Zuverlässige Versorgung mit Sonnenenergie möglich

Konzentrierte Sonnenenergie wie sie in solarthermischen Kraftwerken zur Stromerzeugung genutzt wird, k?nnte k¨¹nftig einen bedeutenden Anteil unseres Energiebedarfs decken. Das zeigt eine neue Studie auf, die soeben in der Fachzeitschrift Nature Climate Change erschienen ist.

Ein Team von Forscherinnen und Forschern verschiedener Institutionen, darunter Wissenschaftler der ETH Z¨¹rich, haben das Potenzial von solarthermischen Kraftwerken mit Hilfe von Modellen berechnet und getestet. Sie ¨¹berpr¨¹ften diese Art der Stromerzeugung in vier Regionen der Welt mit grossen Trockengebieten: der USA (Mojavew¨¹ste), dem Mittelmeergebiet (Nordafrika), Indien und S¨¹dafrika (Karoo und Kalahari).

80 Prozent im Mittelmeerraum

Die Studie zeigt auf, dass solarthermische Kraftwerke (Concentrating solar power, kurz CSP) einen substanziellen Beitrag zum gegenw?rtigen Strombedarf leisten k?nnten. So k?nnte beispielsweise ein Verbund von solchen Kraftwerken im Mittelmeerraum bis zu 80 Prozent des Elektrizit?tsbedarfs decken. Die Stromkosten l?gen etwa gleich hoch wie heute diejenigen von Gaskraftwerken. ?Solarenergie-Systeme k?nnen in Zukunft etwa gleich viel Energie bereitstellen wie heutige konventionelle Kraftwerke, und das erst noch ohne die gegenw?rtigen Energiekosten zu ¨¹bersteigen?, fasst Stefan Pfenninger vom Imperial College London zusammen, der die Studie am Internationalen Institut f¨¹r Angewandte Systemanalyse (IIASA) in Laxenburg (A) leitete.

Anthony Patt, Mitautor und Professor f¨¹r Mensch-Umwelt-Systeme an der ETH Z¨¹rich, h?lt fest: ?Unsere Studie ist die erste, welche die Frage angeht, ob es m?glich ist, ein ¨¹berwiegend auf Sonnenenergie abgest¨¹tztes Stromnetz aufzubauen, das die Verbraucher dennoch zuverl?ssig w?hrend des ganzen Jahres und rund um die Uhr mit Strom versorgen kann.?

Geeignet, aber nicht ¨¹berall

Sie h?tten nun aufzeigen k?nnen, dass die Voraussetzungen f¨¹r den rentablen Betrieb eines CSP-Verbunds mit der Garantie sehr hoher Verf¨¹gbarkeit nur im Mittelmeergebiet und in S¨¹dafrika uneingeschr?nkt gegeben seien. In Indien und den USA ist es viel schwieriger f¨¹r CSP-Verbunde eine hohe Verf¨¹gbarkeit zu gew?hrleisten, da dort ?fter Wolken den Himmel bedecken w¨¹rden, auch wenn es mehrheitlich trocken sei. In diesen Gebieten m¨¹ssten bis zu f¨¹nfmal gr?ssere CSP-Systeme gebaut werden als in den beiden anderen Regionen. Dadurch w¨¹rde der Strom aber sehr teuer.

F¨¹r ihre Studie simulierten die Forschenden Bau und Betrieb von CSP in den vier genannten Regionen. In die Simulation flossen Wetterdaten, Kraftwerks-Standorte, Kosten und die Nachfrage nach Elektrizit?t ein.

Um den Klimawandel zu bremsen, setzen viele auf erneuerbare Energietr?ger wie Wind und Sonne. Ein grosses Problem beim Einsatz von Solarenergie im grossen Stil ist aber, dass die Sonne im Tages- und Jahresverlauf nicht immer gleich lange scheint. Die Energie muss deshalb irgendwie gespeichert werden. Bei der Photovoltaik (PV), bei der Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umgewandelt wird, ist dieses Problem besonders gross, weil Elektrizit?t schwierig zu speichern ist.

Sonnenenergie sinnvoll speichern

CSP verwenden die Sonnenenergie dazu, Wasser aufzuheizen und mit dem Dampf Turbinen anzutreiben, die mit einem Stromgenerator gekoppelt sind. Die nicht sofort genutzte eingestrahlte Energie kann in Form von W?rme gespeichert und bei Bedarf in Elektrizit?t umgewandelt werden. Die Speicherkapazit?t von solarthermischen Kraftwerken ist allerdings auf wenige Stunden begrenzt. Scheint die Sonne w?hrend l?ngerer Zeit nicht genug stark, reicht ein einzelnes Kraftwerk nicht, um eine grosse konstante Energienachfrage zu decken.

Eine M?glichkeit, dieses Problem zu umgehen, ist, verschiedene CSP-Systeme zu einem Netzwerk zu verkn¨¹pfen. Bis anhin hat aber noch niemand Machbarkeit und Details eines solchen CSP-Netzwerks ausgearbeitet. Die vorliegende Studie ist die erste, die das Potenzial solcher Systeme genauer auslotet.

?Unser Modell zeigt, dass CSP einen substanziellen Anteil an der Produktion von Elektrizit?t bereitstellen k?nnte, sofern die Anlagen an optimalen Standorten in den genannten Gebieten aufgebaut werden und auf clevere Art miteinander vernetzt werden?, sagt Patt. Wenn man das Problem der zuverl?ssigen, konstanten Stromversorgung aus erneuerbaren Energietr?gern l?sen wolle, m¨¹sse nun ernsthaft ¨¹ber den Ausbau von CSP nachgedacht werden, findet er.

Fl?chenbedarf und Umweltauswirkungen noch ungekl?rt

Nicht im Modell ber¨¹cksichtigt, haben die Forscher die Umweltauswirkungen, den Fl?chenbedarf sowie die politischen Voraussetzungen derjenigen L?nder, aus denen der Sonnenstrom kommen sollte. Auch nicht in die Betrachtung eingeflossen sind ?bertragungswege, wie der Strom aus den genannten Regionen nach Europa gelangen soll.

Utopien sind die Berechnungen und Modelle der Umweltforscher indessen nicht. In Marokko wurde im Mai vergangenen Jahres damit begonnen eine CSP-Farm im Rahmen der W¨¹stenstrom-Initiative Desertec aufzubauen. Dieses solarthermische Kraftwerk, das rund 700 Mio. Euro kosten wird, soll eine Leistung von 160 Megawatt haben. Es soll f¨¹r eine halbe Million Menschen Strom liefern und Ende 2015 ans Netz gehen. Bis 2020 plant Marokko, f¨¹nf solarthermische Kraftwerken mit total 2000 Megawatt Leistung zu errichten. Damit stiege der Anteil an erneuerbarer Energie im nordafrikanischen Land auf 42 Prozent.