Kostenvergleich eines PV-Wind-Methan-Kraftwerkes gegen fossile Rohstoffe in Abhängigkeit vom globalen Standort
Wo auf der Erde ist ein 100-%-EE-Kraftwerk gegen fossile Energie konkurrenzfähig?
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| Hybrides PV-Wind-Methankraftwerk als Baustein eines nachhaltigen Energiesystems rot Stromnetz, violett Wärme, schwarz mechanische Energie, gelb Methan, blau Wasserstoff, grau Kohlendioxid; RPM Methanherstellung, CHP Kraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung, CCS Kohlendioxidspeicherung Quelle: Ch. Breyer et. al (2011) (1) blauer Rahmen: Systemgrenze des Hybridkraftwerkes (Ergänzung durch G. Mair) |
Zielsetzung
Die Studie von Ch. Breyer et al. (2011) (1), aus der im folgenden Teilergebnisse berichtet werden, prüft, wo auf der Erde ein PV-Windkraftwerk mit der notwendigen Methanerzeugung gegen fossile Kraftwerke kostenmäßig konkurrenzfähig wäre.
Annahmen
- der Energieeintrag von Wind und Sonne wird global raumaufgelöst betrachtet (Auflösung 1 Grad / 1 h).
- die Anlage besteht aus einer Kombination von PV, Windkraft, GuD (zweistufiges Gas- und Dampf-Kraftwerk) und Methanherstellung im notwendigen Maß, um konstante Stromlieferung zu gewährleisten. Siehe Schema rechts (Kraftwerks-komponenten blau umrahmt).
- Es werden nur die Kosten der Stromherstellung berücksichtigt (kein Wärmeverbund).
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| Auswahl aus Kostenparametern für Systemkomponenten und Ölpreiskopplung von Gas und Kohle GuD Gas und Dampf; CCS (Carbon Capture and Storage) CO2-Speicherung, FK Fertigungskosten Quelle: Daten übernommen aus Ch. Breyer et al. (2011) (1) |
- die Kostenparameter (Bezugsjahr 2020) sind in der Tabelle rechts dargestellt, inklusive der Ausbeuten und der Annahmen zur Kopplung von Kohle- und Gaspreisen an den Ölpreis. Es wurde mit 6 % Kapitalkosten gerechnet.
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| Volllaststunden (VLh) für PV-Wind-Kraftwerke blau: 1000 VLh bis rot: 5000 VLh Quelle: Ch. Breyer et al. (2011) (1) |
Durchschnittskosten für PV-Wind-Kraftwerke im Jahr 2020 rot: 20 €/M Wh bis blau: 100 €/MWh (entsprechend 2 bis 10 Cent/kWh) Quelle: Ch. Breyer et al. (2011) (1) |
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| Durchschnittskosten PV-Wind-Methan-GuD-Kraftwerke 2020 CO2-Gewinnung aus der Luft, 5000 Volllaststunden (bezogen auf die Stromkapazität der Kombianlage) rot: 50 €/MWh bis blau: 450 €/MWh (entsprechend 5 bis 45 Cent/kWh) Quelle: Ch. Breyer et al. (2011) (1) |
Ergebnisse
Links oben sind die Volllaststunden (VLh) für PV-Wind-Kombinationen (je gleicher Kapazität) dargestellt, wobei die VLh zusammengezählt sind. Rechts oben entsprechend die durchschnittlichen Energiekosten dieser Anlagen. In guten PV-Lagen (z. B. Nordafrika) oder guten Wind-Lagen (z. B. Großbritannien) oder geeigneten Kombinationen (z. B. Nordwesteuropa) resultieren Kosten unter 5 Cent/kWh (rot bis gelb dargestellt).
Wird die notwendige Methanherstellung mit zugehörigem Speicher und GuD-Kraftwerk ergänzt (Abb. rechts), steigen die Kosten auf grob das Dreifache; die oben genannten Lagen erreichen dann Kosten von etwa 10-15 Cent/kWh (orange).
Unten links ist dargestellt, in welchen Regionen ein EE-Kraftwerk gegen ein Kohle- oder fossiles Gaskraftwerk, beide mit CCS, konkurrenzfähig wäre (bei einem Ölpreis von 67 Eurocent/Liter).
Die Graphik unten rechts zeigt die Entfernung der Abnehmer. Beim oben genannten Ölpreis (rote Linie der Graphik) liegen mehr als 90 % der Erdbevölkerung innerhalb von etwa 800 km Reichweite der EE-Kraftwerke, ein Abstand, der noch mit Hochspannungs-Wechselstromtrassen überbrückt werden kann (darüber wird die Hochspannungs-Gleichstromübertragung ökonomischer).
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| Niedrigstkosten EE-Anlage gegen Gas oder Kohle mit CCS 2020 blau: Kombination PV-Wind-Methan; grün: Wind-Methan; Kostenvergleich mit fossilem Gaskraftwerk mit CCS bzw. Kohlekraftwerk mit CCS; jeweils 5000 Volllaststunden Ölpreis 150 US$/barrel (67 Eurocent/Liter) Quelle: Ch. Breyer et al. (2011) (1) |
Versorgungspotenzial mit Niedrigstkosten-EE-Anlage (Mio. Menschen) gegen Entfernung (km), für verschiedene Ölpreise 2020 violett: 50 US$/barrel (22 Eurocent/Liter); bis blau: 250 US$/barrel (1,10 Euro/Liter) Quelle: Ch. Breyer et al. (2011) (1) |
Interpretation
- Diese Studie betrachtet ausschließlich die Stromerzeugung. Eine Vermarktung der Abwärme würde die Kosten voraussichtlich senken.
- Kurzzeitspeicher für Fluktuationen im Minutenbereich sind nicht berücksichtigt.
- Der Niedrigstkostenvergleich (Graphik links oben) ist gegen fossile Kraftwerke mit CCS gerechnet. Heutige Kohlekraftwerke sind erheblich billiger, gegen diese würden EE-Kraftwerke erst im Bereich von 250 US$/barrel (1,12 €/Liter) die Kostenführerschaft übernehmen.
- Erdgasgestützte PV-Windkraftwerke (bei denen also die Methanherstellung und Speicherung entfiele) würden dagegen Kohlekraftwerke bereits bei unter 100 US$/barrel und Erdgaskraftwerke im Bereich von 150 US/barrel kostenseitig unterbieten.
- Aus den vorangehenden Seiten Kosten 100% EE Strom sowie Kosten 100% EE Strom + Wärme ist ersichtlich, dass dies etwa einer Konversion mit 70 % erneuerbarer Energie entsprechen würde.
Literatur:
(1) Ch. Breyer et al., "Hybrid PV-Wind-Renewable Power Methane Plants - an Economic Outlook", 6th International Renewable Energy Storage Conference (IRES 2011), Berlin (2011)