Pumpen für boomende Nutzung – Feel-Good-Movie statt Drama

Sonne satt gibt’s in den Wüsten. Nur konnte der Mensch bisher aus dem Überfluss keinen Nutzen ziehen. Nun aber werden die Weichen gestellt, die Parabolspiegel ausgerichtet: Neue Solarstromanlagen wie in Marokko sollen gewaltige Mengen Strom ins Netz einspeisen: Mit Noor 1 wurde einer der größten Solarparks der Welt eingeweiht, dem bei der marokkanischen Stadt Ouarzazate noch weitere folgen werden. Projekte, die ohne Pumpen nicht vorstellbar sind.

Die Wüste lebt – bisher allerdings eher in Filmen wie „Gladiator“ und „Die Päpstin“. Die Blockbusterstreifen wurden in der schroffen Kulisse von Ouarzazate gedreht. Der Erfolg blieb allerdings bisher nur den Filmen vorbehalten. Denn das wirkliche Leben in der marokkanischen Region ist von der wenig glücklich machenden Trockenheit und Hitze geprägt. Das Drehbuch muss nun – ein wenig – umgeschrieben werden: Feel-Good-Movie statt Drama.

Noor-Projekt erzeugt 500 MW

Das Solarprojekt Noor I ist einer Hauptrolle würdig. Es wird mit einer Leistung von 160 MW glänzen. Entsprechend groß ist die Bühne mit knapp 540.000 Parabol-Spiegeln in 400 Reihen, die jeweils eine Länge von 300 Metern haben. Weitere Noor-Projekte folgen mit einer tragenden Rolle in den nächsten Jahren. Ziel Marokkos ist es, nicht mehr über 90 Prozent der Primärenergie importieren zu müssen. Nun also betritt die Solarenergie die Leinwand.

Bis 2018 wird Noor I zunächst über eine Million Haushalte mit Solarstrom versorgen und gleichzeitig auch den CO2-Ausstoß verringern. Nach der Fertigstellung soll die komplette Anlage eine Fläche von 30 Quadratkilometern bedecken, eine Kapazität von über 500 Megawatt erzeugen und Strom für rund 1,3 Millionen Menschen liefern. Die Gesamtkosten werden laut Planung etwa 2,2 Milliarden Euro betragen.

Erneuerbare legen deutlich zu

Ein gigantisches Projekt – und letztlich auch ein gigantischer Weltmarkt für die Nutzung von Solarenergie. Was auch Schroeder Valves bestätigt. Solarenergie sei ein Wachstumsmarkt, „denn die weltweite Energieversorgung muss weg von fossilen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energien gehen. Sonne und Wind zu nutzen, ist sinnvoll, weil sich das auch bei schlechtestem Wirkungsgrad immer irgendwie lohnt“, erklärt Axel Mücher, Inhaber und geschäftsführender Gesellschafter von Schroeder Valves. So plant Marokko, den Anteil der Erneuerbaren Energien bis 2020 auf 42 Prozent zu erhöhen. China schraubt ebenfalls kräftig am Wachstum der Erneuerbaren, ihr Anteil soll bis etwa 2030 auf 20 Prozent zulegen.

Hohe Investitionsbereitschaft

Die Energiehunger und die geografische Lage machen einige Länder Südostasiens zu lukrativen Märkten für Solaranwendungen. „Auch im Iran und Russland erleben wir eine hohe Investitionsbereitschaft aufgrund vorhandener Barreserven“, sagt Mücher. Aber auch Europa ist im Blickpunkt. Das europäische Land mit der höchsten Anzahl von solarthermischen Kraftwerken ist Spanien: Im Süden ist eine Vielzahl solcher Kraftwerke bereits seit Jahren in Betrieb, weitere sind im Bau und in Planung.

Die meisten solarthermischen Kraftwerke nutzen für die Umwandlung der einfallenden Sonnenstrahlung die Parabolrinnen-Technologie. „Dabei wird das Sonnenlicht mit Spiegeln auf ein Absorberrohr fokussiert. Das darin enthaltene synthetische Wärmeträger-Öl (HTF – heat transfer fluid) wird durch die gebündelte Sonnenstrahlung auf 400 °C erhitzt“, erläutert Mücher. Dieses Öl erzeuge dann weiter über einen Wärmeübertrager Dampf, der die Kraftwerksturbinen antreibt. „Unsere SSV-Ventile sind im Speisewasser-Kreislauf hinter den Pumpen installiert und arbeiten in der Regel bei 170 bar und 180º C.“ Sie würden auch im Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf installiert, um die wichtigsten Umwälzpumpen bei 20 bar und 400° C zu schützen. „Die hohe Zuverlässigkeit der Ventile und der durch sie garantierte geringe Druckverlust sind von entscheidender Bedeutung in diesem Prozess.“

Kreiselpumpen fördern Wärmeträger

Bei Solarthermie-Anwendungen wird die Wärme der Sonne auf einen Wärmeträger wie zum Beispiel Wasser, Öl und flüssige Salze übertragen, der diese Wärme dann einem anderen Prozess zur Verfügung stellt. „Dieser Wärmeträger muss gefördert werden, beispielsweise durch Kreiselpumpen, zu deren Schutz die Ventile von Schroeder Valves prädestiniert sind“, betont Axel Mücher.

Pumpen bekleiden eine anspruchsvolle Rolle in der Solartechnik. „Aus unserer Sicht ist hier die größte Herausforderung die hohe Temperatur, derzeit bis etwa 400° C.“ Zum Vergleich: Bei Wasser sind es derzeit die Hälfte, also 200° C. Auch die Temperatur-Wechselbelastung stelle hohe Anforderungen an die Werkstoffe und die Konstruktion. Mücher: „Scheint die Sonne, wird es mitunter sehr warm, scheint sie nicht, bleibt es kalt.“

Zentralturm-Kraftwerk als vielversprechende Option

Keine Frage, die Herstellung von Pumpen für Hochtemperaturanwendungen macht eine sehr gute Abstimmung zwischen Werkstoff, Konstruktion und intelligenter Anlagentechnik notwendig. Der Einsatz lohnt sich aber: „Solarenergie hat als erneuerbare und saubere Energiequelle großes Potenzial“, betont auch der Pumpenhersteller Sulzer. Der weltweite Energiebedarf steige kontinuierlich an, während herkömmliche Energiequellen knapper würden und ökologische Bedenken zunähmen.

Als eine vielversprechende Option für die Zukunft sieht Sulzer Heliostat-Zentralturm-Kraftwerke mit direkter Dampferzeugung, bei denen elektrische Energie aus Sonnenlicht erzeugt wird. Diese Kraftwerke fokussieren die konzentrierte Sonnenstrahlung auf einen Wärmetauscher als Empfänger, der auf einem Turm montiert ist. „Das System nutzt Tausende Spiegel zur Sonnennachführung, um eintreffendes Sonnenlicht auf den Empfänger zu leiten“, berichtet der Pumpenhersteller. In diesem Fall werde als primäre Wärmeträgerflüssigkeit Wasser verwendet, das direkt in Dampf umgewandelt werde.

Verschiedene Pumpen im Einsatz

Zum Einsatz in Heliostat-Zentralturm-Kraftwerken kommen Speisewasserpumpen, Umwälzpumpen, Kondensatpumpen und Kühlwasserpumpen. Speisewasserpumpen pumpen das Speisewasser vom Entgaser durch die HP-Heizer zum solaren Dampferzeuger, so Sulzer. Kühlwasserpumpen stellen laut Sulzer Frischwasser bereit, um den Abdampf im Kondensator zu kühlen und zurück in den Nasskühlturm oder den Auslass des offenen Kühlsystems zu pumpen.

Vielversprechend ist aus Sicht von Sulzer auch das Heliostat-Zentralturm-Kraftwerk mit Salzschmelze und Wärmespeicher. Verwendet werden hier ebenfalls Speisewasserpumpen, Kondensatpumpen, Kühlwasserpumpen sowie Salzschmelze-Umwälzpumpen.

Parabolrinnen-Kraftwerke

Bereits seit Anfang der 2000er Jahre wurden Parabolrinnen-Kraftwerke mit Wärmespeicher an mehreren Standorten in Spanien umfassend getestet. Eine Parabolrinne ist eine Art Solarwärmeenergiekollektor. „Sie besteht aus einem langen Parabolspiegel mit einer längsseits im Brennpunkt verlaufenden Röhre“, so Sulzer.

Bei dieser Variante wird ein Teil des als primäre Wärmeträgerflüssigkeit (HTF) eingesetzten Wärmeöls durch einen Wärmetauscher geleitet, in dem die Wärme auf eine in einem Sekundärkreislauf zirkulierende Salzschmelze übertragen wird. Sulzer: „Die Wärme wird in einem Heiß-Salzschmelze-Tank gespeichert und kann nach Sonnenuntergang wieder abgegeben werden. Damit lässt sich die Betriebszeit der CSP-Anlage um etwa sechs bis sieben Stunden verlängern.“ Die Betriebstemperatur werde auf ein Wärmeöloptimum von etwa 350º C eingestellt und ermögliche eine Dampferzeugung mit nur geringer Durchflussrate.

Energie-Effizienz-Index

Der Markt für Sonnenenergie entwickelt sich fortwährend weiter, Innovationen mit noch effizienteren Anlagen sind gefragt – für Pumpen mit industrieller Dimension, aber auch für Pumpen in Privathäusern, die zunehmend selbst zu kleinen Sonnen-Kraftwerken werden. Innovationen, die beispielsweise auch Grundfos vornimmt.

Seit dem Wegfall der Ausnahmeregelungen zum 1. August 2015 fallen allerdings auch Umwälzpumpen für Solaranwendungen unter die ErP-Verordnung und müssen einen Energie-Effizienz-Index (EEI) von maximal 0,23 aufweisen. Mit elektronisch kommutiertem Motor – mit ECM-Technologie – und konsequent optimierter Hydraulik übertreffen alle Typen der neuen Alpha Solar-Baureihe von Grundfos diese Anforderungen deutlich, erklärt der Pumpenhersteller. Mit einem EEI kleiner gleich 0,20 habe die neue Alpha Solar einen der höchsten Wirkungsgrade in ihrer Klasse, erklärt Grundfos.

Hohe Wirkungsgrade

Ein Ende des Investitionsbooms in Solarenergie ist nicht absehbar. Auch wenn die Sonnenenergie-Planer des Desertec-Projektes vor einigen Jahren nach zunächst viel Euphorie eine herbe Niederlage erlitten: 2009 hatten 20 Partner die Desertec-Stiftung mit dem Ziel gegründet, in den Wüsten Nordafrikas Solarstrom für Nordafrika sowie Süd- und Zentraleuropa zu produzieren – 15 Prozent des europäischen Strombedarfs sollten gedeckt werden.

Das Desertec-Drama

Doch dann das Drama: Wegen der nicht überzeugenden Perspektive stiegen 2014 – bis auf drei Mitglieder – sämtliche Mitstreiter aus, was das Ende von Desertec in seiner visionären Größe bedeutete. Drei Gesellschafter der Desertec Industrial Initiative erhalten heute noch einen Minimalbetrieb aufrecht.

Aber auf den Sonnenuntergang folgt der nächste Sonnenaufgang. Denn zahlreiche Projekte besitzen glänzende Aussichten. Neben dem genannten marokkanischen Großprojekt in Ouarzazate plant Südkorea Großkraftwerke in der Wüste Gobi und Japan in der Mongolei. Auch Chile beschäftigt sich mit einem Projekt nach dem Vorbild von Desertec.

Ein sonniges Happy End

Der Sonnenenergie-Boom erhält also eine filmreife Fortsetzung: Weltweit wurden 2016 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 75 Gigawatt neu installiert, was 19 Gigawatt mehr als im Vorjahr bedeutet, berichtet das Magazin „Der Spiegel“. Bis 2030 wird laut einer internationalen Forschergruppe im Wissenschaftsmagazin „Science“ erwartet, dass die installiere Solarleistung sich sogar mindestens verzehnfachen wird. Damit könnte die Sonnenenergie zu einem strahlenden Hauptdarsteller aufsteigen. Und ein sonniges Happy End bescheren.

Zu sehen sind aktuelle Technologien und Anwendungen auf dem Pump Summit Düsseldorf, dem internationalen Pumpengipfel, der parallel zur Valve World Expo vom 27. bis 29. November 2018 auf dem Düsseldorfer Messegelände stattfindet.