Fernübertragung regelbarer Solarenergie. Verleihung des Studienpreises 2013 der. Dipl.-Ing. Denis Hess Hannover, den

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1 DLR.de Folie 1 Fernübertragung regelbarer Solarenergie Dipl.-Ing. Denis Hess Hannover, den Verleihung des Studienpreises 2013 der VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (VDI-GEU)

2 DLR.de Folie 2 Gesprächspartner der Studie Fernübertragung regelbarer Solarenergie Wirtschaft Forschung Ministerien Genossenschaften

3 Leistung [MW] Winter Sommer Leistung [MW] Leistung [MW] Leistung [MW] DLR.de Folie 3 Der Weg hin zur Vollversorgung mit erneuerbaren Energien im Stromsektor Paradigmenwechsel im Lastbereich Im Jahr 2012 Bis zum Jahr Spitzenlast Mittellast Grundlast Einspeisung fluktuierender EE Residuallast mit regelbaren EE 100% EE Spitzenlast Mittellast Grundlast Einspeisung fluktuierender EE Residuallast mit regelbaren EE Quelle: Hess, D., 2013, Fernübertragung regelbarer Solarenergie

4 installierte Leistung [GW] DLR.de Folie 4 Erneuerbare Energien für Deutschland Entscheidung für 2 aufgrund der Umsetzungsdauer bereits überfällig! Anteil EE Jahr Ziel S1: 480 GW Kraftwerke 65 GW Speicher ~50 GW NTC, ~15 GW HVDC Ziel S2: 310 GW Kraftwerke 13 GW Speicher ~10 GW NTC, ~25 GW HVDC % 40% 45% 50% 80% 100% Photovoltaik Wind Onshore Wind Offshore Laufwasserkraft Pumpspeicher Wasserstoffspeicher Gasturbinenkraftwerke GuD und BHKW Steinkohlekraftwerke Kernkraftwerke Braunkohlekraftwerke Import Wasserkraft Energiepflanzen Biomasseabfälle, Müll Geothermie Import Solarstrom Spitzenlast Quelle: Hess, D., 2014, Die Bedeutung regelbarer Solarenergie

5 DLR.de Folie 5 Systemproblematik in Baden-Württemberg im Jahr ~2060 mit 95% erneuerbaren Energien zur Stromversorgung installierte Leistung: 55 GW installierte Leistung: 35 GW Kurzfristige Abhängigkeit von Gaskraftwerken Erzeugungsüberschuss Quo vadis? Regelbare Energie nach Bedarf -> idealer Strommix ~ % EE Strommenge: ~90% fluktuierend ~10% regelbar Strommenge: ~50% fluktuierend ~50% regelbar Für die Wahl einer der Wege muss für eine wirtschaftliche Auslastung im Stromsystem bereits heute die Entscheidung getroffen werden! Quelle: Hess, D., Trieb, F., 2013, Fernübertragung regelbarer Solarenergie

6 DLR.de Folie 6 Fernübertragung regelbarer Solarenergie: Die CSP-HVDC Anlage Direkte Sonneneinstrahlung Wärme / Dampf Mechanik Wechselstrom - AC Gleichstrom DC Wasser Einspeisepunkt ins Wechselstromnetz 1500 MW el,netto 9,3 TWh/a Umrichter DC -> AC ~450 km Wasserpipeline mit entsalztem Meereswasser H 2 O Wärmespeicher Zufeuerung Fernübertragung 2600km HVDC Spiegelreinigung, Kraftwerk und Personal 4,1 Mio. m³/a CSP - Kollektoren mittlere Auslastung 6200 h/a Landfläche ca. 150 km² Turbine Generator 2200 MW el,brutto (17 x 130 MW) 1700 MW el,netto (17 x 100 MW) Umrichter AC -> DC 1700 MW el,brutto CSP: Concentrating Solar Power HVDC: High Voltage Direct Current Quelle: Hess, D., 2013, Fernübertragung regelbarer Solarenergie

7 DLR.de Folie 7 CSP Modelstandorte in Marokko Ausschlussflächen Model Standorte, noch keine Planung! 1 2 Ausschluss kein Ausschluss Das wirtschaftliche CSP Bruttoflächenpotential im nördlichen Teil Marokkos ist ca km² -> eine Anlage mit 150 km² benötigt nur 0,8% dieses Potentials Quelle: Hess, D., Fichter, T., 2013, Fernübertragung regelbarer Solarenergie

8 DLR.de Folie 8 Erstes und zweites Bild von CSP-HVDC Anlagen, Kosten und Flächenbedarf MOR-E-F-D HVDC 2600 km 1,7 GW / 1,5 GW net 1,9 5,1 Mrd. 150 km² O&M: 4-5 Cent/kWh LCOE: Cent/kWh Vier Motoren für Europa CSP 2,2 GW CSP Mrd. 150 km² Daxlanden (Dax) Eichstetten (Eic) MOR-E-F-D HVDC 2300 km 1,7 GW / 1.5 GW net 3,7 4,9 Mrd. 75km² MEFID Solar Link Forschungsprojekt CSP 2,2 GW CSP Mrd. 150 km² Missour (Mis) Marrakesch (Mar) -> 9,32 TWh/a Mrd. (real 2010) machbar bis 2025 Quelle: Hess, D., 2013, Fernübertragung regelbarer Solarenergie

9 DLR.de Folie 9 Angemessene dauerhafte Zahlung auf die benötigte Fläche Freileitung Bereich der Einschränkung der Bewirtschaftung durch das Mastfundament (blau) Schutzstreifen Mastfundament (grau) überspannte Fläche 70 m max. + pol - pol Erdkabel bzw. Kabeltunnel 4 m Erdkabel max. 1,6-1,9 GW 4m 1,5m Sicherheitsleiter max. 6-7 GW 6-7 GW Kabeltunnel 4m 70m ~1,5m 3m 50m Einheit Cent TWh m² a Freileitung und Erdkabel können durch diese Kompensationszahlung Kostenneutralität innerhalb ihrer Lebensdauer erreichen! freie Technologiewahl wird ermöglicht Akzeptanzsteigerung Quelle: Hess, D., 2013, Fernübertragung regelbarer Solarenergie

10 Mis-Eic Freileitung Mis-Eic Erdkabel Mar-Dax Freileitung Mar-Dax Erdkabel Mis-Eic Freileitung Mis-Eic Erdkabel Mar-Dax Freileitung Mar-Dax Erdkabel Mis-Eic Freileitung Mis-Eic Erdkabel Mar-Dax Freileitung Mar-Dax Erdkabel Mis-Eic Freileitung Mis-Eic Erdkabel Mar-Dax Freileitung Mar-Dax Erdkabel mio. /a DLR.de Folie 10 Jährliches Einkommen der betroffenen Staaten, ihren Kommunen und Landeigentümern (Anrainer) je Variante ~40 Cent m²a Vgl.: Gewinn Ackerbau (Eigentümer und Pächter) in BW*: ~ 8 Cent m²a 0,67-1,56 Cent kwh Kosten für die Verbraucher jährliche Einnahmen der Staaten und Kommunen durch Konzession jährliche Einnahmen der Staaten und Kommunen durch Steuer auf Anreizzahlung jährliche Einnahmen der Eigentümer durch Anreizzahlung jährliche Einnahmen der Eigentümer durch Wertminderungszahlung Marokko Spanien Frankreich Deutschland incl. CSP plant Heute wird nur der blaue Wert in Deutschland zur Kompensation im Trassenbau einmalig bezahlt Quelle: Hess, D., 2013, Fernübertragung regelbarer Solarenergie *Landwirtschaftliche Betriebsverhältnisse und Buchführungsergebnisse 2012

11 DLR.de Folie 11 Zeitlimit für eine Entscheidung politische Entscheidung Bauvergabe Bau Betriebsdauer optimistisch politische Absicht Planung Genehmigungsverfahren realistisch Verschiebung X Verfahren HEUTE Quelle: Drees&Sommer, Dr. Uwe Knauer 2013

12 DLR.de Folie 12 Finanzierungsstruktur mit geringen Kapitalkosten für eine CSP-HVDC Anlage Legende: Hohe Investition: 16 Mrd. für 1,5 GW netto Hohe Kapitalkosten Problematik 40 a bei 10% p.a. 24 cent/kwh kurze Kapitalrückzahlungsdauer (5 a) 5 a bei 5% p.a. 12 cent/kwh + ~50 Mrd. Kapitalkosten Garantien AAA Stromabnahmevertrag (PPA) (5% Zins) ~2,5 Mrd. Kapitalkosten Lösungsmöglichkeit Problematik Kapazitätsvergütung für deutsche Stromkunden: 5a, 0,6 cent/kwh hoher kurzfristiger Tarif (5a, 50 cent/kwh), jedoch langfristig niedrige Betriebskosten (4-5 cent/kwh) Lösungsmöglichkeit Diskontrate: 1,3% p.a.

13 DLR.de Folie 13 Wege verbinden Menschen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Deutsches Zentrum für Luftund Raumfahrt e.v. Institut für Technische Thermodynamik, Systemanalyse und Technikbewertung Tel Wankelstraße 5, Stuttgart Quelle: