Mischen von Solar mit Kohle, um Kosten zu senken

Ein Projekt, das ein Kohlekraftwerk mit Solarstrom versorgt, könnte die für die Stromerzeugung erforderliche Kohlemenge reduzieren und die Kosten für Solarstrom drastisch senken.

Sonnenblick: Ein Rendering einer geplanten Solaranlage am Standort eines Kohlekraftwerks in der Nähe von Grand Junction, CO.

Der Ansatz, angekündigt von Abengoa Solar , mit Sitz in Lakewood, CO, und Xcel-Energie , Colorados größter Stromversorger, würde es Versorgungsunternehmen in sonnigen Bundesstaaten wie Kalifornien erleichtern, den bevorstehenden bundesstaatlichen Bedarf an erneuerbaren Energien zu decken.



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Das Projekt umfasst den Bau einer Reihe von Parabolspiegeln, die die Wärme der Sonne konzentrieren und diese Wärme verwenden, um den Dampf, der die Turbinen und Generatoren des Kohlekraftwerks antreibt, zur Stromerzeugung zu nutzen. Solche Spiegel werden seit Jahrzehnten zur Stromerzeugung in Insel-Solarkraftwerken, auch Solarthermie-Anlagen genannt, die derzeit die günstigste Solarstromquelle sind, eingesetzt. Aber die Kombination der Konzentrationsspiegel mit einem Kohlekraftwerk bietet eine Möglichkeit, diese Art von Solarstrom noch günstiger zu machen, denn ein Großteil der Kosten einer solarthermischen Anlage entfällt auf die Ausrüstung zur Umwandlung von Wärme in Strom. Das Abengoa Solar-Projekt wird vorhandene Kessel, Turbinen, Generatoren usw. verwenden, um diese Kosten zu senken.

Das Schöne daran ist, dass man nur den Solarfeldanteil der Anlage kaufen muss, der 50 bis 60 Prozent der Kosten der Anlage ausmacht, sagt Hank Price, Director of Technology bei Abengoa Solar. Das könnte Solarthermie nach verschiedenen Schätzungen effektiv um 30 bis 50 Prozent billiger machen. Das entspräche einer Reichweite von etwa sechs bis 12 Cent pro Kilowattstunde, die mit vielen konventionellen Stromquellen konkurrenzfähig ist. Dies sei möglicherweise der kostengünstigste Weg, um signifikanten Solarstrom ins Netz zu bringen, sagt er.

Da Parabolrinnen im neuen Projekt keine ausreichend hohen Temperaturen erzeugen, wird die erzeugte Wärme nicht direkt in die Turbinen eingespeist. Stattdessen wird es zum Vorwärmen von Wasser verwendet, das in die Kessel des Kohlekraftwerks geleitet wird, wo Kohle verbrannt wird, um das Wasser in Dampf umzuwandeln. Normalerweise erfolgt dieses Vorwärmen durch Absaugen von etwas kohleerzeugtem Dampf. Mit dem neuen Design kann mehr von diesem Dampf zur Turbine geleitet werden, um Strom zu erzeugen. Der Nettoeffekt besteht darin, dass weniger Kohle verwendet wird, um eine bestimmte Strommenge zu erzeugen, und das erweiterte System die Kohlendioxidemissionen so stark reduziert wie eine eigenständige solarthermische Anlage mit der gleichen Größe, aber zu viel geringeren Kosten, sagt Craig Turchi, leitender Ingenieur im Programm für konzentrierte Solarenergie am National Renewable Energy Lab in Golden, CO.

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Dies wird nicht das erste Mal sein, dass Solarthermie und fossile Brennstoffe gepaart werden. Mehrere solarthermische Anlagen wurden mit Erdgas als Backup-Energiequelle gebaut, damit unter anderem an bewölkten Tagen die Leistung aufrechterhalten werden kann. Die Integration von Solarthermie in bestehende Kraftwerke hat jedoch einige Vorteile. Der erste sind die Kosteneinsparungen, die sich aus der Nutzung vorhandener Turbinen und Generatoren ergeben. Ein zweiter Vorteil ist die Möglichkeit, mit höheren Wirkungsgraden zu arbeiten. Die Turbinen und Generatoren in solarthermischen Anlagen sind optimiert, um bei den von Parabolspiegeln erzeugten Temperaturen (zumindest in aktuellen Designs) zu laufen, die niedriger sind als die in mit fossilen Brennstoffen betriebenen Anlagen – etwa 400°C gegenüber 500°C oder höher. Der Einsatz von Hochtemperaturturbinen in Kohlekraftwerken führt zu einem höheren Wirkungsgrad – etwa 45 Prozent der Energie in der Wärme, die von den Kohle- und Solarkonzentratoren zusammen erzeugt wird, wird in Strom umgewandelt, im Gegensatz zu nur 38 Prozent der Wärme bei einer typischen Solaranlage. thermische Anlage.

Ein weiterer Ansatz zur Integration von Solarstrom in fossile Kraftwerke wird in Projekten in Nordafrika verfolgt, von denen zwei von der Muttergesellschaft von Abengoa Solar, Abengoa mit Sitz in Spanien, gebaut werden. Bei diesen Projekten wird solarthermische Wärme in solarthermisch ausgelegte Gas-Kombikraftwerke eingespeist. Eine Turbine wird durch Gase angetrieben, die sich bei der Verbrennung des Erdgases ausdehnen, und die durch die Verbrennung von Erdgas erzeugte Wärme wird verwendet, um Dampf zu erzeugen, der eine zweite Turbine antreibt. Zur Erzeugung dieses Dampfes wird die solarthermische Wärme genutzt, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Anlage verbessert wird.

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Obwohl diese Ansätze eine Möglichkeit bieten, die Kosten von Solarstrom zu senken, wird ihr Anwendungsbereich begrenzt sein. Der Beitrag von Solarstrom an bestehenden Anlagen dürfte höchstens 10 bis 15 Prozent des produzierten Stroms betragen, sagt Turchi. Für das Colorado-Projekt, das ein relativ kleines Demonstrationsprojekt ist, wird der Anteil eher 3 Prozent betragen, obwohl dieser durch die Installation einer größeren Anzahl von Spiegeln erhöht werden kann. Darüber hinaus sind die einzigen Kohlekraftwerke, die durch Solarenergie erweitert werden können, solche in sonnigen Gebieten mit genügend Land in der Nähe, um die Spiegelarrays aufzunehmen.

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