Solarthermische Kraftwerke nutzen im Gegensatz zur Photovoltaik die bei der Absorption der Sonnenstrahlung entstehende Wärme zur Dampferzeugung für den Antrieb von Generatoren. Bei Parabolrinnen-Kraftwerken konzentrieren große Spiegel mit parabelförmigem Querschnitt (30.2) das Licht auf ein Rohr in der Brennlinie. Kollektoren stehen in langen Reihen nebeneinander, viele parallele Reihen bilden das gesamte Solarkollektorfeld. Die einzelnen Kollektoren drehen sich um ihre Längsachse und folgen so dem Lauf der Sonne. Durch das Absorberrohr wird temperaturbeständiges Öl gepumpt, das durch die konzentrierte Sonnenstrahlung auf ca. 400 °C aufgeheizt wird. Die Energie wird in einem Dampfkraftwerk zur Stromerzeugung genutzt. Der Wirkungsgrad dieser Kraftwerke liegt im Sommer bei etwa 20 %. Bei Solarturm-Kraftwerken reflektieren mehrere hundert Spiegel, die um einen Turm angeordnet sind, das Sonnenlicht auf einen Absorber an der Spitze des Turmes. Die Spiegel werden computergesteuert der Sonne nachgeführt. Im Absorber wird Wasser oder ein anderer Wärmeträger erhitzt und schließlich Dampf für die Stromproduktion erzeugt (31.1). Untersuche, überlege, forsche: Erneuerbare Energien 31.1 S3 Vergleiche die pro Jahr auf die Erde einfallende Sonnenenergie mit dem jährlichen Energiebedarf der Menschheit. Ziehe deine eigenen Schlüsse aus diesem Vergleich. 31.2 S3 Informiere dich über die Herstellung von Solarzellen. Bewerte, wie lange es ungefähr dauert, bis die zur Erzeugung der Solarzellen aufgewandte Energie zurückgewonnen ist. Das Stromnetz der Zukunft Bisher wurde elektrischer Strom nur in wenigen Kraftwerken erzeugt und von dort an die Kunden verteilt. In Zukunft werden viele Menschen selbst Strom erzeugen (mit Windrädern, Solaranlagen usw.) und die nicht selbst benötigte Energie ins öffentliche Stromnetz einspeisen, d. h. verkaufen. Die Einspeisung an tausenden Stellen des Stromnetzes, die Verteilung der Energie, die Sicherung der Netzstabilität sowie die Abrechnung der eingespeisten und der genutzten Energie stellen die Betreiber von Stromnetzen vor neue Probleme. Daher sollen künftig in einem intelligenten Stromnetz (engl. smart grid) Stromerzeuger, Verbraucher und Speicher nicht nur Strom, sondern auch Informationen austauschen können (31.2). Es gibt nur wenige Möglichkeiten, überschüssige elektrische Energie für die spätere Nutzung zu speichern. In Pumpspeicherkraftwerken wird mittels Strom Wasser in einen höher gelegenen Stausee gepumpt. In Zeiten höheren Bedarfs wird das Wasser durch Turbinen geleitet und seine potentielle Energie mit Hilfe eines Generators wieder in elektrische Energie umgewandelt. Batteriespeicherkraftwerke dienen der Netzstabilisierung und der Speicherung von überschüssiger Energie. Auch die Erzeugung von Methan, also von künstlichem Erdgas, durch Überschussstrom („Power to gas“) oder die Verwendung der Batterien von Elektroautos, die zum Aufladen ans Stromnetz angeschlossen sind, als Energiespeicher wird diskutiert. 31.1 Solarturmkraftwerke PS10 und PS20 nahe Sevilla (Spanien) 31.2 Das intelligente Stromnetz soll künftig Stromanbieter und -kunden verbinden. Überschüssiger Strom wird zu anderen Kunden geleitet oder in Pumpspeicherkraftwerken zwischengespeichert. Auch die Batterien von Elektroautos, die zum Aufladen am Stromnetz hängen, werden als Zwischenspeicher genutzt. Solarzellen öffentliches Stromnetz Speicherbatterien Elektroauto Wechselrichter Hausverteiler Haustechnik und Geräte öffentliches Stromnetz bis Wechselrichter Niederspannung zum Hausverteiler und Geräten Gleichspannung vom Solarpanel 31.3 In Kidston, Australien, wird eine alte Goldmine in eine riesige Batterie verwandelt. Die alte Mine wird zum unteren Reservoir umfunktioniert. Das Wasser kann bei Bedarf in das obere neu konstruierte Reservoir hochgepumpt werden. Die Energie dazu liefern Photovoltaik-Analgen (im Bild im Hintergrund zu sehen) und in Zukunft auch Windkraftwerke. Riesige „Solar-Batterie“ in Australien In Kidston, Australien, wird eine alte Gold-Mine in eine riesige Batterie umgewandelt. Die alte Mine wird mit Wasser aufgefüllt und zu einem Pump-Speicherkraftwerk umfunktioniert. Rund um die alte Mine sollen Photovoltaikanlagen und Windkraftwerke errichtet werden. Die bereitgestellte Energie aus Photovoltaik und Wind kann bei Bedarf dazu verwendet werden Wasser vom unteren in das obere Reservoir zu pumpen. In Zeiten von höherem Energiebedarf kann das Wasser vom oberen in das untere Reservoir abgelassen werden und mittels Turbinen in elektrische Energie umgewandelt werden. Das Pumpspeicherkraftwerk soll eine Leitung von 250 MW erreichen und kann somit ca. 150 000 Haushalte mit nachhaltiger Energie versorgen. Die Turbinen werden von einer österreichischen Firma geliefert. 31 Energie 2 Energieversorgung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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