Sonnenstrom aus der Wüste als Element nachhaltiger Energie in Europa

Transkript

1 Sonnenstrom aus der Wüste als Element nachhaltiger Energie in Europa Franz Trieb Folie 1

2 Stromerzeugung: GROSS UND ZENTRAL Folie 2

3 ... oder lieber klein und dezentral Biogas, Holzenergie, Photovoltaik, Nahwärmenetz Bioenergiedorf Mauenheim Folie 3

4 ... oder doch lieber GROSS UND ZENTRAL Windpark-Landschaft in Mecklenburg Folie 4

5 ... oder einfach aus der Steckdose? Folie 5

6 DESERTEC Vision 2003 HGÜ-Stromautobahnen verbinden gute Produktionsstandorte mit großen Verbrauchszentren Folie 6

7 MED-CSP TRANS-CSP AQUA-CSP DLR-Studien Ermittlung der erneuerbaren Energiepotentiale für die nachhaltige Produktion von Elektrizität und Trinkwasser in 50 Ländern Europas, Nordafrikas und des Mittleren Ostens unter Berücksichtigung der Option solarthermischer Kraftwerke. Folie 7

8 Insgesamt 50 Länder untersucht.. Europa (EU) Skandinavien West Europa Ost Europa Süd-Ost Europa Westliches Asien Nordafrika Arabische Halbinsel Middle East & North Africa (MENA) Folie 8

9 Elektrizität gewinnt man aus Kohle, Braunkohle Erdöl, Erdgas Kernspaltung, Kernfusion Wasserkraft Biomasse Solarthermische Kraftwerke Geothermie (Hot Dry Rock) Windenergie Photovoltaik Wellen / Gezeiten ideal gespeicherten Energieträgern speicherbaren Energieträgern fluktuierenden Energieträgern Folie 9

10 Erneuerbare Energietechnologien Wasserkraft Geothermie Solarthermische Kraftwerke Biomasse Gezeiten Wellen Photovoltaik Windkraft Folie 10

11 Prinzip eines solarthermischen konventionellen Kraftwerks Konzentrierende Solarkollektoren (Spiegel) Wärme Kraftwerk (z.b. Dampfturbine) Brenn -stoff Strom Dampf Therm. Energie- Speicher Sonnenenergie ersetzt Brennstoff Sekundenreserve Regelleistung nach Bedarf Kraft-Wärme-Kopplung für Wasserentsalzung, Kälte, Fernwärme, Industrie Folie 11

12 Konzentrierende Sonnenkollektoren Parabolrinne (PSA) Solarturm (SNL) bis 500 C über 1000 C Linear Fresnel (MAN/SPG) Dish-Stirling (SBP) Folie 12

13 ANDASOL 1+2, Guadix, Spanien (2x50 MW, 7 Std. Speicher, 2009) 3500 Volllaststunden pro Jahr Folie 13

14 NOVATEC Linear Fresnel 2 MW, Puerto Errado, Spanien Produktionsautomaten Direktverdampfung Trockenkühlung Putzroboter Folie 14

15 HGÜ-Leitungen in China HGÜ Hochspanungs-Gleichstrom-Übertragung HVDC High-Voltage-Direct-Current Transmission Spannung: ± Volt Leistung: 6400 Megawatt Länge: 2070 km Quelle: Wasserkraft Verlust: 7% Folie 15

16 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 Folie 16

17 Ökonomische Potenziale vs. Bedarf in EUMENA > Elektrizität [TWh/a] Wie sieht ein nachhaltiger Mix aus? Solar Geothermal Wasserkraft Wind Biomasse Wellen, Gezeiten Entsalzung MENA Europa 0 Potenziale Bedarf 2000 Bedarf 2050 Folie 17

18 und was ist überhaupt nachhaltig? Sicher verschiedene, sich ergänzende Quellen und Reserven elektrische Leistung nach Bedarf langfristig verfügbare Ressourcen sichtbare und zeitnah ausbaubare Technologie Kostengünstig niedrige Kosten keine langfristigen Subventionen Kompatibel geringe Emissionen Klimaschutz geringe Risiken fairer Zugang Folie 18

19 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 Folie 19

20 Was wird sich technisch ändern? 1. Die Auslastung konventioneller Kraftwerke sinkt von heute etwa 5000 h/a auf unter 2000 h/a, mit weniger Emissionen. Es werden nur noch gut regelbare Spitzenlastkraftwerke, aber keine schlecht regelbaren Grundlastkraftwerke mehr gebraucht. 2. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) wird zunehmend zum Ferntransport erneuerbarer Energie in die Ballungszentren eingesetzt und dort über das Wechselstromnetz verteilt. Folie 20

21 Kraftwerkspreise sinken mit steigender Kapazität Investition [ /kw] Abbau von Atomkraftwerken National Audit Office (Großbritannien) Nuclear Decommissioning Authority 11 GW installierte Leistung 61 Mrd. Britische Pfund für Abbau 3000 /kw Bau 6000 /kw Abbau Installierte Leistung [MW] Folie 21

22 Brennstoffpreise steigen mit wachsendem Verbrauch Kohlepreis Gaspreis Uranpreis Ölpreis Folie 22

23 Ölkosten? Atomkosten? Kohlekosten? Was kostet die Welt? (die dabei zerstört wird) Folie 23

24 Entwicklung der Stromkosten am Beispiel Spanien Mittlere Stromkosten [c/kwh] Investition Ertrag Jahr TRANS-CSP Mix Mix 2000 Werte in (real), Brennstoffpreise IEA 2005, ab 2020 CCS Folie 24

25 Das EEG: Kosten pro kwh für Haushaltskunden in Deutschland Steuern EEG Steigerung seit 2000 Erzeugungskosten im Jahr 2000 Durch EEG vermiedene Steigerung: 0,5 ct/kwh in 2007 BMU 2008 Folie 25

26 Was wird sich ökonomisch ändern? 1. Nach anfänglicher Förderung führt der Ausbau erneuerbarer Energiequellen zu einer Stabilisierung der Energiepreise und zur Entlastung der öffentlichen und privaten Haushalte. 2. Solarstromimporte aus der Wüste werden eine bezahlbare und gut regelbare Komponente der Stromversorgung und ersetzen damit vor allem fossile Brennstoffe und Atomkraft. Folie 26

27 Reduktion der CO 2 Emissionen aus der Stromerzeugung auf 0.5 t/cap/a CO2-Emissions CO2-Emissionen in Mt/y Mt/a Year Jahr Avoided Vermieden Import Solar Photovoltaics Photovoltaik Wind Geothermal Geothermie Hydropower Wasserkraft Wave Wellen / / Tidal Gez. Biomasse CSP Solarth.Kraftw. Plants Oil Öl / Gas Coal Kohle Nuclear Nuklear Bilanz für EU-MENA aus den CSP Studien Folie 27

28 Was wird sich ökologisch ändern? 1. Klimagase u. a. Emissionen in EUMENA werden im Stromsektor trotz Wirtschafts- und Bevölkerungswachstum bis 2050 auf etwa 38% gegenüber 2000 reduziert. 2. Der gesamte erneuerbare Kraftwerkspark wird etwa 1% der Landflächen in Anspruch nehmen. (zum Vergleich: europäisches Verkehrsnetz: 1.2%). Folie 28

29 nach Lampedusa? in die Wüste? Energie, Wasser, Nahrung, Arbeit und Einkommen für weitere 300 Mio. Menschen in MENA? (artist view created with Google Earth) Folie 29

30 Wüstenstrompotenziale nach Ausschluss ungeeigneter Flächen Folie 30

31 Stromverbrauch (Licht) Folie 31

32 Wüstenstrom Stromverbrauch Folie 32

33 Was kann die Wüstensonne? Potenzial: TWh/a TWh/a Weltstrombedarf Landflächenbedarf: m²/gwh 400 m²/gwh Kohle 800 m²/gwh saubere Kohle) Verfügbarkeit: h/a h/a Atomkraftwerk Die Wüstensonne ist die größte, kompakteste und zuverlässigste Energiequelle des Planeten Erde. Fthenakis und Hyung 2009, eigene Berechnungen Folie 33

34 Was muss sich politisch ändern? 1. Eine gemeinsame internationale Anstrengung zur Erschließung erneuerbarer Energiequellen muss den zunehmenden Kampf um begrenzte fossile Brennstoffe ersetzen. 2. Die Umsetzung dieses Prinzips muss in den Vordergrund internationaler Sicherheitspolitik treten. 3. Weltweit müssen geeignete Rahmenbedingungen für die effiziente Verbreitung erneuerbarer Energiequellen geschaffen werden. Folie 34

35 Spherical Utility-Scale Nuclear Fusion Reactor (SUN 1) Vollautomatisch Erprobt Kostengünstig Umweltfreundlich bish. Arbeitsplätze: ca Folie 35

36 Auswirkung thermischer Energiespeicher auf die Auslastung Volllaststunden pro Jahr [h/a] Direkt-Normal-Strahlung [kwh/m²/a] SM4 SM3 SM2 SM4 SM1 SM3 ANDASOL 1 SM2 Nevada Solar 1 SM1 ANDASOL SM1 1 Nevada Solar 1 SM2 SM3 SM4 Solar Field Solar Field Solar Field Solar Field Storage Storage Storage SM = Solar Multiple 1 Solarfeld = 6000 m²/mw 1 Speicher = 6 h Volllast Power Block Electricity Folie 36

37 Total EU-MENA HVDC Interconnection * Year Lines x Capacity GW 4 x x x x 2.5 Transfer TWh/y Capacity Factor Turnover Billion /y Land Area CSP 15 x x x x 50 km x km HVDC 3100 x x x x 1.0 Investment CSP Billion HVDC Elec. Cost CSP /kwh HVDC * All countries analysed in TRANS-CSP Folie 37

38 HGÜ Leitungen als solare Energiekorridore Folie 38

39 Pilotanlagen zur solaren Stromerzeugung und Wasserentsalzung Solarfeld Speicher Solarfeld Speicher Wärme Wärme Brennstoff Brennstoff Dampfkraftwerk Dampfkraftwerk Dampf RO MED Wasser Strom Wasser Strom RO: MED: Umkehrosmose Multi-Effekt-Entsalzung Folie 39

40 Solarwärmespeicher Salzschmelze Beton Phasenwechsel Wasser-/Dampfspeicher Folie 40

41 Strombedarf Europa (TRANS-CSP) Stromverbrauch [TWh/a] Jahr Import Solar Photovoltaik Wind Geothermie Wasserkraft Biomasse Wellen/Gez. Solarth. KW Öl Erdgas Kohlen Kernenergie Folie 41

42 4500 Strombedarf Mittlerer Osten und Nordafrika (MED-CSP) Stromverbrauch [TWh/a] Entsalzung Export Solar Photovoltaik Wind Geothermie Wasserkraft Biomasse Wellen/Gez. Solarth. KW Öl / Erdgas Kohlen Kernenergie Jahr Folie 42

43 AQUA-CSP Scenario for Middle East & North Africa 600 Water Consumption [Bm³/y] Natural Water Used Wastewater reused Fossil Fuel Desalination Groundwater Over-Use CSP Desalination Efficiency Gains Folie 43

44 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 2050 VDI-Fortschritt-Bericht: ISBN Folie 44