IEA Technology Roadmap Concentrating Solar Power (2010)

Technologiebeschreibung

Derzeit sind weltweit Kraftwerke mit konzentrierenden, solarthermischen Systemen (Concentrating Solar Power – CSP) mit einer elektrischen Gesamtleistung von 1 GW vor allem in den Vereinigten Staaten und Spanien aber auch China, Indien und Marokko installiert. Berücksichtigt man alle in Planung und Bau befindlichen Projekte, sind in naher Zukunft 15 GW Kraftwerksleistung zu erwarten.

Mittels Spiegel und Linsen wird die solare Einstrahlung gebündelt und von einem Wärmeträgermedium aufgenommen. Diese Wärme wird an einen Pufferspeicher abgegeben, welcher weniger verlustbehaftet ist als moderne elektrische Speichertechnologien. Je nach Speichergröße können dadurch bestimmte Lastspitzen gezielt oder Bandlast allgemein abgedeckt werden. Üblicherweise wird bei CSP Systemen die gewonnene Wärme vollständig zur Stromgewinnung verwendet. Dennoch ist für zukünftige Anwendungen die Auskopplung von Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus möglich.

Entwicklungspotential

Ein besonderes Potential werden CSP Systemen zur Energieversorgung von Städten nahe Wüstenregionen und in Kombination mit biogenen Brennstoffen zugesprochen. Bis 2020 sind rund 150 GW Anlagenkapazität zu erwarten, wobei die Kraftwerke sehr individuell ausgelegt sein werden. Je nach Anforderungen werden Speicherkapazitäten und Nachheiztechnologien stark variieren. Vor allem Spitzenlasten werden mit CSP Kraftwerken abgedeckt werden. Bis 2030 sind grundlastfähige CSP Kraftwerke zu erwarten. Eine höhere Temperaturbeständigkeit der verwendeten Materialien sowie Hochspannungsgleichstromübertragungsnetze werden die Entwicklung unterstützen, sodass über 330 GW Anlagenkapazität erreichbar sind. Bis 2050 sind rund 1.100 GW Anlagenkapazität zu erwarten, wobei die Kombinationsmöglichkeit zur gleichzeitigen Wasserstoff- oder Biogasgewinnung häufig ausgenutzt wird.

In Abbildung 1 ist die geographische Verteilung des möglichen solarthermischen Kraftwerkparks, der bis 2050 einen Ausbau von 4.800 TWh pro Jahr vorsieht, abgebildet.

Vor allem im Südwesten der USA, Afrika und Indien sind starke Zuwächse zu erwarten. CSP Systeme benötigen einen möglichst hohen Anteil an direkter Sonneneinstrahlung, wobei hohe Luftfeuchten und die damit resultierende Wolkenbildung diesen reduzieren. Somit sind vor allem Regionen innerhalb des 15. bis 40. Breitengrades interessant. Ebenso führen höhere Lagen aufgrund der geringeren Streuung der Solarstrahlung zu höheren Erträgen.  Die hierbei relevante Messgröße sind DNI (direct normal irradiance), die einen wesentlichen Einfluss auf die Gestehungskosten hat (Abbildung 2).

Deutliche Kostenreduktionen sind durch Massenfertigung entscheidender Anlagenkomponenten zu erwarten. Ebenso sinken spezifische Kosten bei größeren Anlagenkapazitäten. Spätestens 2030 werden CSP Kraftwerke kostenmäßig mit fossilen Grundlastkraftwerken konkurrieren können.

Forschungsmeilensteine

Wesentliche Meilensteine für die Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten im Bereich der CSP Systeme sind die direkte Dampfgewinnung und -nutzung, gestufte Wärmespeicherung, Hochtemperaturbeständigkeit der verwendeten Materialien sowie die kombinierte Gewinnung von Biogasen und Wasserstoff. 

Quelle

Im Volltext der Roadmap finden sich ein Überblick über den aktuellen Entwicklungsstand, ökologische und ökonomische Betrachtungen sowie detaillierte Aussagen zu Forschungsmeilensteinen und zielführenden Maßnahmen.