Projekt-Cluster

Hybridkraftwerke

Forschungsansatz: Sonne und Gas kombinieren

Mit einem Solarturmkraftwerk in Südspanien haben Forscher den Prozess demonstriert. Bild: DLR

Hybridkraftwerke kombinieren verschiedene Energieträger – so kann die fluktuierende Erzeugung aus erneuerbaren Energien ausgeglichen und bedarfsgerecht produziert werden. Forscher erwarten ein hohes Marktpotenzial für solare Hybridkraftwerke -  eine Kombination von Gas- und solaren Dampfprozessen. Die Forschung und Entwicklung solarthermischer Turmkraftwerke mit solar-hybrid befeuerten Gasturbinen wurde in einem Systemtest erfolgreich auf der Plataforma Solar de Almeria (PSA, Spanien) demonstriert.

Solare Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke gelten als die derzeit effizientesten solaren Kraftwerke. Die Voraussetzung für den hohen Wirkungsgrad beim Umwandeln von Solarstrahlung in Strom ist deren direkte Einkopplung in die Gasturbine. In solarhybriden Gas- und Dampf-Kraftwerken wird die Luft zum Antrieb der Gasturbine teils mit Solarstrahlung, teils mit Erdgas, erhitzt.

Ein solches Kraftwerk besteht aus Heliostaten, Turm, Strahlungsempfänger (Receiver) und Kraftwerksteil. Die Solarstrahlung wird, nachdem sie durch die vielen Heliostate etwa 1000-fach konzentriert wurde, im Receiver absorbiert. Dabei erhitzt sie die Luft, die den Receiver durchströmt. Je höher die Lufttemperatur ist, die so erreicht wird, umso weniger Brennstoff wird noch benötigt, um die Luft weiter auf die erforderliche Turbineneintrittstemperatur aufzuheizen.

Das Schema illustriert das solarhybriden Turbinen-System. Bild: DLR

Ein wesentlicher Vorteil dieser Systeme besteht darin, dass durch das Zufeuern von (fossilen) Brennstoffen die geforderte Kraftwerksleistung zu jedem Zeitpunkt sicher bereitgestellt werden kann, auch nachts oder bei bewölktem Himmel. Außerdem kann der Betrieb auch ohne den zusätzlichen Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) erfolgen, indem biogene Brennstoffe anstelle von Erdgas zum Zufeuern eingesetzt werden. Seine erste Bewährungsprobe hat ein derartiges System im kleinen Maßstab bereits bestanden. Auf der Solarturm-Testanlage PSA in Almeria, Spanien, wurde ein Receivercluster, bestehend aus drei Receivermodulen, eingebaut und getestet. Die solar erhitzte Luft wurde einer Gasturbine mit einer Leistung von 230 Kilowatt Energie (kWel) zugeführt. In diesen Tests wurden bis zu 60 Prozent des Brennstoffs durch solare Energie ersetzt. Dabei wurden im Receiver Lufttemperaturen bis 1.030°C erreicht. Das Zusammenspiel zwischen Gasturbine und Receiver erwies sich als problemlos. Durch die Umstellung auf Biodiesel als Brennstoff wurde erfolgreich ein CO2-neutraler Betrieb demonstriert, weil nicht mehr CO2 frei wird, als bei der pflanzlichen Produktion des Biodiesels gebunden wurde. 2009 begann mit dem Bau eines solarhybriden Gasturbinen-Kraftwerks bei Sevilla ein Forschungsprojekt im 5-Megawatt-Maßstab.

Weitere Infos

Prinzip der solaren Gasturbine. Bild: DLR
Kombination aus Gas- und solarem Dampfprozess Bild: DLR