Kosteneffektive Konfigurationen von solarhybriden Kraftwerken

Die angemessene Konstruktion von Solarkraftwerken ist eine der treibenden Kräfte bei der Weiterentwicklung und breiteren Nutzung von grünem Strom, dies gilt insbesondere für die Mittelmeerländer. Im Rahmen des SOLGATE-Projektes wurden kostenoptimierte solarhybride Stromnetzkonfigurationen in drei speziell ausgewählten Stromstärken untersucht und das Potenzial zur Kostensenkung solcher Systeme überprüft.

Im Rahmen dieses Projekt hat man sich auf die Entwicklung eines solarhybriden Stromnetzes mit direkter Beheizung der Gasturbinendruckluft konzentriert. Die Nutzung von kostenloser Solarenergie in Verbindung mit hocheffizienten kombinierten Kreislaufsystemen bzw. regenerierten Gasturbinen kann zu erheblichen Kostensenkungen im Bereich der Solarstromerzeugung führen.

In diesem Zusammenhang wurden drei verschiedene Gasturbinen zum Bau solarhybrider Kraftwerksprototypen für die kommerzielle Nutzung mit einem Leistungsbereich von 1MWe bis 20MWe ausgewählt. Eine der Optionen war dabei der Betrieb von PGT10 in Form einer kombinierten Kreislauf-Gasturbine (16100MW und 45% Effizienz). Zur Insolation dieser Turbinen wurden druckaufgeladene Solarreceiver für niedrige (maximal 600°C), mittlere (maximal 800°C) und hohe (maximal 1000°C) Temperaturen mit Sekundärkonzentratoren eingesetzt.

Das genutzte Konzentrationssystem umfasste einen Glas-Metall-Heliostat, und der Solaranteil von solarisierten Kraftwerksprototypen lag im Bereich von 38%-88%. Auf der Grundlage des optimierten Systementwurfs lieferten die jährlichen Leistungssimulationen wertvolle Informationen zum technischen, ökonomischen und ökologischen Potenzial der Kraftwerksprototypen. Diese Informationen wurden unter realistischen Standortbedingungen und durch den Einsatz zuverlässiger, aktueller Kostenannahmen gewonnen.

Je nach Systemgröße und -standort lag die solare elektrische Effizienz zwischen 14% und 19%. Insbesondere bei der Hochtemperaturkonfiguration von PGT10 konnten bis zu 0,15t/MWh CO2-Emissionen vermieden werden. Bei der Mitteltemperaturkonfiguration von PGT10 mit einem Solaranteil von 16% bei ganztägigem Betrieb waren die durchschnittlich angepassten Stromkosten sehr gering (0,06 Euro/kWh). Die inkrementellen Kosten für den Solarbeitrag mit Hinblick auf den Solarenergieanteil beliefen sich auf ca. 0,118 Euro/kWh.

Darüber hinaus hat der Systembetrieb während Sonnenstunden mit einer erhöhten Receivertemperatur eine bedeutende Zunahme des Solaranteils (ca. 53% für die Hochtemperaturkonfiguration) zur Folge. Diese Ergebnisse wurden in einem frei erhältlichen Projektbericht und in verschiedenen Beiträgen veröffentlicht, die belegen, dass die neue Technologie solarhybrider Gasturbinensysteme eine wichtige Möglichkeit zur Erzeugung erneuerbarer Energien ist.

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