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Aufgabe

Parabolrinnenkraftwerk

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Artikel aus der Süddeutsche Zeitung vom 25.09.2003- Bilder ergänzt

Lies den folgenden Zeitungsartikel durch und beantworte die am Schluss gestellten Fragen.

In Südspanien sollen die ersten solarthermischen Großkraftwerke Europas entstehen

von Wolfgang Roth

Von Anbeginn der Menschheitsgeschichte bis heute leiten sich alle nutzbaren Energiequellen von der Sonne ab – mit zwei Ausnahmen: Atomkraft und Erdwärme. Sonneneinstrahlung steht hinter Luftströmungen und Wasserkreisläufen; sie sorgt über die Photosynthese für das Wachstum der Biomasse; Kohle, Erdöl und Erdgas schließlich sind in frühen Erdepochen entstandene Rückstände von Pflanzen und Tieren, die durch geologische Prozesse umgewandelt wurden, also gespeicherte Sonnenenergie. Diese Quelle noch viel direkter zu nutzen, ist die große Herausforderung – liefert die Sonne doch ein X-Faches von dem auf die Erde, was die Menschheit für ihre Energieversorgung braucht. >Einigermaßen verbreitet ist hier zu Lande die Technik, über Kollektoren das Brauchwasser der Häuser zu erhitzen oder die Sonnenenergie mit Hilfe von photovoltaischen Zellen in elektrischen Strom zu verwandeln. Vor allem die Stromgewinnung ist (noch) teuer und liefert einen nur bescheidenen Ertrag: Das 100 000-Dächer-Programm der Bundesregierung wird am Ende gerade mal 0,05 Prozent des Strombedarfs in Deutschland abdecken. Noch immer erzeugen die neun Parabolrinnen-Kraftwerke in Kalifornien etwa die Hälfte des weltweit erzeugten Solarstroms. Bei dieser Technik fangen Parabolspiegel die Wärme auf und konzentrieren sie auf ein Absorberrohr, in dem eine synthetische Flüssigkeit auf 400 Grad aufgeheizt wird; über Wärmetauscher wird mit der aufgenommenen Energie in einem Kraftwerksblock Dampf erzeugt, der konventionelle Turbinen antreibt.

Amerika, du hast es besser? Das muss nicht mehr lange so gelten, denn schon Anfang 2004 könnten in Europa die ersten beiden solarthermischen Groß-Kraftwerke in Bau gehen, und zwar dort, wo die Sonne noch ergiebiger strahlt als in Deutschland. Die Firma Solar Millenium im fränkischen Erlangen ist guter Dinge für das lange geplante Projekt in der andalusischen Provinz Granada: zwei Blöcke mit jeweils 624 Kollektoren auf einer Fläche von 200 Hektar, insgesamt 200 000 Parabolspiegel, die den Raum von 22 Fußballfeldern einnehmen.

Jedes Kraftwerk ist auf eine Leistung von 50 Megawatt ausgelegt und soll damit soviel Strom produzieren, wie eine Stadt mit 180 000 Einwohnern verbraucht. Möglich wurde das durch die Entscheidung der spanischen Regierung, eine ausreichende Vergütung für das Einspeisen des Solarstroms ins Netz vorzusehen. Vorbild ist das deutsche Gesetz zur Förderung erneuerbarer Energien, das allerdings auf kleine, dezentrale Anlagen abhebt.Für Parabolrinnen-Kraftwerke bietet der Sonnengürtel der Erde ein ideales Einsatzfeld. Die besten Bedingungen herrschen auf der Arabischen Halbinsel, in Nord- und Südafrika, im Nahen und Mittleren Osten, auf dem Indischen Subkontinent, in Mittel- und Südamerika und Südeuropa. Weil in etlichen Regionen riesige unbesiedelte Flächen zur Verfügung stehen, träumen die Planer schon von Anlagen, die auf eine Leistung von bis zu 500 Megawatt ausgelegt sind. Die Planer, das sind zwei Dutzend Mitarbeiter von Solar Millennium und der angeschlossenen Firma Flagsol, die sich als weltweite Marktführer in der Entwicklung dieser Technik verstehen. Es ist ihnen gelungen, die Kosten für solche Anlagen zu senken, wie der Einsatz neuer Komponenten in einem alten kalifornischen Kraftwerk gezeigt hat.

Verbundnetz bis Nordafrika
Andalusien also ist der Ort, an dem das Referenzobjekt dieses Jahrzehnts entstehen könnte. Die Verträge mit den spanischen Bauträgern stehen kurz vor dem Abschluss. Dass im Herbst die endgültige Baugenehmigung erteilt wird, daran zweifelt in Erlangen niemand. Vorstandsmitglied Henner Gladen rechnet damit, dass in der 18-monatigen Bauphase pro Kraftwerk 600 Arbeiter beschäftigt werden, für den späteren Betrieb im Marquesado-Tal, Landkreis Aldeire, werden ungefähr 50 benötigt. Wenn im Jahr 2006 die Kollektoren zum erstenmal Strom erzeugen, dann ist der größte Teil der Gelder geflossen. Man rechnet bei Solar Millennium, das sich bisher überwiegend mit dem Geld seiner Aktionäre und staatlichen Forschungsmitteln finanzierte, mit einem Investitionsvolumen von 380 Millionen Euro. Viel Geld, aber es wird mit einiger Sicherheit nicht in den Sand gesetzt. Als im heißen spanischen Sommer die Klimaanlagen an den Netzkapazitäten zehrten, war dies just ein Zeitraum, in dem die Solarthermie verstärkt zur Abfederung der Spitzenbelastung hätte beitragen können. Wichtiger ist aber, dass die Kollektorenfelder in Andalusien als Referenzobjekte dienen können. Gerade in den gut bestrahlten Regionen Nordafrikas und des Nahen Ostens entfaltet diese Technik ihre Vorzüge. Anders als konventionelle Kraftwerke ist sie nicht auf Kühlwasser angewiesen, im Gegenteil: Mit der Abwärme lasst sich noch Meerwasser entsalzen. Terroristische Anschläge könnten an der Anlage großen Schaden anrichten, er bliebe aber auf sie beschränkt. Noch sprudeln die Erdölquellen, aber der Zeitpunkt ist absehbar, an dem sie versiegen. Die Vorräte zu strecken, wird nach und nach zum Gebot der Vernunft. Ist es utopisch, auf ein Verbundnetz zu setzen, das weit hinein in den afrikanischen Kontinent reicht? Manfred Fischedick (Wuppertal-Institut) und Joachim Nitsch (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) entwickeln eine solche Perspektive in ihrem Buch „Nach dem Ausstieg: Zukunftskurs erneuerbare Energien“. Ihnen erscheint es weder ökonomisch noch ökologisch sinnvoll, wenn jedes Land unabhängig vom Ertrag nur auf seine heimischen Quellen baut. Es komme darauf an, erneuerbare Energie dort auszunutzen, wo sie den höchsten Gewinn einbringt: Solarstrom, wo die Sonne reichlich scheint; Windstrom, wo der Wind heftig bläst; Wasserkraft, wo viel Wasser zu Tal stürzt; Erdwärme, wo sie am leichtesten verfügbar ist. Dies alles eingespeist in ein über Europa hinaus gespanntes Netz könnte einseitige Abhängigkeiten abbauen und für ein gleichmäßigeres Angebot innerhalb der erneuerbaren Energiequellen sorgen.

a)Zeichne die Fläche des Kraftwerks in den Stadtplan.

b)Gib an, mit wie viel Watt elektrischer Leistung der Betreiber pro m2 rechnet.

c)Gib an, mit wie viel Kilowattstunden Verbrauch pro Einwohner am Tag der Autor rechnet, wenn man bedenkt, dass ein solches Kraftwerk etwa 8 Stunden pro Tag betrieben werden kann. Vergleiche diese Zahl mit dem mittleren jährlichen Stromverbrauch pro Einwohner, der im EU-Schnitt 6500 kWh beträgt.

d)Bewerte die folgende Aussage: "Anders als konventionelle Kraftwerke ist sie nicht auf Kühlwasser angewiesen, im Gegenteil: Mit der Abwärme lasst sich noch Meerwasser entsalzen."

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a)\(200\,\rm{ha}\) sind \(2\,\rm{km}^2\), also zwei der mit feinen blauen Linien eingerahmten Suchquadrate.

b)Der Betreiber rechnet mit \(\frac{50\,\rm{MW}}{200\,0000\,\rm{m}^2}=25\,\rm{\frac{W}{m^2}}\) elektrischer Leistung.

c)Gelieferte Energie pro Tag: \(50\,000\,\rm{kW}\cdot 8\,\rm{h}=400\,000\,\rm{kWh}\).
Energie pro Einwohner: \(\frac{400\,000\,\rm{kWh}}{180\,000} = 2{,}2\,\rm{kWh}\) pro Tag und Einwohner.
Der EU-Schnitt ist \(\frac{6500\,\rm{kWh}}{365\,\rm{d}}=17{,}8\,\rm{kWh}\) pro Tag und Einwohner.
Die Angaben des Artikels sind also geschönt.

d)Um bei einem Wärmekraftwerk, und auch das Parabolrinnenkraftwerk ist ein Wärmekraftwerk vernünftige Wirkungsgrade bei der Turbine zu erreichen, muss der Wasserdampf nach der Turbine gekühlt werden, wie in der Zeichnung auch ersichtlich. Wenn man zu dieser Kühlung Meerwasser verwendet, ändert dies nichts an der Tatsache, dass Kühlwasser benötigt wird. Das Heranpumpen des Meerwassers, der die Spiegel eintrübende Salznebel und der beim Entsalzen des Meerwassers entstehehende Salzabfall sind ebenfalls umweltbeeinflussende Faktoren.