Toolbox mit Rechenbeispielen aus dem Buch Kapitel 8 Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien Beispiel Stromgestehungskosten Solarturm Kraftwerke

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1 Energie Praxiswissen Praxisbuch Energiewirtschaft 3. Auflage Toolbox mit Rechenbeispielen aus dem Buch Kapitel 8 Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien Beispiel Stromgestehungskosten Solarturm Kraftwerke Disclaimer: Die Rechenbeispiele sind als Unterstützung für das Buch gedacht und haben ausschließlich den Zweck, dem Leser Hilfestellung zu bieten, um die Inhalte besser zu verstehen und den Rechengang nachzuvollziehen. Eine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität kann nicht übernommen werden. Die Inhalte sind urheberrechtlich geschützt, eine Vervielfältigung ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des gültigen Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland zulässig. Hinweise, Anregungen und Verbesserungsvorschläge sind erwünscht und willkommen! Letzte Aktualisierung Sep-13

2 4. Toolbox mit Anwendungsbeispielen 4.1 Kurze Einführung Die zahlreichen Anwendungsbeispiele im Buch sind für das Verständnis der Inhalte unerlässlich. Die meisten sind in MS- Excel Tabellen berechnet und als Bild in den Text eingefügt. Wir haben festgestellt, dass in der Druckversion des Buches bei einigen der Beispiele der Rechengang komplex und nicht immer leicht nachvollziehbar ist. Deshalb werden alle Anwendungsbeispiele als Excel-Softkopie in die Toolbox dieser Internetseite aufgenommen, und die Leser können sie herunterladen, um den Rechengang besser nachzuvollziehen. Vorausgesetzt wird dass die Anwendung von Tabellen-Kalkulationsprogrammen vertraut sind. In der Toolbox werden nach-und-nach auch andere Inhalte hinzukommen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich hier um einen freiwilligen und kostenlosen Service des Autors und seiner Kollegen handelt. In diesem Zusammenhang wird erwartet und gehofft, dass auch von den Nutzern Anregungen und Hinweise zur Optimierung der Inhalte beitragen werden. 4.2 Hinweise für die Nutzer In der Regel ist jedes Anwendungsbeispiel auf einem Excel Blatt und die Rechenschritte sind transparent und einfach. Es gibt aber auch Beispiele, die mehrere Excel Blätter benötigen, die miteinander verlinkt sind. In solchen Fällen sind entweder die Namen der betreffenden Blätter (unten) farbig gekennzeichnet oder sie sind in getrennten Excel Files und werden Modelle bezeichnet Excel Funktionen Für die Berechnungen kommen neben den einfachen Rechenarten meistens einfache Excel Funktionen zur Anwendung wie: Math. & Trigonometrie : ABRUNDEN, AUFRUNDEN, EXP, LN, RUNDEN, SUMME, PRODUKT Logik: WENN, selten auch in Kombination mit UND, ODER Statistik: MAX, MIN, MITTELWERT Finanzmathematik: BW (Barwert einer Zahlungsreihe), Effektiv (effektiver Zinssatz), NPV (Kapitalwert), RMZ (Annuität), ZW (Zukunftswert einer Zahlungsreihe), IKW (interner Zinssatz) Anmerkung: Die Syntax der Funktionen ist in Excel ausreichend erklärt. Bei den Finanzmathematischen Funktionen werden in Excel Auszahlungen bzw. Kosten als negative Werte, Einzahlungen als positive Werte dargestellt. In den meisten Anwendungsbeispielen werden allerdings meistens nur Kostenreihen betrachtet, und zur Vereinfachung der Rechnung werden diese als positive Werte dargestellt. Deswegen wird z.b. bei der Berechnung von BW oder Annuität (RMZ) vor der Formel ein Minuszeichen eingesetzt, damit das Ergebnis als positiver Wert erscheint. In der Regel werden Zahlungen am Jahresende angenommen F=0 und der Zukunftswert gleich Null ZW=0 gesetzt Zahlungsreihen mit Eskalation Excel bietet keine Funktionen für die Barwertbildung oder Annuität von Zahlungsreihen, die mit einer Eskalationsrate (%/a) steigen. Dafür werden die vom Autor entwickelten Formeln genutzt: Barwert eskalierender Zahlungen BWS esc : Die Funktion eskaliert den Anfangsbetrag, bildet und aufsummiert die Barwerte der einzelnen Zahlungen. Syntax: Barwert: BWS esc (J Eskalation %/a; I Zinssatz %/a, N Laufzeit Jahre, K Anfangsbetrag Zahl) BWSesc(2,5%,8%;10;100) = 758,6 Annuität eskalierender Zahlungen: Die Funktion eskaliert die einzelnen jährlichen Zahlungen, bildet und aufsummiert deren Barwerte. Syntax: AN esc (J Eskalation %/a; I Zinssatz %/a, N Laufzeit Jahre, K Anfangsbetrag Zahl) Beispiel: ANesc ( 2,5%, 8%,10,100)= 113 /a Bauzinsen : Die Funktion berechnet die Bauzinsen für gleiche Zahlungsbeträge während der Bauzeit. Syntax: INCon (C=CAPEX, L =Darlehen %, N =Bauzeit Jahre, I =Zinssatz, Zahlungsperioden pro Jahr) Beispiel: INCon (1000,70%,4,6%,4)=84,5 Diese Funktionen sind verfügbar als AddIn oder als Makro. Damit wir dem Leser das Installieren ersparen wurden sie als Makro in den entsprechenden Beispielen eingefügt. Falls ein Anwender sie als AddIn für seine Arbeit oder Studium anwenden möchte soll er sich melden. 4.3 Thermodynamische Größen FluidEXL Software Für die Berechnung von thermodynamischen Größen wie Enthalpie, Entropie etc. wurden früher Dampftafeln benutzt. Dafür, gibt es nun Software-Tools. In den Beispielen wurden die thermodynamischen Größen mit dem Software FluidEXL von der Hochschule Zittau/Görlitz berechnet. Allerdings ist diese Software kostenpflichtig (eine Lizenz kosten ca. 300 ) und steht für die Leser des Buches nicht zur Verfügung. Deswegen wurden die Ergebnisse der Berechnungen mit FluidEXL in den entsprechenden Zellen als Wert kopiert. Für Studierende ist derzeit eine kostenlose Demoversion verfügbar (Registrierung nötig).

3 Kraftwerksleistung, brutto MW TES 9 h TES 12 h TES 15 h Anzahl Kollektoren - 7,158 8,978 11,074 Thermischer Speicher h Investitionsausgaben Mio Standort Breitengrad Einheit Unit grd Jahreseinstrahlung kwh /( m 2 a) 100 MW Nettostromerzeugung GWh /a Stromgestehungskosten / MWh ,400

4 Beispiele-Kap.-8.4-StromKosten-Tower.xls LEC_Calculation Kraftwerksleistung MW Speichergröße (Entladezeit) h Jahreseinstrahlung kwh /m 2 a Standort Breitengrad grd Solarfeld Auslegung Referenz DNI W /m Auslegungszeit Equinox noon Solarwirkungsgrad (DNI zu Wärme) 80% 80.0% 80.0% 80.0% Anzahl Heliostaten - 7,158 8,978 11,074 Spiegelfläche, gesamt m ,086 1,340 Receiverkapazität MWt Thermische Leistung MJ /s ,014.1 Solarwärme zum Kraftwerk MJ / s Solar Multiple Thermischer Speicher MWh 2, , ,571.4 Entladezeit h Technische Parameter, Kraftwerk Leistung, brutto, Feldbetrieb MW Elektrischer Wirkungsgrad, brutto % 42.0% 42.0% 42.0% Kondensator - ACC ACC ACC Jahresertrag Jahreseinstrahlung kwh /m 2 a 2,400 2,400 2,400 Jahreswirkungsgrad 92% % 46.9% 44.7% Solarwärme zum Kraftwerk GWh th / a 1,006 1,223 1,438 elektrischer Jahreswirkungsgrad 95.0% % 39.9% 39.9% Stromerzeugung GWh e / a Eigenverbrauch - 9.0% 9.0% 9.0% Stromeigenverbrauch 4% 10.0% GWh e / a Nettostromerzeugung GWh e / a Vollbenutzungsstunden h / a 4,013 4,879 5,736 Technisch/wirtschaftliche Eckdaten Basisjahr kalkulatorische Lebensdauer 25 a kalkulatorischer Zinssatz, real 6.80% % 6.8% 6.8% 6.8% Investitionsausgaben, 2012; ± 20% Mio spezifisch / kw 5,040 5,960 6,968 Jahreskosten Kapitaldienst 1000 /a 42,460 50,212 58,702 Betriebskosten 1.50%/a /a 11,403 13,277 15,282 Summe 1000 /a 53,862 63,489 73,984 Spez. Stromgestehungskosten / MWh

5 Beispiele-Kap.-8.4-StromKosten-Tower.xls WACC Einheit Unit Equity Eigenkapital Debt Kapitalanteile % Riskofreier Rendite/Zinssatz % /a 5.0% 5.0% Investitions-Risikoaufschlag % /a 9.5% 2.0% Zwischensumme nach Steuer % /a 14.5% 7.0% Körperschaftsteuer 25% % /a 4.8% 0.0% Kapitalkosten vor Steuer % /a 19.3% 7.0% Gewichtetes Mittel der Kapitalkosten (WACC) % /a 9.5%./. Inflation % /a 2.5% WACC inflationsbereinigt, vor Steuer % /a 6.8%

6 Beispiele-Kap.-8.4-StromKosten-Tower.xls CAPEX_EURO h Auslegungsdaten Nennleistung MWe Receiver Kapazität MWt Spiegelfläche des Solarfeldes 1000 m² 866 1,086 1,340 Anzahl thermischer Speicher - Speicherkapazität MWh 2,143 2,857 3,571 EPC Kontrakt Kosten Mio Solarfeld Mio Receiver Mio Tower Mio Thermischer Speicher Mio Kraftwerksblock + SSG Mio Verschiedenes Mio Ingenieurleistungen Mio Unvorhergesehenes Mio Eigentümerkosten Mio Investitionsausgaben, gesamt, ± 20% Mio Spezifische Kosten / kw 5,040 5,960 6,968

7 Beispiele-Kap.-8.4-StromKosten-Tower.xls OPEX_Euro h Technisch-wirtschaftliche Eckdaten Wechselkurs EURO / US$ Spiegelfläche 1000 m ,086 1,340 Stromerzeugung, brutto GWh / a EPC-Preis Mio Solarfeld Mio Thermischer Speicher Mio Kraftwerksblock Mio Bedienungspersonal Personalkosten 1000 / a Heizölpreis / liter Brennstoffkosten 1000 Liter / a Wasserpreis / m Wasserverbrauch 1000* m 3 / a HTF Verbrauch t / a HTF Preis Betriebskosten / t Fixe Betriebskosten 1000 /a 8,997 10,451 12,013 Solarfeld & Speicher 1000 /a 2,791 3,487 4,250 Kraftwerksblock 1000 /a 1,257 1,313 1,375 Personal 1000 /a 2,925 3,250 3,575 Landpacht 1000 /a Versicherungen 1000 /a 2,024 2,400 2,813 Betriebsstoffe 1000 /a ,141 Brennstoff 1000 /a Wasser 1000 /a HTF 1000 /a Andere betriebsstoffe *) 1000 /a /a 9,815 11,429 13,154