Algeria plans construction of first solar tower power plant in North Africa

The first solar tower power plant in North Africa will be built in Algeria. The People's Democratic Republic of Algeria Ministry of Higher Education and Scientific Research and the German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety (Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit; BMU) have agreed to collaborate on this project. The aim is to build a solar-gas hybrid power plant with an output of up to seven megawatts. Important components of power station technology were, to a great extent, developed by the German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) with partners.

The power plant will be constructed in Boughezoul, on the northern edge of the Sahara desert, and will serve primarily as a pilot and research facility. It will be able to operate using just solar energy or as a hybrid power plant fuelled by a combination of solar power and gas. This combination enables this country, one that holds exceptionally large gas reserves, to manage a relatively smooth and inexpensive transition from fossil fuel to solar power generation with an assured continuity of supply. "We are delighted to be able to further develop relations between Algeria and Germany in respect of environmental technologies and renewable energies through this project," stated the German ambassador to Algeria, Götz Lingenthal, who signed a declaration of intent to promote and support this venture at the EnviroAlgérie trade fair in Oran. Algeria wishes to contribute the necessary funding to implement this project. The BMU intends to contribute up to seven million euro towards the construction of the power plant and a renewables test centre.

From initial laboratory work in Cologne through to the power plant in Algeria

Key components of the technology for the solar tower power plant were developed at DLR. On a laboratory scale, solar researchers initially designed and tested the High Temperature Receiver (HiTRec) currently in use in the solar furnace in Cologne. At the top of the tower, a solar radiation receiver collects the radiation reflected by the mirrors and converts this solar energy into heat. The HiTRec solar radiation receiver uses ambient air, making it very robust and therefore ideally suited to operate in North Africa. The receiver operates at temperatures of up to 700 degrees Celsius, so solar energy can be converted into heat and subsequently into electricity very efficiently.

Researchers tested the first large-scale pilot unit of this type of receiver at the Plataforma Solar de Almería in southern Spain. The breakthrough came when this new technology was applied to the pilot solar tower power plant in Jülich, in southwestern Germany, that was completed in 2009 by the Munich-based plant construction company Kraftanlagen München (KAM). "We are delighted that a solar tower power plant using receiver technology developed at DLR is now, for the first time, about to be constructed in the Sun Belt. This is a great success, only made possible by the pilot solar tower power plant in Jülich. Together with Algerian researchers, we will be able to gain valuable experience to further improve this technology under real desert conditions," commented Bernhard Hoffschmidt, Co-Director of the DLR Institute of Solar Research. "DLR has guided this technology from the early stages of basic research in the laboratory in Cologne through to its use in the Sun Belt in North Africa and, with its partners, continues to develop this concept."

This is how a solar tower power station operates

In a solar tower power station, an array of mirrors reflects sunlight onto the top of the tower. Here, the concentrated rays are converted into heat, giving rise to temperatures of up to 1000 degrees Celsius. This energy is used to heat water and turn it into steam; this steam is then used to drive a turbine. Solar tower power plants operate at higher temperatures than other kinds of solar-thermal power plants, like parabolic trough power plants. Their high operating temperatures make the efficiency rating of these power plants very high – fewer collectors are needed per kilowatt-hour generated, thereby cutting the cost of power generation. In contrast to the parabolic trough design of solar power plants, the first of which entered service some 30 years ago, solar tower power technology is still, comparatively speaking, in its infancy. The big advantage of solar thermal power plants is that they are able to store solar power in the form of heat for several hours, and to do so in a cost-effective manner. This enables them to deliver renewably sourced electricity in line with varying demand.

Algerien plant Bau des ersten Turmkraftwerks in Nordafrika

In Algerien soll das erste Turmkraftwerk in Nordafrika gebaut werden. Für dieses Projekt haben das Ministerium für Hochschulwesen und wissenschaftliche Forschung der Demokratischen Volksrepublik Algerien und das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit der Bundesrepublik Deutschland (BMU) ihre Zusammenarbeit vereinbart. Angestrebt wird der Bau eines Gas-Sonnenwärme-Kraftwerks mit einer Leistung von bis zu sieben Megawatt. Wichtige Teile der Kraftwerkstechnologie wurden maßgeblich vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit Partnern entwickelt.

Das Kraftwerk soll in Boughezoul am nördlichen Rand der Sahara entstehen und in erster Linie als Pilot- und Forschungskraftwerk dienen. Es kann ausschließlich mit Sonnenenergie oder auch als Hybridkraftwerk noch zusätzlich mit Gas betrieben werden. Diese Kombination ermöglicht dem Land, das über große Gasvorkommen verfügt, einen weichen, kostengünstigen und versorgungssicheren Übergang von einer fossilen hin zu einer solaren Stromerzeugung zu bewältigen. "Wir freuen uns, in diesem Projekt die Beziehungen zwischen Algerien und Deutschland im Bereich der Umwelttechnologien und erneuerbaren Energien weiter vertiefen zu können", sagte der deutsche Botschafter in Algerien, Götz Lingenthal, der eine Absichtserklärung zur Förderung bei der EnviroAlgérie Messe in Oran unterzeichnete. Algerien will die notwendigen Mittel zur Umsetzung des Projektes zur Verfügung stellen. Das BMU beabsichtigt mit einem Höchstbetrag von sieben Millionen Euro zum Bau des Kraftwerks und der Errichtung eines regenerativen Testzentrums beizutragen.

Von ersten Laborarbeiten in Köln bis zum Kraftwerk in Algerien

Wesentliche Teile der Technologie des nun gebauten Turmkraftwerks wurden beim DLR entwickelt. Im Labormaßstab entwarfen und testeten die Solarforscher den nun verwendeten Strahlungsempfänger HITREC (High Temperature Receiver) zunächst am Sonnenofen in Köln. Ein Strahlungsempfänger sammelt an der Spitze des Turms die Sonnenstrahlen der auf ihn gerichteten Spiegel und wandelt die Sonnenenergie in Wärme um. Der HITREC-Strahlungsempfänger nutzt dafür die immer verfügbare Umgebungsluft, wodurch er sehr robust arbeitet, was für den Einsatz in Nordafrika ein wichtiger Vorteil ist. Der Receiver arbeitet mit einer Betriebstemperatur von bis zu 700 Grad Celsius. Dadurch kann die Solarenergie sehr effizient in Wärme und anschließend in Strom umgewandelt werden.

Die erste größere Pilotanlage eines solchen Receivers testeten die Forscher auf der Plataforma Solar de Almería in Südspanien. Zum Durchbruch wurde die neue Technologie durch das Pilot-Turmkraftwerk in Jülich gebracht, das 2009 vom Anlagenbauer Kraftanlagen München (KAM) fertiggestellt wurde. "Wir freuen uns sehr, dass ein Turmkraftwerk mit der im DLR entwickelten Receivertechnologie nun erstmals im Sonnengürtel gebaut wird. Dies ist ein großer Erfolg, der durch das Pilot-Turmkraftwerk in Jülich erst ermöglicht wurde. Gemeinsam mit den algerischen Forschern können wir zukünftig wertvolle Erfahrungen zur weiteren Verbesserung der Technologie unter realen Wüstenbedingungen sammeln", sagt Prof. Bernhard Hoffschmidt, Co-Direktor des DLR-Instituts für Solarforschung. "Das DLR hat diese Technologie von den Grundlagenforschungen im Labor in Köln bis zur Anwendung im Sonnengürtel in Nordafrika geführt und mit seinen Partnern stetig weiterentwickelt."

So funktioniert ein Turmkraftwerk

Bei einem Turmkraftwerk reflektieren viele einzelne Spiegel das Sonnenlicht an die Spitze des Turms. Dort werden die konzentrierten Sonnenstrahlen in Wärme umgewandelt, es entstehen Temperaturen bis zu 1000 Grad Celsius. Mit dieser Energie wird Wasserdampf erzeugt, der eine Turbine antreibt. Turmkraftwerke arbeiten mit höheren Temperaturen als andere solarthermische Kraftwerke, wie zum Beispiel Parabolrinnen-Kraftwerke. Durch die hohen Betriebstemperaturen ist der Wirkungsgrad dieser Kraftwerke bei der Stromerzeugung besonders hoch. Es werden weniger Kollektoren pro erzeugte Kilowattstunde benötigt, wodurch die Stromgewinnungskosten sinken. Während Parabolrinnen-Kraftwerke bereits seit 30 Jahren im Einsatz sind, ist die Turmtechnologie eine relativ neue Technologie. Der Vorteil aller Sonnenwärmekraftwerke ist, dass sie die Sonnenenergie in Form von Wärme kostengünstig über mehrere Stunden speichern können. Sie liefern damit regelbaren erneuerbaren Strom.