Flexibel mit der Sonne haushalten: Die Rolle solarthermischer Kraftwerke im zukünftigen Energiesystem der EU - TU Graz
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Market Uptake of Solar Thermal
Electricity through Cooperation
Flexibel mit der Sonne haushalten: Die Rolle
solarthermischer Kraftwerke im zukünftigen
Energiesystem der EU
16. Symposium Energieinnovation, 14. Februar 2020
Franziska Schöniger, Gustav Resch
Energy Economics Group, TU Wien
This project has received funding from the European Union’s
Horizon 2020 research and innovation programme under grant
agreement No 764626
2019: Weltweit 9,6 GW Concentrating Solar Power
(CSP) im Betrieb, im Bau oder in der Entwicklung
❖ CSP als CO2-
freie und flexible
Erzeugungstech
nologie zur
Dekarbonisierun
g des
Stromsystems
❖ Wachstumsmär
kte v.a. in China
und der MENA
Region
Source: SolarPACES (2019)
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 2
CSP: Steilste Lernkurve unter den
Erneuerbaren
❖ The Levelized Cost of
Electricity (LCOE) einzelner
Projekte und weltweites
gewichtetes Mittel für CSP,
PV und Wind (on- und
offshore), 2010–2022
❖ LCOE für CSP noch höher
als Wind und PV
❖ Steilste Lernkurve für CSP
und damit verbundene
Kostenreduktion
❖ Wettbewerbsfähigkeit mit
Offshore Wind erwartet in
den nächsten fünf Jahren
Source: IRENA: Renewable Power Generation Costs in 2018 (2019)
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 3
MUSTEC Project
❖ Market Uptake of Solar Thermal Electricity through Cooperation:
Projektstart Oktober 2017 im Rahmen des EU Horizon 2020 Programms
❖ “A dedicated, comprehensive and multi-disciplinary analysis of past,
present and future concentrated solar power (CSP) cooperation
opportunities with a constant engagement and consultation with policy
makers and market participants”
Kooperations
CSP
mechanismen
❖ CSP Projekte in Südeuropa, die ❖ Entwicklung der CSP
erneuerbaren Strom auf Industrie: Analyse
Nachfrage an Länder in Zentral- anhand konkreter
und Nordeuropa liefern können CSP Case Studies
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 4
CSP Technologiekonzept
Technological concept:
• Reflektion von solarer Direktnormalstrahlung (DNI) auf einen Receiver (Turm, linear
Fresnel, Parabolrinnen oder Dish)
• Heat transfer fluid (HTF)
• Dampfturbine
• Generator
• Optional: Thermischer Speicher
erneuerbare, CO2-freie und
flexible Stromerzeugung
höchst attraktiv für zukünftige
Source: http://www.greenrhinoenergy.com
Energiesysteme (Flexibilität)
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 5
Spanischer Erzeugungsmix 2018
35000
• 200 MWel CSP Kraftwerk mit 11
h thermischem Speicher in
30000 Spanien
• Modellierung des gesamten
25000 span. Stromsystems inkl.
Importen und Exporten
20000
• Alle Erzeugungskapazitäten
MW
15000
werden als exogene
Inputparameter vorgegeben
10000 (2018)
• Optimierung des stündlichen
5000
Kraftwerkseinsatzes
0
• (Open source) energy system
Monday - sunday in week 29 (16 - 22 July)
modelling framework Balmorel
SOLAR COAL HYDRO PUMP WASTE NATGAS NUCLEAR WATER WIND
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 6
Erzeugungsprofil: 200 MW CSP und 200 MW PV
im Vergleich
400 60
• CSP erzeugt tagsüber
350 aufgrund des höheren
50
Preisniveaus
300
• Verglichen mit PV:
40
250 Zusätzliche Erzeugung
in den Morgen- und
EUR/MWh
MW
200 30
Abendstunden
150
möglich
20
• Der Speicher wird
100
primär zur Verlagerung
10
50 innerhalb des Tages
und nicht in die Nacht
0 0
Monday - Sunday in week 29 (16 - 22 July) hinein genutzt
Solar PV [MW] CSP [MW] Electricity price [EUR/MWh]
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 7
CSP nutzt seinen Speicher, um tagsüber Volllast
zu liefern und hohe Preise auszunutzen
250 6000
• Der thermische
Speicher wird über
5000
200 Mittag gefüllt und in
den Morgen- und
4000
Abendstunden geleert
150
• Speicherniveau sinkt im
MWh
MW
3000 Wochenverlauf und
100
wird am Wochenende
2000 aufgefüllt (niedrigeres
Preisniveau)
50
1000
0 0
Monday - Sunday in week 29 (16 - 22 July)
CSP [MW] Heat storage content [MWh]
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 8Winter: geringere Erträge
250 60
• Saisonale
Schwankungen:
50
200 Geringere
Strahlungsintensität
40
bedingen geringere
150
Stromerzeugung im
EUR/MWh
MW
30 Winter
100 • Erzeugung tagsüber
20
aufgrund von
Preisniveau
50
10
0 0
Monday - Sunday in week 3 (15 - 21 January)
Solar PV [MW] CSP [MW] Electricity price [EUR/MWh]
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 9Erweiterung des Speichers (von 11 auf 17 h)
allein bedingt kein anderes Erzeugungsprofil
600 8000
• Speichererweiterung
7000
500 von 11 auf 17 h
6000 • Ohne eine
400
5000
Vergrößerung des
Solarfelds bleibt das
MWhth
300 4000 Erzeugungsverhalten
fast gleich: Für die
3000
200 Solarfeldgröße sind 11
2000 h Speicher ausreichend
100
1000
0 0
25
61
97
133
1
5
9
13
17
21
29
33
37
41
45
49
53
57
65
69
73
77
81
85
89
93
101
105
109
113
117
121
125
129
137
141
145
149
153
157
161
165
Hours in week 29 (16 - 22 July)
CSP [MW] (left axis) Heat flux reciever [W/m²] (left axis) Heat storage content [MWh]
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 10Gleichzeitige Vergrößerung des Solarfeldes
ermöglicht kontinuierliche Erzeugung (Sommer)
600 6000
• Solar multiple von 3
500 5000 anstelle von 1.5
• Solar multiple
400 4000
bezeichnet ein Maß für
das Verhältnis von
MWhth
300 3000
thermischem Output des
Solarfeldes zu
200 2000
thermischen
Energiebedarf der
100 1000
Stromerzeugungseinheit
im Nennpunkt
0 0
61
121
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
45
49
53
57
65
69
73
77
81
85
89
93
97
101
105
109
113
117
125
129
133
137
141
145
149
153
157
161
165
Hours in week 29 (16 - 22 July)
CSP [MW] (left axis) Heat flux reciever [W/m²] (right axis) Heat storage content [MWh_th] (right axis)
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 11Ergebnisse: Strompreise und Marktwerte
160% 144% 120
Electricity price [EUR/MWh]
102,13
140% 93,47 100 • Vergrößerter Speicher allein erhöht
114% 119%
Market value CSP
120% 103% 101% 103% 103% 107% den Marktwert von CSP im derzeitigen
100% 80
111% Stromsystem nicht signifikant aufgrund
80% 71,47 44,92 60 der höheren Strompreise während des
60% 40 Tages. Wenn gleichzeitig auch der Solar
49,24 49,20
40% 40,79 39,04 Multiple steigt, kann insgesamt mehr
20% 31,88 20
Energie vermarktet werden.
0% 0 • CSP Marktwerte über 100% in allen
Sensititvitätsanalysen: am höchsten im
Fall von hohem PV Anteil im
Stromsystem (Marktwert von 144%)
• Hoher Anteil von dargebotsabhängiger
Erzeugung von PV und Wind erhöhen
den Marktwert von CSP. Gleichzeitig sind
dann Durchschnittsstrompreise und
Market value [relative to the average electricity price] Markterlöse am geringsten.
Electricity price [EUR/MWh]
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 12Systeme mit hohem Anteil an PV begünstigen den
Einsatz von CSP
• “Duck Curve”
• Komplementärer Einsatz von
CSP/PV
• DEWA Projekt in UAE: 700 MW
CSP + 250 MW PV, 11-15 h
Speicher
• Ausschreibung: “best offer for
manageable CO2-free energy on
demand, about 200 GWh/y from 4
pm to 10 am whatever the
CSP kann sich flexibel an die Erfordernisse des combination between technologies
Energiesystems anpassen, aber dafür braucht es is, as long as it is CO2 free, i.e. in
entsprechende Preissignale
Load Shapes in Colorado with
Quelle:
bzw. zielgerichtete
various WECC PV Penetration
heliocsp.com
line with the 100%
decarbonisation goal for the
Anreize,Scenarios
die dieser Flexibilität
(Denholm, Margolis, &einen
Milford,Wert
2008) geben. power”
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 13Market Uptake of Solar Thermal
Electricity through Cooperation
Thank you!
Questions? Feedback?
Franziska Schöniger
Energy Economics Group, Vienna University of Technology
schoeniger@eeg.tuwien.ac.at
The information and views set out in this presentation are those of the author(s) This project has received funding from the European Union’s
and do not necessarily reflect the official opinion of the European Union. Neither Horizon 2020 research and innovation programme under grant
the European Union institutions and bodies nor any person acting on their behalf agreement No 764626
may be held responsible for the use which may be made of the information
contained therein.References
Denholm, P., Margolis, R., & Milford, J. (2008). Production Cost Modeling for High Levels
of Photovoltaics Penetration. In Technical Report NREL/TP-581-42305.
IRENA. (2019). Renewable Power Generation Costs in 2018. Abu Dhabi: International
Renewable Energy Agency.
SolarPACES. (2019). CSP Projects Around the World. Retrieved December 13, 2019, from
https://www.solarpaces.org/csp-technologies/csp-projects-around-the-world/
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 15Schlussfolgerungen
• CSP kann grundsätzlich sehr flexibel auf Preissignale reagieren Day-ahead electricity price ES
ENTSO-E (2019)
70
• Die Ausnutzung des Speichersystems ist stark abhängig von den
EUR/MWh
Preissignalen des Marktes: besondere Bedeutung der Korrelation 65
von Solarstrahlung und Peakstrompreisen 60
55
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hours on 19th July 2018
• Hoher Anteil dargebotsabhängiger, fluktuierender Erneuerbarer führen zu den höchsten relative Marktwerten
für CSP (bis zu 144% in stark PV-geprägten systems)
• In einem möglichen zukünftigen Stromsystem, das diese Charakteristika zeigt – in Kombination mit erwarteten
Kostenreduktionen von CSP – könnte CSP seine Hauptvorteile beitragen – flexible, ernuerbare, und CO2-freue
Sromerzeugung
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 16Ergebnisse (gesamte Übersicht)
• Vergrößerter Speicher allein erhöht den
Marktwert von CSP im derzeitigen
Stromsystem nicht signifikant aufgrund der
höheren Strompreise während des Tages.
Wenn gleichzeitig auch der Solar Multiple
steigt, kann insgesamt mehr Energie
vermarktet werden.
• CSP Marktwerte über 100% in allen
Sensititvitätsanalysen: am höchsten im Fall
von hohem PV Anteil im Stromsystem
(Marktwert von 144%)
• Hoher Anteil von dargebotsabhängiger
Erzeugung von PV und Wind erhöhen den
Marktwert von CSP. Gleichzeitig sind dann
Durchschnittsstrompreise und Markterlöse
am geringsten.
Franziska Schöniger – 16. Symposium Energieinnovation, Graz 2020 17Sie können auch lesen
