Solarthermische Kraftwerke - Stand und Perspektiven

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1 Solarthermische Kraftwerke - Stand und Perspektiven Dr. Werner J. Platzer Bereichsleiter Solarthermie und Optik Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Freiburg, 10. Juli 2011 Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick

2 Das Solare Potenzial Jährlicher Energiebedarf der Erde Hydro Geothermal Biomass Solar Wind Solare Einstrahlung weltweit DLR

3 Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick Parabolrinnenkraftwerk Hauptkomponenten: Solarfeld Kraftwerksblock Thermische Speicher Kühlturm Verrohrung / Wärmetauscher Solarmillenium

4 Wirkungsgrad und Temperatur 80% 70% efficiency [%] 60% 50% 40% 30% 20% turbine collector solar power plant optimum 10% 0% operating temperature [ C] Kollektortechnologien C ~ kommerziell C ~ demo C ~ demo C ~ komm. Demo η a ~ 12%-14% η a ~10%-12% η a ~ 14%-18% η a ~ 10%-15%

5 Parabolrinne Verschiedene kommerzielle Anbieter: Beispiele: Flagsol Acciona Energia Sener Abengoa Solar New Technologies Archimede Solar Energy SGX2 Acciona SEGS Solar Energy Generating System Betriebserfahrung seit mehr als 25 Jahren 354 MW el, Inbetriebnahme in der Mojavewüste, California Sandia

6 Nevada Solar One 64 MWel In Betriebnahme 2007 in Nevada, U.S.A. durch Acciona Energy Acciona Linearer Fresnel Kollektor Kosten: Flachspiegel und höhere Konzentation Betrieb: Fixiertes Absorberrohr; geringe Windlasten Wärmeträgermedium: Vorteile Dampf/Salz (keine Übergänge, drehbare Verbindungen) Aber: niedrigerer Wirkungsgrad <-> Kosten Landverbrauch: Parkplatz, Shopping mall, Landwirtschaft unter dem Kollektor Wirtschaft: Lokale Wertschöpfung, lokale Anpassung Flexibilität: Auslegung und Konstruktion

7 Neue Entwicklungen CNIM DSG Pilot Plant in La Seyne Sur Mer, France Fera DSG Pilot Plant in Sicily, Italy Weitere: Euromed (F), Thermax (IND), Lotus (EGY), KG Group (IND), andere Anwendung Direktverdampfung Source: Areva, Solar Paces 2010

8 Heliostaten Feld Orientierung Orientierung 1: Asymmetrisches Feld für höhere Breitengrade und ausgerichteten- Empfänger Orientierung 2: 360 Feld für hohen Ertrag und Rundum-Receiver PS-10 /PS-20 ( Abengoa) GEMASOLAR design ( TorreSol Energy) Novatec Linear Fresnel Kollektor PE MW el Kraftwerk in Murcia, Spanien, seit 2008 Im Bau: PE-2, 30 MW el Kraftwerk, Murcia, Spanien, seit 2010 Novatec

9 Solarturm = Central Receiver System (CRS) Durch hohe Flussdichte erreicht sind Betriebstemperaturen bis zu 1100 C machbar -> auch Hochtemperaturchemie möglich! Materialauswahl wichtig Wärmeträgerfluid: Salzschmelze, Dampf, Luft Großes Heliostatenfeld mit genauer Nachführung Operational schematic of Solar Tower Technology ( Abengoa) Abengoa PS MW in Betrieb seit Heliostaten mit je 120 m² Sattdampf technologie 280 C 48,6 GWh/Jahr Höhe 160 m. Landverbrauch: 90 ha Picture of PS 20 still under construction ( Abengoa)

10 Sierra SunTower 5 MW in Betrieb seit 2009 (Lancaster, California), operated by esolar 24,000 1m² Heliostaten, etwa 8 ha Landbedarf HTF: Überhitzter Dampf (440 C, 60bar) Aerial view of the 5 MW Sierra SunTower power plant esolar esolar Demonstrationskraftwerk in Deutschland Jülich (Stadtwerke Jülich / KAM) Offener volumetrischer Luftreceiver 1.5 MWe

11 Erhöhung der Volllaststunden mit TES Ausnutzung Turbine Wirkungsgraderhöhung bei Vollast Stromerzeugung auch nachts und nach Bedarf DLR Kommerzielle Speicher für CSP Dampfspeicher ( Ruthspeicher ) teuer typisch h Kapazität Zweitank Salzspeicher Indirekter Speicher bei Parabolrinnen mit Thermoöl Direkter Speicher bei Solarturm mit Salzschmelzen

12 Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick Typischer Projektzeitplan Project Expenses - Disbursements during construction Actual Work Progress On-site Example of Project Life Cycle for specific project conditions (see previous slide) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% % [$,progress] Months 0% Project start months Authorization proceedings - Country specific Bankable solar resource Feasibility study Basic design Tendering Contracts (LLA, PPA, FSA, WSA) Special conditions to FC of RE projects Others Pre-Feasibility Study Start Due Diligence Project Finance FC Project Development Project Construction Warranty Period NTP Groundbreaking Mobilization Camps Re-evaluation Basic Eng. Detailed Engineering Earthworks Issuing of foremost PO Manufacturing delivery Finish-up foundations Civil works Assembling of main equip Pre-commissioning Others Commissioning Functional Tests Start-up PA Tuning FA

13 CSP Projekt Risikokategorien Energy Yield CAPEX Technology Resource Finance Policy CSP Organization Strategy Market OPEX Revenues Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick

14 Comparison of LCOE conventional and renewable energy Source: PWC 2010 ESTELA Roadmap der CSP-Industrie

15 Einfluss der Einstrahlung 110% 105% 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 18-19% 24-25% 33-35% 60% DNI Italy Spain Portugal Tunisia Marocco Chile [kwh/m 2 a] Greece UAE Nevada Turkey Australia Arizona Saudi Arabia Algeria California South Africa Output in comparison to reference plant in Spain (100%) Source: ESTELA/Kearney Vergleich Stromgestehungskosten hard coal combined cycle gas turbine dispatchable solar thermal Gas price 22/MWh > 40/MWh > 55MWh > 60/MWh Includes cost and efficiency improvements and economies of scale Source: ESTELA/Kearney

16 Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Solarthermische Kraftwerke im Netz Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick Existierende und geplante Solarthermische Kraftwerke 1 GW in Betrieb, 3 GW im Bau, >10 GW in Entwicklung

17 Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick Kostenreduktion Technology Efficiency improvement New technologies Innovative plant concepts Plant Assembly & Operation mode Project Development Multi Contracting Larger projects Supplier diversification Risk-Mitigation: Joint Venture building Supply Chain Higher production volumes Standardization Supply Chain Management Market More supplier entering the market Supplier diversification

18 Leitungskosten vs. Einstrahlungspotential Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick

19 Desertec - Vision eines Stromverbundes Desertec Foundation Stromproduktion aus EE: Photovoltaik Wind Solarkraftwerke Stromtransport nach Europa via HGÜ Fraunhofer assoziiertes Mitglied Desertec Industrial Initiative Vertreter: Prof. Eicke Weber Solarthermische Kraftwerke ISE-Aktivitäten im Überblick Material- und Komponentenentwicklung Vakuumabsorberrohre Luftstabile- und Hochtemperaturabsorber Sekundärspiegel Experimentelle Qualifizierung Optische Qualität und Konzentration Thermische Performance und Wärmeverluste Kraftwerke & Kollektoren Kollektordesign Techno-Ökonomische Modellierung Solare Polygeneration (KWK/KWKK) Hochtemperaturspeicherung Studien, Gutachten, Seminare

20 Fraunhofer Gesellschaft und Desertec Solarthermische Kraftwerke Photovoltaische Kraftwerke Windenergie Elektrische Netze und Übertragungstechnik Energiespeicher und Speichersysteme Energiewirtschaftliche und politische Rahmenbedingungen Projekt- und Produktionsorganisation Ganzheitliche Bewertung und Evaluierung der Nachhaltigkeit Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Solare Energie Systeme ISE Dr. Werner Platzer