Erzeugung und Transport elektrischer Energie am Beispiel ...
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<strong>Erzeugung</strong> <strong>und</strong> <strong>Transport</strong><br />
<strong>elektrischer</strong> <strong>Energie</strong><br />
<strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> DESERTEC<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck<br />
Co-Fo<strong>und</strong>er<br />
ulrich.hueck@desertec.org<br />
München • 8. November 2010<br />
Netzstrukturen <strong>und</strong> <strong>Energie</strong>versorgung für das 21. Jahrh<strong>und</strong>ert<br />
Vortragsreihe VDI Arbeitskreis <strong>Energie</strong>technik<br />
<strong>und</strong> Lehrstuhl <strong>Energie</strong>systeme der TU München
Zus<strong>am</strong>menfassung<br />
Vortrag DESERTEC<br />
� <strong>Energie</strong>verbrauch <strong>und</strong> Klimawandel<br />
� Nutzung der Sonnenenergie<br />
� Solarthermische Kraftwerke<br />
� Hochspannungs-Gleichstromübertragung<br />
� Das DESERTEC Konzept<br />
2<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010
Herausforderungen im 21. Jahrh<strong>und</strong>ert<br />
�<strong>Energie</strong>versorgung <strong>und</strong> Klimaschutz<br />
Wie sollen 10 Milliarden<br />
Menschen nachhaltig auf<br />
einer Erde leben, die derzeit<br />
weniger als 5 Milliarden<br />
Menschen versorgen kann?<br />
3<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010
Immer mehr Menschen leben auf der Erde<br />
Quellen: Allianz Versicherung • United Nations World Population Prospects • Deutsche Stiftung Weltbevölkerung<br />
4<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010
Der <strong>Energie</strong>verbrauch steigt<br />
Entwicklung des Primärenergieverbrauchs<br />
Quelle: Die ZEIT • 23.10.2008 • Nr. 44 • www.zeit.de/2008/44/Text-Grafikseite<br />
5<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
China<br />
Indien<br />
Brasilien<br />
Russland<br />
Deutschland
Die meisten <strong>Energie</strong>quellen sind nicht erneuerbar<br />
Weltenergieverbrauch nach Ressourcen<br />
6<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
35% Öl<br />
25% Kohle<br />
21% Gas<br />
13% Erneuerbare <strong>Energie</strong>n<br />
6% Kernenergie<br />
Stand 2008 • Quelle: Die ZEIT • 23.10.2008 • Nr. 44 • www.zeit.de/2008/44/Text-Grafikseite
Der fossile <strong>Energie</strong>verbrauch verändert das Klima<br />
Eisschmelze auf Grönland<br />
7<br />
1992<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
2002<br />
2005<br />
© 2005 ACIA • Entnommen: Climate Change and other Global Challenges • Ashok Khosla •Club of Rome•Barcelona • 20 Nov. 2009
Die Nachfrage nach Rohöl wird<br />
größer werden als die Produktion<br />
Überschreitung des Fördermaximums<br />
Quellen: Peak Oil - Sicherheitspolitische Implikationen knapper Ressourcen • Zentrum für Transformation der B<strong>und</strong>eswehr • Juli 2010<br />
www.theoildrum.com/node/5521 • CO=Crude oil • NGL=Natural gas liquids • mbpd=Million barrels per day • IEA=Intl. Energy Agency<br />
8<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Weltweite Ölproduktion<br />
Ölproduktion im Verhältnis<br />
zur Bevölkerung<br />
Mittelwertbildung aus<br />
15 Peak-Oil-Studien<br />
„Bei der drohenden Gefahr<br />
geht es nicht um das Ende<br />
des Öls, sondern das Ende<br />
des billigen Öls, <strong>und</strong> d<strong>am</strong>it<br />
gleichzeitig um das Ende<br />
unserer Gesellschaft, die auf<br />
der Verwendung billigen Öls<br />
beruht.“
Eine Krise ist Gefahr <strong>und</strong> Möglichkeit zugleich<br />
“When written in Chinese, the word<br />
‘crisis’ is composed of two characters.<br />
One represents danger –and<br />
the other represents opportunity.”<br />
危机<br />
9<br />
crisis<br />
危 danger<br />
机<br />
opportunity<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
John F. Kennedy<br />
John F. Kennedy • Remarks at the Convocation of the United Negro College F<strong>und</strong> • Indianapolis • Indiana • April 12, 1959
Das Potenzial der Sonnenenergie ist <strong>am</strong> größten<br />
Stromausbeute <strong>und</strong> Potenzial in EU-MENA<br />
Biomasse<br />
0-1 GWh/km 2 y<br />
1.350 TWh/y<br />
10<br />
Geothermie<br />
0-1 GWh/km 2 y<br />
1.100 TWh/y<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Wasserkraft<br />
0-50 GWh/km 2 y<br />
1.350 TWh/y<br />
Solarenergie<br />
10-250 GWh/km 2 y<br />
630.000 TWh/y<br />
Windenergie<br />
5-50 GWh/km 2 y<br />
1.950 TWh/y<br />
(ohne off-shore)<br />
Strombedarf<br />
EU-25: 3.200 TWh/y<br />
MENA: 600 TWh/y<br />
Angaben für 2005<br />
EU-MENA = Europe - Middle East & North Africa<br />
Quelle: DLR • MED-CSP • Concentrating Solar Power for the Mediterranean Region • Stuttgart 2005 • www.dlr.de/tt/med-csp
<strong>Energie</strong> der Sonne<br />
�Gr<strong>und</strong>gedanke für DESERTEC<br />
„Die Wüsten der Erde<br />
empfangen in 6 St<strong>und</strong>en<br />
mehr <strong>Energie</strong> von der Sonne,<br />
als die Menschheit in einem<br />
ganzen Jahr verbraucht.“<br />
11<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Dr. Gerhard Knies<br />
Dr. Gerhard Knies • DESERTEC Fo<strong>und</strong>ation • Mitglied der Deutschen Gesellschaft CLUB OF ROME
Das Potenzial der Solarkraftwerke<br />
wurde schon früh erkannt<br />
El-Maadi•Ägypten •1913<br />
Quellen: The installation “Sun of 1913” • Christina Hemauer and Roman Keller • The Art Biennal • Cairo 2009 • Scientific American<br />
12<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
“Using solar power<br />
you would only<br />
need (…) about one<br />
tenth of the area of<br />
Sweden in the<br />
Sahara in order to<br />
supply the whole<br />
world with energy.”<br />
Frank Shuman • 1914
Summenbildung für viele Einzelanlagen<br />
mit „Concentrated Solar Power“ (CSP)<br />
�Flächenbedarf für Solarkraftwerke<br />
13<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Strombedarf<br />
Welt: 17.000 TWh/y<br />
EU-25: 3.200 TWh/y<br />
MENA: 600 TWh/y<br />
Angaben für 2005<br />
Flächenbedarf<br />
300 x 300 km2 125 x 125 km2 55 x 55 km2 theoretische Werte<br />
EU-25 = 25 European Countries • MENA = Middle East & North Africa • CSP = Concentrated Solar Power<br />
Quelle: Clean Power from Deserts • White Book 4th Edition • DESERTEC Fo<strong>und</strong>ation • February 2009 • www.desertec.org
Immer mehr CSP-Kraftwerke sind<br />
in Betrieb, in Bau oder angekündigt<br />
Boom für CSP-Kraftwerke<br />
Stand Ende 2008<br />
in Betrieb: 482 MW<br />
in Bau: 540 MW<br />
Angekündigt:<br />
5.975 – 7.415 MW<br />
Ges<strong>am</strong>t:<br />
≈ 7.000 – 8.400 MW<br />
Grafik für angekündigte CSP-Kraftwerke Stand Ende 2008 • aktuell: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_solar_thermal_power_stations<br />
Quelle Stand Ende 2008: DLR • Characterisation of Solar Electricity Import Corridors from MENA to Europe • Franz Trieb et al. • July 2009<br />
pp. 69-74 • Fig. 3-49 • Angaben in MW • CSP = Concentrated Solar Power<br />
14<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Stand 31. Okt. 2010<br />
in Betrieb: 940 MW<br />
in Bau:<br />
Angekündigt:<br />
1.934 MW<br />
USA: 9.659 MW<br />
Spanien: 1.080 MW<br />
andere: 6.799 MW<br />
Ges<strong>am</strong>t: ≈20.400 MW
Vorteil für „Concentrated Solar Power“ (CSP) bei<br />
der großtechnischen Speicherung der Sonnenenergie<br />
Vergleich von Photovoltaik <strong>und</strong> CSP<br />
� Photovoltaik<br />
15<br />
Sonnenenergie<br />
100%<br />
Speicherung nach<br />
� CSP<br />
Sonnenenergie<br />
100%<br />
1 km 2 � ca. 50 MW el.<br />
Speicherung vor<br />
schwankender<br />
Strom<br />
ca. 5%…>40%<br />
Wärme<br />
ca. 60%<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Speicherung<br />
als chemische<br />
<strong>Energie</strong> 1)<br />
der Stromerzeugung mit Wechsel<br />
Kein Wechsel<br />
der <strong>Energie</strong>form!<br />
Speicherung<br />
als Wärme<br />
der Stromerzeugung ohne Wechsel<br />
Speicherung<br />
als potentielle<br />
<strong>Energie</strong> 2)<br />
der <strong>Energie</strong>form<br />
Speicherung<br />
als chemische<br />
<strong>Energie</strong> 4)<br />
der <strong>Energie</strong>form<br />
Speicherung<br />
als Wärme 3)<br />
Nutzung der<br />
Abwärme 5)<br />
ca. 20%<br />
kontinuierlicher<br />
Strom<br />
ca. 15%…18%<br />
<strong>Beispiel</strong>e: 1) Batterie, Wasserstoff • 2) Pumpspeicherkraftwerk • 3) Wärmepumpe • 4) Kalziumhydroxid • 5) Meerwasserentsalzung
Die Kosten für CSP-Solarstrom<br />
16<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
sollen fallen<br />
Kostenentwicklung für CSP-Strom<br />
Cost of MENA CSP with expansion and learning effects<br />
Source: Center for Global Development • Working Paper Number 156 • December 2008<br />
Desert Power: The Economics of Solar Thermal Electricity for Europe, North Africa, and the Middle East<br />
By Kevin Ummel and David Wheeler • Fig. 12, page 36 • www.cgdev.org • CSP = Concentrated Solar Power<br />
Assumptions:<br />
- Construction begins by 2010<br />
- First commercial operation in 2012<br />
- Initial deployment is 500 MW<br />
- Capacity in 2020 is 20,000 MW<br />
- Delivered Electricity in 2020 is<br />
~ 55 TWh<br />
- Power transmission included
CSP-Kraftwerke sollen wirtschaftlicher<br />
werden als fossile Anlagen<br />
Vergleich der Wirtschaftlichkeit<br />
17<br />
Profitability of coal, gas, and CSP projects over time<br />
Source: Center for Global Development • Working Paper Number 156 • December 2008<br />
Desert Power: The Economics of Solar Thermal Electricity for Europe, North Africa, and the Middle East<br />
By Kevin Ummel and David Wheeler • Fig. 15, page 38 • www.cgdev.org • CSP = Concentrated Solar Power<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Derzeit nur geringe<br />
Wirtschaftlichkeit<br />
Assumptions:<br />
- 15% learning rate for CSP<br />
- Subsidies not included<br />
- Additional costs for transmission<br />
not included<br />
- Fossil charge is $15 per ton CO2
Für eine Pionierleistung<br />
muss man neue Wege gehen<br />
�Ansporn für DESERTEC<br />
“DESERTEC is a pioneering<br />
initiative. (…)<br />
Action is necessary to achieve<br />
competitive prices of renewables. (…)<br />
Tomorrow’s energy challenges cannot<br />
be met with today’s technologies and<br />
conventional ways of thinking.”<br />
18<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Günther Oettinger<br />
Source: Günther Oettinger • EU Commissioner for Energy • Energy in the EU from Northern Africa: A realistic option? • Speech at<br />
Desertec Industrial Initiative Conference • Barcelona • 26. Oct. 2010 • www.energy.eu/DG-TREN-releases/SPEECH-10-601_EN.pdf
Es gibt verschiedene Technologien<br />
für solarthermische CSP-Anlagen<br />
Bauarten für<br />
Linear<br />
Concentration<br />
Concentration: 70…80<br />
Temperature: ~500 °C<br />
Unit size: 1…250 MW<br />
Efficiency: 10…15%<br />
Point<br />
Concentration<br />
Concentration: >1000<br />
Temperature: ~1200 °C<br />
Unit size: 0.01…0.04 MW<br />
Efficiency: 18…25%<br />
19<br />
Absorber Receiver<br />
Tube tube<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Curved mirror<br />
Pipe with<br />
thermal fluid<br />
Parabolic trough<br />
Receiver / / Engine engine<br />
Dish Stirling<br />
Reflector<br />
Data subject to change due to further development of technologies<br />
“Concentrated Solar Power”<br />
Absorber Receiver tube and<br />
reconcentrator<br />
re-concentrator<br />
Symbole für<br />
Bewertungen<br />
Linear Fresnel<br />
Solar<br />
Receiver receiver<br />
Heliostats<br />
Central receiver<br />
Mirror<br />
�günstig<br />
ungünstig<br />
Concentration: 25…100<br />
Temperature: ~500 °C<br />
Unit size: 1…200 MW<br />
Efficiency: 9…15%<br />
Concentration: 300…1000<br />
Temperature: ~1200 °C<br />
Unit size: 1…200 MW<br />
Efficiency: 14…17%
Seit mehr als 20 Jahren gibt es Kraftwerke<br />
mit „Concentrated Solar Power“ (CSP)<br />
CSP-Kraftwerk mit Parabolrinnenspiegeln<br />
SEGS I-IX •<br />
20<br />
Mojave Desert •<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
USA •<br />
9 Anlagen •<br />
354 MW •<br />
1984–1990<br />
Horizontale<br />
Fläche<br />
erforderlich
Solarkraftwerke sollen Strom<br />
möglichst Tag <strong>und</strong> Nacht liefern<br />
CSP-Kraftwerk mit thermischen Speichern<br />
21<br />
Andasol<br />
1•<br />
Andalusien •<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Spanien •<br />
50 MW •<br />
Andasol 2: 50 MW in Betrieb • Andasol 3: 50 MW im Bau<br />
2009<br />
Gelände: 1,3x1,5 km²<br />
Solarfeld: 510.120 m²<br />
Anzahl Spiegel: ca. 210.000<br />
Baukosten: ca. 300 Mio. €<br />
Vergütung: ca. 0,27 €/kWh<br />
Photo: ACS Cobra • CSP = Concentrated Solar Power • Vergütung Stand 2008 gemäß Orden ITC/3860/2007 vom 28.12.2007
Die Speicherung solarer Wärme<br />
wurde großtechnisch realisiert<br />
Wärmespeicher mit geschmolzenem Salz<br />
28.500 t Salz •<br />
22<br />
1.020 MWh •<br />
Andasol 1• Andalusien • Spanien • 50 MW • 2009<br />
Nitratsalzmischung (Natriumnitrat • Kaliumnitrat)<br />
� 60% NaNO 3 • 40% KNO 3<br />
� Schmelzpunkt: 223 °C<br />
� Kalter Tank: 292 °C<br />
� Heißer Tank: 386 °C<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
ca. 7,5h Gr<strong>und</strong>last<br />
Das Salz muss<br />
flüssig bleiben<br />
Quellen: Solar Millenium • CSP Technology Overview • Rainer Aringhoff • Central Solar Power Forum • Phoenix • 10 Jan. 2008<br />
Solar Millenium • Solar Thermal Power Plants • Dr. Henner Gladen • CUEN 3rd Annual Conference • 22 June 2009
Solarkraftwerke nutzen die Technik<br />
der konventionellen Stromerzeugung<br />
CSP-Kraftwerk mit Speichersystem<br />
Quelle: Solar Millenium • Die Parabolrinnen-Kraftwerke Andasol 1 bis 3 • Erlangen • 2008 • www.SolarMillennium.de<br />
23<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Drei getrennte<br />
Kreisläufe mit<br />
Wärmetauschern
Wärmetransport <strong>und</strong><br />
Speicherung mit flüssigem Salz<br />
Solarturmkraftwerk<br />
24<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Quelle: SolarReserve<br />
Santa Monica • California<br />
www.solar-reserve.com<br />
Solar Two<br />
Barstow • CA<br />
USA • 10 MW<br />
1996-1999<br />
1.926 Spiegel<br />
Fläche: ca. 82.750 m 2<br />
Zwei getrennte<br />
Kreisläufe mit<br />
Wärmetauschern
Direkte <strong>Erzeugung</strong> <strong>und</strong><br />
Speicherung von D<strong>am</strong>pf<br />
Solarturmkraftwerk<br />
Quelle: Abengoa Solar • Spanien • www.abengoasolar.com<br />
25<br />
PS10 • Spanien<br />
11 MW • 2007<br />
624 Spiegel à 120 m2 Fläche: ca. 75.000 m2 Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Sattd<strong>am</strong>pf<br />
�Ein Kreislauf Druckbehälter als<br />
Wärmespeicher
Ein Hersteller behauptet einen Kostenvorteil<br />
von 30% bis 40% für Solarturmkraftwerke<br />
Kostenvorteile von Solarturmkraftwerken<br />
“Based on BrightSource’s own analyses as well as those in independent,<br />
externally published sources, the levelized cost of electricity from a tower<br />
system will be between 30% to 40% lower than with a trough system.”<br />
Fünf wesentliche Faktoren:<br />
� Zweiachsige Nachverfolgung der Sonnenstrahlen<br />
� Höhere Temperaturen für die D<strong>am</strong>pferzeugung<br />
� Reduzierte Bewegung erwärmter Medien<br />
� Keine Beton-F<strong>und</strong><strong>am</strong>ente, keine Rohre <strong>und</strong> weniger Kabel im Spiegelfeld<br />
� Bessere Ausnutzung der Sonnenstrahlung morgens <strong>und</strong> abends<br />
Quelle: BrightSource Energy, Inc. • Oakland CA • USA • 2010 • www.brightsourceenergy.com/technology/faqs<br />
26<br />
Wärmeverlust an<br />
die Umgebung<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010
Welche Kombinationen sind möglich <strong>und</strong> welche<br />
Kombination ist vermutlich die wirtschaftlichste?<br />
Solare Arbeitsmedien <strong>und</strong> Wärmespeicher<br />
Nutzbare Medien<br />
27<br />
Geringe spezifische<br />
Wärmekapazität<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Arbeitsmedium<br />
für <strong>Transport</strong><br />
solarer Wärme<br />
Antrieb für<br />
Stromerzeugung<br />
Luft möglich<br />
möglich<br />
Wasser/D<strong>am</strong>pf möglich<br />
möglich<br />
Speicherung<br />
solarer Wärme<br />
nicht<br />
praktikabel<br />
nicht<br />
praktikabel<br />
Thermoöl möglich nicht möglich<br />
möglich<br />
Wärmetauscher x<br />
x<br />
Geschmolzenes Salz möglich<br />
erforderlich<br />
nicht möglich<br />
Hoher <strong>Energie</strong>aufwand Hoher<br />
bewegt/<br />
fester Ort<br />
Feststoffe nicht möglich<br />
<strong>und</strong> Risiko Erstarrung Aufwand<br />
nicht möglich<br />
fester Ort<br />
fester Ort<br />
/bewegt<br />
Thermochemische<br />
Speicher<br />
nicht möglich nicht möglich<br />
fester Ort<br />
ggf.<br />
/bewegt<br />
denkbar<br />
Quelle: Ulrich Hueck • Innovative plant configuration for large-scale solar power deployment • 2010 • Germany • www.u-ideas.net<br />
Hoher<br />
Aufwand
Die Art der Konzentration der Strahlung<br />
beeinflusst den technischen Aufwand<br />
Erwärmung mit Sonnenstrahlung<br />
kaltes<br />
Medium<br />
28<br />
Punkt-<br />
Konzentration<br />
Aufwand durch sehr<br />
große Wärmemenge<br />
auf kleiner Fläche<br />
Lineare Konzentration<br />
Quelle: Ulrich Hueck • Large-scale solar power • www.u-ideas.net<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Gebündelte<br />
Konzentration<br />
�Optimierung der<br />
Strahlung pro Fläche<br />
�Kurzer Weg des Mediums<br />
�Einfachere Isolierung<br />
Rohr<br />
heißes<br />
Medium<br />
Aufwand für <strong>Transport</strong> des Mediums<br />
<strong>und</strong> für Vakuum-Isolierung mit Glas
Die Umschließung von Absorberflächen mit einem<br />
Reflektorkanal verbessert die solare D<strong>am</strong>pferzeugung<br />
Segment eines Solarkessels in Spiegelfeld<br />
Graphik <strong>und</strong> Patente: Dirk Besier • Wiesbaden • dirk.besier@arcor.de • www.solarste<strong>am</strong>er.de<br />
www.hanssauerstiftung.de/neu/index.php?option=com_content&view=article&id=79&Itemid=108<br />
29<br />
�Geringer<br />
Wärmeverlust<br />
Fokus<br />
�Große Oberflächen für<br />
die Wärmeübertragung<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Spiegelfeld<br />
Solare Strahlung<br />
Absorber-Rohre<br />
Reflektierende Flächen<br />
Isolierender Mantel<br />
Glasabdeckung
Die D<strong>am</strong>pferzeugung für eine Turbine umfasst<br />
Vorwärmung, Verd<strong>am</strong>pfung <strong>und</strong> Überhitzung<br />
Clausius-Rankine-Prozess<br />
Zwischenüberhitzung<br />
Überhitzung<br />
Verd<strong>am</strong>pfung<br />
Vorwärmung<br />
30<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
0<br />
T-s Diagr<strong>am</strong>m für D<strong>am</strong>pf<br />
Wasser Verd<strong>am</strong>pfung D<strong>am</strong>pf<br />
1�2 Druckerhöhung mit Pumpe(n)<br />
2�3 Vorwärmung, Verd<strong>am</strong>pfung, Überhitzung<br />
3�4 Expansion in Hochdruck-Turbine<br />
4�5 Zwischenüberhitzung des D<strong>am</strong>pfes<br />
5�6 Expansion in Mitteldruck-Turbine<br />
6�1 Kondensation durch Kühlung<br />
Graphiken: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rankine_cycle_with_reheat.jpg<br />
www.powerfromthesun.net/chapter12/Chapter12new.htm • T-s Diagr<strong>am</strong>m = Temperatur-Entropie Diagr<strong>am</strong>m
Konventionelle Kessel können als Vorbild<br />
für die solare D<strong>am</strong>pferzeugung dienen<br />
Solarkessel mit mehreren Segmenten<br />
�Fokussier-<br />
Genauigkeit<br />
passend zur<br />
Temperatur<br />
�Überhitzung<br />
des D<strong>am</strong>pfes<br />
�Nutzung der<br />
Abwärme<br />
�Unebenes<br />
Gelände ist<br />
zulässig<br />
31<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Wasser<br />
Abwärme für Vorwärmung<br />
D<strong>am</strong>pf<br />
Solare<br />
Vorwärmung<br />
Solare<br />
Verd<strong>am</strong>pfung<br />
Solare<br />
Überhitzung<br />
Solare<br />
ZÜ<br />
Abwärme für Verd<strong>am</strong>pfung<br />
D<strong>am</strong>pf<br />
Abwärme z.B.<br />
für Vorwärmung<br />
Speisewasser<br />
Graphik links: Javier Muñoz, Alberto Abánades and José M. Martínez-Val • Universidad Politécnica de Madrid • A conceptual design of<br />
solar boiler • Solar Energy 83 (2009) pp. 1713–1722 • Graphik rechts: Ulrich Hueck • Large-scale solar power • www.u-ideas.net<br />
ZÜ = Zwischenüberhitzung
Ein Wärmespeicher wird tags mit D<strong>am</strong>pf erhitzt<br />
<strong>und</strong> nachts zur D<strong>am</strong>pferzeugung genutzt<br />
Solarkessel mit Wärmespeicher<br />
32<br />
Solarkessel<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Wärmespeicher<br />
Kondensator<br />
Überhitzter D<strong>am</strong>pf<br />
Kondensat<br />
Tagbetrieb<br />
Nachtbetrieb<br />
�Ein Kreislauf<br />
D<strong>am</strong>pfturbine<br />
Quelle: Ulrich Hueck • Innovative plant configuration for large-scale solar power deployment • 2010 • Germany • www.u-ideas.net<br />
Zwischenüberhitzung zur Vereinfachung nicht gezeigt
Der Wärmespeicher passt zur Physik der<br />
<strong>Erzeugung</strong> <strong>und</strong> Kondensation von D<strong>am</strong>pf<br />
Salz als Phasenwechselspeicher plus Beton<br />
to solar<br />
boiler<br />
from<br />
condenser<br />
Sodium nitrate (NaNO3) melting at 306 °C<br />
Pilot unit at Endesa • Carboneras • Spain<br />
Ste<strong>am</strong> for charging: ~107 bar, ~320 °C<br />
Water for discharging: ~81 bar, ~295 °C<br />
Quelle: Doerte Laing, Carsten Bahl, Thomas Bauer, Dorothea Lehmann and Wolf-Dieter Steinmann • German Aerospace Center (DLR),<br />
Stuttgart <strong>und</strong> Ed. Züblin AG • Thermal Energy Storage for Direct Ste<strong>am</strong> Generation • SolarPACES 15.-18.9.2009 • Berlin • Germany<br />
33<br />
Cooling and condensation<br />
of ste<strong>am</strong> from solar boiler<br />
Combined sensible<br />
and PCM storage<br />
Generation of ste<strong>am</strong><br />
for ste<strong>am</strong> turbine<br />
Phase<br />
Change<br />
Material<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
�Die Erstarrung<br />
des Salzes<br />
wird genutzt<br />
from solar boiler<br />
Concrete<br />
feasible up to 500 °C<br />
to ste<strong>am</strong><br />
turbine
Der Solarkessel könnte manche<br />
Erwartungen an DESERTEC erfüllen<br />
�Ansporn für DESERTEC<br />
“DESERTEC is a pioneering<br />
initiative. (…)<br />
Action is necessary to achieve<br />
competitive prices of renewables. (…)<br />
Tomorrow’s energy challenges cannot<br />
be met with today’s technologies and<br />
conventional ways of thinking.”<br />
34<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Günther Oettinger<br />
�Eine Pionierleistung<br />
wäre erforderlich<br />
�Kostensenkung<br />
�Innovative<br />
Technologie<br />
Source: Günther Oettinger • EU Commissioner for Energy • Energy in the EU from Northern Africa: A realistic option? • Speech at<br />
Desertec Industrial Initiative Conference • Barcelona • 26. Oct. 2010 • www.energy.eu/DG-TREN-releases/SPEECH-10-601_EN.pdf
Bei großen Entfernungen ist HGÜ<br />
für den Stromtransport geeignet<br />
Hochspannungs-Gleichstromübertragung<br />
� ca. 3% Verlust auf 1.000 km<br />
� ca. 10…15% Verlust von Nordafrika bis Mitteleuropa<br />
� Effizienter als Wasserstoff mit <strong>Erzeugung</strong>, <strong>Transport</strong> <strong>und</strong> Nutzung<br />
Anzahl<br />
Stromleitungen<br />
für 7.000 MW<br />
Grafik: ABB<br />
35<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
400 kV AC<br />
800 kV AC<br />
500 kV HGÜ<br />
800 kV HGÜ
Viele HGÜ-Leitungen<br />
sind bereits vorhanden<br />
HGÜ<br />
36<br />
in Europa<br />
vorhanden<br />
in Bau<br />
erwogen<br />
Quelle:<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_HVDC_projects<br />
HGÜ = Hochspannungs-Gleichstromübertragung<br />
Spanien-Marokko: 400 kV AC ausgelegt für 450 kV DC<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010
Die größte HGÜ-Leitung<br />
befindet sich in China<br />
Yunnan-Guangdong<br />
� ±800 kV HGÜ (Weltrekord)<br />
� Länge: 1.400 km<br />
� Übertragungsleistung:<br />
5.000 MW<br />
� Stromerzeugung in<br />
2 Wasserkraftwerken<br />
� Baubeginn: 2007<br />
� 1. Pol: Inbetriebn. Dez. 2009<br />
� 2. Pol: Inbetriebnahme 2010<br />
HGÜ = Hochspannungs-Gleichstromübertragung<br />
37<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Stromrichter-<br />
Transformator<br />
aus Nürnberg<br />
Quelle: Siemens
Das DESERTEC Konzept fasst CSP mit anderen<br />
regenerativen <strong>Energie</strong>n <strong>und</strong> HGÜ zus<strong>am</strong>men<br />
�DESERTEC für EU-MENA<br />
EU-MENA = Europe - Middle East & North Africa • CSP = Concentrated Solar Power • HGÜ = Hochspannungs-Gleichstromübertragung<br />
Die Symbole für regenerative Stromerzeugung <strong>und</strong> HGÜ-Stromleitungen zeigen nur eine Skizze für typische Anordnungen.<br />
Quellen: Clean Power from Deserts • White Book 4th Edition • DESERTEC Fo<strong>und</strong>ation • February 2009 • www.desertec.org • www.dlr.de<br />
38<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010
Die industrielle Umsetzung des<br />
DESERTEC Konzepts ist vorgesehen<br />
Desertec Industrial Initiative (Dii<br />
39<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
www.dii-eumena.com<br />
GmbH)<br />
� Gründung <strong>am</strong> 30. Oktober 2009 • Sitz der Gesellschaft: München<br />
� Gründer: ABB •Abengoa•Cevital•DESERTEC Fo<strong>und</strong>ation •Deutsche Bank •E.ON •Flagsol<br />
HSH Nordbank • Munich-Re • M+W Zander • RWE • Schott Solar • Siemens<br />
� Weitere Gesellschafter: Enel Green Power (Italien) • NAREVA (Marokko) Red Eléctrica (Spanien)<br />
Saint-Gobain Solar (Frankreich) • Terna (Italien)<br />
� Strategischer Berater: Prof. Klaus Töpfer
Das Vorgehen beeinflusst<br />
den Erfolg einer Innovation<br />
Traditioneller „Wasserfall“<br />
40<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Prozess<br />
Vorbereitung Analyse Design Umsetzung Erprobung Abschluss<br />
„Agiler“<br />
Prozess<br />
Prototyp<br />
GROWIAN<br />
3 MW<br />
*1981 - †1987<br />
Vorbereitung Entwicklung Abschluss<br />
�Frühe, kleine<br />
Prototypen<br />
Graphik: Sabine Canditt • Siemens AG • Corporate Technology • CT T DE TC 1 • 2010<br />
Sehr großer<br />
Thanet • UK<br />
100 x 3 MW<br />
2008-2010
Visionen können Wirklichkeit werden,<br />
wenn Sie tatkräftige Unterstützung finden<br />
�Innovationsprozess<br />
41<br />
Visionäre &<br />
Ideengeber<br />
Vision für andere<br />
<strong>Energie</strong>versorgung<br />
Inspiration für die Entwicklung einer Lösung<br />
Dr.-Ing. Ulrich Hueck • 8. November 2010<br />
Lösungsvorschlag<br />
Unterstützung<br />
Inspiration für die Entwicklung von DESERTEC<br />
Studien zu<br />
DESERTEC<br />
für DESERTEC<br />
<strong>Energie</strong>versorgung<br />
& Klimaschutz<br />
Vorreiter für<br />
Unterstützung<br />
Problem<br />
Problem<br />
�Lösung<br />
Tatkräftige<br />
Problemlösung
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