Hybridisierungspotentiale weltweit
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- Stanislaus Peters
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1 Hybridisierungspotentiale weltweit PV-Diesel-Hybrid-Systeme 08. März 2016 in Kloster Banz, Bad Staffelstein Dr. Philipp Blechinger 1 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
2 Das Reiner Lemoine Institut (RLI) Überblick Gemeinnütziges Forschungsinstitut 100 % Tochter der Reiner Lemoine-Stiftung (RLS) Gegründet 2010 in Berlin Mitglied u.a. bei: ARE, eurosolar, BNE, dena, EEA Geschäftsführung: Dr. Kathrin Goldammer Reiner Lemoine Gründer der Reiner Lemoine- Stiftung 2 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
3 Historie R e i n e r L e m o i n e EE Pionier Gründung Solon & Q.CELLS Gründung RLS Gründung RLI Zielsetzung des RLI: Wissenschaftliche Begleitung der Energiewende hin zu 100 % Erneuerbaren Energien MitarbeiterInnen: heute ca. 25 Angestellte, organisiert in 3 Teams 3 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
4 Forschungsfelder Transformation von Energiesystemen Mobilität mit Erneuerbaren Energien Off-Grid Systeme Wir erforschen stabile und realisierbare Systeme für eine globale Erneuerbare Energieversorgung. Begleitung der Energiewende national, regional und EU-weit Simulation und Optimierung sektorübergreifender Energiesysteme Analyse einzelner Technologien im Gesamtsystem (Speicher, PTG, PTH, KWK, WP, u.a.) Transformationsforschung Wir untersuchen Energie- und Mobilitätssysteme, um Synergien zu identifizieren und zu entwickeln. Batterieelektrische Mobilität: Versorgung der Fahrzeuge mit Strom aus Erneuerbaren Energien Wasserstoffelektrische Mobilität: Erzeugung des Wasserstoffs mittels Elektrolyse und Erneuerbarer Energien Auf synthetischem Methan basierende Mobilität: Erzeugung des Methans mittels Elektrolyse, Erneuerbarer Energien und Methanisierung Wir unterstützen die Entwicklung nachhaltiger Energieversorgung in abgelegenen Regionen. Ländliche Elektrifizierungsplanung Simulation und Optimierung hybrider Mini-Grids Kombination aus GIS Analysen und Energiesystemmodellierung Marktanalysen und Geschäftsstrategien 4 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
5 Agenda Übersicht Hybridisierung Marktpotentiale Inseln Remote Industries Ländliche Elektrifizierung Fallbeispiel Nigeria Zusammenfassung 5 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
6 Einleitung Stromerzeugung global Hauptanteil der weltweiten Stromerzeugung entfällt auf Großkraftwerke (Kohle, Gas oder Kernenergie) Wasserkraft spielt mit 16 Prozent eine wichtige Rolle Andere Erneuerbare Energien (z.b. Wind und Photovoltaik) tragen nur 5 Prozent zu der Erzeugung bei Finanzierung von Erneuerbaren Energien meist durch feste Einspeisevergütungen IEA, Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
7 Einleitung Stromerzeugung Dieselkraftwerke In zentralen Netzen nur als Spitzenlast oder Back-up Kraftwerke Geringe Volllaststundenzahl pro Jahr Dieselkraftwerke werden allerdings häufig in dezentralen Netzen eingesetzt Hohe Stromerzeugungskosten durch hohe Brennstoffpreise (aktuell nicht) Weltmarkt Dieselpreis in USD/Gallon PV-Diesel Seminar 2015 Jetzt: 20 EURct/liter -> Diskussion 7 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
8 Einleitung Hybridisierung Dieselstromgestehungskosten können deutlich über 0,20 EUR/kWh liegen (bei hohen Transportkosten und niedriger Effizienz der Dieselkraftwerke) Attraktiver Markt für die Implementierung von Erneuerbaren Energien (Hybridisierung) ohne Förderinstrumente Wo liegen diese Marktpotentiale? Inselenergieversorgung Industrie und Gewerbe (z.b. Minen oder Tourismus) Ländliche Elektrifizierung 8 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
9 Agenda Übersicht Hybridisierung Marktpotentiale Inseln Remote Industries Ländliche Elektrifizierung Fallbeispiel Nigeria Zusammenfassung 9 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
10 Inselenergieversorgung - Weltkarte Quelle: Blechinger et al. (2015), Global Analysis of the Techno-Economic Potential of Renewable Energy Hybrid Systems on Small Islands, submitted to Energy Policy 10 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
11 Inselenergieversorgung Aggregierte Ergebnisse Region Number of Islands Population (av.) Population (sum) GDP (av.) [USD/cap] Atl. + Arct. Oc ,930 4,150,000 24,100 Caribbean ,730 1,517,000 15,900 Indian Ocean ,195 4,209,500 4,890 Mediterr. Sea 93 11,590 1,077,000 31,400 Pacific Ocean 890 8,920 8,743,000 12,240 Total 1,785 11,040 19,696,500 14,470 Region El. cons. (sum) [GWh/year] El. cons. (av.) [MWh/year] El. cons. (av. per cap.) [kwh/(year cap)] LCOE Diesel only (av.) [USDct/kWh] Atl. + Arct. Oc. 18,530 48,760 4, Caribbean + 4,490 43,620 2, Indian Ocean 3,350 10, Mediterr. Sea 3,650 39,290 3, Pacific Ocean 19,720 22,160 2, Total 49,740 27,870 2, LCOE Diesel basieren auf 2,8 USD/gallon, 3 % p.a. Preisanstieg, 20 Jahre Projektlaufzeit, 30 bis 40 % Effizienz, var. Opex 0,05 USD/kWh 11 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
12 Inselenergieversorgung - Zusammenfassung Potential: Große Anzahl an kleinen Inseln (1.000 bis Einwohner) stellt interessantes Potential zur Hybridisierung dar durch hohe Brennstoffkosten PV-Hybridisierung vor allem vorteilhaft auf tropischen und sub-tropischen Inseln (in Kombination mit Batterien) Aber: Wind-Diesel-Batterie Systeme interessant für nordische Inseln Implementierung: Hohe Projektentwicklungskosten durch Einzelprojekte Bisher Hybridisierung auf Inseln eher als Showcase (Mustique, El Hierro, Graciosa) Viele Energieversorger auf Inseln sind in staatlicher Hand und verfügen nur über geringes Investitionskapital Größerer Roll-out scheint nur möglich mit lokalen Partnern (z.b. Dieselgeneratoren Vertrieb) 12 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
13 Agenda Übersicht Hybridisierung Marktpotentiale Inseln Remote Industries Ländliche Elektrifizierung Fallbeispiel Nigeria Zusammenfassung 13 Hybridisierungspotentiale weltweit
14 Remote Industries - Weltkarte Blechinger et al. (2015): Marktpotentiale von PV-Diesel-Hybrid- Systemen, PV- Symposium, Bad Staffelstein, Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
15 Remote Industries Aggregierte Ergebnisse Country Capacity > 100 km from grid [MW] Total Capacity [MW] INDONESIA PHILIPPINES BRAZIL SAUDI ARABIA AUSTRALIA PERU MALAYSIA USA ARGENTINA PAPUA NEW GUINEA Neben den Inselstaaten finden sich vor allem in Ländern mit netzfernen Industrien (z.b. Minen, Rohstoffförderung) off-grid Dieselkapazitäten. Saudi Arabien bildet eine Ausnahme mit einem hohen Anteil an dezentraler dieselbasierter Energieversorgung für die Bevölkerung. Die überwiegende Mehrheit an Dieselkraftwerken ist statistisch nicht erfasst. 15 Hybridisierungspotentiale weltweit
16 Remote Industries - Zusammenfassung Potential: Große Anzahl an Dieselkraftwerken zur netzfernen Energieversorgung von Minen oder Industrien Zusätzlich werden oft Dieselkraftwerke als Back-up in weak-grids betrieben (Stromausfälle von teilweise mehr als 6 h am Tag) Aber: Teilweise geringe Dieselkosten durch Subventionen Implementierung: Kraftwerke werden überwiegend privat betrieben und Erzeuger ist gleich Verbraucher Dieseleinsparungen kommen dadurch direkt dem Kunden zu Gute Privatwirtschaftlicher Kundenkreis mit verfügbarem Investitionskapital, aber sehr hohen Renditeerwartungen (z.b. Payback-time < 3 bis 5 Jahre) 16 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
17 Agenda Übersicht Hybridisierung Marktpotentiale Inseln Remote Industries Ländliche Elektrifizierung Fallbeispiel Nigeria Zusammenfassung 17 Hybridisierungspotentiale weltweit
18 Ländliche Elektrifizierung - Weltkarte Cader, C. et al. (2015) Global cost advantages of autonomous solarbattery-diesel systems compared to diesel-only systems. Energy for Sustainable Development, Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
19 Ländliche Elektrifizierung Aggregierte Ergebnisse SOURCE: IEA, World Energy Outlook 2015 Electricity access in Regional aggregates Region Population without electricity millions Electrification rate % Urban electrification rate % Rural electrification rate % Developing countries 1,200 78% 92% 66% Africa % 68% 26% North Africa 1 99% 100% 99% Sub-Saharan Africa % 59% 17% Developing Asia % 96% 78% China 1 100% 100% 100% India % 96% 74% Latin America 22 95% 98% 84% Middle East 17 92% 98% 78% Transition economies & OECD 1 100% 100% 100% WORLD 1,201 83% 95% 70% Größter Anteil an Menschen ohne Zugang zu Elektrizität lebt in sub-sahara Afrika oder in Süd-Ost Asien. 19 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
20 Ländliche Elektrifizierung - Zusammenfassung Potential: 1,2 Milliarden Menschen weltweit haben keinen Zugang zu Stromversorgung Aber: Elektrifizierung hauptsächlich durch Netzerweiterung Aber: Geringe Kaufkraft der lokalen Bevölkerung Implementierung: Schwieriges Geschäftsmodell, da Umsätze pro Kunde/in gering sind Keine eigentliche Hybridisierung, sondern neu Elektrifizierung, reine PV-Batterie Projekte sind möglich Oft Spenden-finanzierte Projekte 20 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
21 Agenda Übersicht Hybridisierung Marktpotentiale Inseln Remote Industries Ländliche Elektrifizierung Fallbeispiel Nigeria Zusammenfassung 21 Hybridisierungspotentiale weltweit
22 Introduction Policy Directive of the Federal Ministry of Power (FMP) of the Federal Government of Nigeria On the promotion of the use of energy from renewable sources and procurement of capacity will be created. This project supports the Policy Directive by providing numbers on the potential of photovoltaic (PV) systems for rural electrification by Solar Home Systems (SHS) and hybrid Mini-Grids for whole Nigeria. The attempt is complex because essential data on the current status of electricity supply and load demands in rural areas is lacking and profound workarounds need to be established. To do so, the team will use a GIS database and spatial modelling to a) understand where the consumers are, b) whether or not they are reached by the grid/electrified already c) building priority areas for different electrification approaches d) defining capacity needs in mini-grids and SHS and e) modelling two different PV-shares in hybrid mini-grids 22 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
23 Methodology - Overview For this analysis a combination of GIS tools, energy system simulations and literature analysis is chosen to derive an overview of the potential on SHS and PV hybrid Mini-Grids for rural electrification in whole Nigeria. GIS analyses by QGIS to derive consumer cluster identify status of electrification define priority areas for electrification by grid extension, Mini-Grids, SHS Literature analyses define loads and electricity consumption for Mini-Grids define size of SHS for stand-alone electrification Energy system modelling to derive shares of PV energy in one typical Mini-Grid as baseline for extrapolation of PV Mini-Grid potential 23 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
24 Status of Electrification Results In total 45,456 clusters are non-electrified (95 %) But only 83 out 181 million people living in the non-electrified area (46 %) Including 10m people living outside clusters assumed to be non-electrified The clusters with the largest number of people are all electrified 24 Hybridisierungspotentiale weltweit
25 Electricity supply options - Methodology All clusters around 10 and 20 km buffer zone of electrified clusters (gridclusters) are assumed to be electrified via grid connection All clusters outside the grid extension area below 1,000 ppl are assumed to be electrified by stand alone systems SHS All remaining clusters are assumed to be electrified by PV Mini-Grids 20 km buffer 25 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
26 Electricity supply options Results I 10km grid buffer Total results Grid electrification: 23,457 cluster 41.0 million ppl Mini-Grid electrification: 7,882 cluster 26.2 million ppl SHS electrification: 14,117 cluster 5.5 million ppl 26 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
27 Electricity supply options Results II 20km grid buffer Total results Grid electrification: 34,446 cluster 57.1 million ppl Mini-Grid electrification: 3,800 cluster 12.8 million ppl SHS electrification: 7,210 cluster 2.8 million ppl 27 Hybridisierungspotentiale weltweit
28 PV potential Mini-Grids Results Showcase Only qualitative results are shown (as cost parameter are not approved) Load profile has high evening peaks and low demand during the day Batteries are necessary even for low shares of renewable energies (high power batteries) Cost increase for high RE share as PV production is only during the day (storage necessary) Suggested PV capacities for further analysis Low share system: 0.75 times peak load High share system: 2 times peak load 28 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
29 PV potential Mini-Grids Results (10 km buffer) Per Mini-Grid priority cluster 263 Wp PV (low share RE) and 700 Wp (high share RE) capacities are assumed for each household Total capacity: 1,380 MW (low share); 3,660 MW (high share) Per Mini-Grid cluster only one PV hybrid Mini-Grid is assumed Total number: appr. 8, Hybridisierungspotentiale weltweit
30 PV potential Mini-Grids Results (20 km buffer) Per Mini-Grid priority cluster 263 Wp PV (low share RE) and 700 Wp (high share RE) capacities are assumed for each household Total capacity: 671 MW (low share); 1,790 MW (high share) Per Mini-Grid cluster only one PV hybrid Mini-Grid is assumed Total number: appr. 3, Hybridisierungspotentiale weltweit
31 Conclusion Number of Mini-Grids and SHS depends upon the itensity of electrification by extension of the central grid 10 and 20 km buffers are applied to show different grid electrification ranges (10 km = low grid electrification; 20 km = high grid electrification) PV potential for hybrid Mini-Grid electrification ranges from 671 to 3,660 MW Two scenarios for low and high share RE systems Low share RE: 671 MW (high grid electrif.) to 1,380 MW (low grid electrif.) High share RE: 1,790 MW (high grid electrif.) to 3,660 MW (low grid electrif.) SHS PV potential for stand alone electrification ranges from 84 to 164 MW 84 MW (high grid electrification) 164 MW (low grid electrification) 31 Hybridisierungspotentiale weltweit philipp.blechinger@rl-institut.de
32 Agenda Übersicht Hybridisierung Marktpotentiale Inseln Remote Industries Ländliche Elektrifizierung Fallbeispiel Nigeria Zusammenfassung 32 Hybridisierungspotentiale weltweit
33 Zusammenfassung Hybridisierung Marktpoteniale für PV-hybrid Systeme liegen in unterschiedlicher Ausprägung vor für Inselenergieversorgung Industrie und Gewerbe (z.b. Minen oder Tourismus) Ländliche Elektrifizierung Erfolgsfaktoren für deren Erschließung sind: Showcase Projekte und Referenzen Regionale und thematische Spezialisierung hilfreich Finanzierung und Projektentwicklung muss anfangs meist eigenständig erfolgen 33 Hybridisierungspotentiale weltweit
34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit SPRECHEN SIE UNS AN FÜR Forschungskooperationen Gemeinsame Projektentwicklungen Auftragsforschung Business Development in Zusammenarbeit mit Tel: +49 (0) Web: 34 Hybridisierungspotentiale weltweit
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