Fans der konzentrierenden Solarenergie haben im Laufe der Jahre einen Sturm der Kritik überstanden, aber der Traum stirbt einfach nicht. Sie sprechen von einer 100-Megawatt-Anlage, die rund um die Uhr Strom liefern kann, genau wie ein Kernkraftwerk, aber auch ohne den Risikofaktor und den ausgefallenen Preis. Das ist viel verlangt, aber das US-Energieministerium hat sich an eine neue keramikbasierte Technologie gewöhnt, die die Ware liefern könnte.
Die Höhen und Tiefen der konzentrierenden Solarenergie
Für diejenigen unter Ihnen, die neu in diesem Thema sind, verwenden konzentrierende Solarkraftwerke keine herkömmlichen Photovoltaikmodule, um Sonnenenergie zu sammeln. Stattdessen setzen sie ein Feld spezialisierter Spiegel ein, die das Sonnenlicht auf einen zentralen Punkt reflektieren. Die Sonnenenergie erwärmt einen Vorrat an speziellem Öl oder geschmolzenem Salz, das dann zu einem Kraftwerk geleitet wird, wo es eine Turbine antreiben kann.
Wenn das teuer, ineffizient und kompliziert klingt, kann es sein. Trotzdem hat sich die konzentrierende Solarenergie anderswo auf der Welt durchgesetzt. Der Vorteil liegt darin, dass das energieaufnehmende Medium, ob Öl oder Salz, gleichzeitig als eingebauter Energiespeicher fungiert, sodass die Turbinen noch lange nach Sonnenuntergang weiterdrehen können.
Hier in den USA Fuß zu fassen, ist eine andere Sache. Die Obama-Administration präsentierte eine Gruppe von fünf CSP-Anlagen im Südwesten, aber das Programm stieß bei Privatinvestoren nicht auf großes Nachfolgeinteresse.
Die Energieabteilung kehrte 2015 zum Reißbrett zurück und entwickelte ein Programm namens CSP: Apollo. Das Programm zielt darauf ab, neue Technologien und Systeme zu identifizieren, die einen Hochtemperaturbetrieb ermöglichen können, der als mehr als 720 °C definiert ist, wobei die Idee dahintersteht, dass höhere Temperaturen zu Effizienzsteigerungen bei gleichzeitiger Kostensenkung führen können. Das offizielle Ziel ist ein Wirkungsgrad von mindestens 50 % thermisch-elektrisch, was das Energieministerium als „dramatisch effizienter als die aktuelle Technologie“ beschreibt.
Ein seltsamer Trick könnte die Konzentration von Solarenergie ermöglichen: Keramik
Seltsamerweise unterstützte die Trump-Administration weiterhin die Forschungs- und Entwicklungsarbeit des Energieministeriums zu Hochtemperatur-Solarenergie, trotz des oft wiederholten Versprechens des ehemaligen Präsidenten, Kohlearbeitsplätze zu retten und auch zu versuchen, mehr Arbeitsplätze in der Kernenergie zu schaffen.
In Trumps erstem Amtsjahr CleanTechnica bekam Wind von einem Artikel des Energieministeriums, in dem die Vorteile von CSP-Anlagen gepriesen wurden. Der Artikel erwähnte etwa 62 Millionen Dollar an Finanzierung für ein neues Programm namens CSP-Systeme der Generation 3und da wird es interessant.
Gen 3 CSP konzentriert sich auf die Identifizierung neuer Hochtemperaturtechnologien, die sich im Labormaßstab bewährt haben, und deren Zusammenbau zu Systemen, die unter verschiedenen Bedingungen im Feld getestet werden können.
„Dazu gehört die Entwicklung einer Testanlage, die es verschiedenen Teams aus Forschern, Labors, Entwicklern und Herstellern ermöglicht, wichtige technologische Risiken für die CSP-Technologie der nächsten Generation zu beseitigen und die Senkung der Stromgestehungskosten (LCOE) für durch CSP erzeugten Strom zu ermöglichen auf 6 ¢/kWh oder weniger, ohne Subventionen, bis zum Ende des Jahrzehnts“, erklärt das Energieministerium.
Bis 2018 begannen einige der neuen CSP-Projekte der 3. Generation mit der Überquerung des CleanTechnica regelmäßig Radar, einschließlich eines innovativen „Falling Particle“-Systems auf Basis von Schwerkraft und Keramik, das von den Sandia National Laboratories entwickelt wurde. Außerdem konnten wir mit den Experten über ein weiteres Projekt sprechen, bei dem es um neue Legierungen für Hochtemperatur-CSP-Anlagen geht.
Ein neuer Morgen für CSP
Ein weiterer Schwerpunkt des Energieministeriums ist das CSP-Venture Heliogen von Bill Gates, das 2019 aus dem Stealth-Modus ausbrach, mit dem Ziel, bei 1.000 Grad Celsius zu arbeiten.
Als wir das letzte Mal bei Heliogen eincheckten, war Heliogen gerade dabei, sein CSP-System zu installieren, um die Emissionen in einer Bormine in Kalifornien zu reduzieren.
Das war im Jahr 2021. Wenn Sie aktuelle Neuigkeiten zu dem Projekt haben, schreiben Sie uns eine Nachricht im Kommentarthread. Unterdessen sieht es so aus, als würde das Sandia National Laboratory ins Rennen gehen. Letzte Woche gab das Energieministerium bekannt, dass es Sandia für eine Auszeichnung in Höhe von 25 Millionen US-Dollar für den Bau, das Testen und den Betrieb ausgewählt hat ein neues CSP-System in der National Solar Thermal Test Facility der Agentur in Albuquerque, New Mexico.
Das neue konzentrierende Solarstromsystem gipfelt in einer Gesamtfinanzierung von 100 Millionen US-Dollar für Hochtemperatur-CSP. Es wird die Falling Particle Technology von Sandia präsentieren, die bei Temperaturen über 800 °C betrieben werden kann.
„Diese Partikel können verwendet werden, um Wärme zu übertragen und zu speichern oder eine Turbine für überkritisches Kohlendioxid (sCO2) anzutreiben. Bei Erfolg könnte diese Art von Solarkraftwerk 100 Megawatt Leistung kontinuierlich rund um die Uhr zu geringen Kosten liefern“, freute sich das Energieministerium und fügte hinzu, dass ihr Strom-plus-Speicher-Ziel 5 Cent pro Kilowattstunde beträgt.
Warten Sie, welche Partikel?
DOE stapelte den Partikelansatz im Vergleich zu anderen Systemen und identifizierte mehrere entscheidende Vorteile.
„Nach dieser Überprüfung stellte das DOE fest, dass partikelbasierte Systeme im Vergleich zu flüssigkeits- und gasbasierten Systemen weniger Komponenten benötigen und weniger komplex zu betreiben sind“, erklärten sie. „Außerdem benötigen partikelbasierte Systeme relativ wenige teure Materialien, um thermische Energie zu sammeln und zu transportieren. Diese Faktoren könnten die Anlagenverfügbarkeit und -zuverlässigkeit erhöhen und einen einfacheren Anlagenbau und eine einfachere Inbetriebnahme ermöglichen.“
Das DOE wies auch darauf hin, dass die partikelbasierte Technologie dazu beitragen könnte, Industrien zu dekarbonisieren, die neben der Stromerzeugung auf eine hohe Prozesswärme von mehr als 800 °C angewiesen sind.
Die Partikel selbst basieren auf Aluminiumoxid und haben einen Durchmesser von nur 300 Mikrometern.
„Die erhitzten Partikel werden dann in einem isolierten Behälter gelagert, bevor sie einen Partikel-zu-Arbeitsflüssigkeit-Wärmetauscher durchlaufen. Das Arbeitsmedium des Wärmetauschers simuliert einen hocheffizienten Brayton-Zyklus unter Verwendung von überkritischem Kohlendioxid (sCO2) mit einer Austrittstemperatur von 720 °C“, erklärt DOE, „dann werden die gekühlten Partikel gesammelt und über ein Becherwerk oder einen Absetzkipper zurück zur Oberseite des Empfängers befördert.“
Das klingt immer noch kompliziert und teuer, ist es aber scheinbar nicht. Wenn Sie diese Sache mit überkritischem Kohlendioxid mitbekommen haben, ist das ein Teil des Grundes. Überkritisches Kohlendioxid (sCO2) ist die flüssige Form von CO2. Beim Einsatz zum Betrieb einer Turbine kann sCO2 für Effizienzgewinne und eine viel kompaktere Grundfläche sorgen, was zu geringeren Kosten führt.
Das Energieministerium geht davon aus, dass die Anlage zur Konzentration von Solarenergie mit fallenden Teilchen rund um die Uhr 100 Megawatt kostengünstige Energie liefern könnte.
Wenn private Investoren zuvor skeptisch gegenüber der Konzentration von Solarenergie in den USA waren, könnten sie ihre Meinung nach 2024 ändern, wenn das Sandia-System voraussichtlich in Betrieb gehen wird.
In der Zwischenzeit scheint Heliogen eine schwierige Phase durchzumachen, aber Anfang dieses Monats kündigte das Unternehmen einen neuen CEO, Christie Obiaya, an, der einen Plan hat, die Dinge umzukehren. Neben ihrer Erfahrung in der energiebezogenen Projektentwicklung ist Frau Obiaya Ingenieurin mit einem BS in Chemieingenieurwesen vom MIT.
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Foto (beschnitten): New Mexico wird ein neues konzentrierendes Solarkraftwerk zur Präsentation beherbergen Fallende Partikel-Technologiemit freundlicher Genehmigung des US-Energieministeriums.