DESERTEC: Strom aus der Wüste für eine Klima und Ressourcen schonende Energieversorgung Europas

Transkript

1 DESERTEC: Strom aus der Wüste für eine Klima und Ressourcen schonende Energieversorgung Europas Prof. Dr. Dr.-Ing. habil Hans Müller-Steinhagen Technische Universität Dresden Dr. Franz Trieb Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

2 Am 30. Oktober 2009 wurde die Desertec Industrie Initiative (Dii) gegründet, um mittelfristig bis zu 15% des europäischen Strombedarfs und einen überwiegenden Teil des nordafrikanischen Strombedarfs mit erneuerbaren Energien in den MENA- Ländern zu erzeugen. Dafür müssen sowohl die technischen, wirtschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen wie auch eine öffentliche Akzeptanz in den beteiligten Ländern geschaffen werden. Derzeit hat die Dii 21 Voll-Mitgliedsfirmen und 36 Assoziierte Mitgliedsfirmen

3 Insgesamt 50 Länder untersucht.. Skandinavien West Europa Ost Europa Süd-Ost Europa Westliches Asien Nordafrika Arabische Halbinsel

4 Strombedarf und Stromerzeugung in Europa, dem Mittleren Osten und Nordafrika (EUMENA) moderater Anstieg des Strombedarfs in Europa erhebliche Investitionen um die veralteten Kraftwerke zu ersetzen CO 2 Reduktionsziele Stromerzeugung in TWh/Jahr Europa Defizit Kapazität Jahr

5 Strombedarf und Stromerzeugung in Europa, dem Mittleren Osten und Nordafrika (EUMENA) moderater Anstieg des Strombedarfs in Europa erhebliche Investitionen um die veralteten Kraftwerke zu ersetzen CO 2 Reduktionsziele starker Anstieg des Strombedarfs in MENA starker Anstieg des Trinkwasserbedarfs in MENA Stromerzeugung in TWh/Jahr MENA Jahr Defizit Kapazität

6 Technologie-Portfolio: Kohle, Braunkohle Erdöl, Erdgas Kernspaltung, Kernfusion Wasserkraft Biomasse Solarthermische Kraftwerke Geothermie (Hot Dry Rock) Windenergie Photovoltaik Wellen / Gezeiten Ideal gespeicherte Primärenergie Speicherbare Primärenergie Fluktuierende Primärenergie

7 Erneuerbare Potenziale für die Stromerzeugung in EUMENA Biomasse (0-1) Geothermie (0-1) Solar (10-250) Max Windenergie (5-50) Wasserkraft (0-50) Min Stromertrag in GWh/km²/a

8 Stromerzeugung in Europa, dem Mittleren Osten und Nordafrika Stromerzeugung [TWh/a] Wind Biomasse Solarenergie Geothermie Wasserkraft Bedarf 2000 Bedarf 2050 Potenzial EE

9 Benötigte Wüstenfläche für den Strombedarf Deutschlands, der EU-25 und der Welt Welt EU-25 D Ein Solarkraftwerk mit der Größe des Assuan-Stausees entspricht energetisch der gesamten Ölproduktion im Mittleren Osten

10 Zentrale Kraftwerke für Stromerzeugung im multi-mw Bereich Konventionelle Kraftwerke

11 Zentrale Kraftwerke für Stromerzeugung im multi-mw Bereich Solarthermische Kraftwerke

12 Zentrale Kraftwerke für Stromerzeugung im multi-mw Bereich Solarthermische Kraftwerke sind seit 25 Jahren erfolgreich im Betrieb haben eine Energieamortisationszeit von nur 6-12 Monaten können bereits in Jahren wettbewerbsfähig mit konventionellen Kraftwerken sein ermöglichen eine planbare Strombereitstellung, in Verbindung mit Wärmespeichern oder durch Hybridisierung können außer Strom auch Prozeßwärme und Trinkwasser bereitstellen

13 ANDASOL 1, Guadix, Spanien (50 MW, 7 h Speicher, 2009)

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15 Solarthermische Kraftwerke Units in MW 3,912 5, , total 6,821-8,261 MW MW im Betrieb, 800 MW im Bau ~9,000 MW in fortgeschrittener Planung Investitionslinie: kwe * /kwe = 45 Milliarden

16 Aufgabe: 10 MW Grundlast in Ägypten 10 MW CSP + 18 h Speicher, 10 % Gas 10 MW PV + 10 MW Backup, 75 % Gas 10 MW Wind + 10 MW Backup, 60 % Gas Power Supply (MW) Time (hour of year) Power Supply (MW) Power Supply (MW) Concentrating Solar Power Conventional Power Wind Power Time (hour of year) Conventional Power Time (hour of year) Photovoltaic Power Conventional Power

17 Standortwahl: DLR Projekte STEPS und SOLEMI Meteosat Cloud Index AOT x 1000 Precipitable Water mm/m² Wolken, ½ stündl., 2,5 x 2,5 km, METEOSAT Aerosole, monatl., 4 x 5 NASA-GACP Wasserdampf, tägl., 2,5 x 2,5 NCAR-NCEP-Reanalysis Einstrahlung Geländesteigung GLOBE 1999 Infrastrukturkosten, z.b. Straßenbau Betriebsmodellierung Landbedeckung USGS 1997 Versicherungskosten Stromerträge Geomorphologie FAO 1995 Barwert der Gesamtkosten

18 Standortwahl: DLR Projekte STEPS und SOLEMI Flächendeckende Ermittlung der Stromgestehungskosten aus den Gesamtkosten und Stromerträgen

19 Solare Direktstrahlung Strombedarf

20 Möglichkeiten für den Stromtransfer über eine Distanz von über 3000 km Transport über: Wasserstoff AC / HVAC HGÜ Verluste 75 % 45 % / 25 % 10 % Kosten sehr hoch hoch mäßig Umwandlung für den Verbrauch zuerst in H 2 und danach in Wechselstrom Transformation in gewünschte Spannung Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln Übersee- Transport Tanker oder Rohrleitungen nicht über 30 km Stand der Technik Sichtbarkeit sehr niedrig hoch mäßig Materialbedarf und Emissionen mäßig mäßig gering bevorzugte Anwendung möglicherweise Treibstoff regionale Stromversorgung große Distanzen

21 Entwicklung der HGÜ Technik Platzbedarf für die Übertragung von 10 GW Hochspannung-Wechselstrom Hochspannung-Gleichstrom Ultra-Hochspannung-Gleichstrom (Quelle: ABB, erweitert)

22 Hochspannungs-Gleichstromleitungen Spannung: ± Volt Leistung: 6400 MW Länge: 2070 km Verluste: 7%

23 HGÜ-Verbindungen in Europa FI NORWAY NordNed 700 MW, 580 km Verbindung Nordpool mit UCTE 2009 BritNed 1000 MW, 260 km LI Verbindung IRELAND British Grid mit UCTE 2010 UNITED KINGDOM NETHERLANDS GERMANY POLAND BELGIUM LUXEMBOURG CZECH REPUBLIC SLOVA LIECHTENSTEIN

24 HGÜ Leitungen als Energiekorridore

25 Konfigurationen solarthermischer Kraftwerke Investment ($/kw): Capacity Factor : 25% 45% 65% 85% Solar Field fuel 1 Solar Field 2 Solar Field 3 Solar Field 4 Storage 1 Storage 2 Storage 3 Fuel Power Power Block Block Electricity

26 Stromgestehungskosten von solarthermischen Kraftwerken im Vergleich zu Spitzen-, Mittel- und Grundlaststrom von konventionellen Kraftwerken in einem typischen Land in Nordafrika 0,35 0,30 LCOE of CSP at DNI 2400 kwh/m²/a LCOE ($2010/kWh) 0,25 0,20 0,15 0,10 B1 B2 B Peak Load LCOE Medium Load LCOE Base Load LCOE 0,05 0, Year B3 Average LCOE without CSP

27 Sukzessive Marktdurchdringung von solarthermischen Kraftwerken in einem typischen Land in Nordafrika Local Installed Capacity (MW) Peak CSP Capacity Medium CSP Capacity Base CSP Capacity Peak Fuel Capacity Medium Fuel Capacity Base Fuel Capacity Year

28 Szenario für die Strom- und Trinkwasserbereitstellung in den MENA Ländern Strombedarf und -bereitstellung in TWh / a Jahr vorh. Kraftw. MENA Solarstromexport solares Trinkwasser Solarstrom MENA neue Kraftw. MENA ges. Bedarf MENA ges. Bedarf EU 500 0

29 Installierte Leistung vs. Spitzenlast in EU-MENA Installierte Leistung [GW] Photovoltaik 2400Photovoltaik Wind Wind Geothermie 2000 Geothermie Wasserkraft Wasserkraft 1600 Biomasse Biomasse Wellen / Gez Wellen / Gezeiten Import/Export1200 Solarth. Kraftw. Desalination Solarth. Kraftwerke Öl und Gas Öl und Gas 800Kohle Kohle und Kernkraft Nuklear 5000 h/a 2000 h/a 400 Gesicherte Gesicherte Leistung Leistung 0 0 Spitzenlast Spitzenlast % weniger Emissionen und 40% weniger EU Energie-Import als im Jahr 2000!

30 Zusammenfassung und Ausblick Die DESERTEC Industrial Initiative (Dii) zielt darauf hin, bis zum Jahr 2050 etwa 15% der europäischen Stromversorgung durch Importe aus den MENA-Ländern zu realisieren. Nach der Gründung der Geschäftsstelle im Oktober 2009 werden innerhalb von 3 Jahre die wirtschaftlichen, rechtlichen und politischen Rahmenbedingungen erarbeitet sowie erste Referenzprojekte entwickelt. Mit zunehmender Zahl an Mitgliedsfirmen wird die Dii zu einem Gemeinschaftsprojekt von EU und MENA. Sie arbeitet in Abstimmung mit anderen Organisationen und Initiativen wie: ENTSO-E, ESTELLA, OME, TRANSGREEN, MEDRING, MSP, EPIA und EWEA. In Kombination mit Windkraft- und Photovoltaikanlagen werden solarthermische Kraftwerke einen wesentlichen Beitrag zur Stromversorgung von EU und MENA leisten. Innerhalb von Jahren wird es möglich sein, eine Stromversorgung zu realisieren, die kostengünstiger und umweltfreundlicher als der derzeitige Technologiemix ist. Die MENA Ländern profitieren von diesem Konzept durch nachhaltige Schaffung von Arbeitsplätzen, eigene Stromversorgung, Stromexporte und Trinkwassererzeugung. Die größere Zahl an Energiequellen und die verstärkte Nutzung der erneuerbaren Energien reduziert die Möglichkeit von Versorgungsengpässen und politischen Konflikten. Technisch ist DESERTEC bereits heute realisierbar. Auch die Finanzierung sollte keine unüberwindbare Hürde darstellen. Wesentlich ist eine starke politische Unterstützung für die Umsetzung des Konzepts.

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! courtesy Dii