30. März 2021
DLR-Kurzstudie: Solarthermie (CSP) im Überblick

Kon­zen­trier­te Son­nen­power er­zeugt Wär­me, Strom und Brenn­stof­fe

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Solarthermisches Kraftwerk Noor I & II in Ouarzazate, Marokko
So­lar­ther­mi­sches Kraft­werk Noor I & II in Ouar­za­za­te, Ma­rok­ko
Credit: ©SENER

Solarthermisches Kraftwerk Noor I & II in Ouarzazate, Marokko

Es gibt be­reits rund ein­hun­dert so­lar­ther­mi­sche Kraft­wer­ke, vor al­lem in den Re­gio­nen des Sonn­gür­tels wie hier in Ma­rok­ko oder wei­te­ren Län­dern Nord­afri­kas.
  • DLR-Kurzstudie zu solarthermischen Kraftwerken fasst aktuellen technologischen Stand, Voraussetzungen und Potenziale zusammen.
  • Solarthermische Kraftwerke ermöglichen es, regelbare erneuerbare Energie zu erzeugen.
  • Die Technologie steht am Anfang der Markteinführung und verfügt über enormes Potenzial.
  • Das DLR verfügt über langjährige Erfahrung und Expertise bei der Entwicklung konzentrierender Solarsysteme.
  • Schwerpunkte: Energie, Energiespeicher, Solarthermie, Wasserstoff

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fasst in einer Kurzstudie den aktuellen technologischen Stand, die Voraussetzungen und Potenziale solarthermischer Kraftwerke (concentrating solar power plants, CSP plants) zusammen. Im Fokus steht deren Bedeutung als zuverlässiger Lieferant von regelbarer erneuerbarer Wärme und Strom für ein nachhaltiges Energiesystem von morgen. Die Studie beantwortet häufig gestellte Fragen zur Funktionsweise, zu geografischen Voraussetzungen, wirtschaftlichen Perspektiven und sozio-ökonomischen Folgen.

Kraftwerk und Speicher in einem – für regelbare erneuerbare Energie

In einem solarthermischen Kraftwerk bündeln Spiegel das Sonnenlicht und reflektieren es zu speziellen Wärmeempfängern. Die konzentrierte Solarstrahlung erhitzt dort ein Wärmeträgermedium, zum Beispiel flüssiges Salz oder ein Thermo-Öl, auf Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius. Die Wärme wird entweder sofort zur Stromerzeugung eingesetzt oder in großen Tanks gespeichert. So kann das Kraftwerk die Wärme bei Bedarf abrufen, um Dampf zu erzeugen. Der Dampf treibt eine Turbine an, die über einen Generator Strom produziert. So können solarthermische Kraftwerke den Strom genau dann zur Verfügung stellen, wenn er benötigt wird – unabhängig von Tageszeit und Schwankungen bei der Sonneneinstrahlung. Gleichzeitig lässt sich Wärme in großen Tanks mit Flüssigsalz 80 bis 90 Prozent günstiger speichern als Strom in Batterien.

„Diese regelbaren Kraftwerke sind enorm wichtig für eine stabile Energieversorgung. Denn erneuerbare Energie aus Windkraft und Photovoltaik unterliegt immer saisonalen und tageszeitlichen Schwankungen – ist also abhängig davon, ob der Wind weht und die Sonne scheint“, beschreibt Prof. Robert Pitz-Paal, Direktor des DLR-Instituts für Solarforschung, das die Studie koordiniert hat. „In Regionen mit der vorhandenen erforderlichen solaren Direktstrahlung können solarthermische Kraftwerke fossile Kraftwerke als regelbare Kraftwerke ersetzten. Sie ermöglichen dort also ein Energiesystem, das überwiegend oder zu 100 Prozent auf erneuerbare Energien setzt.“ Zudem können solarthermische Kraftwerke auch Prozesswärme auf einem sehr hohen Temperaturniveau für Industrieunternehmen bereitstellen sowie bei der Herstellung von Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen zum Einsatz kommen. Damit tragen sie dazu bei, Industrieprozesse CO2-ärmer und den Mobilitätssektor nachhaltiger zu gestalten.

Eine Technologie beim Start in den Markt – mit riesigem Potenzial

Solarthermische Kraftwerke stehen noch am Anfang ihrer Markteinführung: Aktuell gibt es weltweit rund einhundert solcher Anlagen mit einer Gesamtleistung von 6,2 Gigawatt. Diese befinden sich vor allem in den Regionen des Sonngürtels, beispielsweise rund ums Mittelmeer, in Nordafrika, dem Süden der USA oder Australien. Strom aus solarthermischen Kraftwerken ist heute an guten Standorten bereits konkurrenzfähig gegenüber Strom aus fossilen Rohstoffen. „Innovationen, Massenfertigung und mehr Wettbewerb in einem wachsenden Markt werden dazu beitragen, dass die Kosten weiter deutlich sinken“, ist sich Robert Pitz-Paal vom DLR sicher. In den nächsten zehn Jahren hält er Stromgestehungskosten von 5 US-Cent pro Kilowattstunde für möglich.

Die Zukunft der Solarthermie – mit Hightech und Start-ups aus Deutschland

Die deutsche Industrie hat gute Voraussetzungen, sich in diesem Technologiefeld führend zu positionieren. Hier helfen vor allem die Exportorientierung sowie das große Know-how im Anlagen- und Maschinenbau. „Vor allem weitere, politisch geförderte Demonstrationsvorhaben und Referenzanlagen spielen eine wichtige Rolle, um Innovationen in den Markt zu bringen. Gleichzeitig benötigen hochinnovative kleine und mittelständische Unternehmen in der Anfangsphase Unterstützung, um sich bei großen Kraftwerksprojekten durchsetzen zu können“, fasst DLR-Institutsdirektor Pitz-Paal zusammen. Diese Entwicklung ist allerdings keine Einbahnstraße: Denn um seine langfristigen Klimaschutzziele zu erreichen, ist Deutschland auf Energieimporte angewiesen. Mögliche Kooperationspartner sind sonnenreiche Länder, in denen solarthermische Kraftwerke regelbare, erneuerbare Energie herstellen – auch für die Produktion von grünem Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen.

DLR als Partner der Wirtschaft: Expertise und Erfahrung aus über 40 Jahren

Seit mehr als vier Jahrzehnten entwickelt das DLR konzentrierende Solarsysteme für solarthermische Kraftwerke. Es begleitet die kommerzielle Markteinführung der Technologie insbesondere in Spanien durch Standortanalysen, die Entwicklung von Solarkollektoren, Machbarkeitsstudien, Maßnahmen der Qualitätssicherung sowie die Ausbildung von Fachpersonal. Dass Solarfelder von solarthermischen Kraftwerken heute auf der ganzen Welt eine so hohe Leistung erbringen, basiert auf Technologien, die das DLR entwickelt und vermarktet hat.

In der DLR-Energieforschung arbeiten rund 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus sieben DLR-Instituten an Technologien für solarthermische Kraftwerke. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln und testen sie diese neuen Entwicklungen, um die Kosten von solarthermisch erzeugtem Strom weiter zu senken. Zudem sind mehrere Unternehmensgründung aus dem DLR – CSP Services, HelioHeat, Heliokon, Volateq– in diesem Bereich aktiv und beschäftigen zusammen rund 50 Mitarbeitende.

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    Linder Höhe
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