Während der Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung mit großen Schritten voranschreitet, steht die Umstellung auf eine kohlenstoffarme oder -freie Wärmeversorgung noch ganz am Anfang. Eine Ursache dafür ist, dass Industrieunternehmen in der Regel rund um die Uhr einen hohen Bedarf an Hochtemperaturwärme haben, den die fluktuierenden Energiequellen Wind- oder Photovoltaik-Strom wegen fehlender Speichermöglichkeiten nicht verlässlich decken können. Beim 22. Kölner Sonnenkolloquium am 10. Juli 2019 stellten die Referenten Forschungsergebnisse und Praxisfälle aus der Industrie vor, die zeigen, wie Hochtemperaturwärme aus konzentrierenden Solarkraftwerken zur Dekarbonisierung von Industrieprozessen beitragen kann.
Solare Hochtemperaturwärme ist schon heute kostengünstig verfügbar
Die in solarthermischen Kraftwerken erzeugte Wärme lässt sich gut speichern und wird in der Regel zur Stromerzeugung verwendet. Mehr als 100 Kraftwerke in einer Größenordnung zwischen zehn und 250 Megawatt elektrischer Leistung gibt es weltweit. Die modernsten Anlagen können heute Hochtemperaturwärme zu Kosten von weniger als einem Eurocent pro Kilowattstunde bereitstellen und sind damit kostengünstiger als Wind- oder Photovoltaikanlagen, die ihren Strom für drei Eurocent je Kilowattstunde oder mehr anbieten.
Große Bandbreite von Themen zeigte die Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten
Die Beiträge im Programm des diesjährigen Sonnenkolloquiums machten die Relevanz und Breite des Themas deutlich. Zu den bereits etablierten Technologien gehört die solare Prozessdampferzeugung, die Christian Zahler, Geschäftsführer der Industrial Solar GmbH, anhand von realen Anlagen erläuterte.
Weltweit ist die Schwefelsäureproduktion der wichtigste chemische Prozess. Neben dem chemischen Produkt liefert sie rund 180 Terawattstunden Strom jährlich. Wird das Verfahren von fossiler auf solarthermische Beheizung umgestellt, können große Mengen CO2 vermieden werden. Dass dies keine Science Fiction ist und sogar eine höhere Effizienz ermöglicht, zeigte Dr. Stefan Harth, der beim Engler-Bunte-Institut am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die Brennkammer für die Schwefelgasturbine entwickelt.
Jana Stengler vom Zur Website des Instituts stellte einen thermochemischen Speicher vor, in dem das Temperaturniveau der gespeicherten Wärme während der Speicherdauer steigt anstatt zu fallen. Der Speicher kann zum Beispiel solar erzeugte Wärme aufnehmen, sie mit einer höheren Temperatur wieder abgeben und somit die Effizienz der Umwandlung von Wärme in Strom erhöhen.
Hochtemperatur-Partikelsysteme sind in der Lage, solare Prozesswärme bis zu einer Temperatur von 1000 Grad Celsius effizient bereit zu stellen. Dr. Eckhard Lüpfert von der HelioHeat GmbH zeigte, wie das EU-geförderte Projekt HIFLEX ein solches System für den Einsatz in einer Anlage des Unternehmens Barilla vorbereitet. Ein solarthermisches Turmkraftwerk soll ab 2021 einer Produktionsstätte in Italien die Prozesswärme zur Pasta-Trocknung liefern. Der integrierte Wärmespeicher nimmt dann zusätzlich zur solar erzeugten Wärme Windstrom auf, um auch in Zeiten ohne ausreichende Sonnenstrahlung genügend Wärme liefern zu können.
Der Wärmeempfänger mit Partikeltechnologie wird von der DLR-Ausgründung HelioHeat GmbH entwickelt. "Für HelioHeat ist die Referenzanlage des EU-Projekts HIFLEX ein wichtiger Meilenstein für die weitere Vermarktung der Partikelreceiver-Technologie", so Lüpfert.
DLR-Solarforschung trägt zur Dekarbonisierung von Industrieprozessen bei
Die im Sonnenkolloquium vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass Hochtemperatur-Solarwärme ein erhebliches Potenzial besitzt, in Industrieprozessen die heute noch mit fossilen Brennstoffen erzeugte Hochtemperaturwärme zu ersetzen.
Prof. Christian Sattler vom DLR-Institut für Solarforschung ist überzeugt: "Bei der Umwandlung von fossilen auf erneuerbare Wärmequellen werden wir in den nächsten Jahren eine rasante Entwicklung erleben. Wie wir heute gezeigt haben, sind das DLR und seine Industriepartner mit Innovationen bereits in unterschiedlichen Bereichen daran beteiligt, Industrieprozesse zu dekarbonisieren".
Die Präsentationen des 22. Kölner Sonnenkolloquiums stehen als Download zur Verfügung.
