Studie zur Effizienz von Solartechnologien vorgestellt
Wie entwickeln sich die Technologien zur Erzeugung von Strom aus Solarenergie in den kommenden Jahrzehnten? Welche Technologie ist die wirtschaftlichste? Welche Chancen bietet die Kombination aus mehreren Systemen? – Eine Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat die zukünftige Entwicklung von photovoltaischen und solarthermischen Kraftwerken bis 2030 untersucht. Die Ergebnisse wurden vom 11. bis 14.10.2016 auf der SolarPACES Konferenz in Abu Dhabi vorgestellt, wie das DLR mitteilt.
Hintergrund
Ziel der Studie sei ein systemtechnischer, wirtschaftlicher und ökologischer Vergleich von solarthermischen (CSP) und photovoltaischen Kraftwerken (PV), heißt es in der Pressemitteilung des DLR vom 14.10.2016. Dazu analysiere das Projekt THERMVOLT Konzepte, wie kommerzielle Kraftwerke aus Sonnenenergie kostengünstigen und jederzeit verfügbaren und somit planbaren Strom zuverlässig erzeugen könnten, und das auch zu Zeitpunkten, wenn die Sonne nicht scheint.
Bei CSP seien verschiedene Anwendungsbereiche von der Stromerzeugung bis zur Herstellung von Treibstoffen (Wasserstoff) möglich – zudem ermöglichten CSP-Kraftwerke durch Integration von thermischen Speichern und der Kombination mit fossilen Brennstoffen oder Biomasse (Hybridisierung) – eine von der schwankenden Sonnenstrahlung losgelöste Stromerzeugung. Dadurch könne Solarstrom bedarfsgerecht bereitgestellt und die Grundlastfähigkeit des Kraftwerkes erreicht werden. Diese Kraftwerke seien also in Hinsicht auf ihren Wert im Stromsystem gleichwertig mit konventionellen fossilen Großkraftwerken.
PV-Strom könne direkt genutzt oder in Batterien gespeichert werden. Derzeit sei die Speicherung des PV-Stroms in Batterien weniger wirtschaftlich als die Speicherung von Solarthermie. In den vergangenen Jahren habe die PV-Technologie ihre Stromerzeugungskosten deutlich senken können. Dennoch zähle sie zu den unsteten Stromeinspeisern und könne daher allein keine Versorgungssicherheit gewährleisten. Es müssten zusätzlich Backups durch fossile Energieträger im Stromverbundsystem vorgehalten werden.
Bei einem größeren Anteil an regenerativ und fluktuierend erzeugtem Strom stießen die Netze an ihre Grenzen, und daher müsse der Anteil an erneuerbarem Strom begrenzt werden, wenn keine Speicherlösungen zur Verfügung stünden.
Ziele und Methodik
Im Laufe der Studie, so heißt es weiter, simulierten die beteiligten Wissenschaftler die Kosten von verschiedenen PV- und CSP-basierten Kraftwerkskonzepten und von Kombinationen beider Technologien unter den gleichen Randbedingungen. Die virtuellen Kraftwerke müssten die Fähigkeit besitzen, verschiedenen vorab definierten Lastprofilen zu folgen und gleichzeitig bei geringsten Stromerzeugungskosten eine möglichst geringe Treibhausgasemission (CO2) zu erreichen. Die untersuchten CSP -Kraftwerke hätten einen thermischen Energiespeicher sowie einen fossilen Brenner, der nur im Bedarfsfall verwendet werde. Die PV-Kombi-Kraftwerke hätten einen Batteriespeicher und ein fossiles Reservesystem, zum Beispiel ein Gaskraftwerk, mit dem sie im Verbund betrieben würden.
Die Kraftwerksgröße liege bei 100 MW und als repräsentative Standorte würden sonnenreiche Regionen wie Marokko und Saudi Arabien untersucht. Das Rechenmodell umfasse die Jahre 2015, 2020 und 2030. Die Berechnungen würden für ein ganzes Jahr detailliert mit stündlicher Auflösung durchgeführt, wobei die optimale Größe des Solarfeldes und des Speichers ermittelt werde. Für die Berechnung der Stromerzeugungskosten der optimierten Anlagen werde schließlich ein Wirtschaftlichkeitsmodell erstellt, das verschiedene Effekte (zum Beispiel Abnutzung) und diverse Kostenszenarien berücksichtige.
Effiziente Kombination
Im Ergebnis zeige sich, dass unter heutigen Voraussetzungen gerade die Kombination von CSP und PV in den meisten Szenarien kostengünstiger sei als die Nutzung von nur einer der beiden Technologien. Dabei liefere der photovoltaische Teil des Kraftwerks vorzugsweise am Tag direkt den Strom ins Netz und der solarthermische Anteil speichere die solare Energie im thermischen Speicher, um diese nach Bedarf, also meist nachts zu verstromen.
Bei hohem Strombedarf während der Nachtstunden seien die CSP-basierten Kraftwerke durch ihren thermischen Speicher im Vorteil. Gleichzeitig lasse sich ein Hybridbetrieb mit fossilen oder alternativen Energieträgern relativ einfach mit geringen Mehrkosten integrieren.
Während 2015 die PV-Systeme aufgrund der noch teuren Batteriespeicherkosten die höchsten Stromerzeugungskosten gehabt hätten, würden sich diese unter günstigen Voraussetzungen bis zum Jahr 2030 den solarthermischen Kraftwerken mit thermischem Speicher annähern können oder sogar geringer werden. Dies sei allerdings stark abhängig vom betrachteten Zielmarkt und der Lastvorgabe.
Der Abschlussbericht der Studie solle bis Ende des Jahres 2016 vorgelegt werden.
Kooperation
Die Studie wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit rund 500.000 Euro gefördert. Auf wissenschaftlicher Seite waren die DLR-Institute für Solarforschung und Technische Thermodynamik sowie die Lappeenranta University of Technology (LUT) in Finnland beteiligt. Als Industriepartner waren die Fichtner GmbH und die M+W Group GmbH vertreten.
->Quelle: dlr.de