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WISSENSDURST/020: Himmelsleiter Wissenschaft - Sonnenkraft die schafft (SB)


Himmelsleiter Wissenschaft - Sonnenkraft die schafft


Ben und Stefan - Buntstiftzeichnung: © 2012 by Schattenblick

Grafik: © 2012 by Schattenblick

Stefan und Ben haben sich mit der Funktion der Dampfmaschine beschäftigt und herausgefunden, dass sie sowohl bei ihrer Herstellung als auch während ihres Betriebes viele Rohstoffe verbraucht. Das gilt auch für die Maschinen, die später auf der Grundlage der Dampfmaschinentechnologie entwickelt wurden, beispielsweise die Dampflokomotive. Die modernen Maschinen, die durch Verbrennungsmotoren angetrieben werden (Autos, Flugzeuge, Kraftwerke), geben Kohlendioxid ab. Werden Geräte elektrisch in Betrieb gesetzt, wird kein Kohlendioxid abgegeben - allerdings geschieht das dann vorher bei ihrer Herstellung oder bei der Herstellung der elektrischen Energie. Stefan und Ben sehen in der Dampfmaschine den Anfang einer Industrialisierung, die die Umwelt bis heute hin schwer geschädigt hat. Nun wollen sie weiter suchen, um eine Möglichkeit der Energiegewinnung zu finden, bei der nur wenig Rohstoffe verbraucht werden und kein CO2 entsteht. Die Sonne soll helfen.

Stefan: "Die Sonne scheint den ganzen Tag, auch wenn dicke Wolken sie verdecken, und sie hat ganz schön Power. Als ich vor zwei Jahren bei meinem Opa in den Ferien war, habe ich mir seine Lupe geschnappt. Eigentlich wollte ich Ameisen beobachten, also genau wissen, wie sie aussehen. Dann habe ich aber zufällig eine Entdeckung gemacht. Die Lupe hielt ich in der Hand, mit der ich mich auf der Gartenbank abstützte, um nach Ameisen Ausschau zu halten. Auf einmal roch es angekokelt ..."

Ben: "O je, die Lupe ..."

Stefan: "Genau. Sie hat das Sonnenlicht vergrößert, Quatsch, ich meine, sie hat das Sonnenlicht gebündelt, und unter der Lupe ist es so heißt geworden, dass ich meinen Namen in die Bank brennen konnte - was meine Oma überhaupt nicht komisch fand."

Ben: "Und du meinst, man könnte jetzt riesengroße Lupen aufstellen, das Sonnenlicht bündeln und Wasser damit erhitzen, dann Wasserdampf erzeugen und den Dampfdruck auf eine Turbine leiten, die einen Generator antreibt?"

Stefan: "Ja, in etwa so."

Ben: "Meinst du nicht, dass so etwas schon lange gebaut worden wäre, wenn es funktionieren würde?"

Stefan: "Wahrscheinlich. Also gut, lass uns herausfinden, wie ein Solarkraftwerk arbeitet. Hast du eine Idee wie wir vorgehen wollen?"

Ben: "Ja, ich denke wir sollten uns einmal ansehen, ob es schon funktionierende Sonnenkraftwerke gibt und dann, wie sie arbeiten, also, nach welchem Prinzip. Was hältst du davon?"

Ben schaltete den Computer an und tippte "Solarkraftwerk" ins Google-Feld. Sie bekamen eine Fülle an Hinweisen, von denen sie sich einen nach dem anderen ansahen und mal hier und mal dort zu lesen begannen. Nach einer Weile meinte Stefan: "So blöd war meine Idee mit der Lupe gar nicht."

Ben: "Hmm, ja. Also, das sind irre viel Informationen über die verschiedensten Arten von Solaranlagen. Wir kümmern uns jetzt erst mal um die sogenannten 'thermischen Solarkraftwerke', also solche, die die Hitze der Sonne nutzen."

Stefan: "Da stand doch etwas von einem Solarturmkraftwerk, geh da doch noch einmal hin. Ah, ja. Bei einem Solarkraftwerk dient die Sonne anstatt von Kohle, Gas oder Öl als Wärmequelle, um Wasserdampf zu erzeugen, der dann auf eine Turbine geleitet wird, durch die ein Generator angetrieben wird, der Strom erzeugt. Das klingt doch gut."

Ben: "Und wie fängt man die Sonnenstrahlen auf, ich meine, werden die auch irgendwo gebündelt, wie bei der Lupe?"

Eine Skizze, die den Strahlenverlauf bei einem Solarturmkraftwerk zeigt - Foto: 2004, by RobbyBer, [CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Strahlenverlauf bei einem Solarturmkraftwerk
Foto: 2004 by RobbyBer, [CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Stefan: "Hier wird beschrieben, dass die Sonne auf Reflektoren strahlt und diese Strahlung wird dann in einem Brennpunkt, einem sogenannten "Receiver" oder "Absorber", gebündelt. Mit der dort entstandenen Hitze wird der für die Stromerzeugung nötige Wasserdampf bereitgestellt.

Ein Solarturm in der Mitte von vielen Spiegeln, die die Sonnenstrahlen auf die Turmspitze lenken - Foto: 2007, by Solúcar (Own work), [CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Sonnenstrahlen werden in der Turmspitze im "Absorber" konzentriert
Foto: 2007, by Solúcar (Own work), [CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Ben: "Sind diese Reflektoren Spiegel?"

Stefan: "Ja, so würde ich das verstehen. Ich finde das prima. Das hört sich an, als wäre es möglich ohne CO2-Ausstoß Energie zu erzeugen. Nur frage ich mich, warum denn von diesen thermischen Solaranlagen noch nicht viele gebaut worden sind? Ist ihre Leistung zu gering, oder sind sie zu teuer oder ... ?"

Ben: "Warte mal einen Moment, ich habe da etwas gelesen. Wo war das noch ...? Ach, hier." Ben las sich den Abschnitt noch einmal genau durch und berichtete: "In Spanien, in der Nähe von Sevilla, wurde 2006 Europas erstes wirtschaftlich betriebenes Solarturmkraftwerk gebaut und 2008 folgte dort ein weiteres, das bis heute eine Leistung von ca. 20 MW erbringt. Damit sollen 10 000 Haushalte versorgt werden können. Ich kann das nicht einschätzen, ob das viel oder wenig ist. Weißt du, wie viel Megawatt im Vergleich ein Atomkraftwerk produziert?"

Zwei Sonnenwärmekraftwerke, deren Türme mit Spiegeln umgeben sind - Foto: 2007, by Koza1983, (Own work by uploader) [CC-BY-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons

Sonnenwärmekraftwerk PS 20 und PS10 bei Sevilla in Spanien
Foto: 2007, by Koza1983, (Own work by uploader) [CC-BY-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons

Stefan: "Das kann ich dir sagen. Meine Mutter hatte sich nämlich nach der Atomkatastrophe in Fukushima eine Karte besorgt, in der die Atomkraftwerke in Deutschland eingezeichnet sind und auch wie viel sie leisten. Also, so ungefähr von 50 MW bis um die 1500 MW. Es gibt auch noch ein paar kleinere Atomreaktoren, der kleinste ist der in Jülich, aber der dient Forschungszwecken."

Ben: "Na, das ist aber schon ein gewaltiger Unterschied. Warte, ich habe eine Idee." Er tippte "größtes Solarturmkraftwerk" in den Computer und wurde fündig, begann eifrig zu lesen und fasste dann zusammen: "In den USA - irgendwo im Süden von Kalifornien - soll das weltgrößte Sonnenturmkraftwerk mit einer Leistung von bis zu 500 MW gebaut und 2016 in Betrieb genommen werden. Aber weißt du, Stefan, wie groß die Anlage ist? 16 Quadratkilometer voller Spiegel!"

Ein Solarturm steht in der Mitte von vielen Spiegeln, so dass rundherum das Sonnenlicht auf die Turmspitze gelenkt wird - Foto: 2011, by Torresol Energy (abc123), [FAL], via Wikimedia Commons

Im Zentrum werden die Sonnenstrahlen in der Turmspitze konzentriert
Foto: 2011, by Torresol Energy (abc123), 2011, [FAL], via Wikimedia Commons

Stefan: "Vielleicht befindet es sich in der Wüste, wo es niemanden stört? Aber ich kann mir 16 Quadratkilometer auch nicht wirklich vorstellen."

Ben: "Da kann ich dir ein Beispiel geben. Wir waren letztes Jahr auf der Nordseeinsel Juist und die ist ca. 16 Quadratkilometer groß. Ich stell mir gerade vor, wie die voller Spiegel aussieht. Aber könnten wir in Deutschland so etwas bauen? Bei uns gibt 's nicht so viel Sonne wie in Kalifornien."

Stefan: "Nee, bestimmt nicht. Aber vielleicht könnte man die Energie, die man gewinnen kann, wenn die Sonne scheint, irgendwie speichern? ..."

Ben: "... in einer Art Batterie. Und wenn keine Sonne scheint, kann die dann angezapft werden. Vielleicht gibt es so etwas schon?"

Stefan: "Tja, solche Solarturmkraftwerke brauchen viel Platz. Wir haben weder eine Wüste noch viel Sonne. Aber auf den Hausdächern sind doch ganz oft schon Solaranlagen zu sehen. Funktionieren die auch mit der Sonnenwärme? Vielleicht sollte man hier in Deutschland lieber überall auf den Dächern solche Anlagen bauen, damit sich jeder selbst mit Strom versorgen kann. Dann hätte man die Flächen. Dächer gibt 's ja überall."

Ben: "Warte mal, am besten schreiben wir auf, was wir alles noch wissen wollen. Also:

- Sonnenauffangflächen auf Dächern, wie funktionieren diese Anlagen?
- Kann Sonnenenergie gespeichert werden?"

Stefan: "Mir fällt gerade noch etwas ein. Wenn die Strahlen in diesem 'Absorber' im Turm gebündelt werden, weißt du, was geschieht, wenn zum Beispiel Vögel in diese Strahlenwege geraten, verbrennen die sich dann? Oder sind die so schlau und fliegen da gar nicht erst in die Nähe?"

Ben: "Du kommst aber auf Ideen. Soll ich das als Frage etwa mit aufschreiben?"

Stefan: "Na, ich hab' dir vorhin nicht die ganze Geschichte erzählt, also, die mit der Lupe bei meinem Opa. Ich hab' nämlich meinen Finger versuchsweise zwischen Lupe und Bank gehalten, als ich gerade das "t" von Stefan gebrannt habe. Aua, kann ich nur sagen."

Ben: "Okay, ich schreib 's als Frage mit auf. Aber für heute machen wir Schluss. Zu Hause sind bestimmt schon alle beim Abendessen. Tschüß, bis dann!"

Fortsetzung folgt ...



Quellen:

http://www.solarify.eu/2013/03/22/grostes-solarturmkraftwerk-der-welt/
http://www.paradigma.de/lexikon/solarturmkraftwerke/



12. August 2014