Praxis solarthermischer Kraftwerke

Die regenerativen Energieträger haben bereits heute einen signifikanten Anteil an der weltweiten Stromerzeugung. Im Jahre 1997 trugen sie knapp 20% zur Gesamtproduktion von etwa 12.000 TWh bei. Dieser Anteil wurde fast ausschließlich von der Wasserkraft gedeckt, der Beitrag der Solarthermie war mit 0,7 TWh sehr klein, obwohl bereits Ende des letzten, Anfang dieses Jahrhunderts erste Anlagen u.a. zum Antrieb von Bewässerungspumpen auf Basis solarthermischer Stromerzeugung gebaut wurden. Der Einsatz von kostengünstigerem Öl und anderen fossilen Brennstoffen verhinderte damals weitere Entwicklungen, und erst mit dem Beginn der Energiekrise 1973/74 wurden diese Technologien neu entdeckt. Während die Parabolrinnenkraftwerke SEGS I-IX mit 354 MW_el in Kalifornien schon bewiesen, daß unter günstigen Rahmenbedingungen ein kommerzieller Betrieb möglich ist, bieten z.B. Paraboloidkraftwerke mit im Brennpunkt angeordneten Stirling-Motoren erst die Perspektive, bei Serienfertigung Strom in abgelegenen Gebieten des äquatorialen Gürtels günstiger zu gestehen als die dort bisher genutzten Dieselaggregate. Alle solarthermischen Anlagen erfordern eine direkte Einstrahlung von mindestens 1800 kWh/m²a, so daß ihr Einsatz nur in Gebieten zwischen etwa 40° nördlicher und südlicher Breite, also beispielsweise nicht in Deutschland, ökonomisch sinnvoll ist.

Solarfelder mit Parabolrinnenkollektoren liefern Wärme für Dampfkraftwerke, wobei sie im wesentlichen die Funktion eines solaren Dampferzeugers erfüllen, der einen mit fossilem Brennstoff befeuerten Dampferzeuger ersetzt oder ergänzt. Die diskontinuierliche solare Energiequelle läßt allerdings nur eine Benutzungsdauer des Solarfelds von 2000–2400 Stunden (Vollast) jährlich zu. Aus diesem Grund macht es technisch und wirtschaftlich Sinn, eine Kraftwerkskonfiguration zu wählen, bei der das Kraftwerk für viele zusätzliche Betriebsstunden im Jahr mit fossilen Brennstoffen betrieben werden kann. Kraftwerke, die mit Solarenergie oder zusätzlich mit fossilen Brennstoffen betrieben werden können — sogenannte Hybridkraftwerke — werden in diesem Kapitel mitsamt der dazugehörenden Technologie beschrieben.

Die ersten Paraboloidkollektoren wurden in den USA im 19. Jahrhundert zum Schmelzen von Metallen verwendet. In Europa erhielt der Franzose Auguste Mouc­hout 1862 ein Patent für einen parabolischen Konzentrator mit Dampfmotor. Eine mit dieser Technik konstruierte solare Kältemaschine präsentierte Mouchout 1878 auf der Pariser Weltausstellung. Ebenso wie bei den Parabolrinnen erfolgte eine Weiterentwicklung der Paraboloidtechnologie erst infolge der steigenden fossilen Energiepreise Anfang der 80er Jahre.

Die Entwicklung der Solarturmkraftwerke begann in den frühen sechziger Jahren. Einer der Pioniere war der Italiener Giovanni Francias, der in der Nähe von Genua die erste Testanlage entwickelte. Weitere Testanlagen wurden in den USA (Georgia Institut of Technology in Atlanta) und Frankreich bis zum Ende der siebziger Jahre errichtet. Infolge der Ölpreissteigerung wurden 7 Solarturmkraftwerke mit einer Leistung von 500 kW_el bis zu 10 MW_el in Italien, Spanien, Frankreich, Japan, den USA und Rußland gebaut und getestet.