Solar-Vision DESERTEC - Wenn Ingenieure darüber nachdenken · Das DESERTEC Konzept ... “DESERTEC...

Solar-Vision DESERTEC – Wenn Ingenieure darüber nachdenken

VDI Arbeitskreis „Aktuelles Forum Technik“Hansa-Haus

•

München •

11. Juli 2013

Dr.-Ing. Ulrich [email protected]

mailto:[email protected]

http://www.desertec.org/

Dr.-Ing. Ulrich Hueck • VDI Arbeitskreis „Aktuelles Forum Technik“ • München • 11. Juli 20132

Inhalt

Vortrag DESERTEC

Energieverbrauch und Klimawandel

Nutzung der Sonnenenergie

Das DESERTEC Konzept

Solarthermische Kraftwerke

Solarkessel als Innovation

Solare und fossile Dampferzeugung

Innovationsstrategie in kleinen Schritten


Inhalt

Vortrag DESERTEC









Der Energieverbrauch steigt

Weltweiter Energieverbrauch 1987-2012

Quelle:

BP Statistical Review of World Energy •

Juni 2013

•

www.bp.com/statisticalreview

•

Millionen Tonnen Rohöleinheiten


Der fossile Energieverbrauch erhöht die mittlere Temperatur auf der Erde

Änderung der Erdoberflächentemperatur

IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change •

Global annual combined land-surface air temperature and statistical anomalies in ⁰C (red). For 1850 to 2010 relative to the 1961 to 1990 mean, along with 5% to 95% error bar ranges, from HadCRUT3 (adapted from Brohan

et al., 2006). The smooth blue curves show decadal variations. Source: IPCC AR4 (WG I, Ch. 3)

Abw

eich

unge

n (°C

) von

196

1-19

90

Welt


100

200

300

400

500

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012

Wetterbedingte Schäden nehmen zu

Naturkatastrophen weltweit 1980-2012Meteorologische Ereignisse (Sturm)

Hydrologische Ereignisse (Überschwemmung, Massenbewegung)

©

2013 Münchener Rückversicherungs-Gesellschaft •

Geo Risiko Research NatCatSERVICE

•

Stand Jan. 2013 •

www.munichre.com/touch

Geophysikalische Ereignisse (Erdbeben, Tsunamis, Vulkanausbrüche)

Trend Linien

Anza

hl


Inhalt

Vortrag DESERTEC









Windenergie5-50 GWh/km2y1.950 TWh/y(ohne off-shore)

Das Potenzial der Sonnenenergie ist am größten

Stromausbeute erneuerbarer Energien

EU-MENA

Biomasse0-1 GWh/km2y1.350 TWh/y

Geothermie0-1 GWh/km2y1.100 TWh/y

EU-MENA = Europe -

Middle East & North Africa •

jeweils Maximum für Potenzial und Stromausbeute •

Strombedarf für 2005Quelle: DLR •

MED-CSP •

Concentrating Solar Power for the Mediterranean Region

•

Stuttgart 2005 •

www.dlr.de/tt/med-csp

Wasserkraft0-50 GWh/km2y1.350 TWh/y

Solarenergie10-250 GWh/km2y630.000 TWh/y

StrombedarfEU-25:

3.200 TWh/yMENA:

600 TWh/y

∑

5.750 TWh/yohne Solarenergie

ohne off-shore

Wind


Inhalt

Vortrag DESERTEC









Energie der Sonne

Grundgedanke für DESERTEC

„Die Wüsten der Erde empfangen in 6 Stunden mehr Energie von der Sonne, als die Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht.“

Dr. Gerhard Knies

Dr. Gerhard Knies •

DESERTEC Foundation

•

Mitglied der Deutschen Gesellschaft CLUB OF ROME


Summenbildung für viele Einzelanlagen

Flächenbedarf für SolarkraftwerkeStrombedarf

FlächenbedarfWelt:

17.000 TWh/y

300 x 300 km2

EU-25:

3.200 TWh/y

125 x 125 km2

MENA:

600 TWh/y

55 x 55 km2

Angaben für 2005

theoretische Werte

EU-25 = 25 European Countries •

MENA = Middle East & North Africa •

CSP = Concentrated Solar PowerQuelle: Clean Power from Deserts •

White Book 4th Edition •

DESERTEC Foundation •

February 2009 •

www.desertec.org


Bei großen Entfernungen ist HGÜ für den Stromtransport geeignet

Hochspannungs-Gleichstromübertragung

Grafik: ABB

ca. 3% Verlust auf 1.000 km ca. 10…15% Verlust von Nordafrika bis Mitteleuropa Effizienter als Wasserstoff mit Erzeugung, Transport und Nutzung

AnzahlStromleitungen

für 7.000 MW 400 kV AC

800 kV AC

500 kV HGÜ

800 kV HGÜ


Viele HGÜ-Leitungen sind bereits vorhanden

HGÜ

in Europa

Quelle:http://en.wikipedia.org/wiki/HVDCHGÜ

= Hochspannungs-GleichstromübertragungSpanien-Marokko: 400 kV AC ausgelegt für 450 kV DC

vorhandenin Bau

erwogen


Die größte HGÜ-Leitung befindet sich in China

Yunnan-Guangdong ±800 kV HGÜ

(Weltrekord)

Länge: 1.400 km

Übertragungsleistung: 5.000 MW

Stromerzeugung in 2 Wasserkraftwerken

Baubeginn: 2007 1. Pol: Inbetriebn. Dez. 2009 2. Pol: Inbetriebn. 2010/11

Stromrichter-

Transformator

aus NürnbergQuelle: Siemens

HGÜ

= Hochspannungs-Gleichstromübertragung


Das DESERTEC Konzept fasst CSP mit anderen regenerativen Energien und HGÜ

zusammen

DESERTEC für EU-MENA

EU-MENA = Europe -

Middle East & North Africa •

CSP = Concentrated Solar Power •

HGÜ

= Hochspannungs-GleichstromübertragungDie Symbole für regenerative Stromerzeugung und HGÜ-Stromleitungen

zeigen nur eine Skizze für typische Anordnungen.Quellen: Clean Power from Deserts •

White Book 4th Edition •


February 2009 •

www.desertec.org •

www.dlr.de


Gründung am 30. Oktober 2009 •

Sitz der Gesellschaft: München

Gründer: ABB • Abengoa • Cevital • DESERTEC Foundation • Deutsche Bank • E.ON

Flagsol

•

HSH Nordbank •

Munich-Re

•

M+W Zander •

RWE •

Schott Solar •

Siemens

Weitere Gesellschafter: Acwa

Power (Saudi Arabien) •

Enel Green Power (Italien)

First Solar (USA) •

NAREVA (Marokko) •

Red Eléctrica

(Spanien) •

Saint-Gobain Solar (Frankreich) Terna

(Italien) •

Terna

Energy (Griechenland) •

UniCredit

(Italien)

Strategischer Berater: Prof. Klaus Töpfer (vorübergehend)

Die industrielle Umsetzung des DESERTEC Konzepts ist vorgesehen

Industrieinitiative Dii GmbH

Stand: Juli 2013www.dii-eumena.com


Das DESERTEC-Vorhaben

durchläuft die typischen Phasen sehr groß

aufgesetzter Projekte

Die Phasen der Planung großer Projekte

Begeisterung

Verwirrung

Ernüchterung

Suche der Schuldigen

Bestrafung von Unschuldigen

Auszeichnung von Unbeteiligten

Der Tagesspiegel •

2.6.2013 Frankfurter Allgemeine Zeitung •

7.6.2013

business-on

•

28.2.2013

Süddeutsche Zeitung •

14.7.2010

Süddeutsche Zeitung •

16.6.2009

Hamburger Abendblatt •

5.7.2013

tagesschau.de

•

1.7.2013Financial Times Deutschland •

13.11.2012

photovoltaik-Magazin•

23.10.2012

Der Tagesspiegel

•

9.7.2013

Frankfurter Allg. Sonntagszeitung •

24.10.2010

steht noch aus...


Mit einem Referenzprojekt sollte sogleich das gesamte

Konzept verwirklicht werden

Die Referenzprojekt-Kette

Grafik: Dii

GmbH •

aus Vortrag “Das Desertec

Projekt –

Stand und Ausblick”

•

Prof. Dr. Peter Höppe

•

Munich ReVDE Arbeitskreis Energietechnik •

München •

17.11.2011 •

Schlagzeile: Die Welt •

7.11.2012


Das Vorgehen beeinflusst den Erfolg einer Innovation

Traditioneller „Wasserfall“

Prozess

Analyse Design Umsetzung ErprobungVorbereitung Abschluss

Vorbereitung Entwicklung Abschluss

Grafik: Sabine Canditt •

Siemens AG •

Corporate Technology •

CT T DE TC 1 •

2010

„Agiler“

Prozess GROWIAN3 MW

*1981 -

†1987

Thanet

•

UK100 x 3 MW 2008-2010

Sehr großer Prototyp

Frühe, kleine

Prototypen


Inhalt

Vortrag DESERTEC









Vorteil für solarthermische Kraftwerke (CSP) bei der großtechnischen Speicherung der Sonnenenergie

Vergleich von Photovoltaik und CSP

kontinuierlicher Strom

ca. 15%…18%

Wärmeca. 60%

Nutzung der Abwärme5)

ca. 20%

Sonnenenergie100%

schwankender

Stromca. 5%…>40%

Sonnenenergie100%

Speicherung als Wärme

Speicherung als chemische

Energie1)

Speicherung als potentielle

Energie2)

Speicherung als Wärme3)

Photovoltaik

CSP

Beispiele: 1) Batterie, Wasserstoff •

2) Pumpspeicherkraftwerk •

3) Wärmepumpe •

4) Kalziumhydroxid

•

5) Meerwasserentsalzung

Speicherung vor

der Stromerzeugung ohne Wechsel

der Energieform

Speicherung nach

der Stromerzeugung mit Wechsel

der Energieform

Speicherung als chemische

Energie4)

1 km2

ca. 25…50 MW el. (mit oder ohne Speicherung)

Kein Wechselder EnergieformConcentrated

Solar Power


Grafik für angekündigte CSP-Kraftwerke Stand Ende 2008

•

aktuell: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_solar_thermal_power_stationsund Positionspapier Deutsche CSP •

Nov. 2012 •

Quelle Stand Ende 2008: DLR •

Characterisation of Solar Electricity Import Corridors from MENA to Europe

•

Franz Trieb

et al. •

July 2009 pp. 69-74 •

Fig. 3-49 •

Angaben in MW •

CSP = Concentrated Solar Power

Immer mehr CSP-Kraftwerke sind in Betrieb oder in Bau

CSP-Kraftwerke weltweit

Stand Ende 2008in Betrieb:

482 MWin Bau:

540 MWAngekündigt:

5.975 –

7.415 MWGesamt:

≈

7.000 –

8.400 MW

Stand 30. Mai 2013in Betrieb:

2.669 MWin Bau:

2.514 MWAngekündigt:USA:

3.950 MWSpanien:

930 MWandere:

4.290 MWGesamt: ≈

14.300 MW


CSP-Kraftwerke sollen wirtschaftlicher werden als fossile Anlagen

Vergleich der Wirtschaftlichkeit

Profitability of coal, gas and CSP projects over time


Source: Center for Global Development •

Working Paper Number 156 •

December 2008Desert Power: The Economics of Solar Thermal Electricity for Europe, North Africa, and the Middle EastBy Kevin Ummel

and David Wheeler •

Fig. 15, page 38

•

www.cgdev.org/content/publications/detail/1417884

Assumptions:- 15% learning rate for CSP-

Subsidies not included- Additional costs for transmission

not included- Fossil charge is $15 per ton CO2

Derzeit nur geringe Wirtschaftlichkeit


Die Kostensenkung hat sehr hohe Priorität

Ansporn für DESERTEC

“DESERTEC is a pioneering initiative. (…)

Action is necessary to achieve competitive prices for renewables. (…)Tomorrow’s energy challenges cannot be met with today’s technologies and conventional ways of thinking.”

Günther Oettinger

Quelle: Günther

Oettinger

•

EU Commissioner for Energy •

Energy in the EU from Northern Africa: A realistic option? •

Speech at Desertec Industrial Initiative Conference •

Barcelona •

26. Okt. 2010 •

www.energy.eu/DG-TREN-releases/SPEECH-10-601_EN.pdf


Absorber Tube

thermal fluid

Curved

mirror

Parabolrinnenspiegel

Receiver-Rohre

Rohre mit Thermoöl

Gekrümmte Spiegel

Linear-Fresnel

Absorber tube andreconcentrator

Receiver-Rohr undRe-Konzentrator

Spiegel

Solar Receiver

Heliostats

Solarturmkraftwerk

Solar Receiver

Heliostats

Solar-Receiver

Spiegelfeld

Es gibt verschiedene Technologien für solarthermische CSP-Anlagen

Bauarten für Concentrated Solar Power

Lineare Konzentration

Punkt-

Konzentration

Konzentration: 70…80

Temperatur: ~400 °C Größe: 1…250 MW

Effizienz: 15…16%

Konzentration: >1000

Temperatur: ~1200 °C Größe: 0.01…0.04 MW

Effizienz: 20…25%



Effizienz: 8…10%



Effizienz: 15…17%

Veränderliche Angaben bedingt durch technische Weiterentwicklungen

Receiver / Engine

Reflector

Receiver / Engine

Reflector

Receiver / Motor

Spiegel

Parabol-Stirling

ungünstiggünstig abwarten


Das Optimum einer Technologie ist einfach

Grundregel der Technikentwicklung„Die Technik entwickelt sich…

Antoine de Saint-Exupéry

•

1900–1944

…vom Primitiven… …über dasKomplizierte… …zum Einfachen.“


Die erste solare Dampferzeugung wurde mit Parabolrinnenspiegeln gebaut

El-Maadi • Ägypten • 1913

Quellen: The installation “Sun of 1913”

•

Christina Hemauer

and Roman Keller •

The Art Biennal

•

Cairo 2009 •

Scientific American

“There are striking similarities between solar energy and aviation technology.Big achievements are made every month in aviation.Solar technologywill be the same success story.”Frank Shuman •

1914


Seit mehr als 20 Jahren gibt es kommerzielle Kraftwerke mit Concentrated Solar Power

(CSP)

CSP-Kraftwerk mit Parabolrinnenspiegeln

SEGS I-IX •

Mojave Desert •

USA •

9 Anlagen •

354 MW •

Errichtung 1984–1990

Horizontale Fläche

erforderlich


Zwei getrennte Kreisläufe mit

WärmetauschernSolarkraftwerke nutzen die Technik

der konventionellen Stromerzeugung

Einfach Konfiguration für CSP-Kraftwerk

Quelle: Volker Quaschning

and Winfried Ortmanns

•

DLR, Plataforma

Solar de Almería, Spain •

Specific cost development of photovoltaic and concentrated solar thermal systems depending on the global irradiation •

ISES Solar World Congress •

Goteborg •

14-19 June 2003

CSP = Concentrated Solar Power

Keine Speicherung


Drei getrennte Kreisläufe mit

WärmetauschernSolarkraftwerke sollen Strom möglichst Tag und Nacht liefern

CSP-Kraftwerk mit Speichersystem

Quelle: Solar Millennium •

Die Parabolrinnen-Kraftwerke

Andasol 1 bis 3 •

Erlangen •

2008 •

www.SolarMillennium.de

8 h Betrieb

ohne Sonnenlicht


Direkte Dampferzeugung

Linear Fresnel

Quelle: Novatec

Solar •

www.novatecsolar.com

Puerto Errado

2 •

Murcia

•

Spanien •

30 MW •

2012Spiegelfläche: 302.000 m²

•

Wasser-Dampf: 270 °C, 55 bar

Ein Kreislauf Druckbehälter als Wärmespeicher

Sattdampf

Automatische Trockenreinigung der flachen Spiegel

Ebene Fläche erforderlich


Wärmetransport mit Luft

Deutsches Solarturmkraftwerk

Quelle: Kraftanlagen

München

GmbH •

2008 •

www.ka-muenchen.de

Jülich

•

Deutschland1,5 MW •

2007-200818.000 m2

Spiegelfläche •

Dampf: 485 °C, 27 bar


Wärmetauschern

Luftkreislaufoffener

Receiver

Lüfter

Turbine

Wärme-

speicher

Speisewasserpumpe

Generator

Umgebungsluft

Kühlwasserkreislauf

Spiegel

KesselWasser-/

Dampfkreislauf

Offenes System

Überhitzung des Dampfes

Hohes ΔT

1.000°C

15…680°C


Solarturmkraftwerk

Wärmetransport und Speicherung mit flüssigem Salz

Überhitzung des Dampfes15 h Betrieb ohne Sonnenlicht

Hohe Temperaturdifferenzen

am Receiver >900°C

290…560°C

Das Salz muss flüssig bleiben

Gemasolar Spanien

19,9 MW 2011

2.650 SpiegelSpiegelfläche:

ca. 300.000 m2

Quellen:www.torresolenergy.comwww.nrel.gov/csp


Wärmetauschern


Direkte Erzeugung und Speicherung von Dampf

Solarturmkraftwerk

Quelle: Abengoa

Solar •

Spanien

•

www.abengoasolar.com

PS10 •

Spanien11 MW •

2007624 Spiegel à

120 m2

Fläche: ca. 75.000 m2

Ein KreislaufDruckbehälter als Wärmespeicher

Sattdampf


Große Anlage mit direkter Erzeugung von Dampf

Solarturmkraftwerk

Quellen: BrightSource

Energy, Inc. •

www.brightsourceenergy.com

•

www.ivanpahsolar.com

•

www.nrel.gov/csp/solarpaces

Ivanpah

•

CA •

USABaubeginn Okt. 2010

370 MW1x120 MW + 2x125MW

175.000 Spiegel à

15 m2

Fläche: 2.600.000 m2

noch ohne Speicherung

Risiko der Überhitzung

Wärmeverlust an die Umgebung

Ein KreislaufÜberhitzung des

Dampfes


Inhalt

Vortrag DESERTEC









Was ist der beste Weg?

Sonnenstrahlung für die Stromerzeugung


Unebene oder horizontale Flächen?

Gelände für solarthermische Kraftwerke

Beschränkung auf horizontale

Flächen*

Zulässigkeit von unebenem Gelände**

*

Solarthermische Kraftwerke mit Parabolrinnenspiegeln oder Fresnel-Spiegeln

sind auf horizontale Flächen beschränkt.**

Solarthermische Turmkraftwerke können auf unebenem Gelände errichtet werden. Horizontale Flächen werden jedoch bevorzugt.


Flache* oder gekrümmte Spiegel?

Spiegel für solarthermische Kraftwerke

Aufwendigere Herstellung

Einfache Herstellung

* Flache Spiegel für Solarturmkraftwerke besitzen eine geringfügige Krümmung, um die Sonnenstrahlung zu fokussieren.


Der Eigenbedarf an Strom sollte nicht mit der Größe des Solarfeldes zunehmen

Größe solarthermischer KraftwerkeGeringe Fokussiergenauigkeit

entfernter Spiegel zulassen*

HTF = Heat

Transfer Fluid

Der Stromverbrauch der HTF-Pumpe

steigt mit der Größe des Solarfeldes

*

Die Entfernung der Spiegel wird durch Strahlungsverluste in der tief liegenden Atmosphäre begrenzt.


Die Art der Konzentration der Strahlung beeinflusst den technischen Aufwand

Erwärmung mit SonnenstrahlungPunkt-

Konzentration

Lineare Konzentration

Gebündelte Konzentration

Aufwand für Transport des Mediums und für Vakuum-Isolierung mit Glas

Aufwand durch sehr große Wärmemengeauf kleiner Fläche

Optimierung der Strahlung pro Fläche

Kurzer Weg des MediumsEinfachere Isolierung

kaltesMedium

heißesMedium

Rohr


Solare Absorber sollen Wärmeverluste an die Umgebung minimieren

Nutzung der solaren AbwärmeWärmeverlust an die Umgebung

Begrenzung des Wärmeverlusts

Nutzung der Abwärme

Absorber

Abwärme

Sonnenstrahlung


Die Anzahl der Kreisläufe beeinflusst den Aufwand für die Stromerzeugung

Kreisläufe für die Wärmeübertragung

Ein Kreislauf mit Wasser/Dampf

Zusätzlicher Kreislauf mit Thermoöl oder flüssigem Salz oder heißer Luft

Wärmetauscher zwischen dem ersten und zweiten Kreislauf

Dampfturbine


Hohe Temperaturen für die Wärmezufuhr sind vorteilhaft für den Wirkungsgrad von Kraftwerken

Carnot-WirkungsgradTH

limitiert durch Wärmeträgermedium*

Der Betrieb bei möglichst hohen Temperaturen sollte zulässig sein

44

TH

ist die absolute Temperatur für die Wärmezufuhr (Hot)TC

ist die absolute Temperatur für die Wärmeabfuhr (Cold)* Das übliche Wärmeträgermedium Therminol

VP-1 für Receiver von Parabolrinnenspiegeln

kann nur bis 400 °C eingesetzt werden

TT - 1

H

CCarnotmax ==ηη

CT

HT

Dampfturbine


Solare Vorwärmung

Solare Verdampfung

Solare Überhitzung

Solare

ZÜ

Konventionelle Kessel können als Vorbild für die solare Dampferzeugung dienen

Solarkessel mit mehreren Segmenten

Juni 2013: Erprobung bei CISRO in Australien •

Grafik links: Javier Muñoz, Alberto Abánades

and José

M. Martínez-Val

•

Universidad

Politécnica

de Madrid •

A conceptual

design

of solar boiler

•

Solar Energy 83 (2009) pp. 1713–1722 •

Grafik rechts: Ulrich Hueck

Wasser

Dampf

DampfNutzung der isolierenden und kühlenden Luft für die Vorwärmung von Kondensat und Speisewasser

ZÜ

= Zwischenüberhitzung

Fokussier-

Genauigkeit passend zur Temperatur

Überhitzung des Dampfes*

Nutzung der Abwärme

Unebenes Gelände ist zulässig

*Genaue Steuerung zu Störungen durch Wolken erforderlich.


Quelle: Ulrich Hueck •


An Innovative Concept for Large-Scale Concentrating Solar Thermal Power Plants

in Stolten / Scherer: Transition to Renewable Energy Systems •

pp. 159-182 •

978-3-527-33239-7 •

Wiley-VCH

•

Weinheim •

2013

Solarkessel Wärme-

speicher

Ein Wärmespeicher wird tags mit Dampf erhitzt und nachts zur Dampferzeugung genutzt

Solarkessel mit WärmespeicherDampfturbine

Kondensator

Überhitzter Dampf

Kondensat

Tagbetrieb

Nachtbetrieb

Ein Kreislauf

Zwischenüberhitzung zur Vereinfachung nicht gezeigt


Entladung zur Dampferzeugung

Aufladung durch Abkühlung und Kondensation des Dampfes

vom Solarkessel

vom

Kondensator

zum Solarkessel

zur Dampfturbine

Vorwärmung

Sattdampf

Abkühlung Kondensat

Kondensation Überhitzung

Abkühlung Frischdampf

Der Wärmespeicher passt zur Physik der Kondensation und Erzeugung von Dampf

Salz als Phasenwechselspeicher

Quelle: Doerte

Laing, Carsten Bahl, Thomas Bauer, Dorothea Lehmann and Wolf-Dieter Steinmann •

German Aerospace Center (DLR) Stuttgart und Ed. Züblin

AG •

Thermal Energy Storage

for

Direct

Steam

Generation •

SolarPACES

15.-18.9.2009 •

Berlin •

Germany

Pilotanlage Litoral •

Carboneras

•

Spanien Phasenwechsel von Natriumnitrat (NaNO3

) bei 306 °C

Aufladung mit Dampf bei ~107

bar, ~320 °C

Entladung mit Wasser bei ~81

bar, ~295 °C

T

Q

Verdampfung

mit Trommel zur Phasentrennung Phasenwechselspeicher (PCM)

gefüllt mit Salz (NaNO3

)

Salz oder Beton Salz oder Beton

Die Erstarrung des Salzes wird genutzt

T = Temperatur •

Q = Wärmemenge im Speicher

Heiß

•

Phasenwechsel •

Kühl

PCM = Phase Change Material

Jedes Modul ist zugleich ein Wärmetauscher


Der Phasenwechsel-Wärmespeicher wird bei einem Kohlekraftwerk erprobt

Kleiner Prototyp für Wärmespeicher

Photo Wärmespeicher: Doerte

Laing, Carsten

Bahl, Michael Fiß

•

German Aerospace Center (DLR) •

Stuttgart und Ed. Züblin

AGCommissioning of a thermal energy storage system for direct steam generation •

SolarPACES

21.-24.9.2010 •

Perpignan •

France

Phasenwechselspeicher kombiniert mit Betonspeichern

Kohlekraftwerk LitoralCarboneras

•

Spanien2 Blöcke •

1.168 MW

Speicherkapazität1. Prototyp: 1 MWh2. Prototyp:

≈20 MWhgeplant, Standort offen


Vor-

und Nachteile der Speicherung solarer Wärme mit Salz

Wärmespeicherung und PhasenwechselDie Erstarrung des Salzes wird genutztNutzung der UmwandlungswärmeNur Pumpen für Wasser/Dampf

Jedes Modul ist zugleich ein Wärmetauscher*

HTF = Heat Transfer Fluid

•

Photos: Solar Millennium AG •

DLR

Das Salz muss flüssig bleiben

∆T nur oberhalb Schmelzpunkt nutzbar

Pumpen für Salz und HTF erforderlich

Nur ein Satz Wärmetauscher zwischen HTF und flüssigem Salz

Andasol 1 •

Spanien Prototyp in Litoral •

Spanien

*

Hohe zu erwartende Kosten sind derzeit das größte Hindernis für die kommerzielle Nutzung von Phasenwechselspeichern.


Der Solarkessel hat viele Vorteile

Technische AspekteUnebenes Gelände ist zulässigFlache SpiegelGeringe Fokussiergenauigkeit ist zulässig

Große Oberflächen für die WärmeübertragungGeringer WärmeverlustGeringes Risiko der Überhitzung von ReceivernÜberhitzung des Dampfes

Ein Kreislauf mit direkter DampferzeugungKurze Wege des WärmeträgermediumsGeschlossenes SystemPreiswertes und sicheres WärmeträgermediumHoher Turbinen-Wirkungsgrad

Bündelung der Sonnenstrahlung

Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärme

Nutzung der Wärme für die Stromerzeugung

Hohe Speicherkapazität durch PhasenwechselKein Risiko durch Salzaushärtung bei Stillstand

Speicherung der Wärme für den Nachtbetrieb


Inhalt

Vortrag DESERTEC









In MENA gibt es erst wenige CSP-Kraftwerke

CSP-Kraftwerke in MENA

52

Land Kraftwerk Anlagentyp Bauform Solarfeld Solar Gesamt Status

Israel SEDC / Rotem CSP Solar Tower ≈

2 MW ≈

2 MW in BetriebÄgypten Kuraymat ISCC Parabolrinnenspiegel 20 MW 150 MW in BetriebAlgerien Hassi

R'Mel ISCC Parabolrinnenspiegel 25 MW 150 MW in BetriebIran Yazd ISCC Parabolrinnenspiegel 17 MW 478 MW in BetriebMarokko Ain Beni

Mathar ISCC Parabolrinnenspiegel 20 MW 472 MW in BetriebVAE Shams CSP+Gas Parabolrinnenspiegel 65 MW 100 MW in BetriebIsrael Ashalim CSP+PV+Gas Solarturmkraftwerk 121 MW 250 MW in BauMarokko Ouarzazate CSP Parabolrinnenspiegel 160 MW 160 MW in BauAlgerien Boughezoul CSP Solarturmkraftwerk 7 MW 7 MW vereinbart

20 MW

17 MW

25 MW

20 MW

65 MW

160 MW

7 MW

121 MW

2 MW


MENA = Middle East & North Africa

ISCC = Integrated solar combined cycle

•

PV = Photovoltaik •

Status 30. Mai 2013Quellen: www.csp-world.com/cspworldmap

und http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_solar_thermal_power_stations


In MENA und Südeuropa gibt es sehr viele fossil gefeuerter Kraftwerke

Landkarte für Öl-

und Gaskraftwerke

G = mit Gas gefeuertes Kraftwerk, O = mit Öl gefeuertes Kraftwerk •

Stand: Juni

2013http://globalenergyobservatory.org/constructNetworkIndex.php?tgl=LatKartenausschnitt für Breitengrade 30±9°und

Längengrade 21±39°


Solare und fossile Dampferzeugung lassen sich verbinden

Hybrid-Kraftwerk

Photos: DESERTEC Foundation

Kuraymat

•

Ägypten

•

20 MW solar •

150 MW gesamt

•

2010Spiegelfläche: 130.000 m²

•

ISCC = Integrated

Solar Combined

Cycle


Inhalt

Vortrag DESERTEC









Quelle: Ulrich Hueck •




pp. 159-182 •

978-3-527-33239-7 •

Wiley-VCH

•

Weinheim •

2013

Prototyp Solar-

kessel

fossil gefeuerter

Kessel

Der Solarkessel könnte bei einem konventionellen Kraftwerk erprobt werden*

Kleiner Prototyp für SolarkesselDampfturbine

Kondensator

Überhitzter Dampf

Speisewasser

Tagbetrieb

Tag-

und Nachtbetrieb

Geringe Kosten

Schnelle Realisierung

Brennstoff-

einsparung

* Die Erprobung bei einer fossilen Meerwasser-

entsalzunganlage

wäre ggf. ebenfalls möglich.


Der Zeitraum für den Bau mehrerer Prototypen lässt sich verkürzen

Entwicklung von Prototypen

Planung Umsetzung ErprobungVorbereitung

1. Prototyp

1. Prototyp

2. Prototyp

3. Prototyp

2. Prototyp 3. Prototyp

Erfahrungen berücksichtigenSchnellere

Umsetzung

Konsekutive Entwicklung

Parallele Entwicklung


Die Erprobung in kleinen Schritten an fossilen Anlagen hat viele Vorteile

Strategische AspekteNiedrige Kosten für solaren Kraftwerks-Anbau Finanzierung mit Forschungsgeldern denkbar

Entwicklung einer wettbewerbsfähigen und robusten, industriellen CSP Technologie

Brennstoffeinsparung bei fossilen AnlagenEnge Kooperation mit arabischen PartnernPraktische Einbindung aller relevanten Akteure

Streuung von Risiken über mehrere PrototypenGeringes Risiko durch schrittweise Entwicklung Leichtere Handhabung unerwarteter Mehrkosten

Kosten

Zeit

Risiken

Kurze Zeit für Initiierung des ersten PrototypsSchnelle Berücksichtigung von VerbesserungenFlexibilität bezüglich Änderungen der Technik*Schnelle technische Reife für reinen Solarbetrieb

Nutzen

CSP = Concentrated

Solar Power

*

Testergebnisse mit mehrstufigen Receivern könnten z.B. auf ähnliche Receiver mit flüssigem Salz als Wärmeträgermedium übertragen werden.


Ein Basis-Konzept für den Solarkessel wurde 2009 veröffentlicht

Veröffentlichung Solarkessel

Javier Muñoz, Alberto Abánades

and José

M. Martínez-Val •

Universidad Politécnica

de Madrid •

A conceptual design of solar boiler Solar Energy 83 (2009) pp. 1713–1722 •

www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X09001339

59


Das Konzept für den Solarkessel wird systematisch hergeleitet und erläutert

Veröffentlichung Solarkessel

60

Ulrich Hueck •




pp. 159-182 •

978-3-527-33239-7 •

Wiley-VCH

•

Weinheim •

2013 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9783527673872.ch10/summary

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9783527673872.ch10/summary


DESERTEC-Atlas

www.desertec.org/atlas

•

2011 •

CEP Europäische Verlagsanstalt •

160 Seiten •

ISBN: 978-3-86393-012-7 •

€

19,90 versandkostenfrei

Inhalt

Vorwort

Einleitung

DESERTEC-Konzept

Klima

Energie

Wasser

Soziale Implikationen

Sicherheit, Frieden

und Gerechtigkeit

Ökonomie

DESERTEC-Realisierung

Solar-Vision DESERTEC - Wenn Ingenieure darüber nachdenken · Das DESERTEC Konzept ... “DESERTEC...

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