Solarthermische Kraftwerke - Stand und Perspektiven

Solarthermische Kraftwerke - Stand und Perspektiven Dr. Werner J. Platzer Bereichsleiter Solarthermie und Optik Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Freiburg, 10. Juli 2011 Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick

Das Solare Potenzial Jährlicher Energiebedarf der Erde Hydro Geothermal Biomass Solar Wind Solare Einstrahlung weltweit DLR

Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick Parabolrinnenkraftwerk Hauptkomponenten: Solarfeld Kraftwerksblock Thermische Speicher Kühlturm Verrohrung / Wärmetauscher Solarmillenium

Wirkungsgrad und Temperatur 80% 70% efficiency [%] 60% 50% 40% 30% 20% turbine collector solar power plant optimum 10% 0% 0 100 200 300 400 500 600 operating temperature [ C] Kollektortechnologien C ~ 70-90 kommerziell C ~ 60 120 demo C ~ 300 4000 demo C ~ 500 1000 komm. Demo η a ~ 12%-14% η a ~10%-12% η a ~ 14%-18% η a ~ 10%-15%

Parabolrinne Verschiedene kommerzielle Anbieter: Beispiele: Flagsol Acciona Energia Sener Abengoa Solar New Technologies Archimede Solar Energy SGX2 Acciona SEGS Solar Energy Generating System Betriebserfahrung seit mehr als 25 Jahren 354 MW el, Inbetriebnahme 1984-1991 in der Mojavewüste, California Sandia

Nevada Solar One 64 MWel In Betriebnahme 2007 in Nevada, U.S.A. durch Acciona Energy Acciona Linearer Fresnel Kollektor Kosten: Flachspiegel und höhere Konzentation Betrieb: Fixiertes Absorberrohr; geringe Windlasten Wärmeträgermedium: Vorteile Dampf/Salz (keine Übergänge, drehbare Verbindungen) Aber: niedrigerer Wirkungsgrad <-> Kosten Landverbrauch: Parkplatz, Shopping mall, Landwirtschaft unter dem Kollektor Wirtschaft: Lokale Wertschöpfung, lokale Anpassung Flexibilität: Auslegung und Konstruktion

Neue Entwicklungen CNIM DSG Pilot Plant in La Seyne Sur Mer, France Fera DSG Pilot Plant in Sicily, Italy Weitere: Euromed (F), Thermax (IND), Lotus (EGY), KG Group (IND), andere Anwendung Direktverdampfung Source: Areva, Solar Paces 2010

Heliostaten Feld Orientierung Orientierung 1: Asymmetrisches Feld für höhere Breitengrade und ausgerichteten- Empfänger Orientierung 2: 360 Feld für hohen Ertrag und Rundum-Receiver PS-10 /PS-20 ( Abengoa) GEMASOLAR design ( TorreSol Energy) Novatec Linear Fresnel Kollektor PE-1 1.4 MW el Kraftwerk in Murcia, Spanien, seit 2008 Im Bau: PE-2, 30 MW el Kraftwerk, Murcia, Spanien, seit 2010 Novatec

Solarturm = Central Receiver System (CRS) Durch hohe Flussdichte erreicht sind Betriebstemperaturen bis zu 1100 C machbar -> auch Hochtemperaturchemie möglich! Materialauswahl wichtig Wärmeträgerfluid: Salzschmelze, Dampf, Luft Großes Heliostatenfeld mit genauer Nachführung Operational schematic of Solar Tower Technology ( Abengoa) Abengoa PS 20 20 MW in Betrieb seit 2009 1.255 Heliostaten mit je 120 m² Sattdampf technologie 280 C 48,6 GWh/Jahr Höhe 160 m. Landverbrauch: 90 ha Picture of PS 20 still under construction ( Abengoa)

Sierra SunTower 5 MW in Betrieb seit 2009 (Lancaster, California), operated by esolar 24,000 1m² Heliostaten, etwa 8 ha Landbedarf HTF: Überhitzter Dampf (440 C, 60bar) Aerial view of the 5 MW Sierra SunTower power plant esolar esolar Demonstrationskraftwerk in Deutschland Jülich (Stadtwerke Jülich / KAM) Offener volumetrischer Luftreceiver 1.5 MWe

Erhöhung der Volllaststunden mit TES Ausnutzung Turbine Wirkungsgraderhöhung bei Vollast Stromerzeugung auch nachts und nach Bedarf DLR Kommerzielle Speicher für CSP Dampfspeicher ( Ruthspeicher ) teuer typisch 0.2-0.5 h Kapazität Zweitank Salzspeicher Indirekter Speicher bei Parabolrinnen mit Thermoöl Direkter Speicher bei Solarturm mit Salzschmelzen

Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick Typischer Projektzeitplan Project Expenses - Disbursements during construction Actual Work Progress On-site Example of Project Life Cycle for specific project conditions (see previous slide) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% % [$,progress] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 Months 0% Project start 12 24 months Authorization proceedings - Country specific Bankable solar resource Feasibility study Basic design Tendering Contracts (LLA, PPA, FSA, WSA) Special conditions to FC of RE projects Others Pre-Feasibility Study Start Due Diligence Project Finance FC Project Development Project Construction Warranty Period NTP Groundbreaking Mobilization Camps Re-evaluation Basic Eng. Detailed Engineering Earthworks Issuing of foremost PO Manufacturing delivery Finish-up foundations Civil works Assembling of main equip Pre-commissioning Others Commissioning Functional Tests Start-up PA Tuning FA

CSP Projekt Risikokategorien Energy Yield CAPEX Technology Resource Finance Policy CSP Organization Strategy Market OPEX Revenues Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick

Comparison of LCOE conventional and renewable energy Source: PWC 2010 ESTELA Roadmap der CSP-Industrie

Einfluss der Einstrahlung 110% 105% 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 18-19% 24-25% 33-35% 60% 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 DNI Italy Spain Portugal Tunisia Marocco Chile [kwh/m 2 a] Greece UAE Nevada Turkey Australia Arizona Saudi Arabia Algeria California South Africa Output in comparison to reference plant in Spain (100%) Source: ESTELA/Kearney Vergleich Stromgestehungskosten 30 25 hard coal combined cycle gas turbine dispatchable solar thermal 20 15 10 Gas price 22/MWh > 40/MWh > 55MWh > 60/MWh 5 0 2010 2012 2015 2020 2025 Includes cost and efficiency improvements and economies of scale Source: ESTELA/Kearney

Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Solarthermische Kraftwerke im Netz Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick Existierende und geplante Solarthermische Kraftwerke 1 GW in Betrieb, 3 GW im Bau, >10 GW in Entwicklung

Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick Kostenreduktion Technology Efficiency improvement New technologies Innovative plant concepts Plant Assembly & Operation mode Project Development Multi Contracting Larger projects Supplier diversification Risk-Mitigation: Joint Venture building Supply Chain Higher production volumes Standardization Supply Chain Management Market More supplier entering the market Supplier diversification

Leitungskosten vs. Einstrahlungspotential Inhalt Einführung Übersicht zur Technik Projektentwicklung und Risiken Kosten und Marktentwicklung Potenziale Herausforderungen Trends und Ausblick

Desertec - Vision eines Stromverbundes Desertec Foundation Stromproduktion aus EE: Photovoltaik Wind Solarkraftwerke Stromtransport nach Europa via HGÜ Fraunhofer assoziiertes Mitglied Desertec Industrial Initiative Vertreter: Prof. Eicke Weber Solarthermische Kraftwerke ISE-Aktivitäten im Überblick Material- und Komponentenentwicklung Vakuumabsorberrohre Luftstabile- und Hochtemperaturabsorber Sekundärspiegel Experimentelle Qualifizierung Optische Qualität und Konzentration Thermische Performance und Wärmeverluste Kraftwerke & Kollektoren Kollektordesign Techno-Ökonomische Modellierung Solare Polygeneration (KWK/KWKK) Hochtemperaturspeicherung Studien, Gutachten, Seminare

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