Folie 1
Desertec - Vision zur solaren Stromversorgung Europas
Franz Trieb
Waldhof e.V., Freiburg, 28.02.2011
Folie 2
DESERTEC Vision 2003
Dem Wechselstromnetz überlagerte HGÜ-Stromautobahnenverbinden gute Produktionsstandorte mit großen Verbrauchszentren
www.desertec.org
Folie 3
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.
TRANS-CSPTRANS-CSPMED-CSPMED-CSP AQUA-CSPAQUA-CSPTRANS-CSPTRANS-CSPMED-CSPMED-CSP AQUA-CSPAQUA-CSP
www.dlr.de/tt/trans-csp
Folie 4
Insgesamt 50 Länder untersucht …..
SkandinavienWest EuropaOst EuropaSüd-Ost EuropaWestliches AsienNordafrikaArabische Halbinsel
Europa (EU)
Middle East & North Africa (MENA)
Folie 5
TRANS-CSP: Strombedarf in „Europa“ (ohne Elektromobilität)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Year
Gro
ss E
lect
rici
ty C
onsu
mption [
TW
h/y
]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
„Europa“Bevölkerung: 600 Mio. konstantWirtschaft: 15.000 + 25.000 €/cap/aEffizienz: Modernisierung
www.dlr.de/tt/trans-csp
Folie 6
MED-CSP: Strombedarf im Mittleren Osten und Nordafrika (MENA)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Year
Gro
ss E
lect
rici
ty C
onsu
mption [
TW
h/y
]Diff.to Trend
Morocco
Algeria
Tunisia
Libya
Egypt
Yemen
UAE
Saudi Arabia
Qatar
Kuwait
Bahrain
Oman
Syria
Lebanon
Jordan
Israel
Iraq
Iran
MENABevölkerung: 300 + 300 Mio.Wirtschaft: 5.000 + 20.000 €/cap/aEffizienz: überwiegend modern
www.dlr.de/tt/med-csp
Folie 7
Elektrizität gewinnt man aus …
Kohle, Braunkohle Erdöl, Erdgas Kernspaltung, KernfusionWasserkraft Biomasse Solarthermische Kraftwerke Geothermie (Hot Dry Rock)Windenergie PhotovoltaikWellen / Gezeiten
…ideal gespeichertenEnergieträgern
…fluktuierenden Energieträgern
…speicherbarenEnergieträgern
Folie 8
Sekundenreserve
Regelleistung nach Bedarf
Kraft-Wärme-Kopplung fürWasserentsalzung, Kälte, Fernwärme, Industrie
Brenn-stoff
Kraftwerk(z.B.
Dampfturbine)Dampf
Strom
Prinzip eines konventionellen Kraftwerks
KonzentrierendeSolarkollektoren
(Spiegel)
Wär-me
Therm. Energie-Speicher
Sonnenenergie ersetztBrennstoff
Prinzip eines solarthermischen Kraftwerks
Folie 9
Konzentrierende Sonnenkollektoren
Parabolrinne (PSA) Solarturm (SNL)
Linear Fresnel (MAN/SPG) Dish-Stirling (SBP)
Folie 10http://de.wikipedia.org/wiki/Andasol
ANDASOL 1+2, Guadix, Spanien(2x50 MW, 7 Std. Speicher, 2009)3500 Volllaststunden pro Jahr
Folie 11
Heller Trockenkühltürme für 450 MW Dampfturbine in Bursa, Türkei, im Vordergrund rechts konventionelles Luftkühlerelement.
Kein zwingender Wasserverbrauch solarthermischer Dampfkraftwerke
Luftkühlung führt bei konventionellen Kraftwerken zu erhöhtem Brennstoff-verbrauch und bei solarthermischen Kraftwerken zu verringerten Überschüssen.
http://www.geaict.com
Folie 12
Erneuerbare Energietechnologien
Wasserkraft
Gezeiten
Wellen WindkraftPhotovoltaik
Geothermie
Solarthermische Kraftwerke Biomasse
http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/36983/35338/
Folie 13
Aufgabe: z.B. 10 MW sichere Leistung
CSP: 10 MW installiert, 10 % GasPV+Backup: 20 MW installiert, 75 % GasWind+Backup: 20 MW installiert, 60 % Gas
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176
Zeit (Stunde des Jahres)
Leis
tung
/ La
st (M
W)
solarthermische Energie Brennstoff
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176Zeit (Stunde des Jahres)
Leis
tung
/ La
st (M
W)
Windkraft Backup Kraftwerk
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176Zeit (Stunde des Jahes)
Leis
tung
/ La
st (M
W)
Photovoltaik Backup Kraftwerk
CSP
Wind
PV
Standort Hurghada, Ägypten
Folie 14
HGÜ-Leitungen in China HGÜ Hochspanungs-Gleichstrom-ÜbertragungHVDC High-Voltage-Direct-Current Transmission
Spannung: ± 800.000 VoltLeistung: 6400 MegawattLänge: 2070 kmQuelle: WasserkraftVerlust: 7%Bauzeit: 2 JahreKosten: 2,5 Mrd. €
http://www.abb.comhttp://www.siemens.com
Folie 15
Biomasse (0-1)
Windkraft (5-50)
Geothermie (0-1)
Wasserkraft (0-50)
Solar (10-250)
Max
Min
Stromertragin GWh/km²/a
Erneuerbare Energiepotenziale in Europa, Mittlerer Osten, Nordafrika
www.dlr.de/tt/med-csp
Folie 16
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
Potenziale Bedarf 2000 Bedarf 2050
Elek
triz
ität [
TWh/
a]
SolarGeothermalWasserkraftWindBiomasseWellen, GezeitenEntsalzungMENAEuropa
Ökonomische Potenziale vs. Bedarf in EU-MENA
Wie sieht ein nach-haltiger Mix aus ?
> 630000
Folie 17
… und was ist überhaupt “nachhaltig” ?
sicherverschiedene, sich ergänzende Quellen und ReservenLastdeckung nach Bedarflangfristig verfügbare Ressourcenbereits sichtbare und zeitnah ausbaubare Technologie
kostengünstigniedrige Kostenkeine langfristigen Subventionen
umwelt- und sozial kompatibelgeringe EmissionenKlimaschutzgeringe Risikenfairer Zugang
HGF Studie 2001 „Global zukunftsfähige Entwicklung“
Folie 18
Installierte Leistung und Spitzenlast in EUMENA
0
400
800
1200
1600
2000
2400
2000 2010 2020 2030 2040 2050
Inst
allie
rte L
eist
ung
[GW
]
0
400
800
1200
1600
2000
2400PhotovoltaikWindGeothermieWasserkraftBiomasseWellen / Gez.Solarth. Kraftw.Öl und GasKohleNuklearGesicherte LeistungSpitzenlast
100 % Verfügbarkeit + 25 % Reservekapazität
5000 h/a 2000 h/a
FerntransportEntsalzung
www.dlr.de/tt/trans-csp
Folie 19
Leistung nach Bedarf: Fossile Brennstoffe decken (nur noch) Lastspitzen
Stundenmodellierung Deutschland 2050
0
10
20
30
40
50
60
25.6. 26.6. 27.6. 28.6. 29.6. 30.6. 1.7.
Elek
tris
che
Leis
tung
[GW
]
Kraft-Wärme-Kopplung Heimische Erneuerbare Solar ImportImport & Pumpspeicher Regelleistung (fossil) Überschuss
Brischke 2005, VDI-Fortschritt-Bericht: ISBN 3-18-353006-6
Folie 20
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 2050Nuklear 30% 0%Fossil (Import + Heimisch) 50% 20% Erneuerbar (Heimisch) 20% 65% Erneuerbar (Import) 0% 15%
www.dlr.de/tt/trans-csp
Folie 21
Inve
stiti
on [€
/kW
]
Installierte Leistung [MW]
Kraftwerkspreise sinken mit steigender Kapazität
Folie 22
Kohlepreis
www.oilnergy.com
Brennstoffpreise steigen mit wachsendem Verbrauch
Gaspreis
ÖlpreisUranpreis
Folie 23
Entwicklung der Stromkosten am Beispiel Spanien
Werte in €-2000 (real), Brennstoffpreise IEA 2005, ab 2020 CCS
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
2000 2010 2020 2030 2040 2050
Jahr
Mittler
e Str
om
kost
en
[c/k
Wh]
TRANS-CSP Mix Mix 2000
Investition Ertrag
Folie 24
B
Kostengleichheit mit verschiedenen Lastsegmenten
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
2010 2020 2030 2040 2050Jahr
CSP-Kosten bei DNI2400 kWh/m²/a
Durchnittskostenohne CSP
Spitzenlast
B1
Grundlast
B3
MittellastB2
www.dlr.de/tt/csp-finance
Stro
mko
sten
($20
10/k
Wh)
Folie 25
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 26
Reduktion der CO2 Emissionen aus der Stromerzeugung auf 0.5 t/cap/a
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
2000 2010 2020 2030 2040 2050
Year
CO
2- E
mis
sions
in M
t/y
Avoided
Import Solar
Photovoltaics
Wind
Geothermal
Hydropower
Wave / Tidal
Biomass
CSP Plants
Oil / Gas
Coal
Nuclear0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
2000 2010 2020 2030 2040 2050
Jahr
CO
2- E
mis
sionen
M
t/a
Vermieden
Import Solar
Photovoltaik
Wind
Geothermie
Wasserkraft
Wellen / Gez.
Biomasse
Solarth.Kraftw.
Öl / Gas
Kohle
Nuklear
Bilanz für EU-MENA aus den CSP Studien
Folie 27
Was wird sich ökologisch ändern?
1. Klimagase u. a. Emissionen in EU-MENA werden im Stromsektor trotz Wirtschafts- und Bevölkerungs-wachstum 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 28(artist view created withGoogle Earth)
Energie,Wasser,Nahrung, Arbeit und Einkommen
für weitere 300 Mio. Menschen in MENA ?
nachLampedusa?
in die Wüste?
Folie 29
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 30
ErneuerbareEnergiequellen
SonneWindWasserBiomasse
ErdölErdgasBraunkohleSteinkohle
FossileEnergiequellen
Folie 31
ErdölErdgasBraunkohleSteinkohle
speicher
Wer findet den Fehler?500 Jahre später
FossileEnergiequellen
ErneuerbareEnergiequellen
SonneWindWasserBiomasse
Folie 32
Homo sapiens sapiens, der weise, weise Mensch,ist die einzige Spezies, die auf die Nutzung derglobalen Energiequellen verzichtet und statt dessenweltweit die Energiespeicher leert.
Folie 34
Pilotanlagen zur solaren Stromerzeugung und Wasserentsalzung
www.med-csd-ec.eu
MED
Solarfeld Speicher
Dampfkraftwerk
Wasser Strom
BrennstoffWär-me
Dampf
RO
Solarfeld Speicher
Dampfkraftwerk
Wasser Strom
BrennstoffWär-me
RO: UmkehrosmoseMED: Multi-Effekt-Entsalzung
Folie 37Erneuerbare Energien in Zahlen, BMU 2009
Erzeugungs-kosten im Jahr 2000
Steigerungseit 2000
EEG
Steuern
Das EEG: Kosten pro kWh für Haushaltskunden in Deutschland
Folie 38
NOVATECLinear Fresnel 2 MW, Puerto Errado, Spanien
Produktions-automaten
Direkt-verdampfung
Trockenkühlung
Putzroboter
www.novatec-biosol.com
Folie 39
Kosten und Verluste: HGÜ (HVDC) oder Wechselstrom (HVAC)
HVDC High Voltage Direct CurrentHVAC High Voltage Alternating Current
www.abb.com
Folie 40
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2000 2200 2400 2600 2800Direkt-Normal-Strahlung [kWh/m²/a]
Vol
llast
stun
den
pro
Jahr
[h/a
]
SM4SM3SM2SM1ANDASOL 1Nevada Solar 1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2000 2200 2400 2600 2800Direkt-Normal-Strahlung [kWh/m²/a]
Vol
llast
stun
den
pro
Jahr
[h/a
]
SM4SM3SM2SM1ANDASOL 1Nevada Solar 1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2000 2200 2400 2600 2800Direkt-Normal-Strahlung [kWh/m²/a]
Vol
llast
stun
den
pro
Jahr
[h/a
]
SM4SM3SM2SM1ANDASOL 1Nevada Solar 1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2000 2200 2400 2600 2800Direkt-Normal-Strahlung [kWh/m²/a]
Vol
llast
stun
den
pro
Jahr
[h/a
]
SM4SM3SM2SM1ANDASOL 1Nevada Solar 1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2000 2200 2400 2600 2800Direkt-Normal-Strahlung [kWh/m²/a]
Vol
llast
stun
den
pro
Jahr
[h/a
]
SM4SM3SM2SM1ANDASOL 1Nevada Solar 1
0
1000
2000
3000
4000
5000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2000 2200 2400 2600 2800Direkt-Normal-Strahlung [kWh/m²/a]
Vol
llast
stun
den
pro
Jahr
[h/a
]
SM4SM3SM2SM1ANDASOL 1Nevada Solar 1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2000 2200 2400 2600 2800Direkt-Normal-Strahlung [kWh/m²/a]
Vol
llast
stun
den
pro
Jahr
[h/a
]
SM4SM3SM2SM1ANDASOL 1Nevada Solar 1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2000 2200 2400 2600 2800Direkt-Normal-Strahlung [kWh/m²/a]
Vol
llast
stun
den
pro
Jahr
[h/a
]
SM4SM3SM2SM1ANDASOL 1Nevada Solar 1
SM4SM3SM2SM1ANDASOL 1Nevada Solar 1
Auswirkung thermischer Energiespeicher auf die Verfügbarkeit
www.dlr.de/tt/csp-resources
Solar Field1
Storage1
Power Block
Solar Field2
Solar Field3
Solar Field4
Storage2
Storage3
SM1 SM2 SM3 SM4
Electricity
Solar Field1
Storage1
Power Block
Solar Field2
Solar Field3
Solar Field4
Storage2
Storage3
SM1 SM2 SM3 SM4
Electricity
SM = Solar Multiple1 Solarfeld = 6000 m²/MW1 Speicher = 6 h Volllast
Spanien Ägypten
Folie 41
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Mon
thly
Ele
ctric
ity Y
ield
El Kharga Madrid Freiburg
Ertrag solarthermischer Kraftwerke an verschiedenen Standorten
SM = 4
www.dlr.de/tt/trans-csp
Folie 42
Strombedarf Europa (TRANS-CSP)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
2000 2010 2020 2030 2040 2050Jahr
Stro
mve
rbra
uch
[TW
h/a]
Import SolarPhotovoltaikWindGeothermieWasserkraftBiomasseWellen/Gez.Solarth. KWÖl ErdgasKohlenKernenergie
www.dlr.de/tt/trans-csp
Folie 43
Strombedarf Mittlerer Osten und Nordafrika (MED-CSP)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
2000 2010 2020 2030 2040 2050
Jahr
Stro
mve
rbra
uch
[TW
h/a] Entsalzung
Export SolarPhotovoltaikWindGeothermieWasserkraftBiomasseWellen/Gez.Solarth. KWÖl / ErdgasKohlenKernenergie
www.dlr.de/tt/med-csp