Energiegewinnung durch Solarthermie

Ein Vortrag von Maximilian Pfennig

Zur Veranstaltung „Ingenieurhydrologie“ SS-2013Prof. Dr. rer. nat. M. Koch,

Institut für Geotechnik und Geohydraulik,Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie,

Universität Kassel

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Gliederung1. Einleitung

2. Grundlagen

• Was ist Solarthermie• Desertec Foundation

3. Solarthermische Kraftwerke

• Kraftwerkstypen• Parabolrinnenkraftwerk• Wärmespeicher• Innovation

4. Zukunft mit Solarthermie-Strom

5. Quellen

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„Im Jahre 2050 bräuchte die Menschheit 3 Erden, um ihren

Ressourcenverbrauch zu decken“Prognose von DF

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Was ist Solarthermie?

• Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare thermische Energie

• Die Energie der Sonnenstrahlung wird eingefangen und mit dem Prinzip eines Wärmetauschers in nutzbare thermische Energie wie Warmwasser oder mit weiteren Verfahren in Strom umgewandelt

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Desertec Foundation (DF)

• Stiftung mit Sitz in Berlin• Internationales Netzwerk von Politikern, Wissenschaftlern

und Ökonomen• Vision: Versorgung möglichst vieler Menschen mit EE-

Strom aus Wüstenregionen• Konzept: fast unerschöpfliche Energiequelle der Sonne zu

Strom umwandeln und verlustarm zu 90% der Weltbevölkerung transportieren

• „Etwa 1% der Wüstenfläche der Erde würde rein rechnerisch ausreichen, die ganze Menschheit mit Energie zu versorgen“

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Desertec-Konzept

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Solarthermische Kraftwerke

Parabolrinnenkraftwerk Solarturmkraftwerk

Fresnel-Kollektoranlagen Paraboloidkraftwerk 8

Funktionsweise der Kraftwerke

• Bündelung des einfallenden Sonnenlichts durch fokussierende Reflektorflächen

• Sammeln der Wärme:– Durch über die Fläche verteilte Absorber

(Parabol/Fresnel)– Durch punktuelle Konzentratoren

(Solarturm/Paraboloid)• Stromgewinnung aus der Wärme

durch dampferzeugende Systeme9

Funktionsweise der Kraftwerke

• Bündelung des einfallenden Sonnenlichts durch fokussierende Reflektorflächen

• Sammeln der Wärme:– Durch über die Fläche verteilte Absorber

(Parabol/Fresnel)– Durch punktuelle Konzentratoren

(Solarturm/Paraboloid)• Stromgewinnung aus der Wärme

durch dampferzeugende Systeme10

Technische Daten

Parabolrinne Fresnel Solarturm Paraboloid

Leistung [MW] 5-200 5-200 5-200 5-200

Einsatz Dampfturbine Dampfturbine Dampfturbine Gasturbine

Receiver Absorberrohr Absorberrohr Rohrbündel Rohrbündel

Wärmeträger Thermoöl Dampf Luft, Salz, Dampf

Luft, Helium, Wasserdampf

Wirkungsgrad [%]

15-20 14-19 15-20 16-23

Betriebstemp. [°C]

400 500 1000-1300 900-1200

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Parabolrinnenkraftwerk

Funktionsweise:• Gewölbte Spiegel bündeln

Sonnenlicht in einem Absorberrohr

• Thermoöl im Absorberrohr erhitzt auf bis zu 400°C

• Wärmetauscher nimmt Energie auf

• Wasser verdampft• Turbinen laufen• Strom fließt

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1. Parabolrinnenkraftwerk in Marokko

• Geplanter Betrieb Ende 2015• Kollektorfläche 180.000 qm• Kapazität 160 MW • Strommenge: 370.000 MWh (ca. 120.000 Haushalte)• Kosten: 700.000.000 €

13Beispielhafte Abbildung

Wärmespeicher

• Thermische Energiespeicher ermöglichen 24h-Betrieb des Kraftwerks

• Flüssiges Nitritsalz wird auf bis zu 400°C erhitzt u. ermöglicht verlustarm zu speichern

• Einspeisung von Wasser -> Wasserdampf• Siloförmige Wärmespeicher

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Innovation

• Junge Technologie – Potenzial vorhanden– Wirkungsgrad von momentan 15-20% steigern– Thermoöl durch flüssige Salze ersetzen, höhere

Temperaturen möglich– Direkt-Verdampfung in Parabolrinnenkollektoren

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Zukunft mit Solarthermie-Strom

• „Etwa 1% der Wüstenfläche der Erde würde rein rechnerisch ausreichen, die ganze Menschheit mit Energie zu versorgen“

• Grundlastfähige Energiequelle• Desertec Projekt: 17% der EU-

Energieversorgung aus Afrika (im Jahre 2050)• Problematik: Die afrikanische Bevölkerung

wird kaum davon profitieren

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Quellen• Desertec.org• http://www.klimaschutz.com/e125/e174/e176/Trieb_CSP_07-

englisch.pdf• Spiegel.de• Wikipedia• http://www.greenpeace-magazin.de/magazin/archiv/6-11/desertec/• http://www.hs-ansbach.de/fileadmin/bachelor/Energie-

_und_Umweltsystemtechnik/Bilder/Solarthermische_Kraftwerke_1_.pdf

• http://www.wiwo.de/unternehmen/energie/solarthermische-kraftwerke-waermespeicher-macht-solarenergie-konkurrenzfaehig/5531546.html#

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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