Präsentation zur gleichnamigen Diplomarbeit Frank Peter

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1 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

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

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

4 Was genau wurde gemacht ???

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

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

7 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

8 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 100,0 ,0 ,0 19,5 16,9 39,8 Quelle: IEA

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

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

11 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

12 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

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

14 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

15 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

16 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 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

18 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

19 Ablaufplan Energiemarkt in Spanien
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20 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

21 Solare Turmkraftwerke
Quelle: Volker Quaschning 2000

22 Solare Dish Anlagen Quelle: Volker Quaschning 2000

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

24 Kollektoreinheit Quelle: Solar Paces

25 Prinzipbild eines Parabolrinnenkraftwerks mit Salzspeicher
Quelle: NREL

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

27 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

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

29 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]

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

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

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

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

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

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

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

37 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

38 Annahmen Betriebskosten
Personalkosten 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

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

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

41 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

42 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 = Mittelwert = 0,162

43 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

44 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

45 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

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

47 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

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

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

50 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

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

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

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

54 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

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

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

57 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 [€]

58 Prognosen für Kostenreduktion
Quelle: NREL 2003

59 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

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

61 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

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

63 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !!!