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Solarthermische Kraftwerke- Stand und Perspektiven

Dr. Werner J. Platzer

Bereichsleiter Solarthermie und Optik

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Freiburg, 10. Juli 2011

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Inhalt

Einführung

Übersicht zur Technik

Projektentwicklung und Risiken

Kosten und Marktentwicklung

Potenziale

Herausforderungen

Trends und Ausblick

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Das Solare Potenzial

Solar

Wind

Biomass

Geothermal

Hydro

Jährlicher Energiebedarf der Erde

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Solare Einstrahlung weltweit

© DLR

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Inhalt

Einführung

Übersicht zur Technik

Projektentwicklung und Risiken

Kosten und Marktentwicklung

Potenziale

Herausforderungen

Trends und Ausblick

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Parabolrinnenkraftwerk

© Solarmillenium

Hauptkomponenten:

Solarfeld

Kraftwerksblock

Thermische Speicher

Kühlturm

Verrohrung /Wärmetauscher

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operating temperature [°C]

eff

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turbine

collector

solar power plant

Wirkungsgrad und Temperatur

optimum

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Kollektortechnologien

C ~ 500 – 1000komm. Demo

ηa ~ 10%-15%

C ~ 300 – 4000demo

ηa ~ 14%-18%

C ~ 60 – 120demo

ηa ~10%-12%

C ~ 70-90kommerziell

ηa ~ 12%-14%

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Parabolrinne

Verschiedene kommerzielle Anbieter:

Beispiele:

Flagsol

Acciona Energia

Sener

Abengoa Solar New Technologies

Archimede Solar Energy

SGX2 © Acciona

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SEGS – Solar Energy Generating System

Betriebserfahrung seit mehr als 25 Jahren

354 MWel, Inbetriebnahme 1984 -1991 in der Mojavewüste, California

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Nevada Solar One

64 MWel

In Betriebnahme 2007 in Nevada, U.S.A.

durch Acciona Energy

© Acciona

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Linearer Fresnel Kollektor

Kosten: Flachspiegel und höhereKonzentation

Betrieb: Fixiertes Absorberrohr; geringeWindlasten

Wärmeträgermedium: VorteileDampf/Salz (keine Übergänge, drehbareVerbindungen)

Landverbrauch: Parkplatz, Shopping mall, Landwirtschaft unter demKollektor

Wirtschaft: Lokale Wertschöpfung, lokale Anpassung

Flexibilität: Auslegung und Konstruktion

Aber: niedrigererWirkungsgrad <-> Kosten

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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…

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Anwendung Direktverdampfung

Source: Areva, Solar Paces 2010

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Heliostaten Feld – Orientierung

Orientierung 1:

Asymmetrisches Feld für höhereBreitengrade und ausgerichteten-Empfänger

Orientierung 2:

360° Feld für hohen Ertrag und Rundum-Receiver

PS-10 /PS-20 (© Abengoa)

GEMASOLAR design (© TorreSol Energy)

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Novatec Linear Fresnel Kollektor

© Novatec

PE-1 1.4 MWel Kraftwerkin Murcia, Spanien, seit 2008

Im Bau:

PE-2, 30 MWel

Kraftwerk, Murcia, Spanien, seit 2010

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Solarturm = Central Receiver System (CRS)

Operational schematic of Solar Tower Technology (©Abengoa)

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

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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)

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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 SunTowerpower plant © eSolar

© eSolar

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Demonstrationskraftwerk in Deutschland

Jülich (Stadtwerke Jülich / KAM)

Offener volumetrischer Luftreceiver

1.5 MWe

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Erhöhung der Volllaststunden mit TES

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Ausnutzung Turbine

Wirkungsgraderhöhung beiVollast

Stromerzeugung auch nachtsund nach Bedarf

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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

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Übersicht zur Technik

Projektentwicklung und Risiken

Kosten und Marktentwicklung

Potenziale

Herausforderungen

Trends und Ausblick

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Typischer Projektzeitplan

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% [

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]

Project Expenses - Disbursements during construction Actual Work Progress On-site

Pro

ject

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FC

NT

P

PA FAProject Development Project Construction Warranty Period

Pre-Feasibility StudyStart Due Diligence

Project Finance

12 – 24 monthsAuthorization proceedings - Country specificBankable solar resourceFeasibility study – Basic designTenderingContracts (LLA, PPA, FSA, WSA)Special conditions to FC of RE projectsOthers

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Tuning

Example of Project Life Cycle for specific project conditions(see previous slide)

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Resource

Technology

Policy

Finance

MarketStrategy

OrganizationCSP

CSP Projekt Risikokategorien

Energy Yield CAPEX

OPEX Revenues

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Einführung

Übersicht zur Technik

Projektentwicklung und Risiken

Kosten und Marktentwicklung

Potenziale

Herausforderungen

Trends und Ausblick

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Comparison of LCOE conventional and renewable energy

Source: PWC 2010

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ESTELA Roadmap der CSP-Industrie

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Einfluss der Einstrahlung

Output in comparison to reference plant in Spain (100%) Source: ESTELA/Kearney

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18-19%24-25%

33-35%

ItalyGreeceTurkey

Spain PortugalUAE

Tunisia MaroccoNevada

Australia

Chile

ArizonaSaudi Arabia

AlgeriaCalifornia

South Africa

DNI

[kWh/m2a]

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Vergleich Stromgestehungskosten

Includes cost and efficiency improvements Source: ESTELA/Kearneyand economies of scale

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2010 2015 2020 20252012

Gas price€22/M Wh >€40/M Wh >€55M Wh >€60/M Wh

hard coal combined cycle gas turbine

dispatchable solar thermal

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Einführung

Übersicht zur Technik

Solarthermische Kraftwerke im Netz

Kosten und Marktentwicklung

Potenziale

Herausforderungen

Trends und Ausblick

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Existierende und geplante Solarthermische Kraftwerke

1 GW in Betrieb, 3 GW im Bau, >10 GW in Entwicklung

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Inhalt

Einführung

Übersicht zur Technik

Projektentwicklung und Risiken

Kosten und Marktentwicklung

Potenziale

Herausforderungen

Trends und Ausblick

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€

Kostenreduktion

Technology

• Efficiency improvement

• New technologies

• Innovative plant concepts

• Plant Assembly & Operation mode

Market• More supplier entering the market

• Supplier diversification

Project Development

• Multi Contracting

• Larger projects

• Supplier diversification

Risk-Mitigation: Joint Venture building

Supply Chain

• Higher production volumes

• Standardization

• Supply Chain Management

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Leitungskosten vs. Einstrahlungspotential

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Einführung

Übersicht zur Technik

Projektentwicklung und Risiken

Kosten und Marktentwicklung

Potenziale

Herausforderungen

Trends und Ausblick

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Desertec - Vision eines Stromverbundes

Desertec Foundation

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Stromproduktion aus EE:

Photovoltaik

Wind

Solarkraftwerke

Stromtransport nach Europa via HGÜ

Fraunhofer assoziiertes Mitglied Desertec Industrial Initiative Vertreter: Prof. Eicke Weber

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Solarthermische KraftwerkeISE-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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Fraunhofer Gesellschaft und Desertec

Solarthermische Kraftwerke

Photovoltaische Kraftwerke

Windenergie

Elektrische Netze und Übertragungstechnik

Energiespeicher und Speichersysteme

Energiewirtschaftliche und politischeRahmenbedingungen

Projekt- und Produktionsorganisation

Ganzheitliche Bewertung und Evaluierung derNachhaltigkeit

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Dr. Werner Platzerwerner.platzer@ise.fraunhofer.de

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