Economics of Concentrating Solar Power Plants

 

Projektlaufzeit: 1/2010 - 11/2010

  Solarthermisches Kraftwerk (Quelle: Wikimedia) Solarthermisches Kraftwerk (Quelle: Wikimedia)

(CSP) sind eine vielversprechende Technologie für erneuerbare Energie. Ihr Vorteil im Vergleich zu Windkraftanlagen oder Photovoltaik ist die einfache Implementierung einer Energiespeicherung, die durch eine Wärmespeichervorrichtung erreicht wird, und damit die Erzeugung von Dispatch Energie.

CSP Produktion als Prognosesystem der im Strommarkt teilnehmen kann

Abhängig von der Kollektorfeldgröße in Bezug auf die Turbine (die sogenannte " Solar multiple") können ausreichende Mengen der gespeicherten Energie auch für die Stunden nach Sonnenuntergang erzeugt werden. Dennoch sind die CSP-Kraftwerke nicht vollständig in der Lage, eine zuverlässig vorhersehbare Stromproduktion zu gewährleisten, wegen der Beschränkungen in der Prognose der Direktnormalstrahlung (DNI). Daher können sie nicht am Day-Ahead-Strommarkt teilnehmen, ohne das Risiko hoher Strafzahlungen für das Nicht-Erreichen vorhergesagter Erzeugung, oder andere Gegenmaßnahmen (z. B. Teil des Portfolios eines Marktmittlers zu sein) zu tragen. Diese Sanktionen und Maßnahmen reduzieren den möglichen Gewinn einer CSP-Anlage und seine Wettbewerbsfähigkeit. Das Forschungsprojekt CSP-FoSyS, das von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) finanziert wird, zielt auf die Entwicklung eines DNI Prognose-Tools auf Basis verschiedener Vorhersagemethoden, einschließlich der Prognose der direkten Sonnenstrahlung über Echtzeit-Satellitenbilder ab. In unserer Forschung (Kraas, 2010; Kraas et al., 2010), erarbeiten wir die Durchführbarkeit eines solchen Systems auf der Basis einer Kosten-Nutzen-Analyse. Genauer gesagt wollen wir herausfinden, ob ein DNI Prognose-Tool die CSP-Technologie profitabler und damit wettbewerbsfähiger zur konventionellen Stromerzeugung machen kann. Der Beitrag unserer Studie besteht in dem Zugang zu einem Kraftwerk-Simulationsmodell einer spanischen CSP-Anlage in Verbindung mit dem spanischen Strommarkt. So kann man verschiedene Parameter, wie Vorhersageverfahren, Genauigkeit, Prognose-Zeitraum oder Ort untersuchen und wirtschaftlich beurteilen.

Wirtschaftliche Neubewertung des Desertec-Projekts

In dieser Studie (Langstädtler, 2010) wollen wir die Wirtschaftlichkeit des CSP-Projekts " Desertec " untersuchen. Genauer gesagt, untersuchen wir die Kosten, Risiken und Unsicherheiten von einem ersten Pilotprojekt mit Hilfe einer Barwertanalyse. Basierend auf diesen ersten Einschätzungen, die wir mit den Desertec-Projekt Ergebnissen (Trieb et al., 2006) vergleichen, werden weitere Entwicklungspfade für die Ableitung sequentieller Anlagemöglichkeiten für die Projekt-Erweiterung untersucht. Ein Ergebnis ist, dass die kostengünstigste Größe eines anfänglichen Desertec-Projekts über jeweils ein 2 GW DC-Kabel und 10 Kraftwerke mit 200 MW Kapazität verfügt. Für die Pilotanlage Desertec wird berechnet, dass Gestehungskosten von Stromerzeugung und -übertragung, um 10 ct/kWh höher sind als jene, die in der Desertec Foundation Studie zu finden sind. Dies ist zum Teil aufgrund der kleineren Projektgröße, aber auch durch weniger optimistische Kostenschätzungen von unserer Seite bedingt. Wenn nicht deutliche Kostensenkungen für CSP-Kraftwerke in den kommenden Jahren erreicht werden können, lässt sich vorhersagen, dass das veranschlagte Budget von 395 Mrd. € für die Realisierung des gesamten Desertec-Projekts wahrscheinlich nicht ausreichen wird. Schließlich haben wir eine Risikoanalyse mit Hilfe einer Monte-Carlo-Simulation durchgeführt. Es bestätigt sich, dass die Stromgestehungskosten, die von Trieb et al. 2006 geschätzt wurden, in der Tat recht optimistisch zu sein scheinen und, dass sogar kleinere Verzögerungen in der Bauzeit schwerwiegende negative Auswirkungen auf die Rentabilität des Projekts haben können. Im Hinblick auf diese zuletzt genannten Befunde wird Anlegern empfohlen, ihre Investitionen mit Vorsicht vorzunehmen.

Auswirkungen alternativer Speichertechnologien auf die Wirtschaftlichkeit der CSP-Anlagen

Wüsten erhalten mehr Sonnenenergie in sechs Stunden als die Menschheit derzeit pro Jahr verbraucht. Es scheint attraktiv, die Vision der kommerziellen Nutzung des Sonnenpotentials zur Lieferung von elektrischer Energie für alle Menschen weltweit Realität werden zu lassen. Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen für elektrische Energie im großen Maßstab ist eine faszinierende Möglichkeit, insbesondere in Bezug auf die CO2-Minderung und die Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Energieressourcen. Allerdings gibt es Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, damit diese Kraftwerke kosteneffizient und auf die spezifischen Bedürfnisse des Marktes reagieren können. Konzentriert man sich auf die CSP-Erzeugung wird offensichtlich, dass es notwendig ist eine Stromquelle für die Zeiten ohne Sonneneinstrahlung vorzuhalten. Ein weiterer Aspekt ist, dass die besten Marktpreise für den erzeugten Strom nur erreicht werden können, wenn Kraftwerke in der Lage sind Strom auch in Spitzenlastzeiten zu liefern. Um die oben genannten Herausforderungen zu bewältigen, werden zwei Technologien präferiert, die derzeit auch schon verwendet werden, um die elektrische Leistung zu verbessern und Grundlastkapazität zu erreichen: (1) Hybrid-Technologie mit fossilen Brennstoffen zur Co-Befeuerung, und (2)vor Ort installierte Energiespeicher. In diesem Zusammenhang ist es interessant zu wissen, ob und in welchem ​​Umfang derzeit verwendete Energiespeichertechnologien die Wirtschaftlichkeit wirklich verbessern und sich den Bedürfnissen der Strommärkte anpassen können. In dieser Studie (Minis, 2010), die wir analysieren und diskutieren, geht es um die wirtschaftlichen Auswirkungen der alternativen Energiespeicher für Solarkraftwerke. Wir vergleichen unterschiedliche thermische Energiespeichertechnologien und ihre Kosten-Nutzen-Verhältnis im Vergleich zu Hybrid-Mitverbrennungs-Technologien. Durch die Berücksichtigung der volatilen Preise für fossile Brennstoffe und das Ziel, Strom nur Solar zu erzeugen, analysiert unsere Studie auch die Sensitivität der Wirtschaftlichkeit von Kraftwerken für fossile Brennstoffe auf Preisänderungen, um die Idee einer 24-Stunden-Solar-Stromerzeugung etwas auszuleuchten.

Projektpublikationen

Madlener R., Mathar T. (2009). Development Trends and Economics of Concentrating Solar Power Generation Technologies: A Comparative Analysis, FCN Working Paper No. 1/2009, Institute for Future Energy Consumer Needs and Behavior, RWTH Aachen University, November (revised September 2010).

Abschlussarbeiten

Kraas B. (2010). Viability of a Concentrating Solar Power Forecasting System for Participation in the Spanish Electricity Market. Diplomarbeit, Lehrstuhl für Wirtschaftswissenschaften, insb. Energieökonomik, Fakultät für Wirtschaftswissenschaften, RWTH Aachen University, November.

Langstädtler J. (2010). Ökonomische Einschätzung des “Desertec”-Projektes - Energie-Oase oder Fata Morgana? (Economic Assessment of the “Desertec” Project: Energy Oasis or Fata Morana?; in German). Studienarbeit, Lehrstuhl für Wirtschaftswissenschaften, insb. Energieökonomik, Fakultät für Wirtschaftswissenschaften, RWTH Aachen University, Juli.

Minis M. (2010). Analysis of the Impact of Alternative Thermal Energy Storage Technologies on the Economics of Concentrating Solar Thermal Power Plants. Studienarbeit, Lehrstuhl für Wirtschaftswissenschaften, insb. Energieökonomik, Fakultät für Wirtschaftswissenschaften, RWTH Aachen University, Juli.

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Reinhard Madlener

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