Koblenzer Nacht der Technik Strom aus der Wüste Science Fiction oder realistische Zukunftsvision?

Transkript

1 Koblenzer Nacht der Technik Strom aus der Wüste Science Fiction oder realistische Zukunftsvision? Dipl.-Ing. Klaus Hennecke DLR Institut für Solarforschung

2 Chart 2 Inhalt und Danksagung - Kurzvorstellung DLR Solarforschung - Energiewende - Warum? - Wo stehen wir? - Solarthermische Kraftwerke - Konzept - Technologien - Beispiele - DESERTEC - Konzept - Hintergründe - Nebenwirkungen - Zusammenfassung Der Vortragende dankt allen Kolleginnen und Kollegen im Institut für Solar- forschung und im Institut für Technische Thermodynamik für die freundliche Überlassung von Materialien für diese Präsentation.

3 Chart 3 Das DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt - Forschungseinrichtung - Raumfahrt-Agentur - Projektträger

4 Chart 4 Standorte und Personal Circa Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten in 32 Instituten und Einrichtungen in 16 Standorten. Stade Hamburg Bremen Trauen Berlin Braunschweig Neustrelitz Büros in Brüssel, Paris und Washington. Jülich Köln Bonn Göttingen Lampoldshausen Stuttgart Augsburg Oberpfaffenhofen Weilheim

5 Chart 5 Institut für Solarforschung Forschungsthema: Konzentrierende Solarsysteme zur Produktion von Elektrizität, Prozesswärme und Brennstoffen Mission: Entwicklung konzentrierender Solarsysteme für eine nachhaltige Energieversorgung Ziele: kurzfristig: Unterstützung der Industrie bei der Implementierung der ersten Solarkraftwerke im Sonnengürtel der Erde mittelfristig: Beiträge zur Kostensenkung und zum nachhaltigen Marktdurchbruch (u.a. durch Erhöhung der Betriebstemperatur) langfristig: Erforschung der Optionen zur chemischen Speicherung von Solarstrahlung (auch Brennstofferzeugung) durch thermochemische Hochtemperaturprozesse

6 Chart 6 Energiewende Warum? Weltweiter Primärenergieverbrauch von 1870 bis 2001

7 Chart 7 Energiekonzept als Grundpfeiler der Energiewende

8 Chart 8 Energiewende Wo stehen wir heute? Quelle:Maike Schmidt,2013

9 Chart 9 Energiewende Wo stehen wir heute? Quelle:Maike Schmidt,2013

10 Chart 10 Energiewende wo stehen wir heute? 2012: 22,9% an der dt. Stromerzeugung

11 Chart 11 Energiewende versus Versorgungssicherheit?

12 Folie 12 > Solarforschung Solarthermische Kraftwerke - Konzept Solarstrahlung Wärme Elektr. Solarfeld Brennstoff Speicher Power Block Netz Solare Stromerzeugung Integrierte Zusatzfeuerung zur Bereitstellung gesicherter Leistung Integrierte Wärmespeicherung zur Steigerung des Solarbeitrags

13 Chart 13 Solarthermische Kraftwerke - Konzept - Solare Überschüsse als Wärme speichern - In sonnenarmen Zeiten Kraftwerksbetrieb aus dem Wärmespeicher - Bei leerem Speicher Kraftwerksbetrieb mit Zusatzfeuerung - Gesicherte Stromerzeugung entsprechend Nachfrage

14 Folie 14 Konzentrierende Solartechnologien Dish-Stirling Solarturm Parabolrinne Linear Fresnel

15 Chart 15 Parabolrinnen ausgereifteste Technologie

16 Chart 16 Andasol 1, 2, 3 Parabolrinnen-Kraftwerke Guadix, Spanien 3x 50 MW, 3700 Volllaststunden

17 Folie 17 Anlagenschema Andasol (50 MW; 7,5h Speicher) Campo Solar Sobrecalentador Turbina de vapor Caldera (Opcional) Combustibe Condensador Generador de vapor Precalentador solar Precalentador de presión baja Recalentador solar Tanque de expansión

18 Chart 18 Einzelkomponenten Kollektor Absorberrohr Glasspiegel Verrohrung Tragstruktur Antrieb Eurotrough-Kollektor -18

19 Chart 19 Schlüsselkomponente Absorberrohr

20 Chart 20 Technologie-Trends: Direkte Dampferzeugung im Solarfeld 5 MW Kraftwerk in Kanchanaburi (Thailand) Heißdampf 330 º C (Solarlite) 30 MW Linear Fresnel System in Murcia (Spanien) Sattdampf 270 º C (Novatec)

21 Chart 21 Technologie-Trends: Flüssiges Salz in Parabolrinnen 5 MW Pilotanlage in Sizilien, integriert in ein kombiniertes Gas- und Dampfkraftwerk (Archimede) 500 º C überhitzter Dampf integrierter Speicher

22 Chart 22 Solarturm Sanlucar PS MW Abengoa Khi Südafrika 50 MW

23 Chart 23 Solarturm - Gemasolar 20 MW Torresol Spanien Hot Salt Storage Tank 565 o C Cold Salt Storage Tank 290 o C Steam Generator Conventional EPGS

24 Chart 24 Solarturmprojekte USA Ivanpah-CA 3x123 MW BrightSource Tonopah-NV 110 MW SolarReserve Lancaster-CA 5/46 MW esolar

25 Chart 25 Heliostatfelder

26 Chart 26 Receiver

27 Chart 27 Solarturm Jülich - Luft als Wärmeträgermedium - 1,5 MWe - 1h Speicher m² Heliostatfeld - Kraftanlagen München / DLR

28 Chart 28 Solarturm Jülich - Luft als Wärmeträgermedium

29 Chart 29 Technologietrend: Solar-hybrides Gasturbinen Kraftwerk - Industriepartner: ABENGOA - Demonstrationsanlage bei Sevilla, Spanien - Solare Aufheizung der komprimierten Luft solar air receiver 650/800 C SOLUGAS Project 350 C Gas 1150 C Heliostat field 4.6 MW e 2 MW e 650 C

30 Folie 30 Highlight 2012: SOLUGAS erreicht 700 C SOLUGAS Anlage Abengoa Solarpark, nahe Sevilla, Spanien

31 Folie 31 Verfügbarkeit solarthermischer Kraftwerke Ägypten Spanien Deutschland CSP Layout: Solar Multiple 4 Solar Only MENA Vorteile: Sonnentage Sonnenstand Monatlicher Stromertrag 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

32 Chart 32 DESERTEC Vision: HGÜ-Stromautobahnen verbinden gute Produktionsstandorte mit großen Verbrauchszentren -

33 - Chart 33 HGÜ-Leitungen in China HGÜ HVDC Hochspanungs-Gleichstrom-Übertragung High-Voltage-Direct-Current Transmission Spannung: ± Volt Leistung: 6400 Megawatt Länge: 2070 km Quelle: Wasserkraft -Verlust: 7% -

34 Chart 34 Insgesamt 50 Länder untersucht.. Europa (EU) Skandinavien West Europa Ost Europa Süd-Ost Europa Westliches Asien Nordafrika Arabische Halbinsel Middle East & North Africa (MENA)

35 Chart 35 Erneuerbare Energietechnologien Wasserkraft Geothermie Solarthermische Kraftwerke Biomasse Gezeiten Wellen Photovoltaik Windkraft -

36 Chart 36 Erneuerbare Energiepotenziale in Europa, Mittlerer Osten, Nordafrika Biomasse (0-1) Geothermie (0-1) Solar (10-250) Max Windkraft (5-50) Wasserkraft (0-50) Min Stromertrag in GWh/km²/a -

37 Chart 37 Ökonomische Potenziale vs. Bedarf in EUMENA > Solar Elektrizität [TWh/a] Wie sieht ein nach- haltiger Mix aus? Geothermal Wasserkraft Wind Biomasse Wellen, Gezeiten Entsalzung MENA 2000 Europa 0 Potenziale Bedarf 2000 Bedarf 2050

38 Chart 38 Installierte Leistung und Spitzenlast in EUMENA Installierte Leistung [GW] h/a 2000 h/a -Ferntransport -Entsalzung Photovoltaik Wind 2000 Geothermie Wasserkraft 1600 Biomasse Wellen / Gez Solarth. Kraftw. Öl und Gas 800 Kohle 400Nuklear Gesicherte Leistung Spitzenlast 100 % Verfügbarkeit + 25 % Reservekapazität

39 Chart 39 Leistung nach Bedarf: Fossile Brennstoffe decken (nur noch) Lastspitzen 60 Elektrische Leistung [GW] Kraft-Wärme-Kopplung Heimische Erneuerbare Solar Import Import & Pumpspeicher Regelleistung (fossil) Überschuss Stundenmodellierung Deutschland VDI-Fortschritt-Bericht: ISBN

40 Folie 40 Nebenwirkungen Exportchancen für deutsche Industrie Jobs und Wirtschaftswachstum für Länder im Sonnengürtel der Erde pro MW ein dauerhafter Arbeitsplatz für 25 Jahre Anlagenlaufzeit pro MW 10 temporäre Arbeitsplätze während zwei-jähriger Bauphase hohe lokale Wertschöpfung bei Fertigung und Aufbau des Solarfeldes

41 Chart 41 Zusammenfassung Strom aus der Wüste - Ist kein Science Fiction, die Technologien sind bereits verfügbar - Solarthermische Kraftwerke - Hochspannungsgleichstromübertragung - Wird benötigt um ambitionierte Klimaschutzziele zu erreichen - Stromproduktion nach Bedarf durch integrierte Speicher - Stabilisierung der Stromnetze bei hohem Anteil erneuerbarer Energie - Hat positive Nebenwirkungen - Exportchancen für deutsche Industrie - Verbesserung der Wirtschaftslage im südlichen Mittelmeerraum Eine realistische Zukunftsvision Aber die Umsetzung ist eine echte Herausforderung für Politik und Industrie - Faire Kooperation der europäischen und nordafrikanischen Staaten und Unternehmen - Stabile politische Verhältnisse als Voraussetzung für Investitionen

42 Chart 42 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Tel:

43 Chart 43 Lokale Fertigung

44 Chart 44 Solarfeld Errichtung Fundamente und Pylone

45 Chart 45 Solarfeld Baugruppe Stahlelmente und Montagerahmen

46 Chart 46 Solarfeld Assembly - Ausfüllen der Sammler

47 Chart 47 Feldbetrieb und Wartung - Betrieb des Solarfeldes - Tägliche Funktionsprüfungen - Spiegel und Receiver Reinigung - Regelmäßige Wartung (Spiegel / Empfänger Ersatz) - Außerplanmäßige Reparaturen - Ersatzteile - Versicherung und Sicherheit

48 Folie 48 Future Option: Particle receiver 1st Test campaign: Up to 900 C demonstrated in DLR High Performance Solar Simulator

49 Chart 49 Quelle: Evelyn Sperber,2013

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54 Chart 54 TRANS-CSP: Strombedarf in Europa Gross Electricity Consumption [TWh/y] 6000 Europa 5000 Bevölkerung: 600 Mio. Wirtschaft: /cap/a 4000 Effizienz: Modernisierungsbedarf Year Difference to Trend Norway Sweden Finland Iceland Denmark United Kingdom Ireland Germany Switzerland France Netherlands Luxembourg Belgium Austria Portugal Spain Italy Greece Bosnia-Herzegovina Serbia & Montenegro Croatia Macedonia Slovenia Turkey Romania Hungary Bulgaria Slovak Republic Czech Republic Poland -

55 Chart 55 MED-CSP: Strombedarf im Mittleren Osten und Nordafrika Gross Electricity Consumption [TWh/y] MENA Bevölkerung: Mio. Wirtschaft: /cap/a Effizienz: überwiegend modern Year Diff.to Trend Morocco Algeria Tunisia Libya Egypt Yemen UAE Saudi Arabia Qatar Kuwait Bahrain Oman Syria Lebanon Jordan Israel Iraq Iran -

56 Chart 56 Strombedarf Europa (TRANS-CSP) Stromverbrauch [TWh/a] Import Solar Photovoltaik Wind Geothermie Wasserkraft Biomasse Wellen/Gez. Solarth. KW Öl Erdgas Kohlen Atomenergie Jahr -

57 Chart 57 Strombedarf Mittlerer Osten und Nordafrika (MED-CSP) 4500 Stromverbrauch [TWh/a] Entsalzung Export Solar Photovoltaik Wind Geothermie Wasserkraft Biomasse Wellen/Gez. Solarth. KW Öl / Erdgas Kohlen Atomenergie Jahr -

58 9 -Status in Betrieb: 1.9 GW -Im Aufbau: 3.0 GW -In der Entwicklung: 3.3 GW -In Betrieb bis 2020 (geschätzt): 23.4 GW

59 Chart 59 Globales Technisches Potenzial: TWh/a -

60 Chart 60 Receiver Technologie Schott PTR70