Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher Dr. Ulf Herrmann, FLAGSOL GmbH EnergieSpeicherSymposium Stuttgart 2013, DLR

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Page2 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Inhalt

1. Vorstellung Konzept

2. Motivation

3. Anwendungsbeispiel

4. Zusammenfassung

Page3 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

CSP (Concentrated Solar Power) Technology Prinzip Solarthermische Stromerzeugung

Page4 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

CSP Technology Prinzip Parabolrinnenkollektor

Page5 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

CSP Technology Prinzip Solarfeld

AbsorberTube

Reflector

Cold Header

Hot Header

Typical HTF Parameters HTFout = 393°C HTFin = 293°C

Page6 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Solar Thermal Power Technology Power Generation Principle

Solar Field Heat Storage Power Block Steam

generation

Heat Steam Power

Page7 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Aufstellungsplan 2-Tank Flüssigsalzspeicher

Cold Salt Tank Hot Salt Tank

Cold salt pump

Hot salt pump

Immersion heater (typical of 4)

Immersion heater (typical of 4)

Oil-to-salt heat exchanger (typical of 6)

Distribution ring header

Distribution ring header

Cooing air pipes (typical of 24)

Cooing air pipes (typical of 24)

Isolation valve (typical of 4)

13 m

Distribution ring header

Immersion heater

(typical of 4)

Cooling air pipes (typical of 24)

Isolation valve

(typical of 4)

Oil-to-salt heat exchangers

(typical of 6)

Cold Salt Tank Hot Salt Tank

Hot salt pump

Cold salt pump

Elevated platform

Immersion heater

(typical of 4)

40 m

38 m 38 m

Page8 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Technical Parameter

• Type: 2-Tank Molten Salt Storage

• Storage Fluid: Nitrate salt mixture (60% NaNO3 and 40% KNO3)

• Melting Point of Fluid: 223°C

• Storage Capacity: 1010 MWh (~7.5 hrs full load operation)

• Storage Tank Size: 14 m height 37 m diameter

• Salt Mass: 27 500 tons

• Flow Rate: 953 kg/s

• Cold Tank Temperature: 292°C

• Hot Tank Temperature: 386°C

• Annual Storage Efficiency: ~95%

Page9 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Typischer Tagesverlauf

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5

Hour of Day [h]

Inso

latio

n [W

/m²]

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Pow

er [M

W]

direct normal irradiation

thermal energy collected by the Solar Field

heat flow to power block

heat flow to storage

dumped energy

heat flow from storage

produced electricity

Page10 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

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1. Vorstellung Konzept

2. Motivation

3. Anwendungsbeispiel

4. Zusammenfassung

Page11 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Warum Speicher? • Solarkraftwerke haben typischerweise eine Kapazitätsfaktor von ca. 2000

Volllaststunden im Jahr

• mit Hilfe eines Speichers können die Volllastunden auf über 4000 erhöht werden

• Dadurch kommt es zu einer besseren Ausnutzung des Powerblocks

• Überbrückung transienter Wetterbedingungen und damit Vergleichmäßigung der Produktion

• Dadurch läuft die Turbine öfter auf Volllast bei hohem Wirkungsgrad

• Entkopplung zwischen Solarstrahlung und Stromproduktion ist möglich

Dadurch wird der Wert des Solarstroms erhöht

Solarthermischer Strom ist mit Speicher wirtschaftlicher

Page12 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Spezifische Speicherkosten

Page13 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

LCOE (Levelized Cost of Electricity)

Page14 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Vergleich LCOE CSP vs. PV mit Speicher

0

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150

200

250

300

0 1 3 6 9 12 15

LCO

E [€

/MW

h]

Speicherkapazität in Volllaststunden

CSPPV

Page15 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Inhalt

1. Vorstellung Konzept

2. Motivation

3. Anwendungsbeispiel

4. Zusammenfassung

Page16 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Anwendnungsbeispiele

• Andasol 1: Speichergröße ~1000 MWhth (~7.5 Volllaststunden) am Netz seit 12/2008

• Andasol 2: Speichergröße ~1000 MWhth (~7.5 Volllaststunden) am Netz seit 06/2009

• Andasol 3: Speichergröße ~1000 MWhth (~7.5 Volllaststunden) am Netz seit 01/2012

• Los Arenales: Speichergröße ~1000 MWhth (~7.5 Volllaststunden) geplante Inbetriebnahme Herbst 2013

Page17 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

3D Plant model of TES area

Page18 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Andasol in der Bauphase

Page19 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Andasol im Bau

Page20 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Andasol 1

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Andasol 3

Page22 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Beispiel Betriebstag

Page23 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Beispiel Betriebstag

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Inhalt

1. Vorstellung Konzept

2. Motivation

3. Anwendungsbeispiel

4. Zusammenfassung

Page25 Speicherrelevanz für CSP, Technologiebeispiel Flüssigsalzspeicher

Zusammenfassung

• Flüssigsalzspeicher für CSP Kraftwerke sind Stand der Technik und sind seit mehreren Jahren im kommerziellen Einsatz

• Typische Speichergrößen liegen zwischen 6 und 12 Volllaststunden

• Speicher helfen die Wirtschaftlichkeit von CSP Projekten zu verbessern

• Entkopplung von Angebot und Nachfrage ist möglich

• Dadurch wird der Wert des Solarstroms erhöht