Von Jülich nach Nordafrika Perspektiven der Solarthermie

Transkript

1 Von Jülich nach Nordafrika Perspektiven der Solarthermie Dr.-Ing. Mark Schmitz, Prof. Dr. Bernhard Hoffschmidt Solar-Institut Jülich FH Aachen Anwenderforum Power Plant Technology Hannover Messe, 23. April 2010 Fachhochschule Aachen, Solar-Institut Jülich Heinrich-Mußmann-Str. 5, Jülich Telefon , Telefax

2 Solarthermische Kraftwerke Die Funktionsweise Ein Beispiel: der Solarturm Jülich (STJ) Der Schritt nach Afrika Marktsituation und Ausblick Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

3 Solarthermische Kraftwerke Die Funktionsweise Ein Beispiel: der Solarturm Jülich (STJ) Der Schritt nach Afrika Marktsituation und Ausblick Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

4 Die Funktionsweise solarthermischer Kraftwerke Konventionelles Kraftwerk - Wasser-Dampf-Kreislauf, Turbine, Generator - Brennstoffversorgung Solarthermisches Kraftwerk - Wasser-Dampf-Kreislauf, Turbine, Generator - Sonne - Kollektor - Wärmespeicher - Evtl. zusätzliche Brennstoffversorgung Sonne Kollektor Speicher Konventionelles Kraftwerk Brennstoff: Öl, Gas, Kohle, Nuklear Dampfturbine G Kessel Pumpe Dampfturbine G Kessel Pumpe Solarthermisches Kraftwerk Brennstoff Kondensator Kondensator Ho Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

5 Die Funktionsweise solarthermischer Kraftwerke Kollektortypen Parabolrinnen Solarturm Linear Fresnel Kollektor Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

6 Solarthermische Kraftwerke Die Funktionsweise Ein Beispiel: der Solarturm Jülich (STJ) Der Schritt nach Afrika Marktsituation und Ausblick Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

7 STJ Überblick Das solarthermische Demonstrations- und Versuchskraftwerk Jülich Projektstruktur Receiver-Technologie Funktionsweise Erste Betriebserfahrungen Forschungsplattform Entwicklungsperspektiven Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

8 STJ Bilder aus dem Betrieb SIJ Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

9 STJ Projektstruktur Fördergeber Zuwendungsempfänger Projektpartner Stadtwerke Jülich Projekt Errichtung Begleitforschung Betrieb Planung Engineering Errichtung Inbetriebnahme Werkzeuge & Methoden Monitoring im Betrieb Optimierung Weiterentwicklung Testbetrieb Regelbetrieb Versuchsbetrieb Projektleitung: STWJ KAM DLR, SIJ, KAM SWJ, KAM, DLR, SIJ Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

10 STJ Receiver-Technologie Vorteil von Luft als Wärmeträger geringere Fronttemperatur geringere Abstrahlung Geringere Stromkosten tube receiver Rohrreceiver Offen volumetric volumetrischer receiver Receiver concentrated solar radiation 2 ~ 200 kw/m concentrated solar radiation 2 ~ 1000 kw/m gas wal l ga s exit absorber gas inlet inlet exit Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

11 STJ Receiver-Technologie Modulares Design des HiTRec-Receiver 0.02 m² Absorber 0.57 m² Submodul 5.7 m² Solair Receiver auf PSA 22.7m² Receiver in Jülich Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

12 STJ Funktionsweise STJ Umgebungsluft Receiver Heißluft (680 C; 1 bar) Abhitze- Kessel Dampf (480 C; 26 bar) Konzentrierte Solarstrahlung Wärmespeicher Turbine mit Generator ~ Heliostatfeld Gebläse Gebläse Rückgeführte Luft (120 C; 1 bar) Kondensator SIJ Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

13 STJ erste Betriebserfahrungen Betriebsergebnisse: Gasbetrieb der Gesamtanlage mit Nennlast 1,5 MW (100%) Solarbetrieb der Gesamtanlage mit 1 MW (70%) Keine nennenswerten Schäden oder Störungen Hybridbetrieb mit Gasbrenner Wechselbetrieb Wärmespeicher / Receiver Gesamtanlagen-Regelungskonzept funktioniert sehr gut Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

14 STJ als Forschungsinfrastruktur Forschungsplattform Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

15 STJ als Forschungsinfrastruktur Heliostatenteststände Forschungsplattform für Sun-Fuels In Planung! Sensor-Technik Innovative Spiegeloberflächen Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

16 STJ als Forschungsinfrastruktur Institutsgebäude & Teststände Innovative Spiegeloberflächen Fresnel-Kollektor-Tests In Planung! Parabolrinnen-Tests Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

17 Solarthermische Kraftwerke Die Funktionsweise Ein Beispiel: der Solarturm Jülich (STJ) Der Schritt nach Afrika Marktsituation und Ausblick Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

18 Der Schritt nach Afrika Projekt Kooperation von deutscher Forschung und Industrie zum Bau eines Kraftwerks und Testcenters in Algerien Status: Algerische Regierung bietet verschiedene Grundstücke zur Begutachtung an Geplanter Austausch von Wissenschaftlern und Ingenieuren Technologietransfer hinsichtlich Heliostate, Bau, Betrieb Marokko hat gleiches Interesse bekundet Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

19 Der Schritt nach Afrika Projekt Sun Wind Solar Collectors Dish Stirling Photovoltaic Wind Turbine Thermal Storage Process Heat Solar Tower Electrical Storage Electric Grid Therm. Desalination Reverse Osmosis Groundwater Pumps Filtration Adsorption chillers Compression chillers Heating Cooling Electric Power Water Industry Households Agriculture Consumers Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

20 Solarthermische Kraftwerke Die Funktionsweise Ein Beispiel: der Solarturm Jülich (STJ) Der Schritt nach Afrika Marktsituation und Ausblick Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

21 Marktsituation & Ausblick Aktuelle Projekte Projekte in Bau und Planung Errichtungszeitraum: 85% bis 2014, 15% von 2015 bis 2020 Quantity of projects Quantity of active projects: 29 Number / quantity of projects in pipeline: Die durchschnittliche Anlagenkapazität wird sich verdreifachen (von 28 MW auf 87 MW) gegenüber derzeitigen Anlagen. Volume of projects Volume of active projects: 0,8 GW Volume of projects in pipeline: 15,7 GW 0 5GW 10GW 15GW 20GW Quelle: EuPD Research Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

22 Marktsituation & Ausblick Aktuelle Projekte Spanische und Amerikanische Projekte dominieren den Markt. MENA-Region zzt. nicht signifikant Regional subdivision of project pipeline 8% 8% US ES 56% MENA 28% RoW Parabolrinne hat größten Marktanteil Die Pilot- und Demo- Phase für Solartürme, Fresnel-Kollektoren und Dish-Stirling- Systeme endet momentan Technical subdivision of project pipeline 14% 11% 15% 5% Parabolrinne Fresnel Solar tower 55% Dish-Stirling Not specified Quelle : EuPD Research Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

23 Marktsituation & Ausblick Perspective bis 2014 CAGR** : 47% Der spanische Markt wird noch bis 2011 dominieren Ab 2012 wird auf dem US- Markt stark wachsen Zusammen werden Spanien und USA weiter den größten Anteil (>90%) haben Marktanteil von MENA und dem Rst der Welt bleibt insignificant ES US MENA RoW CAGR 47% * Based on Credit Suisse 2009, Deutsche Bank 2009, EER 2009, EuPD Research 2009 ** CAGR: Compound Annual Growth Rate Quelle: EuPD Research Forecast is based on a qualitative evaluation Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

24 Marktsituation & Ausblick Verteilung der Solarressource Oder: Warum Afrika? Verteilung der Direktstrahlung auf der Erde DNI Direct Normal Irradiance [W/m²] Das gleiche Kraftwerk liefert in Nordafrika 3x mehr Energie als in Deutschland (30% mehr als in Spanien) Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

25 Marktsituation & Ausblick Prognose für The market development is expecting a decrease (according to EuPD) base scenario: CAGR 3.5% opt. scenario: CAGR 12% Annual global market volume base scenario: 2.0GW 2.5GW opt. scenario: 2.6GW 4.3GW * Eu PD Ba se Eu PD Ad va n ce d Credit Suisse 2009 Deutsche Bank 2009 EER 2009 base case EER 2009 high growth * Based on Credit Suisse 2009, Deutsche Bank 2009, EER 2009, EuPD Research 2009 Cumulated installed power base scenario: ca. 13.5GW opt. scenario: ca. 20.8GW Source: EuPD Research Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

26 Marktsituation & Ausblick DESERTEC-Konzept Das Potenzial erneuerbare Energie übertrifft die Nachfrage Solarstrahlung ist mit Abstand die größte Quelle unerschöpflicher Energie 1 km² Wüste liefert ca. 50 MW Strom 1 km 2 Wüste liefert GWh el pro Jahr 1 km² Wüste verhindert t CO 2 / Jahr Die Energie aus solarthermischen Kraftwerken von der Fläche des Assuan-Stausees entspricht der gesamten Ölproduktion des mittleren Osten. Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

27 Marktsituation & Ausblick DESERTEC-Konzept Energie-Transport von MENA in die EU: Als Wasserstoff (Elektrolyse + Brennstoffzelle): Sehr hohe Kosten und 75% Energieverlust (Hochspannung-) Wechselstrom: Hohe Kosten und Übertragungsverluste von 45% bzw. 25% 800 kv-gleichstrom (HGÜ): Minimale Kosten und nur 10% Übertragungsverluste Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

28 Marktsituation & Ausblick DESERTEC-Konzept Electricity [TWh/y] MENA Desalination Export Solar Photovoltaics Wind Geothermal Hydropower Biomass Wave / Tidal CSP Plants Oil / Gas Coal Nuclear Energiebedarfsdeckung MENA, Inkl. Export nach Europe und Meerwasserentsalzung Year Electricity [TWh/y] EU Import Solar Photovoltaics Wind Geothermal Hydropower Biomass Wave / Tidal CSP Plants Oil Gas Coal Nuclear EU-25, und 17% Import aus MENA Year Gerhard Knies, TokyoTech Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

29 Marktsituation & Ausblick Kostenentwicklung Solarkraftwerke Kostenreduktion aufgrund von Massenfertigung und größeren Einheiten Steigerung der Prozesstemperatur (Turmtechnologie) Die gezeigten Ziele können nur durch weitergehende Forschung und Entwicklung erreicht werden. Solar electricity costs [ct/kwh] year Installed capacity [GW] SEGS t CSP Cost Spain CSP Cost Egypt Worldwide Installed CSP Capacity Source: EU-IP NEEDS (New Energy Externalities Developments for Sustainability Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

30 Zusammenfassung Trotz ihres Potentials zur globalen Vollversorgung mit Strom wird Solarthermie in der EU bis 2050 nur maximal 25% liefern (begrenzt durch Zubauraten). Je billiger der Solarstrom desto schneller der unsubventionierte Markterfolg Dazu erforderlich: - Forschung - EU-MENA-Kooperation - Anschubsubventionen Erste Schritte bereits erfolgt (z.b. Solarturm Jülich, bzw. Algerien-Projekt bzw. span. Einspeisegesetz) Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen 23. April

31 Ausblick STJ Vielen Dank für Ihr Interesse! Solar-Institut Jülich, Fachhochschule Aachen Stadtwerke 23. April Jülich 2010 GmbH - 31