Solarwärme für Strom und Industrie: Fokus auf Innovationen im Bereich konzentrierte Sonnenenergie

Die Sonne könnte bis zum Jahr 2050 die weltweit größte Stromquelle vor fossilen Brennstoffen, Wind, Wasser und Atomkraft sein. Strom aus Solarthermie könnte insbesondere durch Systeme mit konzentrierter Sonnenenergie bis Mitte des Jahrhunderts über 10 % des Stroms weltweit liefern und die Emission um Milliarden Tonnen an CO2 jährlich senken. Dieser CORDIS Results Pack stellt einige der neuesten Forschungs- und Innovationsprojekte vor, welche die Entwicklung von konzentrierter Sonnenenergie stärken und die Verbreitung von Solarthermie fördern.

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© StockStudio Aerials, Shutterstock

Systeme für konzentrierte Solartechnologie bündeln mittels Spiegeln oder Linsen mit Nachführsystemen einen großen Bereich des Sonnenlichts auf einem kleinen Bereich. Grundsätzlich handelt es sich dabei um eine sehr einfache und sicherlich keine neue Idee. Der Legende nach setzte Archimedes römische Schiffe mithilfe eines riesigen, die Sonnenstrahlen bündelnden Spiegels in Brand, als diese seine Heimatstadt angriffen. Die Konzentrationstechnologie ist in vier optischen Typen verfügbar, nämlich als Parabolrinne, als Schüssel, als linearer Fresnel-Reflektor und als Solarturm.

Solarthermische Kraftwerke erzeugen indirekt Strom: Das konzentrierte Licht erwärmt eine Flüssigkeit. Der durch die erhitzte Flüssigkeit erzeugte Dampf treibt einen Generator an, der wiederum Elektrizität erzeugt. Die in Systemen mit konzentrierter Sonnenenergie verwendeten Solarkonzentratoren können auch beim industriellen Heizen oder Kühlen von Prozessen eingesetzt werden. Oft kann überschüssige Wärmeenergie (Wärme) in Tanks oder bestimmten Materialien gespeichert und auf Abruf zur Stromerzeugung verwendet werden.

EU-Unterstützung für konzentrierte Sonnenenergie

Im Rahmen des EU-Förderprogramms Horizont 2020 für Forschung und Innovation wurden im Zeitraum 2014-2020 fast 6 Milliarden EUR für die nichtnukleare Energieforschung durch die gesellschaftliche Herausforderung ‚Sichere, saubere, effiziente Energie‘ bereitgestellt. Die Energieherausforderung unterstützt besonders den Übergang zu einem zuverlässigen, nachhaltigen und wettbewerbsfähigen Energiesystem.

Die Projekte in diesem Results Pack haben sich dieser Energieherausforderung erfolgreich gestellt und konzentrieren sich auf Technologien, die zur Kostensenkung und Leistungssteigerung von solarthermischen Kraftwerken beitragen. Ihre Ziele stehen im Einklang mit dem Europäischen Strategieplan für Energietechnologie (SET-Plan), insbesondere dem Umsetzungsplan für konzentrierte Sonnenenergie, mit dem die weltweite Führungsrolle der EU im Hinblick auf CO2-arme Technologien beibehalten (oder in einigen Fällen wiedererlangt) werden soll.

Neun glänzende Forschungs- und Innovationsprojekte

Dieser CORDIS Results Pack umfasst eine Mischung aus Forschungs-, Demonstrations- und Markteinführungsmaßnahmen zur Förderung der Entwicklung konzentrierter Sonnenenergie in Europa für die Stromerzeugung sowie das Heizen oder Kühlen bei industriellen Prozessen. Alle werden sie durch das Rahmenprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unterstützt.

CAPTure konzentrierte sich auf ein hocheffizientes Kraftwerkskonzept, das mehrere Türme, Heliostaten und vor allem kombinierte Gas- und Dampfturbinenzyklen verbindet. Diese neue Konfiguration maximiert die Gesamteffizienz, Zuverlässigkeit und den bereitstellbaren Betrieb von Anlagen mit konzentrierter Sonnenenergie. Eine weitere Maßnahme, HyCool, stellte ein kostengünstiges und einfach zu installierendes lineares Fresnel-System vor, das an die Kühl- und Heizanforderungen der Industrie angepasst werden kann.

Außerdem gibt es noch MOSAIC, bei dem feste, kugelförmige Konzentratoren zum Einsatz kommen, bei denen keine Nachführsysteme zum Bündeln von Licht erforderlich sind. Im Gegensatz zu ihren mobilen Pendants reflektieren sie das Sonnenlicht auf einen Solarempfänger, ohne sich jemals zu bewegen. MUSTEC schlug konkrete Lösungen vor, um die Markthindernisse zu überwinden, die den Einsatz von Kooperationsprojekten im Bereich konzentrierter Sonnenenergie behindern.

Indessen verwendete NEXT-CSP fluidisierte Kristallpartikel als Wärmeübertragungs- und Speichermedium als Alternative zu Schmelzsalzen. Auf ähnliche Weise demonstrierte PEGASUS ein innovatives Konzept, bei dem Schwefel in Verbindung mit einem neuen, rotierenden und zylindrischen Empfänger über längere Zeiträume mehr Sonnenenergie speichern kann.

ORC-PLUS demonstrierte ein innovatives thermisches Energiespeichersystem, das für mittelgroße Anlagen mit konzentrierter Sonnenenergie optimiert ist. SOLPART hat eine Technologie entwickelt, die Wärme für eine Vielzahl industrieller Prozesse liefern kann, einschließlich der Verarbeitung von Kalk sowie anderen nichtmetallischen Mineralien. Schließlich schlug WASCOP eine ganzheitliche Lösung vor, die zur Reduzierung des Wasserverbrauchs sowie der leichteren Wasserbewirtschaftung in Anlagen mit konzentrierter Sonnenenergie führen soll.