Von besonderer Bedeutung für die Concentrated Solar Power (CSP) Technologie ist die Entwicklung geeigneter Speicher zur zeitlichen und räumlichen Entkopplung von Solarstrahlungsangebot und Stromerzeugung. Schon heute ermöglichen Wärmespeicher mittels Schmelzsalzen einen kontinuierlichen Betrieb von kommerziellen CSP Anlagen bis in die Nachstunden. Um aber fossil betriebene Kraftwerke mit einer jährlichen Betriebsdauer von über 6.000 Stunden in Zukunft vollständig ersetzen zu können, werden zusätzlich Langzeitspeicher benötigt, die einen kontinuierlichen 24-Stunden-Betrieb über das gesamte Jahr und einen Transport der gespeicherten Solarenergie in sonnenarme Regionen ermöglichen.
Das durch das Land NRW geförderte Projekt BaSiS (Bedarfsgerechte Solarstromproduktion mittels Schwefelspeichertechnologie) betrachtet einen thermochemischen Schwefelspeicher-Kreisprozess, um Solarenergie dauerhaft und effizient in chemischer Form als elementaren Schwefel zu speichern. Und das mit einer 30-mal höheren Energiedichte als heutige Schmelzsalzsysteme. Schwefel – einer der bedeutendsten Grundstoffe der chemischen Industrie mit einer globalen Jahresproduktion von 70 Mio. Tonnen – kommt als Brennstoff in konventionellen Schwefelsäureanlagen zum Einsatz, die die Abwärme ihrer Schwefelbrenner in Dampfturbinen zu Elektrizität umwandeln. Zusätzlich wäre es möglich, Gasturbinen in diese Anlagen zu integrieren, sodass ein hocheffizientes und emissionsfreies Gas- und Dampfturbinen (GuD) Kraftwerk entsteht, in dem flexibel und bedarfsgerecht Strom produziert werden kann.
Im untersuchten Kreisprozess wird die bei der Stromproduktion erzeugte Schwefelsäure in einer CSP-Anlage solarthermisch gespalten und das entstehende Schwefeldioxid (SO2) anschließend in einem innovativen Disproportionierungsreaktor zu Schwefel weiterreagiert. Diese solare Schwefelproduktionsanlage und das schwefelbefeuerte GuD-Kraftwerk können sich an vollkommen unterschiedlichen Orten befinden, da Lagerung und Transport von Schwefel und Schwefelsäure problemlos und praktisch verlustfrei über lange Zeit beziehungsweise große Distanzen möglich ist.
Vereinfachte Darstellung des Schwefelspeicherkreislaufs
Solarthermische Anlagen mit Schwefelproduktion lassen sich insbesondere in sonnenreichen Gebieten effektiv betreiben. Der dabei gewonnene Schwefel kann im Anschluss problemlos in sonnenärmere Regionen transportiert werden.
Das Projekt BaSiS wird in enger Kooperation mit dem vom DLR koordinierten Horizon 2020 Projekt PEGASUS (www.pegasus-project.eu) durchgeführt. Es ergänzt und erweitert die dort durchgeführten Arbeiten, sodass sich eine Vielzahl von Synergien ergeben. So wird in BaSiS ein optimierter, mit erhöhtem Druck betriebener Reaktor zur solaren Schwefelsäurespaltung konstruiert und getestet werden. Außerdem wird die Disproportionierung weiter entwickelt und experimentell betrieben. Schließlich wird in BaSiS eine umfassende Gesamtprozesssimulation mit techno-ökonomischer Untersuchung, Machbarkeitsstudie und Sicherheitsanalyse durchgeführt.
