DESERTEC: Flexibler Strom aus Sonnenenergie

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1 Folie 1 Franz Trieb Operation Wüstenstrom-5.pptx > DESERTEC: Flexibler Strom aus Sonnenenergie Franz Trieb DLR-Institut für Technische Thermodynamik Karlsruhe, Folie 2 DESERTEC Vision 23 Dem Wechselstromnetz überlagerte HGÜ-Stromautobahnen verbinden gute Produktionsstandorte mit großen Verbrauchszentren EUMENA: Europe Middle East North Africa Die Begriffe DESERTEC und EUMENA wurden erstmals von Dr. Gerhard Knies eingeführt 1

2 MED-CSP TRANS-CSP AQUA-CSP DLR-Studien Ermittlung der erneuerbaren Energiepotentiale für die nachhaltige Produktion von Elektrizität und Trinkwasser in 5 Ländern Europas, Nordafrikas und des Mittleren Ostens unter Berücksichtigung der Option solarthermischer Kraftwerke. Folie 4 Zielfunktion: Nachhaltige Energieversorgung sicher verschiedene, sich ergänzende Quellen und Reserven Lastdeckung nach Bedarf langfristig verfügbare Ressourcen bereits sichtbare und zeitnah ausbaubare Technologie kostengünstig niedrige Kosten keine langfristigen Subventionen umwelt- und sozial kompatibel geringe Emissionen Klimaschutz geringe Risiken fairer Zugang HGF Studie 21 Global zukunftsfähige Entwicklung 2

3 Folie 5 Portfolio der Stromerzeugung Kohle, Braunkohle Erdöl, Erdgas Kernspaltung, Kernfusion Wasserkraft Biomasse Solarthermische Kraftwerke Geothermie (Hot Dry Rock) Windenergie Photovoltaik Wellen / Gezeiten ideal gespeicherte Energieträger speicherbare Energieträger fluktuierende Energieträger Folie 6 Erneuerbare Energiepotenziale in EUMENA Biomasse (-1) Geothermie (-1) Solar (1-25) Max Windkraft (5-5) Wasserkraft (-5) Min Stromertrag in GWh/km²/a 3

4 Folie 7 Entwicklung der Bruttostromerzeugung in Baden-Württemberg bis 25 Import erneuerbar! Folie 8 Entwicklung der Kraftwerksleistung in Baden-Württemberg bis 25 Import erneuerbar und flexibel abrufbar! 4, Stromerzeugungsleistung [MW] 35, 3, 25, 2, 15, Last 1, 6 GW 5, Kernenergie Kohle (Kond.+ KWK) Gas (Kond.) Gas (KWK) > 2 MW Gas (KWK) < 2 MW Wasserkraft Biomasse, -gas, Abfall Windenergie Geothermie Photovoltaik Netztransferleistung

5 Folie 9 Zunehmende Flexibilität konventioneller Kraftwerke und des Netzmanagements gefordert Sonntag, 3. August 22 Montag, 23. November 22 regelbar? CO 2 -frei - Referenzverlauf: Wind, Photovoltaik, , Last ZSW, Joachim Nitsch, Folie 1 Flexibilitätsoptionen für den weiteren Ausbau Erneuerbarer Energie 1. Abbau unflexibler konventioneller Leistung (Kernkraft, Braunkohle) 2. Flexible Kraftwerke auf der Basis von Erdgas 3. Netzausbau für Stromimport und -export 4. Ausbau flexibler Erneuerbarer (Biomasse, Speicherwasserkraft) 5. Speicher (Pumpspeicher, Druckluftspeicher, Wasserstoff, Methan) 6. Stromgeführte Kraft-Wärme-Kopplung mit Wärmespeicher 7. Lastmanagement (intelligente Verbraucher und Netze) 8. Import flexibler Erneuerbarer (DESERTEC, Speicherwasserkraft) 5

6 Folie 11 Deutschland 25 Die Rolle variabler und flexibler Energiequellen in einem 9% EE Szenario für Deutschland für 25. Installierte Leistung: Photovoltaik: 45 GW Wind Onshore: 4 GW Wind Offshore: 27 GW Laufwasser: 6 GW DESERTEC: 16 GW Import Norwegen 4 GW Geothermie: 4 GW Biomasse: 7 GW Abfälle: 4 GW Pumpspeicher: 9 GW Erdgas: 63 GW Energie: 5% var. EE 4% flex. EE 1% flex. konv. Leistung (MW) Leistung (MW) regelbar? CO 2 -frei Datum Sommerwoche Datum Winterwoche Energy Policy, eingereicht April Wasserstoffspeicher Pumpspeicher Gasturbinen Photovoltaik Wind Offshore Wind Onshore DESERTEC Norwegen Import Geothermie Energiepflanzen Biomasseabfälle Laufwasserkraft GuD-Kraftwerke Kohlekraftwerke Kernkraftwerke Braunkohlekraftwerke Elektrische Last 1 Wasserstoffspeicher Pumpspeicher 9 Gasturbinen 8 Photovoltaik Wind Offshore Wind Onshore DESERTEC Norwegen Import Geothermie Energiepflanzen Biomasseabfälle Laufwasserkraft GuD-Kraftwerke Kohlekraftwerke Kernkraftwerke Braunkohlekraftwerke Elektrische Last Folie 12 > Vortrag > Autor Dokumentname > Datum Strommix der Zukunft Leistung (GW) Energie (GWh/a) Spitzenlast 1% Variable EE ~ 1% Flexible EE + Fossil > 1% Strombedarf 1% Vari. EE 5% Flex. EE 5% 6

7 Folie 13 Prinzip eines konventionellen solarthermischen Kraftwerks Konzentrierende Solarkollektoren (Spiegel) Wärme Brenn -stoff Kraftwerk (z.b. Dampfturbine) Strom Dampf Therm. Energie- Speicher Sonnenenergie ersetzt Brennstoff Sekundenreserve Regelleistung nach Bedarf Kraft-Wärme-Kopplung für Wasserentsalzung, Kälte, Fernwärme, Industrie Folie 14 ANDASOL 1+2, Guadix, Spanien, je 5 MW, 7 Std. Speicher 35 Volllaststunden pro Jahr

8 Folie Gemasolar Sevilla, Spanien 2 MW 15 Std. Speicher 55 Volllaststunden pro Jahr Folie 16 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung in China Spannung: ± 8. Volt Leistung: 64 Megawatt Quelle: Wasserkraft Verluste: 7% Bauzeit: Kosten HGÜ: 4 /kw Kosten WK: 4 /kw 27 km 8

9 Folie 17 Technische Voraussetzungen für die Energiewende 1. Gut regelbare Kraftwerke auf der Basis fossiler Brennstoffe. 2. Gut regelbare Kraftwerke auf der Basis erneuerbarer Energiequellen bis spätestens 22 erschließen: Speicherwasserkraft, Biomasse, Geothermie, DESERTEC. 3. Einsatz aller weiteren verfügbaren Flexibilitätsoptionen wie Lastmanagement, Netzausbau, Stromspeicher, Power-to- Gas, usw. Folie 18 Entwicklung der Brennstoffpreise seit dem Jahr : 32 GW Preis (US$/MWh th ) Heizöl Erdgas Russland Kohle Australien Umrechnung aus Originaldaten: 8.14 MWh th /t Kraftwerkskohle 9.6 MWh th /1 m³ Erdgas.392 MWh th /gal Heizöl 9

10 Folie 19 Erneuerbare Energiequellen wirtschaftlich erschließen heißt, in ihren Ausbau zu investieren, bis sie konkurrenzfähig sind: Photovoltaik Windkraft (on-shore) Electricity Cost ( _21 / kwh) Year Cumulated Capacity (GW) 211: 7 GW 211: 24 GW Electricity Cost ( _21 / kwh) Year Cumulated Capacity (GW) _21/kWh GW PV _21/kWh GW Wind Quellen: IER, RISO,WWEA, eigene Berechnungen Globaler Ausbau nach Energy (R)evolution, Greenpeace 21 Lernraten: PV 18%, Windkraft 1% Folie 2 Erneuerbare Energiequellen wirtschaftlich erschließen heißt, in ihren Ausbau zu investieren, bis sie konkurrenzfähig sind: Electricity Cost ( _21 / kwh) Solarthermische Kraftwerke : 2 GW Year Cumulated Capacity (GW) _21/kWh CSP GW CSP Quellen: KJC, Pilkington, DLR, AT Kearney, NREL, IEA, Greenpeace, eigene Berechnungen Globaler Ausbau nach Trieb et al. 211 Lernrate: solarthermische Kraftwerke 9% 1

11 Folie 21 Kostenvergleich Windkraft, Photovoltaik und DESERTEC: Sind Wind und PV wirklich billiger? Kosten Wind / PV -cent 21 /kwh Kosten DESERTEC -cent 21 /kwh Erzeugung 3-6 / Ext. Speicher -25 * / intern Ext. Backup -15 * / intern Ext. Netzkosten -5 * / intern Fernübertragung Gesamtkosten: 3-2 / Quellen: AT Kearney, IER, eigene Berechnungen * Zusatzkosten steigen mit dem jeweiligen Anteil an der Versorgung, nicht voll additiv Folie 22 Langfristszenario Deutschland in der Leitstudie 211: Nach anfänglicher Förderung führt der Ausbau erneuerbarer Energiequellen zu einer Stabilisierung der Energiepreise und zu einer Entlastung der öffentlichen und privaten Haushalte. Preiseskalation, Carbon Capture Lernkurven, Skaleneffekt 11

12 Folie 23 Modellierung des DESERTEC Konzepts 212: Flexibler Solarstrom und 3 zusätzliche Energiekorridore für Europa Net Import Total Length Import Country Start Point End Point Electricity TWh/a km Germany / Morocco #1 Karlsruhe, Germany 23, Denmark Morocco #2 Jülich, Germany 24, Tunisia #1 Mainz, Germany 23, Algeria #1 Hannover, Germany 24, Algeria #2 Munich, Germany 24, France Morocco #1 Paris, France 18, Morocco #2 Paris, France 19, Tunisia #1 Paris, France 21, Algeria #1 Lion, France 25, Algeria #2 Lion, France 24, United Morocco #1 London, UK 18, Kingdom Morocco #2 London, UK 22, Algeria #1 Newcastle, UK 24, Spain Morocco #2 Madrid, Spain 2,7 964 Algeria #1 Zaragoza, Spain 24, Italy Algeria #2 Milano, Italy 2, Tunisia #1 Firence, Italy 19, Libya #1 Roma, Italy 2, Poland Egypt #1 Warszaw 18, Jordan #1 Warszaw 18,1 3.5 Egypt #2 Warszaw 22, Saudi Arabia Warszaw 23, #1 Jordan #1 Ankara, Turkey 19, Turkey Saudi Arabia Ankara, Turkey 2, 2.31 #1 Saudi Arabia #1 Ankara, Turkey 2, Algeria #2 Prague, Czech 19, Czech Republic Republic Libya #1 Prague, Czech Republic 19, Belgium Morocco #1 Brussels, Belgium 19, Netherlands Morocco #2 Appledorn, Netherlands 22, Romania Jordan #1 Bukarest, Romania 15, Algeria #2 Bukarest, Romania 18, Greece / Bulgaria Egypt #2 Sophia, Bulgaria 21, Hungary / Slowakia Libya #1 Budapest, Hungary 24, : Marrakech-Karlsruhe, 2917 km, 32 Mrd., 23 TWh/a, 12 ct/kwh (5% Realzins, 4 a) Energy Policy 42 (212) Folie 24 Wirtschaftliche Voraussetzungen für Solarimporte 1. Konkurrenzfähigkeit mit alternativen CO 2 -freien und flexiblen Stromquellen wie z.b. Kernenergieimporten aus den Nachbarländern. 2. Garantierter langfristiger Stromabnahmevertrag zu einem kostendeckenden Tarif, der Leistung, Funktion und Verfügbarkeit des Importstroms definiert. 3. Absicherung des Projekts auf AAA Rating zur Minimierung des Investitionsrisikos und damit der Kapitalkosten (Zinsen). 12

13 Folie 25 nach Lampedusa? in die Wüste? Energie, Wasser, Nahrung, Arbeit und Einkommen (Lebensraum) für weitere 3 Mio. Menschen in MENA (artist view created with Google Earth) Folie 26 Politische Voraussetzungen für Solarimporte 1. Politischer Wille in einer wirtschaftlich starken Importregion (erneuerbare Regelenergie) und in einer verläßlichen Exportregion (Lebensraum). 2. Zustimmung der Transitländer (gemeinsame Entwicklung und Kooperation in EUMENA). 3. Geeignete politische, rechtliche und wirtschaftliche Rahmenbedingungen für Investoren und Industrie. 13

14 Folie 27 Zeit für Tacheles Nordafrika und die Mittelmeerunion erwarten jetzt ein deutliches Signal aus Europa: - Wer kauft flexiblen Solarstrom zu welchem Tarif? - Wer sind die DESERTEC Partnerstädte in EUMENA? - Wer übernimmt die Risikobegrenzung auf AAA? - Welcher der 4 Motoren Europas springt als erster an? BaWü hat alle Voraussetzungen und den Bedarf. Folie 28 Vielen Dank! Quelle: Ron Tandberg 14