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Solarthermische Kraftwerke

Künftig werden in Regionen mit starker direkter Sonneinstrahlung immer mehr solarthermische Kraftwerke (CSP) zum Einsatz kommen. Unterschieden werden linienfokussierende Systeme,  wie Parabolrinnen- und Fresnel-Anlagen und punktfokussierende Systeme, wie solare Turmkraftwerke. Solarthermische Kraftwerke mit thermischen Speichern können das Netz stabilisieren und kostengünstige, elektrische Energie gezielt bereitstellen. Dazu müssen sie jedoch selbst in der Lage sein, hochflexibel gefahren zu werden. Schwerpunkte der Forschung sind deshalb die Entwicklung neuer und die Verbesserung bestehender Komponenten und Systeme, insbesondere von Solarturmanlagen und linienfokussierenden Systemen, letztere vor allem mit Salzschmelze oder anderen Hochtemperaturfluiden als Wärmeträger.

So sollen innovative Kollektorkonzepte entwickelt werden mit präzisen und kostengünstigen Antrieben, höherer Reflektivität und verbessertem Feldlayout. Thermische Speicherkonzepte sollen eine bessere Lade- und Entladedynamik, einen erweiterten Temperaturbereich sowie eine höhere Speichereffizienz aufweisen. Ziel aller Forschungsarbeiten ist es, die Stromgestehungskosten solarer Kraftwerke deutlich zu senken.

Solarthermische Kraftwerke sind komplexe Systeme, die aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten unterschiedlicher Hersteller bestehen. Damit sie zuverlässig die erwarteten Erträge liefern, müssen Komponenten- und Subsystemeigenschaften definiert und Messverfahren entwickelt und standardisiert werden, mit denen diese überprüft werden können. Nur wenn solche Standards für Mess- und Prüfverfahren zur Verfügung stehen, kann die Qualität konkurrierender Produkte verglichen werden. Dies erhöht die Transparenz und Zuverlässigkeit der Systeme und senkt durch einen höheren Wettbewerbsdruck die Komponenten- und Subsystemkosten sowie den Planungsaufwand.

Um die deutschen Exportmöglichkeiten zu optimieren, sollen Integrationskonzepte für solarthermische Kraftwerke und Wärmespeicher im Verbund mit anderen erneuerbaren Energiequellen entwickelt werden. Das Ziel ist eine planbare, bedarfsgerechte Bereitstellung von Strom und Wärme. Schwerpunkt der Forschung ist die Entwicklung von technologieübergreifenden Konzepten und Pilotprojekten, um das Zusammenwirken unterschiedlicher Erneuerbare-Energien-Technologien mit Strom- und Wärmespeichern zu untersuchen und zu optimieren.

Darüber hinaus kann die Bereitstellung von Mittel- und Hochtemperaturwärme für industrielle Prozesse, solare Kühlung sowie Nah- und Fernwärme künftig eine deutlich größere Rolle spielen. Hier stehen Speicherung, Integration und Anpassung an die Anforderungen der industriellen Prozesse im Vordergrund.

Die Lade- und Entladedynamik der thermischen Speicher muss bei der Konzeptentwicklung und Integration betrachtet werden. Die Erweiterung von solarthermischen Kraftwerken um Power-to-Heat-Systeme zur Einkopplung und Speicherung von volatilem Wind- und Photovoltaik-Strom steht dabei im Fokus.

In Zukunft sollen innovative digitale Technologien dazu beitragen, Strom aus solarthermischen Kraftwerken kostengünstiger und noch zuverlässiger zu erzeugen, die Abhängigkeit von Design- und Bedienungsfehlern zu reduzieren sowie Planungs- und Bauzeiten zu verkürzen. So können IT-basierte integrale Planungsverfahren zur Vereinfachung, Verkürzung und Optimierung bei Bau und Inbetriebnahme beitragen. Des Weiteren soll der Einsatz von digitalen Fertigungsmethoden stärker untersucht werden. So könnten additive Herstellungsverfahren die Kosten für Heliostaten, Kollektoren oder Receiver deutlich senken. Mit moderner Datenverarbeitungstechnik sollen zukünftig große Datenmengen schnell erfasst und analysiert werden (Big Data).

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