Technologien

Die Schlüsseltechnologien für DESERTEC

Durch einen großen, verlustarmen Stromverbund bietet sich die Chance, sauberen Strom aus erneuerbaren Energien vor allem dort zu erzeugen, wo besondere Standortvorteile bestehen. Welche Technologien vor Ort zum Einsatz kommen, hängt von den örtlichen Gegebenheiten sowie den Wünschen des Standortlandes und der Investoren ab.

In küstennahen Wüstengebieten bietet sich die Kombination solarthermischer Kraftwerke mit Meerwasserentsalzung an, da sie so nicht nur Strom, sondern auch Trinkwasser gewinnen können. Luftgekühlte solarthermische Kraftwerke mit wassersparenden Reinigungsrobotern eignen sich besonders für den Einsatz in küstenfernen Wüstenstandorten. Viele Küstengebiete eignen sich hervorragend für den Bau von günstigen Windkraftanlagen. Photovoltaik lässt sich gut einsetzen, um Nachfragespitzen um die Mittagszeit, beispielsweise durch Klimaanlagen, abzudecken. Solarthermische Kraftwerke wie auch Biomasseanlagen, Geothermie, Wasserkraft und Pumpspeicher bieten wertvollen regelbaren Strom. Dadurch können die Schwankungen von Wind und Photovoltaik ausgeglichen werden. Das ermöglicht einen höheren Anteil dieser fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen im künftigen Strom-Mix.

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DESERTEC Foundation bei Andasol 3

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Das TuNur Projekt in Tunesien

 

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)

HGÜ bietet die Möglichkeit, sauberen Strom über weite Strecken in die Verbrauchszentren der Welt zu liefern. Rund 90 Prozent der Menschheit lebt weniger als 3.000 Kilometer von geeigneten Wüsten entfernt und könnte somit effizient mit sauberem Wüstenstrom versorgt werden. Dabei fallen nur geringe Leitungsverluste von etwa drei Prozent je 1.000 Kilometer und überschaubare Mehrkosten von rund 1-2 Cent pro Kilowattstunde an. Dem entgegen steht eine deutlich höhere Effizienz der Solar- und Windkraftwerke durch stärkere und längere Sonneneinstrahlung sowie weniger Wintermonate in Wüsten bzw. stärkere und konstante Winde an optimalen Windstandorten. Schwankungen bei erneuerbaren Energien und Ausfälle von Kraftwerken und Leitungen werden durch die stärkere Vernetzung und durch eingebundene Backup-Kraftwerke kompensiert.

 

Weltweit sind bereits dutzende Leitungen mit einer Länge von bis zu 1.700 km (Inga-Shaba, Demokratische Republik Kongo) und einer Leistung von bis zu 5 Gigawatt (Yunnan-Guangdong, China) in Betrieb. Auch in Europa sind HGÜ-Leitungen im Einsatz: Sardinien ist über HGÜ-Seekabel an das Festland angeschlossen; zur Stromübertragung zwischen Mitteleuropa und Skandinavien existiert gleich ein ganzes Netz an HGÜ-Verbindungen. Im Vergleich zu herkömmlichen Wechselstromleitungen benötigen Hochspannungs-Gleichstrom-Leitungen weniger Fläche und lassen sich auch über weite Strecken unter der Erde verlegen. Das erhöht die Akzeptanz in der Bevölkerung und ermöglicht so einen schnelleren Netzausbau. Das DLR bestätigt in einer Studie die positive Ökobilanz von Leitungstrassen, die für DESERTEC eingesetzt werden könnten. Auf Wikipedia finden Sie eine Liste der weltweit existierenden und geplanten Leitungen.

 

Solarthermische Kraftwerke

Solarthermischen Kraftwerken kommt im DESERTEC-Konzept eine besondere Rolle zu, da sie das riesige Solarpotenzial der weltweiten Wüsten ideal nutzen und Strom nach Bedarf liefern können. Eine etwa 20 Quadratmeter große Spiegelfläche eines solarthermischen Kraftwerkes würde ausreichen, um den Strombedarf eines Menschen (inklusive Elektromobilität) Tag und Nacht CO2-frei zu decken.

 

Bei solarthermischer Stromerzeugung wird Sonnenenergie durch Spiegel konzentriert, um Wasser zu erhitzen und Dampf zu erzeugen. Mit dem hierbei entstehenden Druck wird eine konventionelle Dampfturbine zur Stromerzeugung angetrieben. Solarthermische Kraftwerke können Tag und Nacht sauberen Strom aus Sonnenenergie produzieren, da sich Wärme, im Gegensatz zu Strom, verlustarm in großen Mengen speichern lässt. Wärmespeicher geben nachts oder ganz gezielt bei Lastspitzen Energie an den Dampfkreislauf ab. So können diese Kraftwerke in einem Netzverbund mit anderen erneuerbaren Energiequellen sogar die inhärenten Schwankungen von Windkraft und Photovoltaik ausgleichen und damit zur Stabilisierung der Netze beitragen.

An küstennahen Standorten kann bei solarthermischen Kraftwerken Meerwasser zur Kühlung des Dampfkreislaufes eingesetzt werden. Auf diese Weise können mit einem Kollektorfeld, das für eine 250 MW Dampfturbine ausgelegt ist, 200 MW Strom sowie 4 Millionen Liter Trinkwasser pro Stunde durch thermische Meerwasserentsalzung gewonnen werden. Bei der mit fossilen Brennstoffen betriebenen Anlage Dschabal Ali in Dubai beispielsweise wird dieses Verfahren bereits in großem Stil umgesetzt. Für küstenferne Wüstenstandorte bietet sich Luftkühlung an – unabhängig von Wasserquellen können so die besten Sonnenstandorte genutzt werden. Zur Reinigung der Kollektoren wurden bereits erfolgreich wassersparende Bürstenroboter eingesetzt.

Auf Wikipedia finden Sie eine Liste der weltweit existierenden und geplanten Kraftwerke.

  • Parabolrinnen-Kraftwerke werden seit 1984 in der kalifornischen Mojave-Wüste eingesetzt. Die Kraftwerksblöcke der Solar Energy Generating Systems (SEGS) kommen zusammen auf eine Erzeugungskapazität von 354 MW. Trotz der rauen Bedingungen funktionieren die Spiegelfelder bis heute einwandfrei. Bei Sandstürmen werden die schwenkbaren Spiegel in eine Sicherheitsposition gedreht. Um auch nachts Strom zu produzieren, werden die SEGS-Kraftwerke in Kombination mit Gasverbrennung eingesetzt. Die neueren Andasol-Kraftwerke in Spanien setzen hierfür bereits auf den Einsatz von Wärmespeichern mit Flüssigsalz. Derzeit arbeitet man an der Entwicklung von günstigeren Wärmespeichern aus Beton.
  • Fresnel-Kollektoren sind eine Weiterentwicklung der Parabolrinnen-Technologie. Die horizontal angeordneten flachen Spiegellamellen erfüllen den gleichen Zweck, wie eine Parabolrinne, sind aber günstiger herzustellen und erlauben den Einsatz von wassersparenden Reinigungsrobotern. Beim Pilotkraftwerk PE 1 in Puerto Errado, Spanien, werden diese Putzroboter bereits eingesetzt. Zudem wurden dort Trockenkühlung und die direkte Verdampfung von Wasser ohne den Umweg über ein Wärmeaustauschmedium realisiert.
  • Solartürme nutzen ein riesiges Feld mit einzelnen flachen Spiegeln, die alle das Sonnenlicht auf einen Receiver an der Spitze eines Turmes konzentrieren. Hierdurch können sehr hohe Temperaturen und somit ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden.
  • Paraboloid-Schüsseln konzentrieren das Sonnenlicht auf einen Stirlingmotor. Einzelne dieser vergleichsweise kleinen Anlagen eignen sich zur dezentralen Energieversorgung, während ganze Felder auch größere Mengen Strom produzieren können. Allerdings gibt es hier keine Möglichkeit, Wärmespeicher einzusetzen.

Die Investition in den Bau eines 250 MW Kraftwerks mit Luftkühlung und Wärmespeichern beträgt derzeit rund eine Milliarde Euro. Die Investitionskosten scheinen im Vergleich zur installierten Leistung höher zu liegen als bei der Photovoltaik. Diese Leistung liegt aber bei Photovoltaik nur für wenige Stunden pro Tag an – wenn die Sonne voll scheint. Da ein solarthermisches Kraftwerk hingegen rund um die Uhr Strom bei voller Leistung produzieren kann, ist die Stromausbeute bis zu dreimal so hoch und der Strom kann genau dann am Markt verkauft werden, wenn Nachfrage da ist. Je mehr Kraftwerke in den nächsten Jahren gebaut werden, desto eher sinken die Kosten der solarthermischen Stromerzeugung durch Massenfertigung, Technologieentwicklungen und Wettbewerb. Die Politik ist jetzt gefragt, die richtigen Investitionsanreize zu setzen. Durch entschlossenes Handeln könnte in weniger als 10 Jahren die Konkurrenzfähigkeit von Wüstenstrom gegenüber Strom aus fossilen Energieträgern erreicht werden.

 

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