DESERTEC: Strom aus der Wüste für eine Klima und ... · Am 30. Oktober 2009 wurde die Desertec...

Prof. Dr. Dr.-Ing. habil Hans Müller-SteinhagenTechnische Universität Dresden

Dr. Franz TriebDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

DESERTEC: Strom aus der Wüste für eine Klima und Ressourcen schonende Energieversorgung Europas

Am 30. Oktober 2009 wurde die Desertec Industrie Initiative (Dii) gegründet, um mittelfristig bis zu 15% des europäischen Strombedarfs und einen über-

Derzeit hat die Dii 21 Voll-Mitgliedsfirmen und 36 Assoziierte Mitgliedsfirmen

wiegenden Teil des nordafrikanischen Strombedarfs mit erneuerbaren Energien in den MENA- Ländern zu erzeugen. Dafür müssen sowohl die technischen, wirtschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen wie auch eine öffentliche Akzeptanz in den beteiligten Ländern geschaffen werden.

Insgesamt 50 Länder untersucht …..

SkandinavienWest EuropaOst EuropaSüd-Ost EuropaWestliches AsienNordafrikaArabische Halbinsel

DefizitKapazität

Europa

Jahr

Stro

mer

zeug

ung

in T

Wh/

Jahr

Strombedarf und Stromerzeugung in Europa, dem Mittleren Osten und Nordafrika (EUMENA)

moderater

Anstieg

des

Strombedarfs

in Europa

erhebliche

Investitionen

um die veralteten Kraftwerke

zu

ersetzen

CO2 Reduktionsziele

Strombedarf und Stromerzeugung in Europa, dem Mittleren Osten und Nordafrika (EUMENA)

DefizitKapazität

MENA

Jahr

Stro

mer

zeug

ung

in T

Wh/

Jahr

starker Anstieg

des

Strombedarfs

in MENA

starker Anstieg

des

Trinkwasserbedarfs

in MENA

moderater

Anstieg

des

Strombedarfs

in Europa

erhebliche

Investitionen

um die veralteten Kraftwerke

zu

ersetzen

CO2 Reduktionsziele

Technologie-Portfolio:

Kohle, Braunkohle Erdöl, Erdgas Kernspaltung, KernfusionWasserkraft Biomasse Solarthermische Kraftwerke Geothermie (Hot Dry Rock)Windenergie PhotovoltaikWellen / Gezeiten

Ideal gespeicherte Primärenergie

FluktuierendePrimärenergie

SpeicherbarePrimärenergie

Biomasse (0-1)

Windenergie (5-50)

Geothermie (0-1)

Wasserkraft (0-50)

Solar (10-250)

Max

Min

Stromertragin GWh/km²/a

Erneuerbare Potenziale für die Stromerzeugung in EUMENA

Vorführender

Präsentationsnotizen

1. die geothermische Leistung ist die Wärme, die per Hot Dry Rock Verfahren aus ein - zwei Kubikkilometer Gestein in 5000 m Tiefe gewonnen werden kann mal dem Wirkungsgrad eines organischen Rankine Cycle. Annahme: 1-2 Kubikkilometer pro Quadratkilometer sind per HDR erreichbar. Die angegebenen Werte sind nicht scharf sondern geben nur die ungefähre Größenordnung an guten bis sehr guten Standorten an. CSP Werte gelten für ausentwickeltes Linear Fresnel System (deutlich bessere Landnutzung als bei der Rinne)

0

100000

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700000

Bedarf 2000 Bedarf 2050 Potenzial EE

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[TW

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4000 8000 6000

630.000

WindBiomasseGeothermieWasserkraft

Solarenergie

Stromerzeugung in Europa, dem Mittleren Osten und Nordafrika

Benötigte Wüstenfläche für den Strombedarf Deutschlands, der EU-25 und der Welt

WeltEU-25 D

Ein Solarkraftwerk mit der Größe des Assuan-Stausees entspricht energetisch der gesamten Ölproduktion im Mittleren Osten

Vorführender


1 km² of desert land yields up to 200 - 300 GWhe/year 1 km² of desert land equals 50 MW coal or gas plant 1 km² of desert land saves 500,000 bbl of oil / year 1 km² of desert land avoids 200,000 tons CO2 / year 1 km² of desert land can produce 165,000 m³ freshwater/day by desalination

Zentrale Kraftwerke für Stromerzeugung im multi-MW Bereich

Konventionelle Kraftwerke

Solarthermische Kraftwerke


sind seit 25 Jahren erfolgreich im Betrieb

haben eine Energieamortisationszeit von nur 6-12 Monaten

können bereits in 10-15 Jahren wettbewerbsfähig mit konventionellen Kraftwerken sein

ermöglichen eine planbare Strombereitstellung, in Verbindung mit Wärmespeichern oder durch Hybridisierung

können außer Strom auch Prozeßwärme und Trinkwasser bereitstellen



Vorführender


3. Vollaststunden Peak Load 0 - 2000 h/a Mid Load 2000 - 6000 h/a Base Load 6000 - 8000 h/a

ANDASOL 1, Guadix, Spanien (50 MW, 7 h Speicher, 2009)

3,912 – 5,352 2,232

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total6,821-8,261 MW

5052

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3,912 – 5,352 2,232

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total6,821-8,261 MW

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2020 25

600 MW im Betrieb, 800 MW im Bau~9,000 MW in fortgeschrittener Planung

Units in MW


Investitionslinie: 9.000.000 kWe

* 5.000 €/kWe = 45 Milliarden €

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Concentrating Solar Power Conventional Power

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1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176Time (hour of year)

Pow

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W)

Photovoltaic Power Conventional Power

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1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176Time (hour of year)

Pow

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uppl

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W)

Wind Power Conventional Power

Aufgabe: 10 MW Grundlast in Ägypten

10 MW CSP + 18 h Speicher, 10 % Gas10 MW PV + 10 MW Backup, 75 % Gas10 MW Wind + 10 MW Backup, 60 % Gas

Vorführender


CSP: 10 MW CSP Kraftwerk mit 18 h Speicher und Solar Multiple 4, Hybridbetrieb mit Heizöl oder Gas = 10 MW, Jahreszufeuerung 10% PV: 10 MW PV + 10 MW Backup Kraftwerk mit Öl oder Gas = 20 MW, Jahreszufeuerung 75% Wind: 10 MW Wind + 10 MW Backup Kraftwerk mit Öl oder Gas = 20 MW, Jahreszufeuerung 60% Standort Hurgada, Egypt (sehr guter Wind- und Solarstandort)

Wolken, ½ stündl., 2,5 x 2,5 km, METEOSAT

Aerosole, monatl., 4°x 5° NASA-GACP

Meteosat Cloud Index

AOT x 1000

Wasserdampf, tägl., 2,5°x 2,5° NCAR-NCEP-Reanalysis

Precipitable Water mm/m²

StromerträgeBetriebsmodellierungEinstrahlung

Geomorphologie FAO 1995

Geländesteigung GLOBE 1999

Landbedeckung USGS 1997Versicherungskosten Infrastrukturkosten, z.B.

StraßenbauBarwert der Gesamtkosten

Standortwahl: DLR Projekte STEPS und SOLEMI

Vorführender


1

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Flächendeckende Ermittlung der Stromgestehungskosten aus den Gesamtkosten und Stromerträgen

Standortwahl: DLR Projekte STEPS und SOLEMI

Vorführender


Solare Direktstrahlung Strombedarf

Vorführender


Hier sind die nutzbaren Wüstenregionen der Erde und die Verbrauchszentren der Menschheit gemeinsam auf einer Karte zu sehen. Auf dieser "DESERTEC Weltkarte" lässt sich auf einen Blick der Grundgedanke des DESERTEC Konzeptes erkennen: An Orten, die besonders reich an erneuerbare Energiequellen sind, ist es für Menschen meist eher ungemütlich zu leben. Dank heute verfügbarer Technologien bietet sich jedoch die Nutzung von sauberem Wüstenstrom weltweit zur Ergänzung der Stromversorgung der Verbrauchszentren an. Die DESERTEC Foundation hat es sich zur Aufgabe gemacht, Energiepotentiale der Wüsten und Energiebedarf der Menschheit zusammenzubringen.

Möglichkeiten für den Stromtransfer über eine Distanz von über 3000 km

Transport über: Wasserstoff AC / HVAC HGÜ

Verluste 75 % 45 % / 25 % 10 %

Kosten sehr hoch hoch mäßig

Umwandlung fürden Verbrauch

zuerst in H2 und danach in Wechselstrom

Transformation in gewünschte Spannung

Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln

Übersee-Transport

Tanker oder Rohrleitungen

nicht über30 km

Stand der Technik

Sichtbarkeit sehr niedrig hoch mäßig

Materialbedarfund Emissionen

mäßig mäßig gering

bevorzugte Anwendung

möglicherweiseTreibstoff

regionale Stromversorgung

großeDistanzen

(Quelle: ABB, erweitert)

Platzbedarf für die Übertragung von 10 GW

Hochspannung-Wechselstrom

Hochspannung-Gleichstrom

Ultra-Hochspannung-Gleichstrom

Entwicklung der HGÜ Technik

Hochspannungs-Gleichstromleitungen

Spannung: ± 800.000 VoltLeistung: 6400 MWLänge: 2070 kmVerluste: 7%

http://www.abb.comhttp://www.siemens.com

HGÜ-Verbindungen in Europa

NORWAY

FI

LI

UNITEDKINGDOM

IRELAND

GERMANYPOLAND

CZECHREPUBLIC SLOVA

NETHERLANDS

LUXEMBOURG

LIECHTENSTEIN

BELGIUM

NordNed700 MW, 580 km

VerbindungNordpool mit UCTE2009

BritNed1000 MW, 260 km

VerbindungBritish Grid mit UCTE2010

Vorführender


UCTE:Europäisches Stromverbundsystem aus Hoch- und Höchstspannungsleitungen Unition for Transmission of Electricity

HGÜ Leitungen als Energiekorridore

http://reaccess.epu.ntua.gr/

fuel

Power BlockElectricityPower

Block

Solar Field1

Solar Field1

Investment ($/kW): 4700 8000 11300 14600Capacity Factor : 25% 45% 65% 85%

Storage1

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Solar Field1


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Fuel

Konfigurationen solarthermischer Kraftwerke

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2010 2020 2030 2040 2050

Year

LCO

E ($

2010

/kW

h)

LCOE of CSP at DNI2400 kWh/m²/a

Peak Load LCOE

Medium Load LCOE

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Average LCOEwithout CSP

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2010 2020 2030 2040 2050

Year

LCO

E ($

2010

/kW

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LCOE of CSP at DNI2400 kWh/m²/a

Peak Load LCOE

Medium Load LCOE

Base Load LCOE

Average LCOEwithout CSP

B

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Stromgestehungskosten

von solarthermischen

Kraftwerken

im Vergleich

zu

Spitzen-, Mittel-

und Grundlaststrom

von konventionellen

Kraftwerken

in einem

typischen

Land in Nordafrika

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5000

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2010 2020 2030 2040 2050

Year

Loca

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ity (M

W) .

Peak CSP CapacityMedium CSP CapacityBase CSP CapacityPeak Fuel CapacityMedium Fuel CapacityBase Fuel Capacity

Sukzessive Marktdurchdringung von solarthermischen Kraftwerken in einem typischen Land in Nordafrika.

2000

2005

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4000

Strombedarf und -bereitstellungin TWh / a

Jahr

vorh. Kraftw. MENA Solarstromexport solares Trinkwasser Solarstrom MENAneue Kraftw. MENA ges. Bedarf MENA ges. Bedarf EU

Szenario für die Strom- und Trinkwasserbereitstellung in den MENA Ländern

Installierte Leistung vs. Spitzenlast in EU-MENA

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2000 2010 2020 2030 2040 2050

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2400PhotovoltaikWindGeothermieWasserkraftBiomasseWellen / Gez.Solarth. Kraftw.Öl und GasKohleNuklearGesicherte LeistungSpitzenlast

DesalinationImport/Export

38 % weniger Emissionen und 40% weniger EU Energie-Import als im Jahr 2000 !

5000 h/a 2000 h/a

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2400PhotovoltaikWindGeothermieWasserkraftBiomasseWellen

/ Gezeiten

Solarth. KraftwerkeÖl

und Gas

Kohle

und KernkraftGesicherte

Leistung

Spitzenlast∆

Die DESERTEC Industrial Initiative (Dii) zielt darauf hin, bis zum Jahr 2050 etwa 15% der europäischen Stromversorgung durch Importe aus den MENA-Ländern zu realisieren.

Nach der Gründung der Geschäftsstelle im Oktober 2009 werden innerhalb von 3 Jahre die wirtschaftlichen, rechtlichen und politischen Rahmenbedingungen erarbeitet sowie erste Referenzprojekte entwickelt.

Mit zunehmender Zahl an Mitgliedsfirmen wird die Dii zu einem Gemeinschaftsprojekt von EU und MENA. Sie arbeitet in Abstimmung mit anderen Organisationen und Initiativen wie: ENTSO-E, ESTELLA, OME, TRANSGREEN, MEDRING, MSP, EPIA und EWEA.

In Kombination mit Windkraft- und Photovoltaikanlagen werden solarthermische Kraftwerke einen wesentlichen Beitrag zur Stromversorgung von EU und MENA leisten.

Innerhalb von 15-20 Jahren wird es möglich sein, eine Stromversorgung zu realisieren, die kostengünstiger und umweltfreundlicher als der derzeitige Technologiemix ist.

Die MENA Ländern profitieren von diesem Konzept durch nachhaltige Schaffung von Arbeitsplätzen, eigene Stromversorgung, Stromexporte und Trinkwassererzeugung.

Die größere Zahl an Energiequellen und die verstärkte Nutzung der erneuerbaren Energien reduziert die Möglichkeit von Versorgungsengpässen und politischen Konflikten.

Technisch ist DESERTEC bereits heute realisierbar. Auch die Finanzierung sollte keine unüberwindbare Hürde darstellen. Wesentlich ist eine starke politische Unterstützung für die Umsetzung des Konzepts.

Zusammenfassung und Ausblick

Vorführender


ENTSO-E: European Network of Transmission System Operators for Electricity Transgreen: französische Initiative, wird sich um Netze kümmern ESTELLA: European Solar Thermal Electricity Association OME: observatioire mediterranee de l´énergie Mediterranean Electric Ring (MEDRING), produced by the MED-EMIP project MSP: Mediterranean Solar Plan EPIA: European PV Industry Association EWEA: European Wind Energy Association

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

www.DLR.de/tt/med-cspwww.DLR.de/tt/trans-cspwww.DLR.de/tt/aqua-csp

courtesy Dii

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