Zentrale und Dezentrale Solarthermische Kraftwerke

Transkript

1 Zentrale und Dezentrale Solarthermische Kraftwerke VDE Tagung Hamburg Okt Wolfgang Schiel

2 Schlaich Bergermann und Partner Solarthermische Stromerzeugung Einleitung und Motivation Prinzip der solarthermischen Stromerzeugung Dish/Stirling-Systeme Turm-Solarkraftwerke Parabolrinnen-Solarkraftwerke Aufwindkraftwerke Diskussion

3 Einleitung und Motivation

4 Energieverbrauch und Bevölkerungswachstum in Abhängigkeit vom Lebensstandard (Bruttozozialprodukt pro Kopf der Bevölkerung) [a] Zahl der Jahre für eine Verdopplung der Bevölkerung [%] durchschnittliches jährliches Bevölkerungswachstum Energieverbrauch pro Kopf [kwh/a] Keni Ethi Nige Jord Syri Iran Alge Ägyp Vene Ugan Usbe Russia Trin Peru IND Mexi Ukra C Belorus Arge Trin Vene Usbe Alge GR Arge Pole Mexi Rußl C E ÄgypUkra Weiß SWE Jord Iran Aus GR E Saud Osteuropa Tsch Isra Bulg I E Saud Isra Cz I GB NL AUS AUS Nordamerika NL F F D Kan Kan Swe J J Swe Norw Westeuropa Norw USA Industriestaaten USA CH CH Entwicklungsländer GB D mittleres hohes Einkommen (25 %) (10% an der Weltbevölkerung) Bruttosozialprodukt pro Kopf (US-$) niedriges (65%)

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8 200 MW Solar Chimney M. Geyer, IEA SolarPACES

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10 Einteilung solarthermischer Kraftwerke Solarthermische Kraftwerke zur Stromerzeugung punkt-konzentrierend linien-konzentrierend nicht-konzentrierend Dish/Stirling- Systeme Turm- Solarkraftwerke Parabolrinnen- Solarkraftwerke Aufwind- Solarkraftwerke

11 Prinzip der solarthermischen Stromerzeugung Solarstrahlung Kollektor Strahlungsempfänger Turbine / Stirlingmotor bzw. Kamin und Turbine Generator Sammeln und ggf. Konzentrieren der Strahlungsenergie im Kollektor Umwandeln der Photonenenergie in Wärme im Strahlungsempfänger und Wärmeübertragung an das Wärmeträgermedium Umwandeln der thermischen Energie in mechanische Energie Umwandeln der mechanischen Energie in elektrische Energie

12 Dish/Stirling-Systeme

13 1 Konzentratorschale 2 Stirling Tragwerk 3 Stirling Einheit 4 Antriebsschiene Elevation 5 Antriebsschiene Azimuth 6 Fundament 7 Azimuthantrieb 8 Schaltschrank 9 Drehstand 10 Ringträger 11 Elevationslager

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17 EnviroDish-System CESI (Mailand) Vellore, Südindien

18 Turm-Solarkraftwerke

19 Receiver Konzentrierte Solarstrahlung direkte Solarstrahlung direkte Solarstrahlung Heliostatenfeld Turm Heliostatenfeld

20 Luftreceiver 700 C Kanal-Brenner Turbine G Generator direkte Sonnenstrahlung Luftkreislauf Dampferzeuger Dampfkreislauf 200 C Gebläse Kondensator

21 Solar Two / Tres

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23 Turm - Solarkraftwerk CESA-I

24 Metallmembran- Heliostaten

25 PS10 Sanlúcar La Mayor, Spanien

26 Parabolrinnen-Solarkraftwerk

27 Direkte Sonnenstrahlung Glashüllrohr Absorber Rohr mit selektiver Beschichtung Nachführung Parabol Konzentrator mit refelektierender Oberfläche

28 150 MW Parabolrinnenkraftwerk in Kalifornien

29 SEGS Schematic 391 C 371 C / 17 bar Zwischenüberhitzung (solar) Zwischenüberhitzung Erdgas) Generator 371 C / 100 bar Kollektorfeld solarer Überhitzer 510 C Kondensator Dampfturbine Dampferzeuger Kessel solare Vorwärmung Erdgas 283 C Speisewasserpumpe Wärmeübertrager- (HTF) Pumpe

30 Projekt Anda Sol I: 50 MW el, rein solar mit 9 Volllaststunden thermischem Speicher: 200 Mio.

31 Flussbild der AndaSol I - Anlage mit Zweitank-Salzspeicher in Südspanien

32 Solar Field Layout Collectors - Collector length: m - 4 x Collectors per Loop Loop - Total Collector area of m²

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34 Erwartetet Leistungsdaten der 50 MW Anlage in Spanien Jährliche Einstrahlung auf Solarfeld 1,105,430 MWh/a Ges. Wämemenge vom Solarfeld 510,030 MWh/a Thermischer Wirkungsgrad peak 70% Jahr 46.1% Jährliche Stromerzeugung 157,206 MWh/a Wirkungsgrad Sonne in Strom peak 25% Jahr 14.7% Vollaststunden 3144 h CO 2 Einsparung verglichen mit einem Kohleblock 152,000,000 kg/a

35 Direktverdampfung

36 Aufwindkraftwerk

37 Das Prinzip eines Aufwindkraftwerkes

38 Prinzip der Wärmespeicherung unter dem Kollektordach Nennleistung (Leistungsklasse) MW Leistung % ohne Bodenspeicherung (Energieproduktion entspr. Sonnengang) mit Bodenspeicherung) Mit zusätzlichem Speicher Glasdach Uhrzeit in die Luft in den Boden u. die Schläuche in die Luft Boden Wasserschläuche Boden Tags Nachts

39 Einfluss des Wärmespeichers auf die Stromerzeugung relative Nutzleistung (%) 100 nur Bodenspeicherung Wasserschicht 20 cm Wasserschicht 10 cm :00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 Uhrzeit (h)

40 Prototyp in Manzanares

41 Komponenten in Manzanares

42 Betriebszeiten des Prototyps in Manzanares von durchschnittliche tägliche Betriebszeit [Stunden] Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb

43 Anlagen-Dimensionierung Kaminhöhe H k [m] Jährliche Energieproduktion A coll = π 4 D² 600 GWh/a D(m) Globalstrahlung G (W/m²) H (m) Kollektor Durchmesser [m]

44 Projekt in Australien: EnviroMission 200 MW Solar Tower Senkung der CO 2 -Emissionen erforderlich Mandatory Renewable Energy Target: 9500 GWh/a bis 2010 Erneuerbare Energien konkurrieren untereinander Äußerst günstige Standortbedingungen: Hohe Solarstrahlung Große ebene Flächen verfügbar Sehr positive Grundstimmung in Bevölkerung

45 200 MW Aufwindkraftwerk in Australien Höhe des Kamins: 1000 m Kollektordurchmesser: 7000m Turbinen: 32 Turbinen mit je 6,25 MW Jahresenergieproduktion: 650 GWh

46 Kamin Design 0.25 m 1000 m 840 m Wanddicke 660 m 0.25 m 0.32 m 500 m 0.41 m Schnitt 0.53 m 0.68 m 130 m 0.87 m 0.99 m

47 Enge Verwandte: Horizontalachsen-Aufwindkraftwerk-Turbine (links) und Kaplanturbine (rechts) (Quelle Kaplanturbine: VATECH Hydro) Flow

48 Verlauf der Solareinstrahlung und Stromerzeugung im Jahr Globalstrahlung [kwh/m²] Erzeugte Energie [MWh] Standort Südaustralien Tag im Jahr

49 Prinzipieller Vergleich der Stromgestehungskosten eines Aufwindkraftwerkes mit eienem Kohlekraftwerk Stromgestehungskosten Lebensdauer: 1. Kohlekraftwer 2. Kohlekraftwerk Erhöhung der Annuität durch Kostensteigerung des 2. Kohlekraftwerkes { Annuität des 2. Kohlekraftwerkes Annuität des 1. Kohlekraftwerkes Brennstoffkosten des Kohlekraftwerkes Annuität des Aufwindkraftwerkes Betriebskosten Kohle / Aufwindkraftwerk ca. 20 Jahre LEC, Kohlekraftwerk Annuität, Kohlekraftwerkes Betriebs- und Wartungskosten, Kohlekraftwerk Brennstoffkosten, Kohlekraftwerk ca. 30 Jahre Zeit LEC, Aufwindkraftwerk Annuität, Aufwindkraftwerk Betriebs- und Wartungskosten, Aufwindkraftwerk

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