPS2 (High Performance Solar 2) statt. Es wird gefördert vom deutschen Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), dem portugiesischen FCT – Fundação para a Ciência e Tecnologia und dem Programa Operacional Regional do Alentejo.

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