Potenzialstudie und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

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1 Kollektoren und Wärmekraftmaschinen Potenzialstudie und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Workshop: Solarthermische Kraftwerke im kleinen und mittleren Leistungsbereich Fraunhofer ISE Freiburg Jakob Hagmann

2 Gliederung Methodik Preisübersicht Wärmekraftmaschinen Wärmekraftmaschinen- und Kollektormodelle Ertragsberechnung

3 Methodik Internet- und Literaturrecherche Direkter Kontakt mit internationalen Herstellern Verknüpfung des Kollektorertrags aus TRNSYS- Simulationen mit Kosten- und Leistungsdaten in einem Excel-Tool Auswertung der Daten zur Identifikation von erfolgversprechenden Anlagenkonfigurationen und weiterem Entwicklungsbedarf

4 Kostenkurve für ORC-Turbinenanlagen 4 spezifische Investitionskosten [ /kw] Regression Richtpreise Leistung [kw]

5 Kostenkurven der WKM im Vergleich 55 5 spezifische Investitionskosten [ /kw] Schraubenmotor Dampfturbine ORC-Turbine Kolbenmotor,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 Leistung [MW]

6 Kollektormodelle Rinne 1: großer Parabolrinnenkollektor mit Glasspiegeln, Glashüllrohr mit Vakuum Rinne 2: kleiner Parabolrinnenkollektor mit Aluminiumreflektor, Glashüllrohr ohne Vakuum Fresnel: Kraftwerkskollektor mit Sekundärkonzentrator Tube: Vakuumröhrenkollektor mit CPC-Reflektor

7 Kennlinien der Kollektormodelle Workshop MEDIFRES Studie zur Wirtschaftlichkeit 1,9,8,7,6,5,4 Rinne 1 Fresnel Rinne 2 Tube,3,2, Delta_T

8 Teillastverhalten der WKM Modelle Workshop MEDIFRES Studie zur Wirtschaftlichkeit,25 Dampfturbine ORC-Turbine Beispiel:,2 Dampfschraubenmotor E le k t ris che r W ir k ungs gra d,15,1,5 Dampfkolbenmotor Leistung: T_Koll.: 1 MWel 3 C,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 P /P _N e nn

9 Annahmen zur Berechnung der Stromgestehungskosten Laufzeit 25 Jahre Kalkulationszins 8 % O&M 2 % p.a. Versicherung 1 % p.a.

10 Kollektorvergleich im Solarfeld ohne Speicher 25, Rinne 1: 1,7 Fresnel: 1,6 Beispiel: Leistung [kwel] 2, 15, 1, 5,, Zeit [h] Rinne 2: 1,8 Tube: 1,7 WKM: Leistung: T_Koll.: Standort: ORC-Turbine 22 kwel 1 /kw 15 C Murcia

11 Stromgestehungskosten bei fiktiven Solarfeldkosten,6 Beispiel: Stromgestehungskosten [ /kwh],5,4,3,2,1 Rinne 1 Fresnel Rinne 2 Tube Vergütung WKM: ORC-Turbine P_Nenn: 2 kwel 1 /kw T_Koll: 15 C Standort: Murcia Solarfeldkosten [ /m²]

12 Stromgestehungskosten bei fiktiven Solarfeld- und WKM-Kosten,6 Beispiel: Stromgestehungskosten [ /kwh],5,4,3,2,1 Rinne 1 Fresnel Rinne 2 Tube Vergütung WKM: ORC-Turbine P_Nenn: 22 kwel 6 6 /kw T_Koll: 15 C Standort: Murcia Solarfeldkosten [ /m²]

13 Vergleich der WKM bei fiktiven Solarfeldkosten,7 Stromgestehungskosten [ /kwh],6,5,4,3,2,1 Schraubenmotor 21 /kw Dampfkolbenmotor 1 /kw Schraubenkompressor 7 /kw Dampfturbine 125 /kw ORC-Turbine 15 /kw Vergütung,2693 /kwh Beispiel: Leistung: Kollektor: T_Koll.: Standort: 7 kwel Rinne 1 3 C Murcia Solarfeldkosten [ /m²]

14 Variation der Größe und des Standortes Beispiel:,5 Stromgestehungskosten [ /kwh],4,3,2,1 Hyeres Murcia Faro Luxor Vergütung WKM: Leistung: Kollektor: ORC-Turbine 1 MWel 13 /kw Fresnel 2 /m²,2, Nennleistung [MW] T_Koll.: 3 C

15 Nasse Rückkühlung Workshop MEDIFRES Studie zur Wirtschaftlichkeit,35 Beispiel: Stromgestehungskosten [ /kwh],3,25,2,15,1,5,293,262 Trockenkühlung Nasskühlung Vergütung,27 WKM: Leistung: Kollektor: T_Koll.: Standort: ORC-Turbine 1 MWel 13 /kw Fresnel 2 /m² 3 C Faro Kühlwassertemperatur: 25 C Nennleistung 1 MW Steigerung des Wirkungsgrades Senkung des Eigenverbrauchs

16 Thermischer Speicher Beispiel:,35 WKM: ORC-Turbine Stromgestehungskosten [ /kwh],3,25,2,15,1,5,29,27,26,22 Leistung: Trockenkühlung Kollektor: Trocken + Speicher Nasskühlung Nass + Speicher T_Koll.: Vergütung,27 Standort: T_Kühlwasser: Speicherkosten: 1 MWel 13 /kw Fresnel 2 /m² 3 C Faro 25 C 3 /kwh_th Nennleistung 1 MW Mehr Volllaststunden

17 Kostenstruktur Beispiel: Speicher 5% Land 1% WKM: Leistung: ORC-Turbine 1 MWel Powerblock 21% 13 /kw Kollektor: Fresnel 2 /m² Solarfeld 73% T_Koll.: T_Kühlwasser: Speicherkosten: 3 C 25 C 3 /kwh_th

18 Sensitivitätsanalyse Beispiel: Stromgestehungskosten [ /kwh],29,27,25,23,21,19,17,15 Solarfeld Kalkulationsz ins Powerblock Speicher WKM: Leistung: Kollektor: T_Koll.: T_Kühlwasser: ORC-Turbine 1 MWel 13 /kw Fresnel 2 /m² 3 C 25 C Änderung der Ausgangswerte [%] Speicherkosten: 3 /kwh_th

19 Zusammenfassung Wirtschaftlicher Betrieb bei reiner Stromerzeugung durch Reduktion der Investitionskosten möglich Auslastung des Powerblocks ist gering Optimierungspotenzial: Einbindung von thermischen Speichern Hybridisierung z.b. durch Zufeuerung von Biomasse Kraftwärmekältekopplung (KWKK)

20 DANKE!