Präsentation zur gleichnamigen Diplomarbeit Frank Peter Untersuchung der Rahmenvorgaben in Spanien für den Bau und den Betrieb solarthermischer Kraftwerke Präsentation zur gleichnamigen Diplomarbeit Frank Peter 17.09.2018

Ein Zitat von Volker Quaschning: „Rund ein Prozent der Fläche der Sahara würde ausreichen, um mit Solarkraftwerken den gesamten Elektrizitätsbedarf der Erde zu decken.“ 17.09.2018

Warum Spanien ??? überdurchschnittliches Wirtschaftswachstum in den 90er Jahren; Tendenz weiter steigend geografische Lage liberalisierte Energiemärkte gesetzliche Förderung erneuerbarer Energieträger Plataforma Solar de Almeria 17.09.2018

Was genau wurde gemacht ??? 17.09.2018

Ablaufplan Energiemarkt in Spanien Rechtliche Situation für erneuerbare Energien Die Technik der Solarthermischen Stromerzeugung Erläuterungen zum Berechnungsmodell Modellannahmen Ergebnisse Diskussion 17.09.2018

Ablaufplan Energiemarkt in Spanien Rechtliche Situation für erneuerbare Energien Die Technik der Solarthermischen Stromerzeugung Erläuterungen zum Berechnungsmodell Modellannahmen Ergebnisse Diskussion 17.09.2018

Der Primärenergieverbrauch ausgewählter europäischer Saaten [PBtu] Country 1980 1990 2000 2001 1980/1990 [%] 1990/2000 [%] 2000/2001 [%] Belgien 2,0 2,2 2,8 7,2 31,0 -1,9 Deutschland 14,9 14,8 14,2 14,4 -0,8 -4,2 1,2 Frankreich 8,5 8,8 10,4 10,5 4,0 17,7 1,5 Großbritannien 9,3 9,8 5,0 5,4 0,3 Italien 6,2 7,0 8,0 8,1 13,2 13,7 1,8 Niederlande 3,2 3,4 3,9 4,2 5,5 16,3 7,9 Schweden 2,1 2,3 5,1 3,5 -1,6 Spanien 5,7 21,9 39,3 Quelle: IEA 17.09.2018

Die Struktur des Primärenergieverbrauchs in Spanien im Jahr 2001 und Prognosen bis 2011   2001 2006 2011 2006/2001 2011/2006 2011/2001 [ktoe] [%] Kohle 21.635,0 17,3 17.999,0 12,0 14.363,0 8,2 -16,8 -20,2 -33,6 Öl 64.663,0 51,7 75.315,0 50,3 83.376,0 47,6 16,5 10,7 28,9 Gas 15.223,0 12,2 26.905,0 18,0 39.305,0 22,5 76,7 46,1 158,2 Kernenergie 16.211,0 13,0 16.570,0 11,1 16.602,0 9,5 2,2 0,2 2,4 Erneuerbare 7.061,0 5,6 12.464,0 8,3 20.956,0 76,5 68,1 196,8 Stromsaldo 382,0 0,3 385,0 0,8 0,0 Total 125.175 100,0 149.637,0 174.986,0 19,5 16,9 39,8 Quelle: IEA 17.09.2018

Fakten zum Strommarkt fünftgrößter Markt in Europa (236,12 TWh im Jahr 2001) seit 1998 ein Wachstum von über 20 % Verbrauchsprognose für das Jahr 2011 316 TWh ~ durchschnittliches jährliches Wachstum von 3,75 % Vergleich: Rest EU-15 nur 1,7 % im selben Zeitraum 17.09.2018

Rahmen für die Zukunft nach EU-Richtlinie 2001/77 Anteil an Erneuerbaren Energien 2010 29,4% am Bruttostromverbrauch ~ 93.000 TWh laut Verbrauchsprognosen Beschränkung der THG-Emissions-Zunahme bis 2012 auf 15% bezüglich des Basisjahres 1990 vollständiger Wettbewerb auf den Energiemärkten 17.09.2018

Struktur der Stromerzeugung - Vergleich der Situation im Jahr 2000 mit der Prognose 2011 35,9 27,8 9,7 9,9 16,9 15 19,4 33,1 4,1 29,4 5 10 20 25 30 35 40 Kohle Kernenergie Gas Öl Erneuerbare Anteil in % 2000 2011 Quelle: Gas&Infrastruktur-Plan Spaniens 2002 17.09.2018

Die installierte Leistung im Vergleich des Jahres 2001 zum Ziel 2011 inst. Leistung 2001 [MW] Ziel 2011 [MW] Wind 3.337 13.000 kleine Wasserkraft 1.607 2.380 Biomasse 164 3.098 Biogas 45 78 Solarthermie 200 Photovoltaik 16 144 Summe 5.169 18.900 Quelle: Gas&Infrastruktur-Plan Spaniens 2002 17.09.2018

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Rechtliche Rahmen seit 1980 besteht die Förderung erneuerbarer Energien in Spanien (Gesetz 82) heute als Special System verankert im EWG 54/1997 präzisiert mit dem KD 2818/1998 teilweise verändert und erweitert mit dem KD 841/2002 17.09.2018

Das Wichtigste in Kürze Einteilung in Gruppen nach Erzeugungsarten bis 2002 keine Unterscheidung zwischen Photovoltaik und Solarthermischen Kraftwerken → gleicher Vergütungssatz für beide Techniken mit KD 841/2002 wurde die Gruppe b.1.2 eingeführt Anlagen dürfen ausschließlich Solarthermie als Primärenergiequelle nutzen 17.09.2018

Vergütungsregeln Prämie zuzüglich Marktpreis 2. Festpreis R Vergütung [€/kWh] Pr Marktpreis pro Stunde nach Art. 24 KD 2818/1998 [€/kWh] Pm Prämie nach KD 841/2002 oder KD 2818/1998 [€/kWh] ER Ergänzungswert für Blindleistung [€/kWh] 2. Festpreis Fester Vergütungssatz nach KD 2818/1998 oder 841/2002 17.09.2018

Ausgewählte Prämien und Festpreise für verschiedene Erzeugungstechniken Gruppe Erzeugungsart Prämie [€/kWh] Festpreis [€/kWh] Quelle b.2 Windkraft 0,026640 0,062145 KD 1802/2003 b.3 Geothermie, Gezeitenkraftwerke 0,029464 0,064909 b.4 Wasserkraft ≤ 10 MW b.6 Biomasse primär 0,033250 0,068575 b.7 Biomasse sekundär 0,025136 0,060582 b.1.1 Photovoltaik ≤ 5kW 0,360607 0,396668 KD 841/2002 Photovoltaik > 5kW 0,180304 0,216364 b.1.2 Solarthermische Kraftwerke 0,120202 kein Festpreis 17.09.2018

Weitere Fakten zu der Vergütung Obergrenze für die installierte Leistung von 50 MW Prämien und Festpreise werden alle 4 Jahre evaluiert Anpassung an Inflation, Marktsituation, etc. bei offensichtlichem Bedarf kann auch außerhalb des Turnus verändert werden 17.09.2018

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Die Geschichte der Technik 1816 Der Schotte Robert Stirling erfindet den Stirlingmotor 1906 Erste Arbeiten an solarthermischen Kraftwerken in den USA 1913 Versuche mit einem 50-PS-Parabolrinnen-System in Ägypten 1968 Erste Versuche mit einer 130-kWth-Solarturm-Versuchsanlage in Italien 1981 Fertigstellung der 0,5-MWel-SSPS-Solarturm-Versuchsanlage in Almería, Spanien 1982 Fertigstellung des 10-MWel-»Solar One Solarturm«-Versuchskraftwerks in Barstow, USA 1983 Fertigstellung der 1,0-MWel-CESA-Solarturm-Versuchsanlage in Almería 1984 Bau des ersten kommerziellen Parabolrinnen-Kraftwerks SEGS I mit 14 MWel in den USA 1990 Bau des bisher letzten kommerziellen Parabolrinnen-Kraftwerks SEGS IX mit 80 MWel in den USA Quelle: Volker Quaschning 17.09.2018

Solare Turmkraftwerke Quelle: Volker Quaschning 2000 17.09.2018

Solare Dish Anlagen Quelle: Volker Quaschning 2000 17.09.2018

Parabolrinnenkraftwerk Kramer Junction (Kalifornien/USA) Quelle: NREL 17.09.2018

Kollektoreinheit Quelle: Solar Paces 17.09.2018

Prinzipbild eines Parabolrinnenkraftwerks mit Salzspeicher Quelle: NREL 17.09.2018

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Vorgehen Ermittlung jährlicher Durchschnittskosten der Stromerzeugung nach Verfahren der OECD Variablen als Verteilung in ein Modell eingespeist (Monte-Carlo-Simulation) → liefert Verteilung der Gestehungskosten Betrachtung der Erzeugermarktpreise der letzten 2 Jahre in Spanien → liefert Verteilung der Gesamtvergütung 17.09.2018

variable Betriebskosten Jährliche Kosten fixe Betriebskosten Versicherungen variable Betriebskosten Instandhaltung und Wartung Personalkosten Investitionskosten Bauherreneigenleistungen Zinsen während Bauzeit kalk. Abschreibungszeit Kapitalgebundene Kosten Betriebskosten 17.09.2018

Barwert der Gesamtkosten BWGK Barwert der gesamten Kosten ohne Abrisskosten [€] KKn kapitalgebundene Kosten im n-ten Betriebsjahr [€] BeKn gesamte Betriebskosten im n-ten Betriebsjahr [€] ir Realer kalkulatorischer Zinssatz [%] n Betriebsjahr np Planungshorizont [a] 17.09.2018

Nivellierte Kosten AN Annuitätsfaktor ir Realer kalkulatorischer Zinssatz [%] np Planungshorizont [a] NEK nivellierte Erzeugungskosten ohne Abrisskosten NAK nivellierte Abriss- und Rückbaukosten NGK nivellierte Gesamtkosten 17.09.2018

Stromertrag und Gestehungskosten SM Strommenge [kWh/a] SA Solarfeldfläche [m2] DNI Solare Direkteinstrahlung [kWh/m2*a] µ Anlagenwirkungsgrad KStrom Stromgestehungskosten NGK nivellierte Gesamtkosten 17.09.2018

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Monte-Carlo-Methode alle Preise gehen als logarithmische Normalverteilung in das Modell ein als Standardabweichung wird der Wert 0,1 für alle Preise angenommen 17.09.2018

Anlagenparameter Installierte Nettoleistung [MW] 50 Parasitics [MW] 5 Solarfeldfläche m2 539.460 Speichereinheit [h] 9 Kollektortyp Euro Trough 150 Speichertyp 2-Tank, Molten Salt Anlagenwirkungsgrad [%] 14-15 17.09.2018

Berechnung des realen kalkulatorischen Zinssatzes ir realer kalkulatorischer Zinssatz [%] EK Eigenkapital [€] GK Gesamtkapital [€] FK Fremdkapital [€] rEK Eigenkapitalrendite [%] i Fremdkapitalzins [%] p erwartete Inflationsrate [%] 17.09.2018

Annahmen und Ergebnisse der Zinsberechnung Fremdkapitalquote [%] 66,66 Eigenkapitalquote [%] 33,33 Fremdkapitalzins (Mittelwert) [%] 4,5 Eigenkapitalrendite [%] 15 - 25 erwartete jährliche Inflationsrate [%] 2,5 realer kalkulatorischer Zins [%] 7,18 (Mittelwert) 17.09.2018

Annahmen für kapitalgebundene Kosten spezifische Investitionskosten [€/kW] 3.858 Bauherreneigenleistung [%] 15 Zinssatz während Bauzeit [%] 8,3 kalkulatorische Abschreibungszeit [a] 25 Planungshorizont [a] Bauzeit [a] 1 17.09.2018

Annahmen Betriebskosten Personalkosten 641.310 Versicherungskosten als Prozentsatz der Investitionskosten [%] 0,5 Instandhaltungs- und Wartungskosten [€/kW] 38,3 spezifische variable Betriebskosten [€/kWh] 0,0234 Kostensteigerungsfaktor [%] 1 bis 3 Betriebsjahre [a] 25 17.09.2018

Annahmen Stromertrag 549.360 effektive Spiegelfläche [m2] jährliche direkte Globalstrahlung [kWh/m2*a] 2000-2200 Anlagenwirkungsgrad [%] 14 bis 15 17.09.2018

Ablaufplan Energiemarkt in Spanien Rechtliche Situation für erneuerbare Energien Die Technik der Solarthermischen Stromerzeugung Erläuterungen zum Berechnungsmodell Modellannahmen Ergebnisse Diskussion 17.09.2018

Verteilung der Stromgestehungskosten nach Modellrechnungen 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,105 0,125 0,145 0,165 0,185 0,205 0,225 0,245 Stromgestehungskosten [€/kWh] Häufigkeiten [%] n =10.000 Mittelwert = 0,154 17.09.2018

Verteilung der Marktpreise plus Prämie 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,13 0,15 0,17 0,19 0,21 0,23 0,25 Gesamtvergütung [€/kWh] Häufigkeiten [%] n = 17.523 Mittelwert = 0,162 17.09.2018

Vergleich der beiden Verteilungen 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19 0,21 0,23 0,25 SGK/Gesamtvergütung [€/kWh] Häufigkeiten [%] Marktpreis plus Prämie SGK 17.09.2018

Risikobetrachtung Annahme: Irrtumswahrscheinlichkeit von 5% Mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% SGK von weniger als 0,183 €/kWh Mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% liegt die Vergütung über 0,142 €/kWh 17.09.2018

Risikobereich 0,142 0,183 Vergütung SGK 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19 0,21 0,23 0,25 SGK/Gesamtvergütung [€/kWh] Häufigkeiten [%] Vergütung SGK 0,142 0,183 17.09.2018

im Falle einer Investition ! Sehr hohes Risiko im Falle einer Investition ! 17.09.2018

Möglichkeiten der Situationsverbesserung 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,105 0,125 0,145 0,165 0,185 0,205 0,225 0,245 Stromgestehungskosten [€/kWh] Häufigkeiten [%] Erhöhung der Vergütung Reduktion der Kosten 17.09.2018

Kostenkomponenten eines Rinnenkraftwerks 2% 59% 18% 3% Structures and Improvements Solar Collection System Thermal Storage System Steam Geneneration System Power Block 17.09.2018

Möglichkeiten der Kostenreduktion Anlagenvergrößerung Verbesserung der Receivertechnik Hybridsysteme Entwicklung in der Speichertechnologie Reduktion der Betriebskosten andere Finanzierungsmöglichkeiten 17.09.2018

Effekt der Anlagenvergrößerung 0,204 0,137 0,11 0,094 0,084 0,076 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 10 25 50 100 200 400 Anlagengröße [MW] Stromgestehungskosten [US$/kWh] Quelle: NREL 2002 17.09.2018

Möglichkeiten der Kostenreduktion Anlagenvergrößerung Verbesserung der Receivertechnik Hybridsysteme Entwicklung in der Speichertechnologie Reduktion der Betriebskosten andere Finanzierungsmöglichkeiten 17.09.2018

Möglichkeiten der Kostenreduktion Anlagenvergrößerung Verbesserung der Receivertechnik Hybridsysteme Entwicklung in der Speichertechnologie Reduktion der Betriebskosten andere Finanzierungsmöglichkeiten 17.09.2018

Möglichkeiten der Kostenreduktion Anlagenvergrößerung Verbesserung der Receivertechnik Hybridsysteme Entwicklung in der Speichertechnologie Reduktion der Betriebskosten andere Finanzierungsmöglichkeiten 17.09.2018

Effekt verschiedener Speichertechniken 0,11 0,105 0,101 0,096 0,091 0,09 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 kein Speicher 2-Tank indirekt TC direkt 2-Tank direkt 450°C 500°C Stromgestehungskosten [US$/kWh] Quelle: NREL 2002 17.09.2018

Möglichkeiten der Kostenreduktion Anlagenvergrößerung Verbesserung der Receivertechnik Hybridsysteme Entwicklung in der Speichertechnologie Reduktion der Betriebskosten andere Finanzierungsmöglichkeiten 17.09.2018

Möglichkeiten der Kostenreduktion Anlagenvergrößerung Verbesserung der Receivertechnik Hybridsysteme Entwicklung in der Speichertechnologie Reduktion der Betriebskosten andere Finanzierungsmöglichkeiten 17.09.2018

Effekt einer Zinssenkung 0,050 0,070 0,090 0,110 0,130 0,150 0,170 0,190 0,210 2,5 5 7,5 10 realer kalkulatorischer Zinssatz [%] Stromgestehungskosten [€] 17.09.2018

Prognosen für Kostenreduktion Quelle: NREL 2003 17.09.2018

Neue Vergütungsregeln I seit 27. März 2004 Königliches Dekret 463/2004 Festpreis und Prämie Festpreis: 300 Prozent eines Referenzpreises für die ersten 25 Jahre nach Inbetriebnahme, danach 240 Prozent Prämie: 250 Prozent eines Referenzpreises für die ersten 25 Jahre; danach 200 Prozent 17.09.2018

Neue Vergütungsregeln II Cap bei 200 MW installierte Leistung der Referenzpreis beträgt für das Jahr 2004 7,2072 cent/kWh → Festpreis: 21,6216 cent/kWh → Prämie: 18,018 cent/kWh Referenzpreis steigt real für die kommenden Jahre 17.09.2018

Vergleich Risikobereich mit neuer Festvergütung 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19 0,21 0,23 0,25 SGK/Gesamtvergütung [€/kWh] Häufigkeiten [%] Vergütung SGK Vergütung nach KD 436/2004 17.09.2018

Ablaufplan Energiemarkt in Spanien Rechtliche Situation für erneuerbare Energien Die Technik der Solarthermischen Stromerzeugung Erläuterungen zum Berechnungsmodell Modellannahmen Ergebnisse Diskussion 17.09.2018

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !!! 17.09.2018