Prof. Dr. Dr.-Ing. habil Hans Müller-Steinhagen Technische Universität Dresden Dr. Franz Trieb Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) DESERTEC: Strom aus der Wüste für eine Klima und Ressourcen schonende Energieversorgung Europas
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
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
Bedarf 2000 Bedarf 2050 Potenzial EE
Stro
mer
zeug
ung
[TW
h/a]
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
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
Solarthermische Kraftwerke
Zentrale Kraftwerke für Stromerzeugung im multi-MW Bereich
3,912 – 5,352 2,232
10010
1228
10250
100
total6,821-8,261 MW
5052
2020 25
3,912 – 5,352 2,232
10010
1228
10250
100
total6,821-8,261 MW
5052
2020 25
600 MW im Betrieb, 800 MW im Bau~9,000 MW in fortgeschrittener Planung
Units in MW
Solarthermische Kraftwerke
Investitionslinie: 9.000.000 kWe
* 5.000 €/kWe = 45 Milliarden €
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176Time (hour of year)
Pow
er S
uppl
y (M
W)
Concentrating Solar Power Conventional Power
0
1
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1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176Time (hour of year)
Pow
er S
uppl
y (M
W)
Photovoltaic Power Conventional Power
0
1
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1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176Time (hour of year)
Pow
er S
uppl
y (M
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
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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Flächendeckende Ermittlung der Stromgestehungskosten aus den Gesamtkosten und Stromerträgen
Standortwahl: DLR Projekte STEPS und SOLEMI
Solare Direktstrahlung Strombedarf
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
fuel
Power BlockElectricityPower
Block
Solar Field1
Solar Field1
Investment ($/kW): 4700 8000 11300 14600Capacity Factor : 25% 45% 65% 85%
Storage1
Solar Field2
Storage1
Solar Field2
Solar Field3
Storage2
Solar Field3
Storage2
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
fuel
Power BlockElectricityPower
Block
Solar Field1
Solar Field1
Investment ($/kW): 4700 8000 11300 14600Capacity Factor : 25% 45% 65% 85%
Storage1
Solar Field2
Storage1
Solar Field2
Solar Field3
Storage2
Solar Field3
Storage2
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
fuel
Power BlockElectricityPower
Block
Solar Field1
Solar Field1
Investment ($/kW): 4700 8000 11300 14600Capacity Factor : 25% 45% 65% 85%
Storage1
Solar Field2
Storage1
Solar Field2
Solar Field3
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Solar Field3
Storage2
Solar Field3
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Solar Field3
Storage2
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
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Storage3
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
Fuel
fuel
Power BlockElectricityPower
Block
Solar Field1
Solar Field1
Investment ($/kW): 4700 8000 11300 14600Capacity Factor : 25% 45% 65% 85%
Storage1
Solar Field2
Storage1
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Solar Field3
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Solar Field3
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Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
fuel
Power BlockElectricityPower
Block
Solar Field1
Solar Field1
Investment ($/kW): 4700 8000 11300 14600Capacity Factor : 25% 45% 65% 85%
Storage1
Solar Field2
Storage1
Solar Field2
Solar Field3
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Solar Field4
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Solar Field4
Storage3
fuel
Power BlockElectricityPower
Block
Solar Field1
Solar Field1
Investment ($/kW): 4700 8000 11300 14600Capacity Factor : 25% 45% 65% 85%
Storage1
Solar Field2
Storage1
Solar Field2
Solar Field3
Storage2
Solar Field3
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Solar Field3
Storage2
Solar Field3
Storage2
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
Solar Field4
Storage3
Fuel
Konfigurationen solarthermischer Kraftwerke
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
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
Base Load LCOE
Average LCOEwithout CSP
B
B1
B2
B3
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
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
Base Load LCOE
Average LCOEwithout CSP
B
B1
B2
B3
Stromgestehungskosten
von solarthermischen
Kraftwerken
im Vergleich
zu
Spitzen-, Mittel-
und Grundlaststrom
von konventionellen
Kraftwerken
in einem
typischen
Land in Nordafrika
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
2010 2020 2030 2040 2050
Year
Loca
l Ins
talle
d C
apac
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
2010
2015
2020
2025
2030
2035
2040
2045
2050
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
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
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
DesalinationImport/Export
38 % weniger Emissionen und 40% weniger EU Energie-Import als im Jahr 2000 !
5000 h/a 2000 h/a
0400
800
1200
1600
2000
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