Sonnenenergie auch nachts nutzen

Dr. Jürgen Weinerth

Innerhalb von sechs Stunden empfängt die Erde mehr Energie von der Sonne, als alle Menschen zusammen in einem Jahr verbrauchen. Dieses Potenzial machen sich solarthermische Kraftwerke schon seit vielen Jahren zunutze. Das Problem bei den bisherigen Anlagen ist, dass diese nur bei Sonneneinstrahlung funktionieren. Bei der neuen Technologie wird das Kraftwerk um das Thermal Energy Storage System (TES-System) ergänzt, das mithilfe von Salzschmelze die Energie speichern kann.

Das solarthermische Kraftwerk Andasol 3 wird in Granada in unmittelbarer Nähe zu den bereits bestehenden Kraftwerken Andasol 1 und 2 errichtet. Mit einer Solarfeldfläche von 510 120 m², 70mal so groß wie ein Fußballfeld, wird Andasol 3 eine Gesamtleistung von 50 MW erreichen. Zusammen erzeugen die drei Andasol-Kraftwerke umweltfreundlichen Strom für rund eine halbe Million Menschen und sparen rund 450 000 t Kohlendioxid pro Jahr ein. Das von der deutschen Firma Solar Mille-nium entwickelte Parabolrinnen-Kraftwerk wird nach ca. zweieinhalb Jahren Bauzeit Anfang 2011 in Betrieb gehen. Vier Chemie-Tauchpumpen des Typs GVSO mit der Baugröße 250/355 des Spezialpumpenherstellers Friatec – Division Rheinhütte Pumpen sind das Herzstück des TES-Systems und somit einer der wichtigsten Bestandteile des solarthermischen Kraftwerkes.

In dem Parabolrinnenkraftwerk wird das Sonnenlicht über Spiegelanordnungen konzentriert. Im Brennfleck bzw. der Brennlinie befindet sich ein Strahlungssammler, ein sogenannter Receiver, in welchem durchfließendes Thermoöl auf ca. 380 °C erhitzt wird. Das Kraftwerk Andasol 3 ist zusätzlich mit einem Wärmespeicher ausgestattet, um noch bis zu 6 h nach Sonnenuntergang Strom produzieren zu können. Damit ist in den Sommermonaten ein nahezu 24-stündiger Betrieb des Kraftwerks möglich. Die als Wärmespeichermedium verwendete Salzschmelze nimmt dabei tagsüber einen Teil der Wärme des Thermoöls über einen Wärmetauscher auf und gibt bei Wolken oder nach Sonnenuntergang die Wärme wieder ab. Als Teil dieser Wärmespeicheranlage werden pro Tank zwei vertikale Pumpen GVSO 250/355 auf einem speziellen Stahlgerüst über dem Tank montiert und über einen flexiblen Kompensator an diesen gekoppelt, da sich der Tank während der Salzbefüllung mit steigender Temperatur (flüssiges Salz bis 380 °C) um bis zu 100 mm vertikal und horizontal ausdehnen kann. In den 14 m hohen und 36 m im Durchmesser großen Tanks befinden sich insgesamt 28 500 t Salz (Flüssigsalzgemisch aus 60 % Natriumnitrat und 40 % Kaliumnitrat), die von den Tauchpumpen gefördert werden.

Die Chemietauchpumpen haben eine Länge von 17,5 m. Drehzahlgeregelte 450 kW starke Motore ermöglichen eine optimale Anpassung des Betriebspunkts an die jeweiligen Anforderungen der Anlage bei bestmöglichem Wirkungsgrad. Während des Betriebs werden die Pumpen permanent mit einem Monitoringsystem überwacht um unerwartete Pumpenausfälle zu vermeiden, somit ist eine hohe Verfügbarkeit und Betriebssicherheit gewährleistet. Als Konstruktionswerkstoff kommt hochwarmfester ferritischer Stahlguss zum Einsatz. Es ist darauf zu achten, dass alle verwendeten Materialien einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, um Wärmespannungen zu verhindern. Auch die Auswahl der Materialpaarung für die mediumgeschmierten Gleitlager basiert auf langjährigem Know-how.

Die Pumpen werden Mitte 2010 ausgeliefert und vor Ort installiert. Sie verfügen über ein service- und wartungsfreundliches Konzept, das kurze Stillstandzeiten garantiert. So können zum Beispiel die Wälzlager mithilfe eines separaten Lagergehäuses ausgetauscht werden, ohne dass die Pumpe aus dem Tank ausgebaut werden muss. Sollte der Ausbau trotzdem einmal nötig sein, ist dies ohne Demontage der Druckleitung möglich, da der Druckflansch bei dieser Konstruktion über die Aufsetzplatte hinaus verlängert wurde.

Die vertikalen Tauchpumpen GVSO, die in dieser zukunftsträchtigen Hochtemperaturanwendung zum Einsatz kommen, haben sich bereits seit über 40 Jahren in traditionellen Salzschmelzeanwendungen bewährt. Eine ähnliche 17 m lange Vertikalpumpe wurde bereits 2006 nach Schweden in eine Schwefelsäureanlage ausgeliefert und fördert dort 160 °C heißen flüssigen Schwefel in einem Verladeterminal.

Salzschmelzen werden bereits seit vielen Jahren vor allem in großtechnischen chemischen Anlagen in einem Temperaturbereich von 230 bis 450 °C zur Wärmeübertragung eingesetzt. Bei besonderen Anwendungen erreichen die Temperaturen auch 560 °C. Dabei erfordert die Herstellung der Pumpen für Hochtemperaturanwendungen ein hohes Maß an Abstimmung zwischen Konstruktion, Werkstoff und intelligenter Anlagentechnik. So werden in einer Testanlage, dem Archimede-Projekt auf Sizilien, bereits heute diese hohen Temperaturen auch in solarthermischen Kraftwerken realisiert.

Im Standardprogramm stehen 20 Baugrößen mit bis zu fünf Stufen, Förderleistungen bis zu 3000 m³/h und Tauchtiefen bis 17 500 mm zur Verfügung. Natürlich bieten Sonderkonstruktionen angepasst auf die jeweilige Anwendung maximale Flexibilität in der Planungsphase.

Für Friatec erschließt sich durch die solarthermischen Kraftwerke ein zukunftsträchtiges Geschäftsfeld, denn die Prognosen für diese Art der Energieerzeugung sind äußerst positiv. Nach Voraussagen der Internationalen Energie Agentur (IEA) wird der globale Energiebedarf bis 2030 um 50 % steigen. Diese Entwicklung bedeutet eine weitere Gefährdung der Versorgungssicherheit und der Umwelt sowie steigende Energiepreise. Somit nimmt auch das Interesse an erneuerbaren Energien in immer mehr Ländern zu. Bewährt sich die Technologie und ist man in der Lage, die Investitionskosten für die Gesamtanlage weiter zu senken, so hat der Solarstrom das Potenzial, mittel- und langfristig fossil befeuerte Kraftwerke abzulösen.

Online-Info www.cav.de/0210466