Mit Hilfe der Stromgestehungskosten kann die Wirtschaftlichkeit solarthermischer Kraftwerke dargestellt werden. Besondere Beachtung findet in dieser Arbeit die Behandlung der Stromgestehungskosten der Parabolrinnentechnologie. Dabei soll herausgefunden werden, welche Faktoren wie stark auf die Stromgestehungskosten Einfluss nehmen. Der Standort Wüste wird dabei unter Berücksichtigung des DESERTEC-Projekts speziell behandelt. Zusätzlich erfolgt eine Betrachtung, wie sich der Clean Development Mechanismus auf die Wirtschaftlichkeit solarthermischer Kraftwerke auswirkt.
Zuerst wird die allgemeine Funktionsweise solarthermischer Kraftwerke beschrieben und anhand von Beispielen aus der Praxis veranschaulicht. Zudem werden Praxisbeispiele von HGÜ-Verbindungen erörtert. Darauf folgt eine Beschreibung des DESERTEC-Projekts und des Clean Development Mechanism (CDM). Überdies wird die aktuelle Situation des solarthermischen Kraftwerkmarkts dargestellt. Ferner werden die Einflussfaktoren der Stromgestehungskosten näher untersucht. Dazu erfolgt eine genaue Betrachtung der Investitionskosten, der Betriebskosten, des Annuitätsfaktors und des Jahresertrags, wobei der Standort erheblichen Einfluss auf diese Faktoren nimmt. Hierzu wird der Standort Wüste mit dessen Vor-, Nachteilen und Risiken besonders hervorgehoben. Weiterhin wird auf den Einsatz eines thermischen Speichers, dessen Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit eines solarthermischen Kraftwerks und die Möglichkeit zur Grundlastversorgung und Planbarkeit ein-gegangen. Außerdem werden Kostenreduktionsschätzungen und die dazugehörigen Lernraten der Parabolrinnentechnologie aufgezeigt. Schließlich wird erläutert, welchen Einfluss der CDM auf die Wirtschaftlichkeit solarthermischer Kraftwerke hat und mit welchen grundlegenden Problemen bei der Durchführung eines CDM-Projekts zu rechnen ist. Zuletzt wird die heutige und zukünftige Wettbewerbsfähigkeit solarthermischer Kraftwerke kurz erläutert. Dadurch soll geklärt werden, inwieweit solarthermische Kraftwerke heute wirtschaftlich betrieben werden können und welche Faktoren wie stark auf die Wirtschaftlichkeit solarthermischer Kraftwerke Einfluss nehmen. Besonders die ökonomischen Ergebnisse der DESERTEC-Studien werden einer kritischen Betrachtung unterzogen.
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
2. NATURWISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE GRUNDLAGEN
2.1 SONNENENERGIE
2.2 SOLARSTRAHLUNG
2.2.1 Ort der Einstrahlung in Bezug auf die geographische Breite
2.2.2 Konzentration der Solarstrahlung
2.2.3 Nutzung der Sonnenstrahlung für solarthermische Kraftwerke
3. TECHNISCHE ASPEKTE SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
3.1 TYPEN SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
3.1.1 Linienkonzentratoren
3.1.2 Punktkonzentratoren
3.2 BAUARTEN SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
3.2.1 Parabolrinnenkraftwerke
3.2.2 Fresnel-Kollektor-Kraftwerke
3.2.3 Solarturmkraftwerke
3.2.4 Dish-Stirling-Kraftwerke (Paraboloidkraftwerke)
3.2.5 Integrated Solar Combined Cycle Kraftwerke (ISCC)
3.3 SPEICHERUNG DER SOLARENERGIE
3.4 HÖCHSTSPANNUNGS-GLEICHSTROM-ÜBERTRAGUNG (HGÜ)
4. DAS DESERTEC PROJEKT
4.1 DESERTEC KONZEPT
4.2 DESERTEC INDUSTRIAL INITIATIVE (DII)
5. CLEAN DEVELOPMENT MECHANISM (CDM)
5.1 KYOTO PROTOKOLL
5.2 EU-EMISSIONSHANDEL
5.3 GRUNDLAGEN DES CDM
5.4 ABLAUF EINES CDM-PROJEKTS
5.5 LINKING DIRECTIVE
6. ÖKONOMISCHE ASPEKTE SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
6.1 GEGENWÄRTIGE PROJEKTENTWICKLUNG SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
6.2 STROMGESTEHUNGSKOSTEN SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
6.2.1 Investitionskosten
6.2.2 Betriebskosten
6.2.3 Annuitätsfaktor und interne Verzinsung
6.2.4 Jahresertrag
6.3 KOSTENREDUKTIONSPOTENZIALE SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
6.4 LERNKURVENEFFEKTE SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
6.5 EINFLUSS DER THERMISCHEN SPEICHERUNG AUF DIE WIRTSCHAFTLICHKEIT SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
6.6 EINFLUSS DES CDM AUF DIE WIRTSCHAFTLICHKEIT SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
6.7 WETTBEWERBSFÄHIGKEIT SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE
7. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
Zielsetzung & Forschungsthemen
Die vorliegende Arbeit untersucht die ökonomische Rentabilität solarthermischer Kraftwerke, insbesondere unter der Nutzung der Parabolrinnentechnologie. Dabei liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Analyse von Einflussfaktoren auf die Stromgestehungskosten und der Rolle des Desertec-Projekts sowie des Clean Development Mechanism (CDM) als unterstützende Instrumente für die Markteinführung.
- Technische Grundlagen und Bauarten solarthermischer Kraftwerke
- Analyse der Stromgestehungskosten und Einflussfaktoren wie Standort (DNI) und Finanzierung
- Kostenreduktionspotenziale durch technologische Innovationen und Skaleneffekte
- Die Rolle thermischer Energiespeicher für Planbarkeit und Wirtschaftlichkeit
- Der Einfluss des CDM und Klimaschutzmechanismen auf die internationale Projektfinanzierung
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Parabolrinnenkraftwerke
Bei Parabolrinnenkraftwerken (Parabolic Trough System) wird direkte Sonnenstrahlung von den Parabolrinnenkollektoren auf einen linienförmigen Receiver (Absorberrohr) konzentriert (Abb. 3-3). Die Parabolrinnenkollektoren konzentrieren das Sonnenlicht mehr als 80fach im Brennpunkt. Als Absorber werden in der Regel Vakuumröhren aus Stahl-Glas-Verbindungen verwendet. Das Vakuum dient dabei als Isolierung. Der Absorber wandelt die Strahlung in Wärme um und gibt diese an ein Wärmeträgermedium ab. Als Wärmeträgermedium kann Wasserdampf und Thermoöl verwendet werden, wobei parallel mit anderen Stoffen wie z.B. flüssiges Salz oder CO2 geforscht wird. Im kommerziellen Bereich kommt bisher ausschließlich Thermoöl zum Einsatz, welches durch das Absorberrohr fließt und sich auf Temperaturen von knapp 400° C aufheizt. Die Wärme wird über Wärmetauscher an einen Wasserdampfkreislauf abgegeben (Abb. 3-4).
Dabei wird unter Druck Wasser verdampft und überhitzt. Der Dampf treibt eine Turbine an. Die Turbine setzt wiederum einen Generator in Gang, der elektrischen Strom erzeugt. Im Anschluss an die Turbine kondensiert der Dampf durch Kühlung wieder zu Wasser und gelangt mit Hilfe einer Pumpe erneut in den Kreislauf. Dieser Prozess der Stromerzeugung über Dampfturbinen wird nach den Erfindern Clausius-Rankine-Prozess genannt. Tatsächlich ist das exakt der gleiche Prozess wie bei konventionellen Dampfkraftwerken, wobei fossile oder nukleare Energieträger durch die Solarstrahlung substituiert werden.
Kapitelzusammenfassungen
1. EINLEITUNG: Einführung in die globale Energiesituation, die Problematik fossiler Energieträger und das Potenzial solarthermischer Kraftwerke als nachhaltige Lösung.
2. NATURWISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE GRUNDLAGEN: Erläuterung der physikalischen Grundlagen von Sonnenenergie, Solarstrahlung sowie der Bedeutung der Konzentration für hohe Arbeitstemperaturen.
3. TECHNISCHE ASPEKTE SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE: Detaillierte Darstellung verschiedener Kraftwerkstypen, Speichermöglichkeiten und der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ).
4. DAS DESERTEC PROJEKT: Analyse des Desertec-Konzepts zur nachhaltigen Stromversorgung der EUMENA-Region durch solare Kraftwerke in Wüstenregionen.
5. CLEAN DEVELOPMENT MECHANISM (CDM): Erläuterung der klimapolitischen Rahmenbedingungen, insbesondere der Mechanismen des Kyoto-Protokolls und deren Bedeutung für Investitionen in Entwicklungsländern.
6. ÖKONOMISCHE ASPEKTE SOLARTHERMISCHER KRAFTWERKE: Umfassende Untersuchung der Stromgestehungskosten, Investitions- und Betriebskosten sowie Kostenreduktionspotenziale durch Lerneffekte und technologische Optimierung.
7. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK: Zusammenfassende Bewertung des aktuellen Reifegrades der Technologien und der ökonomischen Aussichten für eine erfolgreiche Marktintegration.
Schlüsselwörter
Solarthermische Kraftwerke, Parabolrinnenkraftwerke, Desertec, Clean Development Mechanism, CDM, Stromgestehungskosten, Solarstrahlung, DNI, Wärmespeicher, Klimaschutz, regenerative Energien, Investitionskosten, Lernkurven, Wirkungsgrad, Energiewirtschaft
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der vorliegenden Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die Wirtschaftlichkeit von solarthermischen Kraftwerken und analysiert dabei insbesondere die Parabolrinnentechnologie sowie die Auswirkungen finanzieller Rahmenbedingungen wie des CDM auf die Projektrealisierung.
Welches sind die zentralen Themenfelder der Analyse?
Die Schwerpunkte liegen auf der Technik der Kraftwerkstypen, der Kostenstruktur (Stromgestehungskosten), dem Einfluss von Standorten mit hoher Direktstrahlung (DNI) sowie den Chancen und Risiken durch politische Mechanismen wie dem Desertec-Projekt.
Was ist das primäre Ziel oder die zentrale Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, zu klären, unter welchen ökonomischen Faktoren solarthermische Kraftwerke wettbewerbsfähig betrieben werden können und wie das Desertec-Konzept sowie der CDM hierbei unterstützend wirken.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Es handelt sich um eine Literatur- und Datenanalyse, die vorhandene Studien, Praxisbeispiele (wie Andasol oder SEGS) und ökonomische Berechnungsmethoden (Annuitätenmethode, Sensitivitätsanalyse) vergleicht und kritisch hinterfragt.
Was wird primär im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich detailliert mit den technischen Funktionsweisen, der Berechnung der spezifischen Stromgestehungskosten, der Sensitivität gegenüber Standortfaktoren und der Evaluierung von Kostenreduktionspotenzialen durch Massenproduktion und Lerneffekte.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren diese Arbeit?
Die Arbeit lässt sich maßgeblich über Begriffe wie "Stromgestehungskosten", "Parabolrinnenkraftwerke", "CDM", "Desertec", "DNI-Ressourcen" und "thermische Speicherung" definieren.
Welche Bedeutung kommt dem Desertec-Konzept in dieser Arbeit zu?
Das Desertec-Projekt dient als prominentes Fallbeispiel, anhand dessen die Vision einer großskaligen, grenzüberschreitenden Energieversorgung durch nordafrikanische Wüstenstandorte und deren wirtschaftliche Herausforderungen diskutiert wird.
Warum spielt die Speicherung von Solarenergie eine so entscheidende Rolle für die Wirtschaftlichkeit?
Der Autor argumentiert, dass thermische Speicher die Planbarkeit der Stromabgabe erhöhen und es ermöglichen, Strom in Zeiten höherer Nachfrage (und damit höherer Erlöse) zu liefern, was die Gesamtwirtschaftlichkeit des Kraftwerks maßgeblich verbessert.
- Quote paper
- Benjamin Braun (Author), 2010, Wirtschaftlichkeit solarthermischer Kraftwerke (CSP) am Beispiel Desertec-Projekt unter besonderer Berücksichtigung der Clean Development Mechanism (CDM), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/162842
