Potenzial solarthermischer Energienutzung

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1 BAYERISCHES ZENTRUM FÜR ANGEWANDTE ENERGIEFORSCHUNG E.V. Potenzial solarthermischer Energienutzung Wolfgang Schölkopf Vortragsgliederung Motivation Solare Strahlung Solarthermische Energiekonversion in Mitteleuropa Solarthermische Kraftwerke

2 Klimaschutz CO 2 -Konzentration CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre bis zum Jahr 1800 zwischen ppm aktuelle Konzentration (2005) 381 ppm mit stark steigender Tendenz prognostizierter globaler Temperaturanstieg bis 2100 zwischen 1,4-5,8 K

3 Sichere Energieversorgung

4 Primärenergieeinsatz BRD 2005 Prozesswärme 23% Beleuchtung 4% Mechanische Energie 37% Raumheizung 26% Sonstiges 10% 100% = PJ (3.955 Milliarden kwh)

5 Konversionspfade solarer Energie Photothermisch Photochemisch Photovoltaisch Biomasse Solarreaktor Solarkollektor Wärme chemische Energie solare Prozeßwärme solares Kühlen und Heizen chem. Rohstoffe Warmwasserbereitung elektrische Energie Solarzelle

6 Qualität solarer Strahlung Glashaus-Effekt spektraler Transmissionsgrad Wellenlänge

7 Gängige Kollektortypen Typ Flachkollektor Vakuumröhren- Kollektor ETC Parabolrinnenkollektor Arbeitstemperatur bis 80 C bis 150 C C Arbeitsmedium Wasser-Glycol Gemisch Wasser-Glycol Gemisch Thermoöl, Dampf, Salze

8 Konzentration solarer Strahlung η begrenzende Faktoren Thermoöle Legierungen C

9 Solare Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung

10 Substitutionspotenzial von NT-Wärme in der BRD Substituierbare Endenergie [TWh/a] Schwimmbäder 1-2 Fam.-Häuser (WW+Hz) 0,3 1-2 Fam.-Häuser (WW) 0,2 kleine Mehrfam.-Häuser (WW) 0,2 solare Nahwärme (WW+Hz) 0,6 mit saisonalem Speicher Solare Nahwärme (WW) 0,2 Solare Klimatisierungsanlagen! Prozesswärme für Gewerbe und gewerbliche Gebäude (WW) 0, solarer Wärmepreis [ /MWh] / solarer Deckungsanteil

11 Solare Nahwärme München /Ackermannbogen Bebauungsplan Gebäudedaten: 4 Geschosswohnungsbauten 8 Mehrfamilienhäuser 330 Wohnungen BGF ~ m² WA1 Nord WA1 West 1 & 2 WA2 WA3

12 Solare Nahwärme München /Ackermannbogen Solaranlage mit saisonalem Speicher SNAB Systemskizze Lageplan Wärmespeicher Kollektoren auf versorgten Gebäuden versorgte Gebäude ohne Kollektoren Energiezentrale Wärmeversorgungsnetz Kollektorfläche: m² brutto, Apertur: m² verteilt auf 3 Gebäude Solarnetz Fernwärme Großflächenkollektor Teufel & Schwarz, Going, Österreich Wärmeverteilanlage im Gebäude Solar-Sammelnetz (Sole) zwischen Kollektor und Heizzentrale Saisonaler Speicher m³ Wasser

13 Solare Nahwärme München /Ackermannbogen Saisonaler Speicher m³ Betonbehälter mit Edelstahlauskleidung Betriebsbereich: C

14 Solare Nahwärme München /Ackermannbogen Anlagenschema Konzept: FW Heißwasser FW-Anschlussleistung => kw Wärmespeicher => nur Solarenergie C

15 Solare Klimatisierung

16 Solare Klimatisierung 80 m² Flachkollektoren DEC-System Kühlen ein Stockwerk IHK in Freiburg COP = 0,7

17 Solare Klimatisierung zweistufige solare Absorptionskältemaschine Sacramento, Kalifornien Auslegung Installationsjahr 100 m² Aperturfläche Vakuumröhrenkollektoren 180 C Betriebstemperatur 60 kw Kühlleistung COP = 1,2

18 Solar betriebene Luftentfeuchtung 350 kw Luftentfeuchtung mit 550 m² Flachkollektoren in Singapur

19 Solarthermische Kraftwerke

20 Solare Kraftwerke im Vergleich Rinne Turm Dish System Leistung MW MW 5-25 kw Temperatur 400 C 700 C 750 C η-designpunkt 20 % 23 % 30 % η-jahresmittel % 7-20 % % [Martínez, Eurosun2004]

21 Solare Experimentierplattform Almeria PSA /Spanien Parabolrinnen-Feld zur Erprobung neuer Systemkonzepte und Wärmeträger für solare Prozesswärme Demonstrationskraftwerk zur Erzeugung von Strom und Hochtemperaturwärme Hybride (solar + fossile) Konzepte ermöglichen dezentrale Anlagen für Stromerzeugung und Prozesswärme [Pitz-Paal, 15. Symposium thermische Solarenergie, 2005]

22 Solar Generation Systems SEGS 354 MW el Seit 1987 in Betrieb

23 Kommerzielle Solarkraftwerke in Kalifornien SEGS Gepl. jährl. Strom- Inbetrieb- Leistung η Turbine nahme [MWel] solar fossil prod. [MWh] I ,8 31, II ,4 37, III ,6 37, IV ,6 37, V ,6 37, VI ,5 39, VII ,5 39, VIII ,6 37, IX ,6 37, [Mohr, Praxis solarthermischer Kraftwerke, 1999]

24 Kramer Junction Feldtest mit SCHOTT-Receivern

25 APS 1 MW Solarkraftwerk Parabolrinnenkraftwerk mit ORC-Turbine, Receiver von SCHOTT gebaut von SolarGenix, Standort: Red Rock, Arizona, Betreiber Arizona Power Services

26 Nevada Solar One 64 MW el Baubeginn: Februar 2006, am Netz bis Juni 2007 Boulder City, NV

27 Nevada Solar One Status Mitte 2006

28 2005 Global Market Initiative Ziel: Markteinführung solarthermischer Kraftwerke im Sonnengürtel der Erde 1. Innerhalb von zehn Jahren wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit von solarthermischem Strom mit fossil erzeugtem Strom 2. Errichtung von solarthermischen Kraftwerken mit einer Kapazität von MW bis Förderung der Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien durch Gesetze, Anreizprogramme, CO 2 -Zertifikate und multilaterale Finanzprogramme [Schott Memorandum zur solarthermischen Kraftwerkstechnologie, 2005] [Szodruch, DLR Sonderheft Solarforschung, 2005]

29 Vorreiter Spanien Einspeisevergütung (Real Decreto 436/2004) solarthermische Kraftwerke < 50MW (200 MW) Average Reference Tariff (ART) 7,2 ct/kwh Stromversorger Für 25 Jahre 300 % of ART Ab dem 26. Jahr 240% Erlaubte Gaszufeuerung 12% 1. Vorhersageverpflichtung: Anlagen müssen mindestens 30 Stunden vor Tagesbeginn die Stromeinspeisung für den Tag in stündlicher Auflösung festlegen 2. Revision der Einspeisevergütungssätze für neue Anlagen: 2006, dann alle vier Jahre [Martínez, Eurosun2004]

30 Solarthermische Kraftwerke in Spanien EuroSEGS Solar Tres AndaSol PS-10 [Martínez, Eurosun2004]

31 Solarthermische Kraftwerke in Spanien Kraftwerk AndaSol EuroSEGS Solar Tres PS-10 Technology EuroTrough Parabolrinne LS-2 & DS-1 Turm Salzschmelze Turm Wasser/Dampf Fläche Solarfeld m Speicherkapazität h ,9 Turbinen Leistung MW el Jahresnutzungsgrad % Investitionskosten Mio [Martínez, Eurosun2004]

32 Thermische Speicher Minimalanforderungen 90% Effizienz 30 Jahre Lebensdauer Investitionskosten < 20 /kwh th [Martínez, Eurosun2004]

33 Parabolrinnenkraftwerke AndaSol 50 MW el Solarfeld Speicher Solarer Überhitzer Dampfturbine heißes Salz 385 C Kondensator Dampfgenerator kaltes Salz 295 C Vorhitzer Ausdehnungsgefäß m² Spiegel 9 h term. Speicher [Kistner, Eurosun2004]

34 1210 m Turmkraftwerk Solar Tres 1200 m 15 MW el Leistung 16 h thermischer Speicher (6.250 Tonnen Salzschmelze) 24 Stunden/Tag [Martínez, Eurosun2004]

35 Baustelle PS-10 Sattdampfreceiver bei 250 C 50 min Speicherbetrieb bei 50% Last Wirkungsgrad = 21% 624 Heliostate 120 m² [Pitz-Paal, 15. Symposium thermische Solarenergie, 2005]

36 BRD-Prognose Endenergie Endenergie [ TWh/a ] < 2% 6,4 % >7 % >20% Fossile Energien Erneuerbare Energien Kernenergie

37 Entwicklungspotenzial für erneuerbare Energien 2060 wird die Gesamtleistung aus erneuerbaren Energien die konventionelle Energieerzeugung übertreffen [Shell 1998]

38 Solarthermische Kraftwerke Vielen Dank für Ihr Interesse