Wie funktioniert die CSP-Technologie in Solarkraftwerken?
Bei der CSP-Technologie wird die Sonnenwärme (Solarthermie) mit Hilfe von Spiegeln gebündelt, um Dampfturbinen oder Motoren anzutreiben und so Strom zu erzeugen. Kraftwerksbetreiber können die von CSP-Kraftwerken erzeugte Energie auch für die spätere Stromerzeugung speichern. Es gibt verschiedene Arten von CSP-Energietechnologien, darunter die Parabolrinne, der kompakte lineare Fresnel-Reflektor, der Power Tower und der Plattenmotor.
Wie fossile und nukleare Kraftwerke verwenden CSP-Kraftwerke in der Regel eine Nasskühlung, bei der Dampfturbinen mit Wasser gekühlt werden. Leider ist dies ein wasserintensiver Prozess, der in Gebieten mit begrenzter Wasserverfügbarkeit ein Problem darstellt. Es gibt noch eine andere Technik, die Trockenkühlung, bei der jedoch Ventilatoren zur Kühlung der Turbinen eingesetzt werden und die daher nicht so energieeffizient ist.
Einige CSP-Anlagen sind Hybridsysteme, die neben der Sonnenenergie auch fossile Brennstoffe wie Erdgas nutzen. Dies führt jedoch zu Treibhausgasemissionen. Neben der Stromerzeugung kann die CSP-Technologie auch zur Entsalzung und Erzeugung von Prozesswärme eingesetzt werden.
Arten von CSP-Technologien, die in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt werden.
In den Vereinigten Staaten werden mehrere Arten von CSP-Technologien eingesetzt, die alle einige gemeinsame Merkmale aufweisen. Sie alle verwenden Spiegel, um das Sonnenlicht auf einen zentralen Receiver zu fokussieren, in dem eine Flüssigkeit zirkuliert. CSP-Kraftwerke arbeiten bei hohen Temperaturen und nutzen thermische Energie zur Stromerzeugung. Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Arten von CSP-Kraftwerken.
Parabel/Parallel.
Parabolrinnen-Kraftwerke verwenden lange, U-förmige rechteckige Spiegel, um das Sonnenlicht auf Empfangsrohre zu bündeln, die entlang der Spiegel verlaufen. Die Flüssigkeit, die durch die Rohre fließt, wird erhitzt und zu einem Wärmetauscher geleitet, um Wasser in einem Dampfgenerator zu kochen. Je nach Auslegung des Systems verfügen einige Kraftwerke über Spiegel, die der Sonne nachgeführt werden können.
Normalerweise sind die Spiegel in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet, um die Konzentration der Sonnenenergie zu maximieren. So können sie der Sonne folgen, wenn sie sich von Osten nach Westen über den Himmel bewegt, und das Sonnenlicht kontinuierlich auf die Röhren fokussieren. In den USA gibt es mehrere solcher Solarkraftwerke in Arizona, Nevada und Kalifornien.
Antenne.
Solaranlagen bestehen aus einer verspiegelten Schüssel, die einer großen Satellitenschüssel ähnelt. Zahlreiche kleine, flache Spiegel lenken und bündeln das Sonnenlicht auf einen Solarreceiver, der es absorbiert und an einen Motorgenerator weiterleitet.
Die Solarschüssel ist direkt auf die Sonne gerichtet und bündelt die Energie in einem Brennpunkt. Die Temperatur der Flüssigkeit kann Temperaturen von 1380°F oder mehr erreichen. Derzeit gibt es in den USA keine kommerziellen Projekte mit Solarschüsseln, aber die CSP-Technologie mit Parabolantennen kann auch in kleineren Projekten mit einer einzigen kleinen Antenne eingesetzt werden.
Kraftwerksturm.
Diese Kraftwerke bestehen aus einem System von Solartürmen mit Heliostaten, die das Sonnenlicht auf einen Empfänger an der Spitze des Turms konzentrieren. Obwohl einige Kraftwerke Wasser als Wärmeübertragungsflüssigkeit verwenden, werden Experimente mit geschmolzenem Nitratsalz durchgeführt, da es hervorragende Wärmeübertragungs- und Energiespeichereigenschaften besitzt. Da Solartürme Wärme speichern können, können sie bei Bedarf Energie erzeugen.
Das oben beschriebene Ivanhap-Solarturmkraftwerk ist eines von zwei, die in den Vereinigten Staaten in Betrieb sind.
CSP-Energiespeicherung.
CSP-Kraftwerke nutzen die Sonneneinstrahlung zur Energieerzeugung, aber die Wärme kann auch für eine spätere Nutzung gespeichert werden. Es wurden mehrere Technologien zur Speicherung von Wärmeenergie getestet und umgesetzt, darunter ein direktes System mit zwei Tanks, ein Thermokline-System mit einem Tank und ein indirektes System mit zwei Tanks. CSP-Speichersysteme werden seit 1985 getestet und eingesetzt.
Dadurch sind diese Kraftwerke eine flexible Option, um Energie zu erzeugen, wenn sie am meisten gebraucht wird, auch wenn die Sonnenenergie nicht verfügbar ist. Energiespeicherkapazitäten ermöglichen es daher, einen größeren Anteil erneuerbarer Energien am Gesamtenergiemix zu erzeugen und gleichzeitig eine nachhaltige und zuverlässige Energieversorgung zu gewährleisten.
CSP-Technologie für Entsalzungsanlagen.
Viele Regionen mit ausreichend Sonnenschein für CSP-Anlagen leiden auch unter Wasserknappheit. Diese Gebiete sind oft auf Entsalzungsanlagen im industriellen Maßstab angewiesen, doch der Betrieb dieser Anlagen erfordert eine große Menge an Energie. Daher können CSP-Entsalzungsanlagen zwei der größten Probleme der Menschheit lösen: den Bedarf an sauberer Energie und eine nachhaltige Wasserversorgung.
Häufig gestellte Fragen zur CSP-Technologie und solarthermischen Kraftwerken.
Lassen Sie uns einen Blick auf einige der am häufigsten gestellten Fragen zu dieser Solartechnologie werfen.
Was ist der Unterschied zwischen CSP und Fotovoltaik?
Photovoltaik-Paneele nutzen Licht und nicht Wärme, um Strom zu erzeugen. Sowohl CSP als auch Photovoltaik werden in Kraftwerken im industriellen Maßstab eingesetzt, aber die PV-Technologie ist viel weiter verbreitet und benötigt kein Wasser zur Kühlung. PV-Kraftwerke im industriellen Maßstab sind auch einfacher zu bauen als CSP-Anlagen und benötigen keine so hohe Sonneneinstrahlung wie CSP.
Photovoltaik-Kraftwerke im industriellen Maßstab sind daher weiter verbreitet, selbst in Staaten mit mäßiger Sonneneinstrahlung. CSP-Kraftwerke hingegen sind aufgrund ihrer hervorragenden Sonneneinstrahlung vor allem im Südwesten der USA, in Spanien, Marokko, Indien, Südafrika, Israel und Australien zu finden.
Die CSP-Technologie hat jedoch mehrere entscheidende Vorteile. Sie erzeugt Wechselstrom (AC), so dass kein Wechselrichter benötigt wird. Außerdem sind CSP-Kraftwerke oft so konzipiert, dass sie Wärme speichern, um zu einem späteren Zeitpunkt Strom zu erzeugen. Das bedeutet, dass CSP-Kraftwerke zur Deckung des Spitzenenergiebedarfs eingesetzt werden können, da der Strom abrufbar ist.
In den letzten Jahren haben sich jedoch Technologien zur Energiespeicherung für Photovoltaikanlagen, die Lithium-Ionen-Batterien verwenden, erheblich weiterentwickelt. Diese Batteriespeichersysteme (BESS) sind jedoch im Vergleich zu den Energiespeicherkapazitäten von CSP-Kraftwerken relativ klein. Da sich die Batterietechnologie weiterentwickelt und die Kosten sinken, werden BESS in PV-Kraftwerken wahrscheinlich größere Kapazitäten haben und häufiger eingesetzt werden.
Welches ist das größte CSP-Kraftwerk der Welt?
Das Solarkraftwerk Noor Complex in Marokko hat eine Kapazität von 580 Megawatt, genug, um den Energiebedarf von 1 Million Menschen zu decken. Das CSP-Kraftwerk verbraucht bis zu 3 Millionen Kubikmeter Wasser und bis zu 19 Tonnen Diesel pro Tag, um das Gemisch aus geschmolzenem Salz und synthetischem Öl in einer Wärmeträgerflüssigkeit auf der richtigen Betriebstemperatur zu halten.
Was sind die Vorteile und Herausforderungen der CSP-Technologie?
Die CSP-Technologie bietet eine Reihe von Vorteilen, darunter die Erzeugung von Strom auch dann, wenn die Sonne nicht scheint, dank der thermischen Energiespeicherung. Dies macht CSP zu einer zuverlässigen und abrufbaren Quelle für erneuerbare Energie. Darüber hinaus kann die CSP-Technologie einen hohen thermischen Wirkungsgrad erzielen und in industrielle Prozesse integriert werden, die Hochtemperaturwärme benötigen.
Allerdings steht die CSP-Technologie auch vor Herausforderungen. Die anfänglichen Kapitalkosten von CSP-Anlagen sind hoch und sie benötigen erhebliche Mengen an Land und Wasser, was ein limitierender Faktor sein kann. Daher sind CSP-Systeme im Allgemeinen am besten für Gebiete mit hoher direkter Sonneneinstrahlung geeignet, was ihre geografische Anwendung einschränkt. Technologische Fortschritte und Größenvorteile sind unerlässlich, um die Kosten zu senken und die Nutzung der CSP-Technologie auszuweiten.
Ein großer Vorteil der CSP-Technologie ist ihre Fähigkeit, Wärme zu speichern, um saubere Energie zu erzeugen, wenn der Strombedarf am höchsten ist. Dadurch kann CSP mit anderen abschaltbaren Energiequellen wie Erdgas konkurrieren.