Wie gerne würde Cristiano Boura wieder mal am Strand spazieren gehen und seine Füße in warmen Sand stecken. Der Urlaubstraum kommt nicht von ungefähr, denn warmer Sand gehört zum Tagesgeschäft des Ingenieurs. In einem Labor des Solar-Instituts Jülich der Fachhochschule Aachen arbeitet er an einem Wärmespeicher, in dem künftig tonnenweise Sandkörner die Wärme aus Solarkraftwerken speichern sollen – für den Betrieb in der Nacht oder während Schlechtwetterphasen. „Sand ist billig und an den Standorten der Kraftwerke meist sogar im Überfluss vorhanden“, sagt Boura. In einem stählernen Laborbehälter lässt er die Sandkörner durch einen heißen Luftstrom rieseln. Dabei heizen sie sich auf. „Bei Bedarf kann dem Sand die Wärme mit einem kalten Luftstrom entzogen werden“, erklärt Boura.
Die Sandspeicher sind eine patentierte Idee von Forschern des Instituts für Technische Thermodynamik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart. „Die Nachfrage nach regenerativ erzeugtem Strom, der rund um die Uhr verfügbar ist, steigt“, sagt Rainer Tamme, Leiter der DLR-Abteilung Thermische Prozesstechnik. Denn Solarkraftwerke liegen nachts praktisch brach, während sie zur Mittagszeit mächtig Strom produzieren. Das kann die Stabilität der Stromnetze gefährden.
Eine Kombination aus Solarkraftwerk und Wärmebunker kann dagegen wie ein normales Kraftwerk Energie kontrolliert ins Netz speisen – ein riesiger Wettbewerbsvorteil. Denn Strom aus Photovoltaikkraftwerken oder Windparks lässt sich nicht so leicht zähmen. Die Verluste beim Speichern von Strom liegen zwischen 20 und 50 Prozent. Der Knackpunkt: Elektrische Energie muss zum Speichern zunächst in eine andere Energieform verwandelt werden – und später zurück in elektrischen Strom.
Das Interesse an thermischen Speichern für Solarkraftwerke ist jedoch erst in den letzten Jahren spürbar gewachsen. Daher sind erst wenige Technologien marktreif. Zurzeit gibt es bloß einen kommerziell genutzten Speichertyp. Er speichert Sonnenwärme in geschmolzenem Salz, das in zwei unterschiedlich temperierten Tanks lagert. Solche Tankkessel thronen neben den Parabolspiegeln der Solarkraftwerke Andasol 1 und 2 nahe dem südspanischen Granada. Mit den Parabolspiegeln wird tagsüber Sonnenlicht auf Rohre konzentriert, durch die ein Thermoöl strömt. Das Öl erhitzt sich dabei auf etwa +400 °C und erzeugt Wasserdampf, der eine Turbine antreibt. Ein Generator erzeugt Strom.
Ein Teil des Öls wird zum Speicher gepumpt und heizt dort eine relativ kühle Salzschmelze auf. Tagsüber wird diese in den anderen Tank gepumpt. Dabei nimmt sie über einen Wärmetauscher Energie aus dem solar gewärmten Öl auf und erhitzt sich. Mit diesem Speicherkonzept lassen sich bis zu acht Stunden Dunkelheit überbrücken. Doch die Wärmespeicherung in geschmolzenem Salz hat Tücken. Schon wenn eine Woche lang keine Sonne scheint, können sich die Salze bis zum Schmelzpunkt abkühlen und irreparable Schäden anrichten.
Cristiano Boura favorisiert deshalb Sand als Alternative zu den Salzspeichern. „Er eignet sich vor allem für Turmkraftwerke“, sagt er. Bei diesem noch jungen Kraftwerkstyp konzentrieren Spiegel das Sonnenlicht auf die Spitze eines Turms und produzieren dort rund +800 °C heiße Luft. Das energiegeladene Gasgemisch wird dem neuen Speicherkonzept zufolge seitlich in einen Wärmetauscher geblasen, der in dem Turm hängt. Gleichzeitig rieselt von oben Sand hindurch, heizt sich dabei auf und landet in einem Tank unten im Turm. In einem externen Wärmetauscher kann mit der gespeicherten Energie bei Bedarf Dampf für den Betrieb der Kraftwerksturbine erzeugt werden. Der auf gut +100 °C abgekühlte Sand wird in einem zweiten Tank gelagert. Allerdings müssen noch einige grundlegende Probleme gelöst werden. So suchen die Jülicher Solarforscher zurzeit nach Filtern, die genügend Luft hindurch, aber keinen Sand herauslassen. Das Filtermaterial muss hohen Temperaturen trotzen und zugleich so hart sein, dass es von den harten Sandkörnern nicht abgeschmirgelt wird. Am Feintuning von Sandkorngröße und Strömungsgeschwindigkeit arbeiten die Wissenschaftler ebenfalls noch. Andrea Hoferichter
Internet
DLR-Institut für Technische Thermodynamik: www.dlr.de/tt Solar-Institut der Fachhochschule Aachen:
www.fh-aachen.de/solar-institut.html Infos zum Solarturm der Stadtwerke Jülich:
www.solarturm-juelich.de/de
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