DESERTEC Strom aus der Wüste?

DESERTEC Strom aus der Wüste? Franz Trieb Mainz, 29.10.2009 Folie 1 HGÜ-Stromautobahnen verbinden die ergiebigsten Produktionsstandorte mit den größten Verbrauchszentren http://www.desertec.org Folie 2 1

Studien MED-CSP TRANS-CSP AQUA-CSP 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 3 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 4 2

Technologie-Portfolio für die Stromversorgung: 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 Folie 5 Konzentrierende Sonnenkollektoren Parabolrinne (PSA) Solarturm (SNL) bis 550 C Dampfturbinen über 1000 C Gasturbinen, Motoren Linear Fresnel (MAN/SPG) Dish-Stirling (SBP) Folie 6 3

Prinzip eines solarthermischen Kraftwerks 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 7 Solar Electricity Generating System - SEGS, Kalifornien, USA (354 MW, am Netz seit 1985) Folie 8 4

Nevada Solar One, Las Vegas, USA (64 MW, 2007) www.acciona-energia.com Folie 9 Solucar, Sevilla, Spanien (10 MW + 20 MW, 2007 & 2009) www.solucar.es Folie 10 5

ANDASOL 1, Guadix, Spanien (50 MW, 7 h Speicher, 2009) www.solarmillennium.de Folie 11 NOVATEC Linear Fresnel 2 MW, Puerto Errado, Spanien Produktionsautomaten Direktverdampfung Trockenkühlung Putzroboter www.novatec-biosol.com Folie 12 6

Energiespeicher Molten Salt Beton Phasenwechsel Wasser-/Dampfspeicher Folie 13 Auswirkung thermischer Energiespeicher auf die Auslastung Volllaststunden pro Jahr [h/a] 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 2000 2200 2400 2600 2800 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 1 2 3 4 Storage Storage Storage 1 2 3 SM = Solar Multiple 1 Solarfeld = 6000 m²/mw 1 Speicher = 6 h Volllast Power Block Electricity www.dlr.de/tt/csp-resources Folie 14 7

Erneuerbare Energietechnologien Wasserkraft Geothermie Solarthermische Kraftwerke Biomasse Gezeiten Wellen Photovoltaik Windkraft http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/36983/35338/ Folie 15 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 www.dlr.de/tt/med-csp Folie 16 8

Ökonomische Potenziale vs. Bedarf in EUMENA Elektrizität [TWh/a] 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 > 630000 Wie sieht ein nachhaltiger Mix aus? Potenziale Bedarf 2000 Bedarf 2050 Solar Geothermal Wasserkraft Wind Biomasse Wellen, Gezeiten Entsalzung MENA Europa Folie 17 Nachhaltigkeitskriterien für die Stromversorgung: Sicher diversifizierte und redundante Quellen elektrische Leistung nach Bedarf nachhaltig verfügbare Ressourcen sichtbare und zeitnah ausbaubare Technologie Kostengünstig niedrige Kosten keine langfristigen Subventionen Kompatibel geringe Emissionen Klimaschutz geringe Risiken fairer Zugang Folie 18 9

Installierte Leistung [GW] 2400 2000 1600 1200 800 400 Installierte Leistung vs. Spitzenlast in EUMENA 5000 h/a 2000 h/a Ferntransport Entsalzung 0 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 100 % Verfügbarkeit + 25 % Reservekapazität 2400Photovoltaik Wind 2000 Geothermie Wasserkraft 1600 Biomasse Wellen / Gez. 1200 Solarth. Kraftw. Öl und Gas 800 Kohle 400Nuklear Gesicherte Leistung Spitzenlast www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 19 HGÜ-Leitungen in China HGÜ Hochspanungs-Gleichstrom-Übertragung HVDC High-Voltage-Direct-Current Transmission Spannung: Leistung: Länge: Quelle: ± 800.000 Volt 6400 Megawatt 2070 km Wasserkraft http://www.abb.com http://www.siemens.com Folie 20 10

Was wird sich technisch ändern? 1. Die mittlere Auslastung fossiler Kraftwerke sinkt von heute etwa 5000 h/a auf unter 2000 h/a, mit entsprechend weniger Emissionen. Es werden gut regelbare Spitzenlastkraftwerke, keine schlecht regelbaren Grundlastkraftwerke gebraucht. 2. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) wird zunehmend zum Ferntransport erneuerbarer Quellen in die Ballungszentren eingesetzt. Folie 21 Entwicklung der Stromkosten am Beispiel Spanien Mittlere Stromkosten [c/kwh] 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Jahr TRANS-CSP Mix Mix 2000 CSP Import CSP Spanien Werte in 2000 (real), Brennstoffpreise IEA 2005, ab 2020 CCS www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 22 11

Was wird sich ökonomisch ändern? 1. Nach anfänglicher Förderung wird der Ausbau erneuerbarer Energiequellen zu einer Stabilisierung der Energiepreise und zur Entlastung der öffentlichen und privaten Haushalte führen. 2. Solarstromimporte aus der Wüste werden eine bezahlbare und gut regelbare Komponente der Stromversorgung. Folie 23 Reduktion der CO 2 Emissionen aus der Stromerzeugung auf 0.5 t/cap/a CO2-Emissions 2 -Emissionen in Mt/y [Mt/a] 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 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 24 12

Was wird sich ökologisch ändern? 1. Klimagase u. a. Emissionen 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 25 Energie, Wasser, Nahrung, Arbeit und Einkommen für weitere 300 Mio. Menschen in MENA? (artist view created with Google Earth) Folie 26 13

Was muss sich politisch ändern? 1. Eine gemeinsame internationale Anstrengung zur Erschließung erneuerbarer Energieträger ersetzt den zunehmenden Kampf um begrenzte Energieträger. 2. Die Umsetzung dieses Prinzips tritt in den Vordergrund internationaler Sicherheitspolitik. 3. Geeignete Rahmenbedingungen für Investitionen in die Erschließung erneuerbarer Energiequellen müssen weltweit geschaffen werden. Folie 27 Vielen Dank! www.dlr.de/tt/csp-resources Folie 28 14

Hintergrundinformation Folie 29 Weltpotenzial solarthermische Kraftwerke Gesamt 3.000.000 TWh/a Weltstrombedarf 18.000 TWh/a www.dlr.de/tt/csp-resources Folie 30 15

Union for the Mediterranean (UfM) Mediterranean Solar Plan (MSP) Phase 0 2008 Vorbereitung Ziele Organisation Pilotphase Phase I 2009-2011 Immediate Action Plan Master Plan Study Umsetzung Phase II 2011-2020 Ausbau auf 20 GW Langfristiger Rahmen www.developpement-durable.gouv.fr/article.php3?id_article=3928 Folie 31 Total EU-MENA HVDC Interconnection 2020 2050 * Year 2020 2030 2040 2050 Lines x Capacity GW 4 x 2.5 16 x 2.5 28 x 2.5 40 x 2.5 Transfer TWh/y 60 230 470 700 Capacity Factor 0.60 0.67 0.75 0.80 Turnover Billion /y 3.8 12.5 24 35 Land Area CSP 15 x 15 30 x 30 40 x 40 50 x 50 km x km HVDC 3100 x 0.1 3600 x 0.4 3600 x 0.7 3600 x 1.0 Investment CSP 42 134 245 350 Billion HVDC 5 16 31 45 Elec. Cost CSP 0.050 0.045 0.040 0.040 /kwh HVDC 0.014 0.010 0.010 0.010 * All countries analysed in TRANS-CSP www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 32 16

Strombedarf Europa (TRANS-CSP) Stromverbrauch [TWh/a] 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Jahr Import Solar Photovoltaik Wind Geothermie Wasserkraft Biomasse Wellen/Gez. Solarth. KW Öl Erdgas Kohlen Atomenergie www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 33 4500 Strombedarf Mittlerer Osten und Nordafrika (MED-CSP) Stromverbrauch [TWh/a] 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Entsalzung Export Solar Photovoltaik Wind Geothermie Wasserkraft Biomasse Wellen/Gez. Solarth. KW Öl / Erdgas Kohlen Atomenergie 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Jahr www.dlr.de/tt/med-csp Folie 34 17

AQUA-CSP Scenario for Middle East & North Africa 600 Water Consumption [Bm³/y] 500 400 300 200 100 0 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Natural Water Used Wastewater reused Fossil Fuel Desalination Groundwater Over-Use CSP Desalination Efficiency Gains www.dlr.de/tt/aqua-csp Folie 35 Leistung nach Bedarf: Fossile Brennstoffe decken (nur noch) Lastspitzen 60 Elektrische Leistung [GW] 50 40 30 20 10 0 25.6. 26.6. 27.6. 28.6. 29.6. 30.6. 1.7. Kraft-Wärme-Kopplung Heimische Erneuerbare Solar Import Import & Pumpspeicher Regelleistung (fossil) Überschuss Stundenmodellierung Deutschland 2050 VDI-Fortschritt-Bericht: ISBN 3-18-353006-6 Folie 36 18

HGÜ Leitungen als solare Energiekorridore http://reaccess.epu.ntua.gr/ Folie 37 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 www.med-csd-ec.eu Folie 38 19

CSP und HGÜ Investitionen im TRANS-CSP Scenario www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 39 20