Energiesysteme
an einem geeigneten Standort die Amortisation der Investition in einem angemessenen Zeit-rahmen, die sinkende Höhe der Vergütung abhängig vom Baujahr der Anlagen fordert technologische Entwicklungen, die zu sinken-den Kosten für die Anlagen führen. Langfristig soll sich diese Förderung damit erübrigen. Die Förderung ist somit eine gemeinsam getragene Investition in zukünftige Energiesysteme, im Falle des EEG aller Stromkunden.
Diese gemeinsame Investition soll die notwen-digen finanziellen Ressourcen möglichst effizient einsetzen, d. h., es sollten vorrangig Technologien gefördert werden, die die Energieversorgung sicherstellen und Wirtschaftlichkeit erreichen können. Hier spielt die Analyse der erneuerbaren Ressourcen eine wichtige Rolle. Abb. 1zeigt eine Kaskade zur Entwicklung von Markeinfüh-rungsstrategien für erneuerbare Energien. Am Anfang steht die Analyse der verfügbaren Ressourcen: Wie viel Sonnenstrahlung ist wo vorhanden, wo weht wie viel Wind, wie viel Wasser fließt durch die Flüsse, wo gibt es Wärme führende Schichten in welcher Tiefe und mit welcher Temperatur, wie viel Biomasse steht für energetische Zwecke zur Verfügung?
Die Erstellung von Karten der verfügbaren Ressourcen ist der erste Schritt zur Entwicklung erneuerbarer Energien in einer Region. Doch allein die Information über die Ressource ist nicht ausreichend, vielmehr sind auch technische, ökologische und sozioökonomische Restriktionen bei der Bestimmung der Potenziale zu
beachten. Verfügbare Flächen, Infrastruktur und weitere Faktoren bestimmen die tatsächlich nutzbaren Energiemengen. Mit Informationen zu Ressourcen, technologischen und ökono-mischen Modellen können in einem zweiten Schritt technische und ökonomische Potenziale abgeschätzt werden. Hier zeigt sich, welche Technologien in einer Region in welchem Umfang zur Energieversorgung beitragen können. Der Beitrag der Energiemeteorologie zur Analyse und Entwicklung von Märkten für erneuerbare Energien ist die Abschätzung dieser Potenziale auf Basis meteorologischer Daten und technologischer Modelle, die daraus die potenziellen Erträge modellieren können.
Basierend auf den Potenzialen können Szenarien erstellt werden, die Wege aufzeigen, in welcher Form und in welchem Zeitrahmen erneuerbare Energien zur Energieversorgung beitragen kön-nen. Diese Szenarien können dann zur Entwick-lung von Strategien und letztendlich Instrumen-ten wie dem EEG genutzt werden. Mit den Instrumenten werden dann die politischen und ökonomischen Rahmenbedingungen gesetzt, die zu Investitionen in erneuerbare Energie-systeme führen.
Beispiel: Abschätzung der Potenziale für solarthermische Kraftwerke
Große konzentrierende Solarkraftwerke benö-tigen die Komponente der solaren Einstrahlung, die direkt aus der Richtung der Sonne kommt.
Denn nur diese lässt sich in optischen Systemen konzentrieren. Konzentrierende thermische Solarkraftwerke haben typischerweise eine Leistung von mehreren MW und benötigen dafür entsprechend große Flächen für das Kollektorfeld. Für eine Markteinführung müssen also ein entsprechendes Niveau der Direkt-strahlung sowie genügend geeignete Flächen zur Verfügung stehen. Die Frage, welche am Anfang steht, lautet: Wie viele geeignete Stand-orte gibt es (technisches und ökonomisches Potenzial)? Abb. 2zeigt die Summe der Direkt-normalstrahlung im Jahr 2002 im Mittelmeer-raum. Solarthermische Kraftwerke brauchen in der Regel ein Strahlungsniveau von mindestens 1.800 kWh/Jahr. Dieses wird in einigen südeuro-päischen Regionen aber vor allem im
nord-afrikanischen Raum erreicht. 23
Abbildung 1 Kaskade zur Entwicklung von Markteinführungs-strategien für erneuerbare Energien
Geeignete Flächen müssen hinreichend eben (z. B. unter 1 % Steigung), von einer festen Bodenbeschaffenheit und keiner konkurrieren-den Nutzung unterlegen sein. Daher werkonkurrieren-den unebene Landschaften, Feuchtgebiete, Wüsten mit Wanderdünen, Siedlungsgebiete, Natur-schutzflächen und Ähnliches ausgeschlossen.
Aus diesen Kriterien kann eine Ausschlussmaske erstellt werden, die nur noch geeignete Stand-orte übrig lässt. Abb. 3zeigt eine solche Maske für die Länder Spanien, Portugal und Marokko.
Auf der Iberischen Halbinsel werden viele Stand-orte aufgrund der vorhanden Landnutzung, zu großer Hangneigung und ihres Schutzstatus ausgeschlossen. In Marokko sind die Hänge des Atlasgebirges der Hauptgrund für den Ausschluss.
Die Karten in Abb. 2und Abb. 3können zu einer Karte des technischen Potenzials zusammen-geführt werden. Abb. 4zeigt dies für Spanien, wo nur noch die Einstrahlung an geeigneten Standorten dargestellt ist.
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Abbildung 2 Jährliche Summe der Direktnormal-strahlung im Jahr 2002 in kWh/m2a[5]
Abbildung 3 Ausschlussmaske für große solarthermische Kraftwerke in
Spanien, Portugal und Marokko[3]
<600 738 875 1013 1150 1288 1425 1563 1700 1838 1975 2113 2250 2388 2525 2663>=2800 kWh/m2/a
no exclusion criteria
industrial, infrastructural and military use hydrographic exclusion feature protected area
land cover as exclusion feature geomorphologic exclusion feature slope as exclusion feature
Aus einer solchen Karte können nun die tech-nischen und ökonomischen Potenziale abgeschätzt werden. Mit Hilfe eines Techno-logiemodells werden für jeden potenziellen Standort die Stromgestehungskosten bestimmt.
Abb. 5 zeigt die Anzahl der Standorte mit ver-schiedenen relativen Stromgestehungskosten in Spanien, Portugal und Marokko. Abhängig von den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen kann hier heraus das ökonomische Potenzial für solar-thermische Kraftwerke in der Region bestimmt werden.
Standortsuche
Nach der Bestimmung des technischen und ökonomischen Potenzials muss nun eine weitere Frage beantwortet werden: Wo sind die besten Standorte, an denen Solarenergie mit den niedrigsten Stromgestehungskosten erzeugt werden kann? An diesen Standorten kann die Wirtschaftlichkeit am ehesten erreicht werden und der Investor seinen Gewinn maximieren, bzw. durch eine geeignete Wahl von Standorten kann der Bedarf an Förderung für die Markt-einführung minimiert werden.
Diese Frage kann mit Hilfe von geographischen Informationssystemen beantwortet werden, in-dem unter Hinzunahme von meteorologischen Daten an jedem Standort der potenzielle Ertrag, die Betriebs- und die Investitionskosten
berechnet werden. Auch letztere haben einen Raumbezug, z. B. die Entfernung zur nächsten Infrastruktur (Straßen, Stromnetz), verschiedene Kühlungstechniken in Abhängigkeit vom Abstand zu verfügbarem Kühlwasser, Versiche-rungskosten in Abhängigkeit von Naturrisiken (Hagelschlag, Erdbeben, Stürme). Eine
25 Abbildung 4
Jährliche Summe der Direktnormal-strahlung in Spanien im Jahr 2002 an für große konzentrierende Kraftwerke geeigneten Standorten [5]
Abbildung 5 Anzahl der Pixel mit verschiedenen relativen Strom-gestehungskosten in Spanien, Portugal und Marokko [3]
0 150 299 449 598 748 897 1047 1197 1346 1496 1645 1795 1944 2094 2243 2393
80
0
0,000,501,001,502,503,504,505,506,507,508,509,50 10,50
13,00 15,50
18,00 20,50
25,50
>25,5
70 60 50 40 30 20 10
Kosten (€-cent/kWh) AnzahlTausende
detaillierte Beschreibung einer solchen Analyse für solarthermische Kraftwerke findet sich z. B.
in [2,3].
Abb. 6 zeigt am Beispiel großer solarthermischer Kraftwerke eine solche Karte mit relativen Stromgestehungskosten für Spanien, Portugal und Markokko. Innerhalb von Markokko schwanken die Kosten um etwa 5 Eurocent pro kWh, im gesamten Untersuchungsgebiet um bis zu 25 Eurocent. Eine gute Standortwahl ist entscheidend für die Wirtschaftlichkeit. Die besten Standorte liegen hier südlich des
Atlasgebirges und im Bereich der mittleren Atlantikküste, in Spanien befinden sie sich im Süden des Landes.
Projektentwicklung
Abb. 7zeigt die notwendigen Schritte bei der Entwicklung und Realisierung eines Kraftwerks-projektes. Diese beginnt mit der Suche nach einem geeigneten Standort. Dazu wird zunächst eine Karte der fügbaren Ressource ähnlich Abb. 2benötigt. Als zeitliche Auflösung reichen im Fall der Solarenergie Jahres- und ggf.
Monatswerte. Die räumliche Auflösung sollte allerdings möglichst hoch sein, um auch kleine räumliche Änderungen aufzulösen. Mit diesen Daten kann eine erste ökonomische Abschät-zung für das Projekt gemacht werden bzw. eine Karte wie in Abb. 6erstellt werden. Ist der Standort gefunden, erfolgt das Engineering des Kraftwerks. Für die Simulation des Kraftwerks werden jetzt auch detaillierte standortspezifische Zeitreihen benötigt, um die einzelnen Kompo-nenten richtig zu dimensionieren. Diese Zeit-reihen sollten einen langen Zeitraum abdecken, damit möglichst viele verschiedene Witterungs-situationen (gute Jahre, schlechte Jahre, ver-schiedene Jahresläufe) evaluiert werden können.
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Abbildung 6 Relative Stromge-stehungskosten für ein solarthermisches Kraftwerk in Marokko [3]
Abbildung 7 Schritte der Projekt-entwicklung und Realisierung eines solarthermischen Kraftwerks
non-suitable
best sites with lowest LEC +0.5 €-cent
+1.0 €-cent +1.5 €-cent +2.5 €-cent +3.5 €-cent +4.5 €-cent +5.5 €-cent +6.5 €-cent +7.5 €-cent +8.5 €-cent +9.5 €-cent +10.5 €-cent +13.0 €-cent +15.5 €-cent +18.0 €-cent +20.5 €-cent +25.5 €-cent
>+25.5 €-cent