Ein solarthermisches Kraftwerk oder solarthermisches Kraftwerk ist eine industrielle Anlage, die auf der Konzentration von Sonnenstrahlung basiert, um sie in elektrische Energie umzuwandeln.
Diese Kraftwerkstypen haben das gleiche Funktionsprinzip wie herkömmliche thermische Kraftwerke, jedoch mit dem Unterschied, dass die Wärmequelle nicht fossile Brennstoffe, sondern Solarenergie ist.
Solarenergie ist eine erneuerbare Energiequelle und damit eine Alternative zum Ausstoß von Treibhausgasen aus konventionellen Wärmekraftwerken.
Wie funktioniert ein solarthermisches Kraftwerk?
Der Betrieb von solarthermischen Kraftwerken basiert darauf, Wärme aus Sonnenstrahlung zu gewinnen und auf ein Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser, zu übertragen.
Um die Temperatur des Wassers auf die gewünschten hohen Werte anzuheben, muss die maximale Sonneneinstrahlung auf einen Punkt konzentriert werden. Auf diese Weise können Temperaturen von 300 ºC bis 1000 ºC erreicht werden, die der Dampferzeugung dienen. Je höher die Temperatur, desto höher die thermodynamische Leistung des solarthermischen Kraftwerks.
Die Ansammlung thermischer Energie wird genutzt, um Dampf zu erzeugen, der Dampfturbinen antreiben kann. Mit der Bewegung der Turbinen wird mechanische Energie auf die elektrischen Generatoren übertragen, um Strom zu erzeugen.
Konzentrationssysteme für Sonnenenergie
Das Einfangen und Konzentrieren der Sonnenstrahlen erfolgt durch Spiegel mit automatischer Ausrichtung, die auf einen zentralen Turm zeigen, in dem die Flüssigkeit erhitzt wird. Einige solarthermische Kraftwerke verwenden kleinere parabolische Geometriemechanismen wie Parabolrinnenkollektoren.
Der Satz aus der reflektierenden Oberfläche und ihrer Orientierungsvorrichtung wird als Heliostat bezeichnet.
thermodynamische Zyklen
In den Versuchsaufbauten werden mehrere thermodynamische Strömungen und Zyklen verwendet.
Die verwendeten Zyklen reichen vom Rankine-Zyklus (Einsatz in Kernkraftwerken, Kohlekraftwerken) bis zum Brayton-Zyklus (Erdgaskraftwerke).
Es wurden auch viele andere Varianten hergestellt, wie z. B. der Stirlingmotor. Die am häufigsten verwendeten Kreisläufe sind solche, die Solarthermie mit Erdgas kombinieren.
Wie hoch ist der Wirkungsgrad eines thermoelektrischen Kraftwerks?
Die Effizienz einer konzentrierenden Solarstromanlage hängt von folgenden Faktoren ab:
Die Technologie zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie.
Die Betriebstemperatur des Kühlkörpers.
thermische Verluste im System.
Das Vorhandensein oder Fehlen anderer Systemverluste
Neben der Umwandlungseffizienz fügt das optische System, das das Sonnenlicht konzentriert, auch zusätzliche Verluste hinzu.
Die maximale Umwandlungseffizienz für Systeme vom Typ „Power Tower“, die bei Temperaturen von 250–565 Grad Celsius betrieben werden, beträgt 23–35 %. Bei einer GuD-Turbine ist der Wirkungsgrad höher.
Der Wirkungsgrad von Dish-Stirling-Anlagen, die bei Temperaturen von 550-750 Grad Celsius (277 bis 477 Grad Kelvin) arbeiten, liegt bei etwa 30 %.
Aufgrund des unterschiedlichen Sonneneinfalls im Tagesverlauf entspricht der erzielte durchschnittliche Umwandlungswirkungsgrad nicht diesen maximalen Wirkungsgraden. Die jährliche Netto-Solar-Strom-Effizienz beträgt 7–20 % für Pilotturmsysteme und 12–25 % für Stirling-Dish-Systeme.
Welche Umweltauswirkungen verursachen thermische Solarkraftwerke?
Die Erzeugung elektrischer Energie durch ein solarthermisches Kraftwerk hat eine Reihe von Umweltauswirkungen, insbesondere bei:
Der hohe Wasserverbrauch.
Die großen belegten Flächen.
Die Verwendung von Gefahrstoffen.
Auswirkungen auf Vögel.
Wasser wird im Allgemeinen zum Kühlen und Reinigen von Spiegeln verwendet. Reinigungsmittel (Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Fluorwasserstoff, Aceton und andere) werden auch zur Reinigung von reflektierenden Oberflächen verwendet.
Einige Projekte untersuchen verschiedene Ansätze zur Reduzierung des Wasser- und Reinigungsmittelverbrauchs, einschließlich der Verwendung von Barrieren, Antihaftbeschichtungen auf Spiegeln, Wassernebelsystemen und anderen.
Auswirkungen auf Wildtiere und Vögel
Insekten können von hellem Licht angelockt werden, das durch konzentrierte Sonnenstrahlung verursacht wird. Das Ergebnis ist, dass insektenfressende Vögel nahe kommen und verbrannt werden können, wenn sie nahe an den Punkt fliegen, auf den das Licht fokussiert wird.
Dieses Problem betrifft auch die Greifvögel, die die Vögel jagen.
