TESS Thermischer Stromspeicher für die Energiewende

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1 TESS Thermischer Stromspeicher für die Energiewende Prof. Dr.-Ing. Ulf Herrmann Workshop "Wärmespeicher für die Energiewende" Energy Storage Europe März 2016, Düsseldorf SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

2 TESS Thermischer Stromspeicher Inhalt 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarthermischen Kraftwerke. 2. Das thermische Stromspeicherkraftwerk 3. Flexibilisierung bestehender Kraftwerke 4. Fazit SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

3 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarkraftwerken Prinzip Solarthermische Stromerzeugung SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

4 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarkraftwerken Prinzip Solarthermische Stromerzeugung SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

5 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarkraftwerken Anlagenschema mit Flüssigsalzspeicher Heat Steam Power Steam Solar Field Heat Storage generation Power Block SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

6 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarkraftwerken Beispiele In Kooperation mit: 1. Kurzeinführung Solarthermische Kraftwerke (STK) Referenzen: 2. Erfahrung mit ausgeführten Salzspeichern in kommerziellen STK Speichergrößen jeweils ~1000 MWh th (~7.5 Volllaststunden) 3. Weitere Entwicklungen 4. Zusammenfassung Andasol 1:am Netz seit 12/2008 Andasol 2: am Netz seit 06/2009 Beton Samcasol 1: am Netz seit 06/2010 Keramik Samcasol 2: am Netz seit 02/2011 Sand Andasol 3: am Netz seit 01/2012 La Africana: am Netz seit 11/2012 Los Arenales: am Netz seit 11/2013 SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

7 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarkraftwerken Andasol Technical Parameter Quelle: Solar Millennium AG Medium: Nitratsalzmischung (60% NaNO 3 und 40% KNO 3 ) Speicherkapazität: ~1000 MWh (~7.5 Volllaststunden) Dimensionen: 14 m Höhe, 37 m Durchmesser Salzmasse: ton Salztemperatur: 386 C Jahreswirkungsgrad des Speichers ~95% SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

8 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarkraftwerken Betriebsdaten Beispiel Betriebstag, DNI Electric output Storage load SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

9 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarkraftwerken Betriebsdaten Beispiel Betriebstag, (24 h Betrieb) DNI Electric output Storage load SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

10 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarkraftwerken Stromgestehungskosten Vergleich LCOE (Levelized Cost of Electricity) 300 CSP vs. PV mit Speicher 250 CSP PV LCOE [ /MWh] Speicherkapazität in Volllaststunden SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

11 TESS Thermischer Stromspeicher Inhalt 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarthermischen Kraftwerke. 2. Das thermische Stromspeicherkraftwerk 3. Flexibilisierung bestehender Kraftwerke 4. Fazit SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

12 2. Das thermische Stromspeicherkraftwerk Vorbild Solarkraftwerk SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

13 2. Das thermische Stromspeicherkraftwerk Vorteile Anders als bei Pumpspeicherkraftwerken kann ein thermischer Stromspeicher unabhängig von geographischen oder geologischen Voraussetzungen gebaut und betrieben werden. Kompakte Bauweise Verwendung von bekannten Komponenten und Technologien aus der Industrie (Elektroheizung), der konventionellen Kraftwerkstechnik (Turbinenkreislauf) und der Solartechnik (Hochtemperaturspeicher) Deutlich höherer exergetischer Wirkungsgrad als bei herkömmlichen Power-to-Heat Anwendungen (von ca. 20% auf über 50%) Synergien mit konventionellen Kraftwerken und vorhandener Infrastruktur Gute Skalierbarkeit Attraktive Kosten, vergleichbar mit Pumpspeicherkraftwerken (deutlich günstiger als Batteriespeicher) SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

14 3. Integration in bestehende Kraftwerke Projekt I-TESS I-TESS Integration thermischer Stromspeicher Analyseziel in existierende Kraftwerke Untersuchung des thermischen Speichers als Stromspeicher Einsatz des Speichers zur Steigerung der Flexibilisierung bestehender fossiler Kraftwerke Erhaltung von Kraftwerksstandorten, aktive Gestaltung des Strukturwandels gefördert durch: SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

15 3. Integration in bestehende Kraftwerke Projekt I-TESS Laufzeit: Arbeitspakete 1. Erarbeitung des technisches Konzept 2. Ermittlung der Kosten 3. Analyse der Ertragsmodelle SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

16 3. Integration in bestehende Kraftwerke Konzept I-TESS SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

17 2. Das thermische Stromspeicherkraftwerk Vorläufiges Ergebnis: Kostenvergleich SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

18 TESS Thermischer Stromspeicher Inhalt 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarthermischen Kraftwerke. 2. Das thermische Stromspeicherkraftwerk 3. Flexibilisierung bestehender Kraftwerke 4. Fazit SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

19 3. Integration in bestehende Kraftwerke Flexibilisiertes Kohlekraftwerk mit Wärmespeicher Optionen für eine Wärmespeichereinbindung Wärme-Input Wärme-Output Wärme-Output Wärme-Input SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

20 3. Integration in bestehende Kraftwerke Flexibilisiertes Kohlekraftwerk mit Wärmespeicher Anforderungen an Anlagenkonzept: Last des Kraftwerks kann zwischen 50% und 100% variiert werden. Der Kessel läuft konstant auf Teilllast (ca. 60 bis 70%) Volllast wird mit Wärme aus dem Speicher gefahren Ziele: Bereitstellung negativer Sekundärregelleistung Verschiebung überschüssigen Stroms in die Bedarfszeiträume Beitrag zur Netzstabilisierung (Momentanreserve, Blindleistungskompensation) SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

21 TESS Thermischer Stromspeicher Inhalt 1. Erfahrung mit thermischen Speichern in Solarthermischen Kraftwerke. 2. Das thermische Stromspeicherkraftwerk 3. Flexibilisierung bestehender Kraftwerke 4. Fazit SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH

22 4. Fazit Große Hochtemperaturwärmspeicher werden bereits seit mehreren Jahren in solarthermischen Kraftwerken erfolgreich kommerziell eingesetzt Typische Speicherkapazitäten liegen in der Größenordnung von 1 GWh thermisch. Damit kann ein 50 MW el Turbine ca. 7,5 h auf Volllast unabhängig von Sonnenstrahlung betrieben werden Diese Erfahrungen mit den Einsatz von Hochtemperaturspeichern können auf andere Anwendungen übertragen werden z.b. auf ein Power-to-Heat-to-Power Konzept und zur Flexibilisierung von Kohlekraftwerken Kosten sind im Vergleich zu anderen Speichertechnologien schon heute attraktiv Diese Technologien könnten einen kontinuierlichen Strukturwandel in Kohleregionen unterstützen SOLAR-INSTITUT JÜLICH FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES HEINRICH-MUSSMANN-STR JÜLICH