„Laden“ mit strahlendem Sonnenschein: Das weltweit erste „Zwei-Turm-Ein-Maschine“-Solarthermie-Speicherkraftwerk kommt →

Autor: Duan Yuechu und Huang Yanhong

Im Zuge der weltweiten Energiewende sind die Entwicklung und Nutzung erneuerbarer Energien in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit gerückt. Am 16. Juli 2024 brachte die Three Gorges Group aufregende Neuigkeiten: Das Hauptprojekt des weltweit ersten solarthermischen Energiespeicherkraftwerks mit „Doppelturm und einer Maschine“ ist in die Inbetriebnahmephase eingetreten. Das Ingenieurteam setzt alles daran, die Anlage bis Ende dieses Jahres in Betrieb zu nehmen und Strom zu erzeugen. Dies stellt einen bedeutenden Durchbruch im Energiebereich dar und wird einen neuen Weg für die zukünftige Energieentwicklung eröffnen.

Als neue Methode zur Nutzung erneuerbarer Energien ist die Technologie zur Speicherung solarthermischer Energie in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus gerückt. Anders als bei der herkömmlichen Stromerzeugung durch Photovoltaik wird bei der Stromerzeugung durch Solarthermie eine große Zahl von Heliostaten eingesetzt, um das Sonnenlicht auf einen Wärmeabsorptionsturm zu bündeln und so Wärmeträger wie geschmolzenes Salz zu erhitzen und so Dampf zu erzeugen, der wiederum Turbinen zur Stromerzeugung antreibt. Außerdem kann es überschüssige Wärme speichern und bei Bedarf freigeben, um eine kontinuierliche und stabile Leistungsabgabe zu erreichen. Diese Technologie verfügt über eine lange Wärmespeicherzeit, eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und eine stabile Ausgangsleistung, was für die Lösung der intermittierenden und Instabilitätsprobleme erneuerbarer Energien und die Verbesserung der Akzeptanzkapazität des Netzes von großer Bedeutung ist.

Das weltweit erste Solarthermie-Speicherkraftwerk mit „Doppelturm und einer Maschine“, das von der Drei-Schluchten-Gruppe gebaut wurde, hat große Durchbrüche bei technologischen Innovationen und Anwendungsmodellen erzielt. Das Kraftwerk verfügt über zwei nebeneinanderliegende Wärmedämmtürme, die sich einen Dampfturbinengenerator teilen. Unter den Türmen sind knapp 30.000 Heliostaten installiert, die eine Beleuchtungsfläche von 800.000 Quadratmetern gewährleisten. Wen Jianghong, Leiter des Solarthermie-Energiespeicherprojekts Guazhou der Drei-Schluchten-Gruppe, erklärte, dass das Kraftwerk Spiegel verwende, die der Rotation der Sonne folgen, um das Sonnenlicht in einem Wärmeabsorptionsturm zu konzentrieren und so das geschmolzene Salz zu erhitzen, das die Dampfturbine antreibt und so Strom erzeugt. Dieses einzigartige Design kann die optische Effizienz unter denselben Randbedingungen um etwa 24 % verbessern und so die Effizienz der Solarenergienutzung und die Stromerzeugungskapazität von Kraftwerken erheblich steigern.

Darüber hinaus ist das Kraftwerk mit einem 6-Stunden-Wärmespeichersystem aus geschmolzenem Salz ausgestattet, das wie eine riesige „Powerbank“ funktioniert und bei ausreichender Sonneneinstrahlung überschüssige Wärme speichert und diese nachts oder an bewölkten Tagen bei unzureichender Sonnenenergie wieder abgibt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kraftwerk weiterhin stabil Strom liefert. Diese Spitzenlastausgleichsleistung ermöglicht dem Solarthermie-Speicherkraftwerk eine bessere Koordination mit dem Stromnetz und eine stabile Stromversorgung des Stromnetzes, was für die Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes von großer Bedeutung ist.

Aus der Makroperspektive der Energieentwicklung ist der Bau des weltweit ersten Solarthermie-Speicherkraftwerks mit „Doppelturm und einer Maschine“ von weitreichender Bedeutung. Erstens: Bereitstellung neuer technischer Wege und Lösungen für die großflächige Nutzung erneuerbarer Energien. Angesichts der weltweit steigenden Nachfrage nach sauberer Energie dürfte die Solarthermie-Speichertechnologie zu einem wichtigen Bestandteil der zukünftigen Energiestruktur werden und erneuerbare Energiequellen wie Windkraft und Photovoltaik ergänzen, um gemeinsam die Energiewende voranzutreiben. Zweitens wird der Bau von Kraftwerken dazu beitragen, das technologische Niveau und die industrielle Wettbewerbsfähigkeit meines Landes im Bereich der solarthermischen Energiespeicherung zu verbessern. Vor dem Hintergrund des erbitterten weltweiten Wettbewerbs in der Energietechnologie ist die Beherrschung fortschrittlicher Solarthermie-Speichertechnologien von entscheidender Bedeutung für die Stimme und den Einfluss meines Landes im Energiebereich. Und schließlich wird die Entwicklung solarthermischer Energiespeicherkraftwerke einen positiven Beitrag zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen und zur Bekämpfung des Klimawandels leisten. Durch die Nutzung sauberer Energie, beispielsweise Solarenergie, als Ersatz für herkömmliche fossile Energieträger können Treibhausgasemissionen wirksam reduziert und zur Erreichung der globalen Klimaziele beigetragen werden.

Die Entwicklung der Solarthermie-Speichertechnologie ist jedoch mit Herausforderungen verbunden. Einerseits sind die Baukosten für solarthermische Energiespeicherkraftwerke hoch und es ist notwendig, die Kosten zu senken und die technische und wirtschaftliche Effizienz zu verbessern, bevor sie gefördert und im großen Maßstab eingesetzt werden können. Andererseits gibt es bei der Technologie zur Speicherung von Solarthermieenergie technische Engpässe hinsichtlich Materialien, Ausrüstung und Verfahren. Daher müssen die Investitionen in Forschung und Entwicklung erhöht, die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Universitäten und Forschung gestärkt und wichtige technische Schwierigkeiten überwunden werden. Darüber hinaus erfordert die Entwicklung von Solarthermie-Speicherkraftwerken politische Unterstützung und Anleitung sowie die Formulierung angemessener politischer Maßnahmen, um Unternehmen zu höheren Investitionen zu ermutigen und die gesunde Entwicklung der Branche zu fördern.

Trotz vieler Herausforderungen hat der Bau des weltweit ersten Solarthermie-Speicherkraftwerks mit „Doppelturm und einer Maschine“ der Entwicklung der Solarthermie-Speichertechnologie einen starken Impuls verliehen. Ich bin davon überzeugt, dass die Technologie zur Speicherung thermischer Solarenergie in naher Zukunft mit dem technischen Fortschritt und der Kostensenkung weltweit breite Anwendung finden wird und eine solide Energiegarantie für die nachhaltige Entwicklung der menschlichen Gesellschaft darstellt. Wir freuen uns darauf, dass das Kraftwerk bis zum Ende dieses Jahres in Betrieb genommen wird und reibungslos Strom erzeugt. Und wir freuen uns auch darauf, dass die Technologie zur Speicherung thermischer Solarenergie in Zukunft noch mehr Wunder vollbringen und mehr Grün und Licht in unser Leben bringen wird.

Die Vorteile der Solarthermie-Speichertechnologie sind:

1. Energiespeicherkapazität: Dank seiner großen Kapazität und den Eigenschaften einer langfristigen Energiespeicherung kann das Wärmespeichersystem mit geschmolzenem Salz überschüssige Wärme speichern und eine Energiespeicherung für mehrere Stunden oder sogar länger erreichen. Es kann kontinuierlich und stabil Strom erzeugen, auch wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist, und die Ausgangsleistung ist stabil, was zu einem reibungslosen Betrieb des Stromnetzes und einer stabilen Stromversorgung beiträgt.

2. Spitzenlastausgleichsleistung: Es verfügt über eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und kann die Stromerzeugung rasch an den Bedarf des Stromnetzes anpassen. Es verfügt über eine gute Spitzenlastkappungsfähigkeit, die für die Spitzenlastkappung und Frequenzregulierung des Stromnetzes von großer Bedeutung ist, und kann sich besser an Änderungen der Stromnachfrage anpassen.

3. Planbarkeit: Im Vergleich zu Energieformen wie der Stromerzeugung durch Photovoltaik, die von Wetter und Zeiträumen abhängig sind, lässt sich der Stromerzeugungsprozess von Solarthermiekraftwerken leichter steuern und planen, und die Stromerzeugungspläne können flexibel an den Strombedarf angepasst werden.

4. Kompatibilität: Es ist mit herkömmlichen Wärmekrafterzeugungssystemen kompatibel und nutzt die vorhandene Infrastruktur und Technologien zur Wärmekrafterzeugung, um die Schwierigkeiten bei der Technologieumwandlung und -anwendung zu verringern.

5. Umweltfreundlich und nachhaltig: Es nutzt Sonnenenergie als Energiequelle und erzeugt während des Betriebs keine Treibhausgasemissionen oder andere Schadstoffe. Es ist umweltfreundlich und eine nachhaltige saubere Energietechnologie.

Die Nachteile der Solarthermie-Speichertechnologie sind folgende:

1. Hohe Kosten: Der Bau eines solarthermischen Energiespeicherkraftwerks erfordert eine große Anzahl von Heliostaten, Wärmeabsorptionstürmen, Wärmespeichersystemen und anderen Geräten. Die anfänglichen Investitionskosten sind hoch und umfassen die Beschaffung der Ausrüstung, die Installation, die Landnutzung und andere Ausgaben.

2. Energieumwandlungseffizienz: Bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie ist die Gesamtenergieumwandlungseffizienz gering und ein Teil der Sonnenenergie geht während der Übertragung und Umwandlung verloren.

3. Abhängigkeit von den Wetterbedingungen: Energiespeichersysteme können das Problem zwar lindern, doch längere Regenperioden oder Sandstürme sowie andere extreme Wetterbedingungen beeinträchtigen die Sammlung und Nutzung der Solarenergie und verringern die Effizienz der Stromerzeugung.

4. Große Flächenbelegung: Da zur Sammlung von Sonnenenergie eine große Anzahl von Heliostaten installiert werden muss, benötigen solarthermische Energiespeicherkraftwerke in der Regel eine große Landfläche, die in Gebieten mit knappen Landressourcen begrenzt ist.

Zu den Möglichkeiten, die Kosten der CSP-Technologie zu senken, gehören:

1. Technologische Innovation und F&E:

- Materialinnovation: Entwicklung leistungsstarker und kostengünstiger Heliostatenmaterialien, wärmeabsorbierender Materialien und wärmespeichernder Materialien. Beispiele hierfür sind die Suche nach effizienten und kostengünstigen reflektierenden Materialien zur Herstellung von Heliostaten und die Entwicklung neuer kostengünstiger Hochtemperatur-Salzschmelzen für den Einsatz in Wärmespeichersystemen.

- Prozessverbesserung: Optimieren Sie den Entwurfs- und Bauprozess von CSP-Anlagen, verbessern Sie die Effizienz bei der Herstellung und Installation der Ausrüstung und senken Sie die Baukosten. Beispielsweise durch die Verbesserung des Produktionsprozesses von Heliostaten, um die Effizienz zu steigern und die Kosten zu senken.

2. Skaleneffekte:

- Großbau: Durch den Großbau von Solarthermie-Speicherkraftwerken können die Geräte in Massenproduktion hergestellt und gekauft werden, wodurch die Stückkosten gesenkt werden. Mit zunehmender Anzahl und Größe der Projekte sinken aufgrund von Skaleneffekten die Kosten jedes einzelnen Glieds in der industriellen Kette.

3. Verbessern Sie die Systemleistung:

- Verbesserung der optischen Effizienz: Optimieren Sie die Heliostatenanordnung und das Nachführsystem, um die Effizienz der Sammlung und Umwandlung von Solarenergie zu verbessern, Energieverluste zu verringern und die Kosten der Stromerzeugung pro Einheit zu senken.

- Verbesserte Wärmeübertragungseffizienz: Verbessern Sie die Wärmeübertragungseffizienz bei Wärmeabsorptions-, Wärmeübertragungs- und Wärmespeicherungsprozessen, reduzieren Sie den Wärmeverlust und verbessern Sie die Gesamteffizienz des Systems.

4. Branchenzusammenarbeit und Optimierung der Lieferkette:

- Industrielle Zusammenarbeit: Stärkung der Kooperation und Zusammenarbeit zwischen vor- und nachgelagerten Unternehmen in der Industriekette der solarthermischen Energiespeicherung, Förderung des Technologieaustauschs und der Ressourcenintegration sowie Senkung der Transaktionskosten.

- Supply Chain Management: Optimieren Sie die Lieferkette, senken Sie die Kosten für Rohstoffbeschaffung und Transport und gewährleisten Sie eine rechtzeitige Lieferung von Geräten und Materialien in stabiler Qualität.

5. Politische Unterstützung und Subventionen:

- Die Regierung hat politische Unterstützungsmaßnahmen wie Steueranreize, Kreditanreize und Investitionszuschüsse eingeführt, um die Projektfinanzierung sowie die Bau- und Betriebskosten zu senken und die Entwicklung und Anwendung der Solarthermie-Speichertechnologie zu fördern.

6. Betriebs- und Wartungsoptimierung:

- Intelligenter Betrieb und Wartung: Nutzen Sie das Internet der Dinge, Big Data und künstliche Intelligenz, um einen intelligenten Betrieb und eine intelligente Wartung von CSP-Kraftwerken zu realisieren, die Betriebs- und Wartungseffizienz zu verbessern und die Betriebs- und Wartungskosten zu senken.

- Vorbeugende Wartung: Erstellen Sie einen wissenschaftlichen Wartungsplan für die Ausrüstung, um durch vorbeugende Wartung Geräteausfälle und Ausfallzeiten zu reduzieren und so die Wartungskosten zu senken.

Die Nachteile der Solarthermie-Speichertechnologie wirken sich auf ihre Anwendung wie folgt aus:

1. Auswirkungen höherer Kosten:

- Eingeschränkte Investitionsattraktivität: Die hohen anfänglichen Investitionskosten machen Investoren bei ihren Entscheidungen vorsichtig, verringern ihre Begeisterung für Investitionen in CSP-Energiespeicherprojekte und erschweren die Beschaffung von Mitteln für Projekte.

- Schwierigkeiten bei der Marktförderung: Hohe Kosten spiegeln sich in den Stromkosten wider und der Preis für die Stromerzeugung durch solarthermische Energiespeicherung ist relativ hoch. Im Wettbewerb mit herkömmlichen Energieträgern und anderen erneuerbaren Energiequellen (wie etwa der kostengünstigeren Stromerzeugung durch Photovoltaik) ist diese Technologie im Nachteil, was ihre großflächige Förderung und Anwendung auf dem Energiemarkt einschränkt.

- Verlangsamung der Entwicklungsgeschwindigkeit: Kostenbeschränkungen haben die Baugeschwindigkeit und den Ausbau von Solarthermie-Speicherprojekten begrenzt, was den Industrialisierungs- und Kommerzialisierungsprozess verlangsamt und ihre schnelle Verbreitung und ihren wachsenden Anteil im Energiebereich beeinträchtigt.

2. Auswirkungen einer niedrigen Energieumwandlungseffizienz:

- Geringe Energieeffizienz: Eine geringe Umwandlungseffizienz erfordert ein größeres Kollektorfeld und mehr Ausrüstung, um die gleiche elektrische Energieleistung zu erzielen, was zu einer Verschwendung von Ressourcen und einem höheren Platzbedarf, beispielsweise Land, führt.

- Geringe Kosteneffizienz: Bei gleicher Solarenergiezufuhr wird weniger Strom erzeugt, was die Kosteneffizienz von CSP-Projekten verringert und ihre wirtschaftliche Machbarkeit in Frage stellt, was sich auf die Kapitalrendite und die kommerzielle Attraktivität des Projekts auswirkt.

- Erhöhter Bedarf an Fläche und Ressourcen: Um ausreichend Strom zu erzeugen, wird mehr Land für die Aufstellung von Solarkollektoren benötigt und es werden mehr Rohstoffe und Energie für die Herstellung und den Betrieb der Anlagen benötigt, was die Nachfrage nach und den Druck auf Ressourcen wie Land, Materialien und Energie erhöht.

3. Abhängigkeit von den Wetterbedingungen:

- Probleme mit der Stabilität der Stromversorgung: Bei regnerischem oder staubigem Wetter wird nicht genügend Sonnenenergie gesammelt und die Stromerzeugungskapazität sinkt erheblich oder es kommt sogar zu keinem Stromerzeuger. Dies erschwert eine kontinuierliche und stabile Stromversorgung des Netzes und beeinträchtigt die Stabilität und Zuverlässigkeit des Netzes.

- Herausforderungen hinsichtlich der Kompatibilität mit dem Stromnetz: Eine instabile Stromabgabe erschwert die Koordination von CSP-Kraftwerken mit dem Stromnetz, was Herausforderungen für die Netzsteuerung und -verwaltung mit sich bringt. Zudem sind andere Notstromquellen erforderlich, um Zeiten unzureichender Stromversorgung zu überbrücken.

- Eingeschränkte Anwendungsbereiche: Aufgrund der Wetterbedingungen ist die Technologie zur Speicherung thermischer Solarenergie in Gebieten mit reichlich Sonnenlicht und stabilem Klima praktikabler, während ihre Anwendung in regnerischen, bewölkten und nebligen Gebieten eingeschränkt ist, was ihre weitverbreitete weltweite Anwendung einschränkt.

4. Auswirkungen der großen Landfläche:

- Wettbewerb um Landressourcen: Die Nachfrage nach großen Landflächen konkurriert mit anderen Landnutzungen wie Landwirtschaft, Städtebau und Umweltschutz, und es ist schwierig, in Gebieten mit knappen Landressourcen geeignete Bauplätze zu finden.

- Schwierigkeiten bei der Auswahl des Projektstandorts: Aufgrund der großen Grundstücksfläche müssen bei der Standortauswahl Faktoren wie Grundstückskosten, Verfügbarkeit und Entfernung zum Netzzugang berücksichtigt werden, was die Komplexität und Schwierigkeit der Projektstandortauswahl erhöht oder die Projektbauzeit verlängern und die Kosten erhöhen kann.

- Ökologische und umweltbezogene Auswirkungen: Der Bau großer Solarthermiekraftwerke kann Auswirkungen auf die ökologische Umwelt vor Ort haben, beispielsweise durch die Zerstörung der Vegetation und die Beeinträchtigung des Lebensraums wildlebender Tiere, was zu Umweltproblemen und sozialen Konflikten führen kann.