Meerwasserentsalzung mit erneuerbaren Energien EZ trifft Wissenschaft Anpassung an den Klimawandel aus der Perspektive des Nexus Wasser, Energie und Ernährungssicherung Eschborn, 20. November 2012 Massimo Moser, German Aerospace Center (DLR) Slide 1
Wasserbedarfsszenario in MENA www.dlr.de/tt/menawater Slide 2
Water Production [MCM/y] Wasserversorgungszenario für MENA 500.000 Zunehmende Kluft zwischen 500.000 Wasservefügbarkeit und -Bedarf 450.000 450.000 400.000 400.000 Efficiency Gains 350.000 350.000 Unsustainable Extractions 300.000 300.000 Renewable Desalination 250.000 250.000 Conventional Desalination 200.000 200.000 Wastewater Reuse 150.000 150.000 Surface Water Extractions Groundwater Extractions 100.000 100.000 Total Demand BaU 50.000 50.000 0 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Year Abnehmende Wasserresourcen www.dlr.de/tt/menawater Slide 3
Konventionelle Entsalzungsanlage Kraftwerk Fuel Erdöl Wärme / Strom Wassereinlass Absieben, Filtration Entsalzungsanlage Direktes Discharge Anti-Scaling Anti-Foaming Anti-Korrosion Desinfektion Slide 4
Nachhaltige CSP-Entsalzungsanlage Sonnenwärmekraftwerk (CSP) mit thermischem Speicher Kraftwerk Fuel Wärme / Strom Nano- Filtration Entsalzungsanlage Horizontal Drain Intake oder Mikro- / Ultrafiltration Multiport Diffuser Discharge Source: catalanadeperforacions.com; cormix.info Slide 5
Globale Wasserknappheit IWMI 2006 Slide 6
Potential für Concentrating Solar Power (CSP) REACCESS 2009 Slide 7
Brennstoffkostenentwicklung 2002-2012 Kohle (Australien) x 4.2 Erdöl x 5.6 Erdgas x 1.2 Erdgas (Russia) x 4.4 www.indexmundi.com Slide 8
LEC [US$cent/kWh] Lernkurven für erneuerbare Energien 40 35 30 PV 25 20 15 10 Wind Biomass CHP Geothermal CHP Concentrating solar thermal 5 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 EREC Slide 9
Power [MW] Power [MW] Power [MW] Stored Energy [MWh] Erneuerbare Energien für Entsalzung: warum CSP? Power Supply Profile - Wind + Fossil Backup Wind Power Wind Dump Fossil Backup Power Demand DES 25.0 22.5 20.0 17.5 15.0 12.5 10.0 7.5 5.0 2.5 0.0 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 Hour of the week [-] Power Supply Profile - PV + Fossil Backup PV Power PV Dump Fossil Backup Power Demand DES 25.0 22.5 20.0 17.5 15.0 12.5 10.0 7.5 5.0 2.5 0.0 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 Hour of the week [-] Power Supply Profile - CSP Hybrid CSP solar CSP fossil Demand DES Stored Thermal Energy 25.0 1000 22.5 900 20.0 800 17.5 700 15.0 600 12.5 500 10.0 400 7.5 300 5.0 200 2.5 100 0.0 0 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 Hour of the week [-] Wind PV CSP Entsalzungsanlage benötigen Grundlastbetrieb Konflikt mit fluktuierendem Charakter von EE CSP bietet die Option von thermischem Speicher Hybridbetrieb ist auch möglich im gleichen Kraftwerk (kein Schattenkraftwerk erforderlich) Ein fairer Technologievergleich sollte unter gleichen Rahmenbedingungen durchgeführt werden ( Definition einer Last!) Speicher- und Back-up- kosten sollen im Fall von fluktuierenden EE berücksichtigt werden (Wind und PV) Stromimporte sind nicht kostenfrei Slide 10
CSP Technologieüberblick www.dlr.de/desertec; www.dlr.de/enermena Slide 11
CSP Schema 395 C Solar Field Fossil Back-up Re-heater 385 C 377 C 100 bar Steam Turbine G 285 C Steam Generator Temperature depends on the configuration Thermal Storage 295 C Slide 12
Mögliche CSP + Entsalzungskonfigurationen (große Anlagen) 377 C 100 bar 377 C 16,5 bar G 73 C 0,35 bar Pre-treatment Sea Water intake CSP: Parabolrinnen 2 Entsalzungstechnologien: MED: Multiple-Effect-Distillation RO: Reverse Osmosis 377 C 100 bar Re-heater 1 Steam Turbine 2 3 4 14 G 40-50 C MED Permeate RO Brine Pre-treatment Brine discharge Sea Water intake Entsalzung: 100,000 m 3 /d El. Leistung: ca. 100 MW el Speicher: 7.5 h (design) Betrieb: 8,000 h/y, Hybridbetrieb Stromgestehungskosten: 20 24 US$cent/kWh Wassergestehungskosten: 1.5 1.9 US$/m 3 Once-Through Cooling Brine discharge Slide 13
Wasserverbrauch CSP Typischer Wasserverbrauch einer nassgekühlten CSP-Anlage (Richter 2010): Mirror washing Power block Drinking water Einheit Verdampfungskühlung Durchlaufkühlung Trockenkülhung Kühlung l/mwh el_gross 138,827.8 2,994.4 0.0 Dampfturbine Spiegelreinigung Sonstiges l/mwh el_gross l/m²/year l/mwh el_gross Wasserverbrauch CSP 199.0 35.1 3.3 Cooling tower Slide 14
Wassersparende Lösungen Trockenkühlung Cleaning robots www.gea-energietechnik.de; www.novatecsolar.com Slide 15
Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Infos: www.dlr.de/tt/menawater www.med-csd-ec.eu www.dlr.de/tt/aqua-csp Kontakt: massimo.moser@dlr.de Slide 16