Solar trifft Kohle

Experten des Electric Power Research Institute (EPRI), einer von der US-Stromindustrie getragenen Non-Profit-Forschungseinrichtung, wollen Sonnenergie verwenden, um klimaschädlichen Kohlekraftwerken eine bessere CO2-Bilanz zu verschaffen.

Anfang Februar startete das EPRI deshalb eine neunmonatige Studie mit einem Budget von 640.000 Dollar, die die Chancen der neuen Technik ausloten und dabei gleichzeitig erste Ansätze ermitteln soll, wie sich derart unterschiedliche Energieerzeugungsmodelle ingenieurtechnisch miteinander verbinden lassen. Die Forscher werden dazu die so genannte Solar-Wärme-Technik in zwei Kohlekraftwerke in New Mexico und North Carolina einbauen.

Die Kombination aus Sonnenkraft und fossilen Energieträgern ist keine vollständig neue Idee: Mehr als ein halbes Dutzend neuer und bestehender Erdgaskraftwerke in den USA werden derzeit mit Solar-Wärme-Technik geplant oder entsprechend umgebaut. Dabei wird zusätzlich Wärme durch ein Feld aus Spiegeln und Wärmesammelröhren generiert. Die Ergänzung bestehender Anlagen gilt als günstige Option, weil die benötigten Dampfturbinen bereits vorhanden sind. So sieht es etwa bei einem riesigen Erdgas- und Öl-Kraftwerk des Betreibers Florida Power and Light (FPL) im Martin County im US-Bundesstaat Florida aus: Dort begann der Bau eines Solar-Wärme-Kollektorfeldes mit 180.000 Spiegeln im Dezember 2008. Es wird eine Fläche von über 200 Hektar einnehmen. Würde die Anlage neu gebaut, müssten 30 Prozent der Kosten für den Kauf von Dampfturbinen einkalkuliert werden. Die sind hier bereits vorhanden.

Das FPL-Solarfeld soll bis zu 75 Megawatt der Gesamtkapazität von 3705 Megawatt liefern, indem sonnengenerierter Dampf in die Turbinen des Kraftwerks geleitet wird. Die Solarenergie reicht dabei allerdings nur dazu aus, Dampf zu ersetzen, der derzeit aus relativ ineffizienten Brennern kommt, mit denen Nachfragespitzen kompensiert werden.

Spezielle Solar-Erdgas-Hybrid-Anlagen, wie sie etwa von der Flagsol GmbH in Ägypten oder vom spanischen Solarentwickler Abengoa in Marokko und Algerien geplant werden, sollten die Effizienz noch deutlich steigern. Die thermische Energie aus den Sonnenkollektor-Feldern wird mit der aus den Gasturbinen kombiniert, um heißeren Dampf zu produzieren. Bei nachträglich umgebauten Erdgaskraftwerken oder Nur-Solar-Wärme-Anlagen erreicht der Dampf eine Maximaltemperatur von 400 Grad. Bei speziellen Hybrid-Kraftwerken sind hingegen 500 bis 550 Grad möglich. So laufen die Anlagen insgesamt deutlich effizienter.

Noch lohnen sich nachträglich umgebaute Anlagen allerdings nur teilweise. Der Grund: Die umgebauten Gas-Dampfturbinen, die die Zusatzwärme aufnehmen können, verlieren jedes Mal an Effizienz, sobald die Sonne untergeht – sie können dann nicht mehr unter Volllast laufen. Aus diesem Grund nutzen auch Solar-Gas-Hybrid-Anlagen die Sonnenwärme höchstens für 15 Prozent der produzierten Energiemenge.

Bei Kohlekraftwerken gäbe es das Effizienzproblem nicht, weil hier sowieso die Hauptenergie über Dampfturbinen produziert wird. Geht die Sonne unter, kann die Kohlemenge, die in die Boiler gelangt, erhöht werden, um die gewohnte Hitze zu erhalten und die Dampfturbinen weiter mit Maximalkraft arbeiten zu lassen.

Paul Nava, Managing Director bei der Kölner Flagsol GmbH, die in Spanien ein 50-Megawatt-Solar-Wärme-Kraftwerk namens Andasol 1 baut, meint, dass die großen Kohlekraftwerke problemlos 200 bis 400 Megawatt an zusätzlicher Solarkraft produzieren könnten. Das würde den größten derzeit im Bau befindlichen Nur-Solar-Wärme-Projekten Konkurrenz machen und Photovoltaik-Anlagen um eine Zehnerpotenz überholen. Und dank der schlechten Klimagasbilanz der Kohle wäre auch das CO2-Einsparpotenzial hervorragend. FPL schätzt, dass die Menge an fossilen Brennstoffen, die durch die Sonnenkollektoren der Martin-County-Anlage eingespart werden, systemweiten CO2-Emissionen in Höhe von 2,75 Millionen Tonnen über die 30jährige Laufzeit entspricht. Soviel produzieren 18.700 Autos im Jahr. Würde man die Sonnenkollektoren jedoch bei einem Kohlekraftwerk anbringen, würde sich sogar die doppelte CO2-Menge einsparen lassen.

Cara Libby, Projektmanagerin für das Solar-Wärme-Hybrid-Projekt des EPRI, sagt, dass die CO2-Reduktion die Hauptmotivation hinter der neunmonatigen Machbarkeitsstudie sei. Man wolle eine kostengünstige Option für die beteiligten Industriepartner schaffen, damit diese die Vorgaben im Bereich der erneuerbaren Energien, die viele US-Bundesstaaten inzwischen verabschiedet haben, umsetzen könnten. Außerdem wolle man sich auf neue Bundesgesetze vorbereiten, die jeder emittierten Tonne CO2 einen Preis zuordnen werden.

Es gibt allerdings noch zwei große Vorbehalte: Die meisten Kraftwerke, egal ob sie mit Erdgas, Kohle oder einem anderen fossilen Brennstoff befeuert werden, besitzen nicht die Kombination aus Sonnenreichtum und einer flachen, offenen Fläche in der Nähe, auf der man ein Sonnenkollektorenfeld errichten könnte. "Häufig wird die Distanz zum Solar-Feld unterschätzt. Es gibt Vorschläge, bei denen es in zwei Kilometern Entfernung vom Kraftwerk liegt. Der Transport der Wärme über solche Distanzen ist aber sehr teuer", sagt Nava.

Und selbst solche Kraftwerksbetreiber, die ausreichend Platz und Sonne hätten, würden die Pläne wohl erst umsetzen, wenn die US-Regierung CO2-Emissionen aus Kohle endlich verteuere. Die Politik sei dazu aber noch nicht recht bereit. Doch erst dann gebe es eine genügend große Motivation, die billige Kohle durch die teurere Solar-Wärme zu ersetzen. "Die Integration ist sehr einfach. Es ist nur ein regulatorisches und politisches Problem", meint Nava.

Solar-Wärme-Entwickler sagen voraus, dass solche Projekte wie der Umbau von Kohlekraftwerken die noch junge Technik vorantreiben werden. "Sonnenkollektorfelder befinden sich noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium. Wenn es mehr Projekte gibt, gibt es bald auch mehr Ressourcen", sagt Nava. (bsc)