Solarthermische Kraftwerke

Parabolrinnen-Kraftwerke wie dieses in Kramer Junction versorgen in Kalifornien bereits heute 200.000 Haushalte zuverlässig mit Strom. (Foto: Photon Pictures)
Johannes Bernreuter

Die Kraftwerke der Zukunft

Der gerade anspringende Markt für solarthermische Kraftwerke bietet eine
der wichtigsten Optionen für die Energieversorgung von morgen. SCHOTT ist mit einer Schlüsselkomponente vorne dabei.


Es war nur ein kleiner Schritt für eine Technologie mit riesigem Potenzial. Am 22. April, dem Earth Day, weihte die Arizona Public Service Company (APS), der größte Energieversorger in dem südwestlichen US-Bundesstaat, auf einem Wüstenstreifen zwischen Phoenix und Tucson ein Kraftwerk mit einem Megawatt elektrischer Leistung ein. Es ist kein gewöhnliches Kraftwerk: Seinen Brennstoff bezieht es kostenlos – von der Sonne. Sechs Reihen aus Parabolspiegeln, jede etwa 400 Meter lang, konzentrieren die einfallende Sonnenstrahlung, um Hitze für eine Dampfturbine zu erzeugen (siehe Infobox). Seit Dezember 2005 liefert der Generator Strom für rund 200 Haushalte.

Parabolrinnen-Kraftwerke sind unter allen solarthermischen Technologien zur Stromerzeugung am weitesten ausgereift. Ein Megawatt (MW) elektrische Leistung ist für diesen Kraftwerkstyp ein Kinderspiel, typisch sind 50 MW und mehr. Die Technologie fand bereits Mitte der 80er Jahre erstmals ihren Weg in die kommerzielle Anwendung: In der kalifornischen Mojave-Wüste wurden zwischen 1984 und 1991 neun solcher Kraftwerke mit einer Leistung von anfangs 14 und zuletzt 80 MW errichtet; insgesamt bringen sie es auf 354 MW. Schon damals lieferte SCHOTT die Glashüllrohre für die Receiver, auf die die Sonnenstrahlung mit den Parabolspiegeln konzentriert wird. Die Kraftwerke laufen heute noch tadellos; mit einer technischen Verfügbarkeit von über 98 Prozent produzieren sie jährlich etwa 800 Millionen Kilowattstunden Strom.

Beweggrund für den Bau war damals die Ölkrise. Ein Bündel aus Investitionsfreibeträgen, Grundsteuerbefreiung und langfristig garantierten Stromabnahmepreisen machte das Projekt in der Mojave-Wüste wirtschaftlich. Als die Investitionsanreize 1990 nach dem Rückgang des Ölpreises aufgegeben wurden, war die kurze Blütephase für solarthermische Kraftwerke erst einmal vorbei. Doch jetzt sind sie stark im Kommen. Der Preis für Erdgas, mit dem inzwischen viele fossile Kraftwerke betrieben werden, weil deren Investitionskosten gering sind, hat sich allein in den letzten drei Jahren vervierfacht. Zudem haben mehrere Bundesstaaten im Südwesten der USA ehrgeizige Ziele für den Anteil erneuerbarer Energien an ihrer Stromversorgung festgelegt: allen voran Kalifornien mit 20 Prozent bis zum Jahr 2010, Nevada will die gleiche Quote bis 2015 erreichen. New Mexico und Colorado planen jeweils zehn Prozent bis 2011 beziehungsweise 2015, Arizona strebt 15 Prozent bis 2025 an.

USA entdecken ihr Potenzial

Günstige Kosten und effektiver Klimaschutz – damit trumpfen solarthermische Kraftwerke. (Foto: Photon Pictures)
Für diese fünf sowie die beiden angrenzenden Staaten Utah und Texas hat das National Renewable Energy Laboratory, das große Forschungszentrum der USA für erneuerbare Energien, in einer geographischen Analyse ermittelt, welche Gebiete für zentrale Solarkraftwerke optimal geeignet sind. Trotz konservativer Annahmen wie zum Beispiel einer Geländeneigung von maximal einem Prozent bleibt eine Fläche übrig, auf der sich eine Kraftwerksleistung von 200.000 MW installieren ließe. Damit könnte man etwa 17 Prozent des heutigen Strombedarfs in den USA decken.

Die Solararbeitsgruppe der Western Governors’ Association, in der sich die Gouverneure von 18 Bundesstaaten, drei US-Pazifikinseln und zwei kanadischen Provinzen zusammengetan haben, präsentierte im vergangenen Dezember einen Bericht mit der Empfehlung, bis zum Jahr 2015 in den sechs Südweststaaten ohne Texas (das größtenteils zu einem anderen Netzverbund gehört), die Errichtung zentraler Solarkraftwerke mit einer Gesamtleistung von 4.000 MW steuerlich zu fördern. Durch den Mengeneffekt, so die Autoren, könnten die Stromerzeugungskosten auf wettbewerbsfähige 10 US-Cent/kWh sinken.

Nach einem gemeinsamen Report von Greenpeace, der Europäischen Vereinigung der solarthermischen Kraftwerksindustrie (ESTIA) und dem »SolarPACES« -Forschungsprogramm der Internationalen Energie-Agentur vom vergangenen September betragen die Kosten bei rein solar betriebenen Parabolrinnen-Kraftwerken (ohne fossile Zufeuerung) im Südwesten der USA mit seiner hohen Sonneneinstrahlung momentan noch 15 bis 17 US-Cent/kWh, das sind rund 11,5 bis 13 Eurocent/kWh; in den Mittelmeerländern, wo die Einstrahlung etwas geringer ist, sind es noch rund 20 Eurocent/kWh. Das Europäische Parlament hat deshalb in einer Entschließung vom vergangenen September die EU-Kommission aufgefordert, solarthermische Kraftwerke stärker zu fördern.

Der Anfang für einen Markteinstieg im großen Maßstab ist schon gemacht. Am 11. Februar erfolgte in Boulder City (Nevada) der Spatenstich für ein Parabolrinnen-Kraftwerk mit 64 MW Leistung, das im Juni 2007 ans Netz gehen soll. Die Receiver-Rohre – eine Schlüsselkomponente des Kraftwerks, die die von den Parabolspiegeln konzentrierte Sonnenstrahlung in Hitze umwandelt – kommen wie bei dem kleinen Kraftwerk in Arizona von SCHOTT.

Der Technologiekonzern hat einen hocheffzienten und äußerst robusten Receiver entwickelt, dessen Wirkungsgrad um zwei Prozent höher liegt als bei Konkurrenzprodukten. „Die neuen Receiver von SCHOTT bieten eine gute Basis für den Erfolg des Kraftwerks“, sagt John Myles, Präsident der amerikanischen Projektgesellschaft Solargenix Energy. Als einer der führenden Hersteller von Spezialglasröhren baut SCHOTT auf eine Jahrzehnte lange Erfahrung und exzellentes Know-how bei Glas-Metall-Verbindungen und Beschichtungstechnologien. „Mit dem Auftrag für das Kraftwerk in Nevada haben wir uns als weltweiter Technologieführer bei Receivern etabliert“, sagt Dr. Martin Heming, Leiter der Business Unit Solar bei SCHOTT.

Schrittmacher Spanien

Mit der Entwicklung eines hocheffizienten Receivers, Herzstück eines Parabolrinnen-Kraftwerks, gilt SCHOTT als Technologieführer.
Ein weiterer Auftrag ist bereits aus Spanien sicher. Das Land hat mit einer Einspeise-
vergütung von knapp 23 Eurocent/kWh über 25 Jahre für solarthermische Kraftwerke einen bedeutenden Markt geschaffen. Der Greenpeace-Report rechnet damit, dass bis zum Jahr 2010 rund 500 MW installiert werden. Nach der Finanzierungszusage der Banken begann Mitte Juni der Bau des ersten Parabolrinnen-Kraftwerks mit 50 MW Leistung auf der Hochebene von Guadix in der südspanischen Provinz Granada.

Nur wenige Tage zuvor hatte der deutsche Projektierer Solar Millennium AG in Peking ein Rahmenabkommen mit zwei chinesischen Unternehmen über die Realisierung solarthermischer Kraftwerke mit einer Gesamtleistung von 1.000 MW bis zum Jahr 2020 unterzeichnet. Griechenland könnte der nächste interessante Markt werden: Das Anfang Juni verabschiedete Erneuerbare-Energien-Gesetz sieht für solarthermische Kraftwerke über 5 MW auf dem Festland eine Einspeisevergütung von 23 Eurocent/kWh vor, auf den Inseln 25 Eurocent/kWh. Auch Israel bereitet ein Einspeisegesetz vor. Weitere Projekte, zum Teil unterstützt von der Weltbank, sind in Mexiko, Marokko, Algerien, Ägypten und Iran geplant. Hier sollen Parabolrinnenfelder den Brennstoffverbrauch konventioneller Kraftwerke reduzieren.