Desertec - Vision zur solaren Stromversorgung Europas Franz Trieb Waldhof e.v., Freiburg, 28.02.2011 Folie 1
DESERTEC Vision 2003 Dem Wechselstromnetz überlagerte HGÜ-Stromautobahnen verbinden gute Produktionsstandorte mit großen Verbrauchszentren www.desertec.org Folie 2
MED-CSP TRANS-CSP AQUA-CSP DLR-Studien 2004-2007 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. www.dlr.de/tt/trans-csp 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
TRANS-CSP: Strombedarf in Europa (ohne Elektromobilität) Gross Electricity Consumption [TWh/y] 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Europa Bevölkerung: 600 Mio. konstant Wirtschaft: 15.000 + 25.000 /cap/a Effizienz: Modernisierung 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Year Difference to Trend Norway Sweden Finland Iceland Denmark United Kingdom Ireland Germany Switzerland France Netherlands Luxembourg Belgium Austria Portugal Spain Italy Greece Bosnia-Herzegovina Serbia & Montenegro Croatia Macedonia Slovenia Turkey Romania Hungary Bulgaria Slovak Republic Czech Republic Poland www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 5
MED-CSP: Strombedarf im Mittleren Osten und Nordafrika (MENA) Gross Electricity Consumption [TWh/y] 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 MENA Bevölkerung: 300 + 300 Mio. Wirtschaft: 5.000 + 20.000 /cap/a Effizienz: überwiegend modern 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Year Diff.to Trend Morocco Algeria Tunisia Libya Egypt Yemen UAE Saudi Arabia Qatar Kuwait Bahrain Oman Syria Lebanon Jordan Israel Iraq Iran www.dlr.de/tt/med-csp Folie 6
Elektrizität gewinnt man aus Kohle, Braunkohle Erdöl, Erdgas Kernspaltung, Kernfusion Wasserkraft Biomasse Solarthermische Kraftwerke Geothermie (Hot Dry Rock) Windenergie Photovoltaik Wellen / Gezeiten ideal gespeicherten Energieträgern speicherbaren Energieträgern fluktuierenden Energieträgern Folie 7
Prinzip eines solarthermischen konventionellen 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 8
Konzentrierende Sonnenkollektoren Parabolrinne (PSA) Solarturm (SNL) Linear Fresnel (MAN/SPG) Dish-Stirling (SBP) Folie 9
ANDASOL 1+2, Guadix, Spanien (2x50 MW, 7 Std. Speicher, 2009) 3500 Volllaststunden pro Jahr http://de.wikipedia.org/wiki/andasol Folie 10
Kein zwingender Wasserverbrauch solarthermischer Dampfkraftwerke Heller Trockenkühltürme für 450 MW Dampfturbine in Bursa, Türkei, im Vordergrund rechts konventionelles Luftkühlerelement. Luftkühlung führt bei konventionellen Kraftwerken zu erhöhtem Brennstoffverbrauch und bei solarthermischen Kraftwerken zu verringerten Überschüssen. http://www.geaict.com Folie 11
Erneuerbare Energietechnologien Wasserkraft Geothermie Solarthermische Kraftwerke Biomasse Gezeiten Wellen Photovoltaik Windkraft http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/36983/35338/ Folie 12
Aufgabe: z.b. 10 MW sichere Leistung CSP: 10 MW installiert, 10 % Gas PV+Backup: 20 MW installiert, 75 % Gas Wind+Backup: 20 MW installiert, 60 % Gas Leistung / Last (MW) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176 Zeit (Stunde des Jahres) solarthermische Energie Brennstoff Standort Hurghada, Ägypten CSP Leistung / Last (MW) Leistung / Last (MW) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Wind 1 0 1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176 Zeit (Stunde des Jahres) Windkraft Backup Kraftwerk 10 9 8 PV 7 6 5 4 3 2 1 0 1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176 Zeit (Stunde des Jahes) Photovoltaik Backup Kraftwerk Folie 13
HGÜ-Leitungen in China HGÜ Hochspanungs-Gleichstrom-Übertragung HVDC High-Voltage-Direct-Current Transmission Spannung: ± 800.000 Volt Leistung: 6400 Megawatt Länge: 2070 km Quelle: Wasserkraft Verlust: 7% Bauzeit: 2 Jahre Kosten: 2,5 Mrd. http://www.abb.com http://www.siemens.com Folie 14
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 15
Ökonomische Potenziale vs. Bedarf in EU-MENA 16000 > 630000 Elektrizität [TWh/a] 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 Wie sieht ein nachhaltiger Mix aus? Solar Geothermal Wasserkraft Wind Biomasse Wellen, Gezeiten Entsalzung MENA Europa 0 Potenziale Bedarf 2000 Bedarf 2050 Folie 16
und was ist überhaupt nachhaltig? sicher verschiedene, sich ergänzende Quellen und Reserven Lastdeckung nach Bedarf langfristig verfügbare Ressourcen bereits sichtbare und zeitnah ausbaubare Technologie kostengünstig niedrige Kosten keine langfristigen Subventionen umwelt- und sozial kompatibel geringe Emissionen Klimaschutz geringe Risiken fairer Zugang HGF Studie 2001 Global zukunftsfähige Entwicklung Folie 17
Installierte Leistung und Spitzenlast in EUMENA Installierte Leistung [GW] 2400 2000 1600 1200 800 400 5000 h/a 2000 h/a Ferntransport Entsalzung 0 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2400Photovoltaik Wind 2000 Geothermie Wasserkraft 1600 Biomasse Wellen / Gez. 1200 Solarth. Kraftw. Öl und Gas 800 Kohle 400Nuklear Gesicherte Leistung Spitzenlast 100 % Verfügbarkeit + 25 % Reservekapazität www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 18
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 Brischke 2005, VDI-Fortschritt-Bericht: ISBN 3-18-353006-6 Folie 19
Was wird sich bis 2050 technisch ändern? 1. Die Auslastung konventioneller Kraftwerke sinkt von heute etwa 5000 h/a auf unter 2000 h/a. Es werden nur noch gut regelbare Spitzenlastkraftwerke, aber keine schlecht regelbaren Grundlastkraftwerke mehr gebraucht. 2. Europäischer Strommix: 2000 2050 Nuklear 30% 0% Fossil (Import + Heimisch) 50% 20% Erneuerbar (Heimisch) 20% 65% Erneuerbar (Import) 0% 15% www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 20
Kraftwerkspreise sinken mit steigender Kapazität Investition [ /kw] Installierte Leistung [MW] Folie 21
Brennstoffpreise steigen mit wachsendem Verbrauch Kohlepreis Gaspreis Uranpreis Ölpreis www.oilnergy.com Folie 22
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 Investition Ertrag 4.0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Jahr TRANS-CSP Mix Mix 2000 Werte in -2000 (real), Brennstoffpreise IEA 2005, ab 2020 CCS Folie 23
Stromkosten ($ 2010 /kwh) 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 B1 B2 B B3 2010 2020 2030 2040 2050 Jahr CSP-Kosten bei DNI 2400 kwh/m²/a Spitzenlast Mittellast Grundlast Durchnittskosten ohne CSP Kostengleichheit mit verschiedenen Lastsegmenten www.dlr.de/tt/csp-finance Folie 24
Was wird sich ökonomisch ändern? 1. Nach anfänglicher Förderung führt der Ausbau erneuerbarer Energiequellen zu einer Stabilisierung der Energiepreise und zur Entlastung der öffentlichen und privaten Haushalte. 2. Solarstromimporte aus der Wüste werden eine bezahlbare und gut regelbare Komponente der Stromversorgung und ersetzen damit vor allem fossile Brennstoffe und Kernenergie. Folie 25
Reduktion der CO 2 Emissionen aus der Stromerzeugung auf 0.5 t/cap/a CO2-Emissions CO2-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 26
Was wird sich ökologisch ändern? 1. Klimagase u. a. Emissionen in EU-MENA werden im Stromsektor trotz Wirtschafts- und Bevölkerungswachstum auf ein klimaverträgliches Maß reduziert. 2. Der gesamte erneuerbare Kraftwerkspark wird etwa 1% der Landflächen in Anspruch nehmen. (zum Vergleich: europäisches Verkehrsnetz: 1.2%). Folie 27
nach Lampedusa? in die Wüste? Energie, Wasser, Nahrung, Arbeit und Einkommen für weitere 300 Mio. Menschen in MENA? (artist view created with Google Earth) Folie 28
Was muss sich politisch ändern? 1. Eine gemeinsame internationale Anstrengung zur Erschließung erneuerbarer Energiequellen muss den zunehmenden Kampf um begrenzte fossile Brennstoffe ersetzen. 2. Die Umsetzung dieses Prinzips muss in den Vordergrund internationaler Sicherheitspolitik treten. 3. Weltweit müssen geeignete Rahmenbedingungen für die effiziente Verbreitung erneuerbarer Energiequellen geschaffen werden. Folie 29
Fossile Energiequellen Erneuerbare Energiequellen Erdöl Erdgas Braunkohle Steinkohle Sonne Wind Wasser Biomasse Folie 30
Fossile Energiequellen speicher Erdöl Erdgas Braunkohle Steinkohle Erneuerbare Energiequellen Sonne Wind Wasser Biomasse 500 Jahre später Wer findet den Fehler? Folie 31
Homo sapiens sapiens, der weise, weise Mensch, ist die einzige Spezies, die auf die Nutzung der globalen Energiequellen verzichtet und statt dessen weltweit die Energiespeicher leert. Folie 32
Vielen Dank! www.dlr.de/desertec Folie 33
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 34
REACCESS 2009: Solare Energiekorridore für Europa www.dlr.de/tt/csp-resources Folie 35
Wüstenstrom Stromverbrauch www.desertec.org Folie 36
Das EEG: Kosten pro kwh für Haushaltskunden in Deutschland Steuern EEG Steigerung seit 2000 Erzeugungskosten im Jahr 2000 Erneuerbare Energien in Zahlen, BMU 2009 Folie 37
NOVATEC Linear Fresnel 2 MW, Puerto Errado, Spanien Produktionsautomaten Direktverdampfung Trockenkühlung Putzroboter www.novatec-biosol.com Folie 38
Kosten und Verluste: HGÜ (HVDC) oder Wechselstrom (HVAC) HVDC High Voltage Direct Current HVAC High Voltage Alternating Current www.abb.com Folie 39
Auswirkung thermischer Energiespeicher auf die Verfügbarkeit Volllaststunden pro Jahr [h/a] 9000 8000 7000 6000 5000 4000 Spanien Ägypten 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 40
Ertrag solarthermischer Kraftwerke an verschiedenen Standorten SM = 4 120% El Kharga Madrid Freiburg 100% MonthlyElectricity Yiel d 80% 60% 40% 20% 0% Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 41
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 Kernenergie www.dlr.de/tt/trans-csp Folie 42
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 Kernenergie 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Jahr www.dlr.de/tt/med-csp Folie 43