Spiegelkraftwerke: Kommt Energie künftig doch noch aus der Wüste?

Spiegelkraftwerke: Kommt Energie künftig doch noch aus der Wüste?

von Benjamin Reuter

In Abu Dhabi produziert ein riesiges Spiegelkraftwerk seit einem Jahr erfolgreich Energie. Doch hat die Technik Zukunft?

Wenn Abdulaziz Al Obaidli auf der Schotterstraße durch die Reihen von glänzenden Spiegeln stapft, ist er sichtlich stolz auf sein Werk. Al Obaidli ist der Chefingenieur von Shams 1 in der Wüste von Abu Dhabi, einem der größten Spiegelkraftwerke der Welt.

Mehr als zweihundertausend der gekrümmten Reflektoren gebe es hier, sagt er; alle per Schiff aus Deutschland geliefert. Ebenso wie die armdicken Rohre, die in der Mitte der Spiegel entlanglaufen und ein Spezialöl transportieren. Die Spiegel lenken die Sonnenstrahlen auf die Rohre und erhitzen das Öl auf eine Temperatur von beinahe 400 Grad.

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Unter Experten ist diese Art der Energieerzeugung als solarthermisches Kraftwerk oder auch Concentrated Solar Power (CSP) bekannt - weil sie nicht wie Solarzellen die Strahlen der Sonne direkt in Elektrizität umwandelt, sondern die Wärme der Sonne nutzt.

Vereinfacht gesagt, funktioniert die Technik so: Das brühend heiße Öl wird von den Spiegeln durch ein Rohrsystem bis zu einem kleinen Kraftwerk geleitet, wo es Wasser verdampft. Der Dampf treibt wiederum eine Turbine an, am Ende entsteht Strom.

Neu ist die Technologie nicht. Weltweit produzieren aktuell fast 20 Kraftwerke auf diese Weise Strom, manche seit den 80er Jahren und manche auch mit Türmen, die das Licht der Spiegel einfangen.

Allerdings ist Shams 1, im Südwesten des Emirats Abu Dhabi gelegen, mit 100 Megawatt Leistung (Kohlemeiler haben die zehnfache Kapazität) aktuell das größte Kraftwerk der Welt, das mit den gebogenen Spiegeln funktioniert. Seit März vergangenen Jahres speist es Strom in das Netz von Abu Dhabi ein.

Große Pläne für WüstenstromDas alles für sich genommen wäre nicht sonderlich spektakulär, wenn mit der Technik nicht immer noch große Hoffnungen verbunden wären. Vor einigen Jahren wollte die deutsche Desertec-Initiative mit dieser Art Kraftwerken Europa von Afrika aus mit Strom versorgen. Der aktuelle Wirtschafts- und Energieminister Sigmar Gabriel (SPD) bezeichnete die Idee in einer Rede 2007 als "bahnbrechend" (hier als PDF).

Zu dieser Zeit liefen auch die Planungen für Shams 1. Und tatsächlich waren die Spiegelreihen damals die günstigste Art, um Sonnenenergie zu produzieren. Aber in den vergangenen Jahren kämpfte die Technik um ihr Überleben.

Als die Planer in Abu Dhabi - ein Zusammenschluss der staatlichen Masdar-Initiative, des französischen Ölkonzerns Total und des spanischen Unternehmens Abengoa - Shams 1 im Jahr 2006 konzipierten, war die Technik sehr viel billiger als Photovoltaikanlagen. Spiegelkraftwerke schienen eine goldene Zukunft zu haben.

In den Jahren darauf brachen wegen der steigenden Solarzellen-Produktion in China die Preise für Photovoltaikanlagen aber drastisch ein.

Weltweit wurden Projekte für solarthermische Kraftwerke wie in Shams auf Eis gelegt und stattdessen Solarzellen installiert - Abu Dhabi aber machte weiter. Als Shams 1 ans Netz ging, waren Baukosten in Höhe von rund 600 Millionen Dollar angefallen.

Und obwohl die Anlage auf das Jahr gerechnet mit rund 210 Gigawattstunden Strom - was genügt, um die Stadt Stuttgart mit Elektrizität zu versorgen - mehr produziert als erwartet, ist die Energie teuer.

Kraftwerk kann rund um die Uhr laufenWie teuer, darüber schweigen die Projektpartner. Pro Kilowattstunden sollen es aber mehr als 25, vielleicht sogar mehr als 30 Dollar-Cent sein (zwischen 18 und 22 Euro-Cent), die das Emirat den Betreibern als Abnahmepreis über 25 Jahre zugesichert hat. Selbst im sonnenarmen Deutschland ist Solarenergie aus Photovoltaikanlagen aktuell schon für etwa ein Drittel dieser Kosten zu haben. Hinzu kommt, dass Strom in Abu Dhabi subventioniert ist und für Haushalte nur 4 Dollar-Cent pro Kilowattstunde kostet. Shams 1 ist für das Emirat also ein gigantisches Minusgeschäft.

Ob man die Entscheidung zum Bau heute noch einmal so fällen würde? Der Chefingenieur Abdulaziz Al Obaidli beantwortet die Frage mit einem entschiedenen "Ja". Denn die Technik habe viele Vorteile, sagt er.

Der größte Vorteil sei, dass das Kraftwerk "rund um die Uhr Strom produzieren kann". Denn der 400 Grad heiße Wasserdampf, den das Öl aus den Rohren in einem Wärmetauscher erzeugt, wird zusätzlich mit Erdgas auf rund 550 Grad erhitzt. Das erhöht den Wirkungsgrad in der Turbine, die den Dampf in Strom umwandelt, um fast 50 Prozent. "In der Nacht, wenn keine Sonne scheint, können wir die Anlage auch vollständig mit Gas betreiben", sagt Al Obaidli.

Ein Spiegelkraftwerk in Spanien kommt sogar ganz ohne Erdgas aus. Dort lagert die Hitze des Öls in einem unterirdischen Speicher für die Nacht. Shams ist also keine reine Solaranlage sondern ein Mix-Kraftwerk.

Und auch am Tag haben die Spiegel Vorteile. Denn auf dem 2,5 Quadratkilometer großen Gelände folgen sie automatisch dem Lauf der Sonne. So produziert das Kraftwerk den ganzen Tag mit voller Kraft. Auch einzelne Wolkenbänder unterbrechen den Stromfluss nicht.

Herausforderungen in der WüsteBei Photovoltaik-Anlagen dagegen, wie sie in Deutschland stehen, fließt am Mittag der meiste Strom. Schiebt sich eine Wolke am Himmel entlang, bricht der Stromfluss ab.

Shams 1 mit seinen 80 Mitarbeitern ist deshalb, wie Al Obaidli sagt, ein vollwertiger Ersatz für Kohle- oder Atomkraftwerke, die ebenso stetig Strom liefern können. Der Vergleich mit den aktuell billigeren Photovoltaikanlagen sei deshalb falsch.

Der Ingenieur verschweigt aber auch die Probleme nicht, die sich beim Bau der Anlage auftaten. "Wir haben hier leider wenig Wasser, viel Wind und viel Staub", sagt er.

Kraftwerke wie Shams brauchen eine starke Sonneneinstrahlung und sind deshalb für Wüsten wie in Abu Dhabi perfekt geeignet. Für weniger sonnengesegnete Länder wie Deutschland dagegen weniger.

In Wüsten aber fehlt für gemeinhin das Wasser, das für die Stromerzeugung in der Turbine gebraucht wird und zum Abkühlen des Dampfes am Ende des Prozesses. Die Ingenieure mussten daher ein aufwendiges Kühlsystem entwerfen, bei dem meterdicke Rohre den Dampf in eine riesige Halle auf Stelzen transportieren, wo ihn Ventilatoren abkühlen. Auch das verbraucht Energie, Wasser geht in dem Prozess allerdings kaum verloren.

Den Wind wiederum, der Sand in die Anlage getragen und sie nach einigen Jahren Stück um Stück begraben hätte, hält jetzt eine mehr als zwei Meter hohe Mauer ab. Als die rund 2000 Arbeiter die Spiegel installierten, hatten Böen die glänzenden Sonnenfänger noch regelmäßig verbogen.

Um zu verhindern, dass der Staub, der sich dennoch auf die Spiegel legt, die Leistung nicht beeinträchtigt, fahren zwei Mal in der Woche Reinigungstrucks durch die Reihen. Ein Roboterarm am Truck rubbelt die Reflektoren mit vier Bürsten wieder sauber.

Derzeit läuft die Anlage reibungslos und in den Tagesstunden beinahe das ganze Jahr auf Volllast. Trotz dieser Vorteile, ist es aber noch lange nicht ausgemacht, dass sich die Technik im großen Stil durchsetzt. Das Problem ist immer noch der Preis.

Auf den ersten Blick scheint die Technik zwar ziemlich einfach - in Wahrheit aber ist sie durchaus komplex.

Senkt die Produktion in China die PreiseSo sind die Stahlrohre, die das Öl an den Spiegeln entlang transportieren, mit Glas ummantelt. Zwischen dem Metall und dem Glass befindet sich wiederum ein Vakuum, so dass bei der kilometerlangen Übertragung keine Hitze verloren geht. In den Spiegeln steckt Silber und teures Kupfer.

Dennoch hält Al Obaidli es für wahrscheinlich, dass die Kosten in den kommenden Jahren noch deutlich sinken. Er kommt gerade aus Marokko, wo nahe der Wüstenstadt Ouarzazate ein Kraftwerk entsteht, das Spiegelstrom für unter 20 Dollar-Cent liefern soll. Die Baukosten für die vorerst 160 Megawatt starke Anlage sollen bei rund 800 Millionen Dollar liegen.

Noch weiter senken könnten die Kosten billigere Werkstoffe für die Spiegel, die sich künftig noch besser nach der Sonne ausrichten und Materialien, die das Öl in den Rohren ersetzen. So wird beispielsweise flüssiges Salz in den Rohren so heiß, dass Erdgas als Wärmehelfer verzichtbar wird. Erste Projekte, die Salz als Wärmeträger testen, laufen schon.

Genauso wichtig wie der technische Fortschritt könnte aber eine weitere Entwicklung sein: Zahlreiche chinesische Unternehmen wollen demnächst in die Großproduktion der Einzelteile für Solarthermiekraftwerke einsteigen. Das könnte die Preise, ähnlich wie bei der Photovoltaik, noch einmal senken. In Shams lieferten Deutsche Unternehmen noch ungefähr 80 Prozent der Komponenten.

Wo die Kosten in einigen Jahren liegen, hat die Internationale Organisation für Erneuerbare Energien (Irena) aktuell berechnet. Sie geht davon aus, dass der Preis für eine Kilowattstunde Strom aus Spiegelkraftwerken wie in Shams 2020 auf fast 15 Dollar-Cent sinken könnte.

Die Experten des Center for American Progress (CAP), eines US-Think-Tanks, gehen sogar noch weiter. Sie meinen, die Kosten könnten bis 2025 um rund 50 Prozent sinken. Dann wäre die Technik durchaus konkurrenzfähig zu neuen Kohle- oder Gaskraftwerken.

In etwas mehr als zehn Jahrn könnte das Spiegelkraftwerk in der Wüste also nicht mehr als teures Zuschussgeschäft gelten - sondern als mutiges Pionierprojekt.

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