Flüssiges Salz macht Stromerzeugung aus solarthermischen Kraftwerken billiger

© DLR e.V.

Köln - Solarthermische Kraftwerke nutzen konzentriertes Sonnenlicht, um zunächst Wärme und dann Strom zu erzeugen. Mit einem effizienteren Wärmeträger können Forschende die Kosten für den Solarstrom deutlich senken.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit der portugiesischen Universität Évora und europäischen Industriepartnern eine solarthermische Testanlage aufgebaut. Es ist die weltweit erste Anlage, die mit flüssigem Salz statt mit Thermo-Öl als Wärmeträger arbeitet. Doch das Handling ist eine Herausforderung.

Solarthermische Testanlage in Portugal funktioniert mit Salz als Wärmespeicher
Solarthermische Kraftwerke kommen heute bereits in sonnenreichen Regionen wie Spanien, den USA oder Chile zum Einsatz. In diesen Anlagen wird das Sonnenlicht gebündelt und erhitzt einen Wärmeträger. Mit Hilfe der so erzeugten Wärme wird dann Wasserdampf produziert, der anschließend wie in einem konventionellen Kraftwerk eine Turbine antreibt, die mit einem Generator verbunden ist. Um die Technologie solarthermischer Anlagen weiter voranzutreiben und wettbewerbsfähiger zu machen, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit der portugiesischen Universität Évora eine neuartige Testanlage in Betrieb genommen.

Die Évora Molten Salt Platform (EMSP) befindet sich in der östlich von Lissabon gelegenen Stadt Évora und arbeitet als eine der weltweit ersten Anlagen mit flüssigem Salz statt Thermo-Öl als Wärmeträger. Die offizielle Einweihung fand am 28. April 2022 in Anwesenheit von Vertreterinnen und Vertretern der Projektpartner sowie der portugiesischen und deutschen Regierung statt.

Flüssiges Salz senkt Stromerzeugungskosten um bis zu 20 Prozent
Flüssiges Salz als Wärmeträger in solarthermischen Kraftwerken kann bis zu einer Temperatur von 565 Grad Celsius eingesetzt werden. Bei Thermo-Öl liegt die Grenze bei 400 Grad Celsius. Der höhere Temperaturbereich von flüssigem Salz hat den entscheidenden Vorteil, dass die Umwandlung von Sonnen- in Wärmeenergie und schließlich Strom dann effizienter abläuft. Solarthermische Kraftwerke mit Flüssigsalz könnten laut DLR so Strom um bis zu 20 Prozent günstiger bereitstellen.

Technologisch ist der Einsatz von Flüssigsalz allerdings eine Herausforderung. Insgesamt zirkulieren in den Rohrleitungen und Tanks der Testanlage rund 88 Tonnen Salz und das muss konstant über dem Schmelzpunkt und damit flüssig gehalten werden. Je nach Salzsorte verflüssigt sich das Salz erst zwischen 130 und 240 Grad Celsius. Erstarrt das Salz, kann dies die Komponenten beschädigen und die Anlage stilllegen. Die Forschenden vom DLR-Institut für Solarforschung haben deshalb alle Komponenten und das gesamte System speziell darauf ausgelegt, die Temperaturen hoch und immer sicher über dem Schmelzpunkt zu halten. Eine elektrische Heizung sorgt zudem dafür, dass beim erstmaligen Befüllen und während des Betriebs der Anlage das Salz nicht erstarrt.

Solarthermische Kraftwerke können auch nachts Strom produzieren
Das Testsolarfeld der EMSP hat eine Gesamtleistung von 3,5 Megawatt. Die vier hintereinander geschalteten Parabolrinnen-Kollektoren bilden einen sogenannten Kollektor-Loop, das kleinste Grundelement. Für kommerzielle Anlagen würden 50 bis 100 solcher Kollektor-Loops miteinander verbunden, um die benötigte Energie bereitzustellen.

Aktuell sind die Kosten für Strom aus Solarthermie höher als aus Fotovoltaik. Allerdings haben solarthermische Kraftwerke aufgrund ihres integrierten Wärmespeichers einen entscheidenden Vorteil, denn sie funktionieren auch nachts. Damit sind sie eine der bisher wenigen Optionen, um erneuerbare Energie konstant und regelbar bereitzustellen. In entsprechend sonnenreichen Gebieten könnten sie deshalb in Zukunft zur Sicherung der Grundlast beitragen – als nachhaltige Alternative zu Gas-, Kohle- oder Kernkraftwerken.

Über das Forschungsprojekt Projekt High Performance Solar 2
Das DLR-Institut für Solarforschung leitet das Konsortium und hat die Planung, konzeptionelle Auslegung und Qualifizierung des Kollektorenfelds verantwortet. Zudem begleitet es den wissenschaftlichen Versuchsbetrieb. Die Universität Évora ist Eigentümerin der Testanlage Évora Molten Salt Platform und unterstützt Aufbau sowie Betrieb der Anlageninfrastruktur mit Betriebspersonal und wissenschaftlichen Mitarbeitenden. Zu den Industriepartnern zählen die Unternehmen TSK Flagsol, YARA, Rioglass, Steinmüller Engineering, eltherm und RWE.

Das Forschungsprojekt HPS2 (High Performance Solar 2) wird vom deutschen Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), dem portugiesischen FCT – Fundação para a Ciência e Tecnologia und dem Programa Operacional Regional do Alentejo gefördert.