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Solarthermie stellt das von Dürre geplagte Kalifornien vor Herausforderungen
Kaliforniens ehrgeiziges Ziel, bis 2030 ein Drittel seines Stroms aus erneuerbaren Energiequellen zu beziehen, wird im trockensten Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen getestet, als Teil einer mehrjährigen Dürre, die die Wasserversorgung ernsthaft belastet. Der Landesplan setzt stark auf Solarthermie, aber diese Art von Solarstrom verbraucht typischerweise auch riesige Mengen an Wasser.
Trocknerleistung : Im solarthermischen Kraftwerk Ivanpah in einer kalifornischen Wüste wird ein Turm mit geballtem Sonnenlicht aus Tausenden von Spiegeln beleuchtet.
Die Dürre zwingt die Entwickler von solarthermischen Kraftwerken bereits zu alternativen Kühlkonzepten, um den Wasserverbrauch zu senken. Dies wird sowohl die Kosten erhöhen als auch die Stromproduktion verringern, insbesondere in den Sommermonaten, wenn die Stromnachfrage hoch ist. Mehrere Forschungsgruppen im ganzen Land entwickeln Möglichkeiten, diese Kosten zu senken und Leistungseinbußen zu vermeiden.
Solarthermische Kraftwerke verwenden große Spiegelfelder, um Sonnenlicht zu konzentrieren und Wasser zu erhitzen, wodurch Dampf erzeugt wird, der Kraftwerksturbinen antreibt. Versorgungsunternehmen mögen sie, weil ihre Leistungsabgabe viel weniger variabel ist als der Strom von Solarzellenbänken (siehe BrightSource treibt eine weitere massive Solarthermieanlage voran und schärfere Computermodelle ebnen den Weg für mehr Windkraft).
Die Nachteile sind, dass solarthermische Anlagen große Mengen an Abwärme erzeugen und viel Wasser für die Kühlung verbrauchen, die in der Regel durch Verdunstung von Wasser erfolgt. Solarthermische Kraftwerke können doppelt so viel Wasser verbrauchen wie fossil befeuerte Kraftwerke, und ein kürzlich vorgeschlagenes Solarthermieprojekt hätte etwa 500 Millionen Gallonen Wasser pro Jahr verbraucht.
Eine Technologie namens Trockenkühlung, die seit etwa 10 Jahren in Kraftwerken Einzug hält, kann diesen Wasserverbrauch um 90 Prozent senken. Anstatt Wasser zu verdampfen, um die Anlage zu kühlen, hält die Technologie das Wasser in einem geschlossenen System. Während es das Kraftwerk kühlt, erwärmt sich das Wasser und zirkuliert dann durch riesige, achtstöckige Kühltürme, die ähnlich wie der Kühler in einem Auto funktionieren.
Trockenkühltechnik kostet zweieinhalb bis fünfmal mehr als herkömmliche Verdunstungskühlsysteme. Und das funktioniert an heißen Tagen nicht gut und zwingt Kraftwerksbetreiber manchmal, die Stromproduktion zu drosseln. Im Sommer kann dies die Stromproduktion um 10 bis 15 Prozent senken, sagt Jessica Shi , ein technischer Programmmanager am Electric Power Research Institute. An extrem heißen Tagen kann die Stromproduktion sogar noch weiter reduziert werden.
Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems besteht darin, das Kühlsystem zu überdimensionieren, damit es auch an heißen Tagen genügend Kühlleistung liefern kann. Diesen Ansatz verfolgen die Entwickler des neuen kalifornischen Solarthermie-Kraftwerks Ivanpah, das kurz vor dem Produktionsstart steht (siehe Weltgrößtes Solarthermie-Kraftwerk liefert erstmals Strom). Aber es erhöht die Kosten eines bereits teuren Systems.
Mehr als ein Dutzend Forschungsgruppen, die vom Electric Power Research Institute und der Nationale Wissenschaftsstiftung entwickeln Wege, um die aktuellen Probleme mit der Trockenkühltechnik zu vermeiden. Ein Projekt verwendet ein konventionelles Verdunstungskühlsystem, fängt jedoch den Wasserdampf auf, um ihn wiederzuverwenden. Andere arbeiten daran, die Effizienz von Trockenkühltürmen zu verbessern, damit sie kleiner und kostengünstiger gebaut werden können. Ein dritter Ansatz besteht darin, Nanopartikel in der Kühlflüssigkeit zu verwenden, um ihre Fähigkeit, Wärme zu absorbieren, zu verbessern. Und neue Designs, die die Luftzirkulation verbessern, könnten die Größe und Kosten von Kühltürmen reduzieren.
Die Dürre und die Wasserknappheit in Kalifornien werden die Kosten für Solarthermie erhöhen, aber sie werden die Verbreitung der Technologie wahrscheinlich nicht zum Stillstand bringen. Trockenkühlung kostet zwar weit mehr als konventionelle Wasserkühlung, macht aber einen relativ kleinen Teil der Gesamtkosten einer Anlage aus – etwa fünf Prozent von etwa 2 Milliarden US-Dollar.