Verslag van de 16de SolarPaces conferentie 21-24 september 2010 Door Evert du Marchie van Voorthuysen (Nederlandse tekst) en Marc Setzpfand (Engelse tekst) en met enkele toevoegingen van Pepijn van Kesteren. Locatie: Palais des Congres, Perpignan, Frankrijk 800 deelnemers waarvan 8 uit Nederland. 170 mondelinge presentaties en 100 posters.
Dinsdag 21 september Opening Door de voorzitter van SolarPaces Thomas Mancini (Sandia National Laboratories, USA) Spanje is nu het leidende land op CSP gebied, het heeft de USA ingehaald. Er is een grotere CSP capaciteit in bedrijf en er is 600 MW aan centrales in aanbouw. De economische crises heeft een grote invloed op de ontwikkeling van CSP door de grotere moeite om de centrales gefinancierd te krijgen. Er is sprake van competitie tussen PV en CSP, PV is in grootschalige toepassingen vaak al goedkoper geworden. Het grote voordeel van CSP boven PV is echter de opslagmogelijkheid van de energie in de vorm van warmte van hoge temperatuur, dat op een later tijdstip benut kan worden voor de opwekking van elektriciteit. Een tweede voordeel is dat CSP makkelijk kan worden toegevoegd aan bestaande fossiel aangedreven centrales, wat de relatieve kosten van CSP sterk drukt en het daarmee wel goedkoper maakt dan PV. Voor de noodzakelijke uitbreiding van duurzame energie nclusief CSP moet er een koolstof prijs komen. Er zijn nu 17 landen lid van SolarPace, Nederland is nog steeds geen lid. SolarPaces is een onderdeel, een zg. implementing agreement, van het International Energy Agency (IEA), dat weer een onderdeel van de OESO is. SolarPaces is onderverdeeld in een aantal taakgroepen, er is bv, een taakgroep voor ontzilting d.m.v. zonne-energie, task 6. Cédric Philibert (IEA, Frankrijk) Het IEA heeft afgelopen jaar twee roadmaps uitgebracht, voor CSP en voor PV. Het geeft een blik van CSP gezien in het perspectief van IEA. In de visie van het IEA is de rol van zonne-energie nu veel groter dan vroeger. In 2050 zullen de bijdragen van CSP en PV even groot zijn. Zij zijn complementair, door de betrouwbare beschikbaarheid van CSP dankzij de energieopslag kan er meer PV en wind worden geplaatst. De inherente fluctuaties kunnen dan worden opgevangen door CSP+energieopslag. In het IEA scenario met veel duurzame energie zullen CSP+PV samen 20% leveren. Dit decennium is cruciaal voor het nemen van de juiste politieke beslissingen. De scenario’s zijn allemaal haalbaar, maar alleen als bepaalde stappen elkaar opvolgen, waarbij de eerste stappen echt nú gezet dienen te worden. In 2020 zal CSP kunnen concurreren met fossiele centrales gedurende de piekuren.
1
José Alfonso Nebrera (voorzitter van ESTELA) ESTELA is de Europese brancheorganisatie voor CSP-bedrijven. Er zijn nu 12 CSP-centrales in bedrijf in Europa. De productie is boven verwachting. De Andasol centrales doen het beter dan verwacht. Maar de opwekkingskosten zijn wel hoog. Er worden nu in de USA 5 plants in aanbouw genomen met goedkopere kWh kosten dan verwacht in het rapport van Kearny. Sommigen zijn als baseload plants ontworpen, met warmteopslag. CSP helpt het probleem van wind en PV op te lossen. Punt van zorg: er zijn veel ambieuze programma's, maar de vergunningen procedure duurt te lang. We moeten agressief optreden. Er is technologische vooruitgang nodig. Volgens het rapport van Kearn zal CSP in 2025 kunnen concurreren, ESTELA denk dat dit al eerder het geval zal zijn. Er zijn een aantal welkomsttoespraken door lokale bestuurders, merendeels in het Frans, er werden vertaalkastjes uitgedeeld. Rainer Aringhoff (Desertec Industrial Initiative) The Desertec Concept – from a scientific vision to industrial reality – Dii's first concrete actions to help create large-scale Reference Projects in North Africa.
De eerste plannen voor import van zonnestroom uit Noord-Afrika dateren al uit de jaren 80. In 2003 werd TREC opgericht (Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation). Tegelijkertijd werd het Global Milennium Initiative voor CSP gelanceerd. Met steun van het BMU (Bundesministerium für Umwelt) werden in de jaren 2004-2007 op initiatief van TREC door het DLR (Duits Lucht en Ruimtevaart instituut) een aantal rapporten gemaakt ter voorbereiding van Desertec. In 2008 werd de Desertec Foundation opgericht en in 2009 werd het Desertec Industrial Innitiative gelanceerd. De filosofie is: Produceer daar waar de opbrengst het hoogst en de kosten het laagst zijn. Het gevaar van het tegenwoordig populaire Feed-IN is dat hiermee gestimuleerd kan worden dat er op de verkeerde plaatsen wordt geïnvesteerd, met een structureel te lage energie-opbrengst. Er staat op de wereld nu al 100 GW aan HVDC capaciteit (HVDC = lange afstands stroomtransport met gelijkstroom). De totale capaciteit aan CSP op de wereld is nu 820 MW, en het groeit nu meer dan 500 MW/jaar. Er is nu in bedrijf: 770 MW aan trogspiegelcentrales, 10 MW aan lineaire Fresnelspiegelcentrales 45 MW aan torens met heliostaat spiegels 2 MW aan schotelspiegels. Verder staat er 20 MW aan Concentrating PV, dus lenzen of spiegels die het zonlucht concentreren op zonnecellen. De gewone zonnecellen (PV = Photo-Volaics) hebben een flinke voorsprog op CSP, er staat nu voor 16 GW aan PV capaciteit op de wereld. Het Desertec plan behelst de massale invoer van elektriciteit in Europa uit de MENA landen (MENA = Middle-East & North-Africa), in 2050 komt 15% van de Europese elektriciteit uit MENA, het meeste uit CSP centrales, maar ook uit PV centrales en windparken, met een totale capaciteit van meer dan 100 GW. De landen die nu de grootste achterstand hebben in de transitie naar een duurzame energievoorziening, zoals de UK, Nederland, Ierland, Frankrijk hebben het meeste belang bij Desertec met HVDC verbindingen. Investeringen in Desertec-centrales en HVDC moeten dan wel meetellen onder de Europese voorwaarden en afspraken. Desertec heeft nu 17 aandeelhouders en 25 associated partners, het is allang niet meer alleen Duits. De opdracht is nu om de wettelijke en economische condities te scheppen voor het enorme plan. 2
Er wordt begonnen om referentieprojecten te definieren waarin alle onderdelen een rol spelen, ook het transport. Er komen 2 of 3 clusters met per cluster een capaciteit van 1 GW, waarschijnlijk allemaal in Marokko. Iedere cluster omvat diverse technologieen, maar wel of een flinke schaal, bv. 250 MW per project. Er wordt ook gewerkt aan een roll-out plan voor hele periode tot 2050. Er wordt een high-level businessplan gemaakt. Het grondgebruik van de verschillende CSP-technologieën: Parabolische trogspiegels: 3,25 ha/MW Lineaire Fresnelspieges: 1,45 Torens: 1,39 – 4,5 Schotels: 3,9 ha/MW.
Plenaire Sessie: CSP in the world. Rainer Aringhoff is voorzitter Luis Crespo (Protermosolar, Spanje) Situation and recent development of CSP in Spain. Er staat in Spanje nu 600 MW aan CSP-capaciteit. De prestaties van de warmte-opslag in de Andasol centrales overtreffen de verwachting. De 30 MW lineaire Fresnelcentrale van Novatec is ver gevorderd in de bouw. Eind 2013 zal er in Spanje 2423 MW in bedrijf zijn, van deze centrales krijgt 62% energieopslag. Wat gebeurt er na 2013? De regeling tot 2013 (een feed-in tariefvan bijna 27 cent/kWh voor CSP) wordt nog steeds politiek bestreden. Flexible Europese mechanismen gaan helpen: CSP door andere EU landen gefinancierd tellen mee in de landen die de financiering leveren, niet in de landen waar de installaties staan. Er is in Spanje ruimte voor 15 GW aan CSP op gemakkelijke plaatsen. Fred Morse (Abengoa Solar Inc, USA) CSP in USA De bouw van CSP-centrales wordt bedreigd door de milieu-fanatici en de militairen, welke de vergunningaanvragen sterk bemoeilijken. Milieu-fanatici kijken te weinig naar the bigger picture en zijn nu volgens Morse zelfs “beangstigde” dieren aan het redden, niet alleen meer uitstervenden. Militairen zijn bang voor de glare (weerspiegeling) van de spiegels, die het de piloten moeilijker kan maken goed te vliegen. Er zijn 27 projecten met getekende PPA's (PPA = Power Purchase Agreement). Hiervan gaat de bouw van 6 projecten voor eind van dit jaar beginnen. Na het tekenen van de PPA beginnen de moeilijkheden pas echt. De uitdagingen zijn: Het vinden van een terrein, het verkrijgen van de vergunningen, de financiering. Geen enkel bedrijf is krachtig genoeg om een CSP centrale van 200 miljoen dollar of meer zelf te fiancieren, er is project financing nodig en dat is lastig. Commerciele banken geven zo'n financiering niet. In de laatste jaren hebben slechts 2 projecten een financiering gekregen, onder voorwaarden, o.a. een zonnetoren van Bright Source. Er zijn geen CSP-projecten op land dat in eigendom is van de federale regering. De kosten voor het transport van de elektriciteit worden nu nog door private sector gedragen, dat moet anders. De controle is in handen van de afzonderlijke staten. Dus het transport van staat tot staat is heel lastig. Het moet naar het Federaal niveau worden gebracht. Het 280 MW Arizona project, met warmte-opslag, vergt 5 jaar bouw en is in 2013 klaar. De naam is Solana project en het past trogspiegels toe. Het Mojave 250 MW project heeft een trogspiegelveld met een rare vorm wegens de aanwezigheid van woestijneekhoorns op sommige percelen, hiervoor moet in de USA de CSP wijken. Deze aanpak heeft echter wel de lof van de milieu-organisaties gekregen (er was door BrightSource zelf gekozen om om de eekhoorns heen te bouwen), die daarna dan ook hebben meegewerkt aan de voortgang. 3
Georg Brakmann (Fichtner Solar GmbH) CSP in the MENA In 1980 werd het eerste plan voor waterstof uit MENA en transport hiervan naar Europa gelanceerd. De GEF van de Wereldbank stimuleert CP-projecten, 2 hiervan zijn under commissioning. Het Mediteranean Solar Plan van de Mediterrane Unie uit 2008 stimuleert CSP in Noord-Afrika. Het Desertec Concept, oorspronkelijk afkomstig van TREC, behelst ongeveer 400 miljard dollar aan investeringen. Er zijn 4 CSP-projecten in aanbouw: de ISCC (Integrated Solar Combined Cycle = gasturbines + stoomturbines + spiegelveld) Ain Beni Matar in Marokko, Hasni Rmel in Algerije en Kuraimat in Egypte, en de pure CSP-centrale Shams-1 bij Masdar City in de VAE. Taebeom Seo (Inha University, Korea) CSP in Asia In Korea geldt een feed-in tarief voor CSP van 25 $ct/kWh. Er wordt in Korea een kleine toren gebouwd van 200 kW met 600 kW aan energieopslagcapaciteit, het totale rendement is 13%. Japan heeft een feed-in wetgeving die lijkt op Korea. Er wordt in Japan gewerkt aan schuine fresnelspegelvelden en met heliostaat spiegelvelden met een beam-down systeem. Japan bouwt in Tunesie een heliostaat spiegelveld bij een combined cycle gascentrale, de bijdrage van de spiegels is 5 MW elektrisch. Verder een aantal opmerkingen over CSP in China en Australië. Hierna is er een panel discussie met de sprekers. De gespreksleider, Aringhof, stelt een zeer serieus probleem voor de CSP-sector ter discussie: “Onder gelijke klimaatomstandigheden zijn de kWh-kosten van een PV veld lager dan van een CSP-centrale met 8 uur energieopslag. Hoe kunnen we nog rechtvaardigen dat er in CSP geinvesteerd moet worden?” De algemene reactie van de sprekers is het feit dat CSP (mits voorzien van opslagcapaciteit of van de mogelijkheid om gas bij te stoken) vraag-volgend stroom kan leveren, en PV kan dat niet. Sterker nog, een klein wolkenveld kan een grote PV-centrale vrijwel onmiddelijk lam leggen. Morse: PV-centrales zullen massaal gebouwd worden, en zij zullen de economie van duurzame elektriciteit gaan bepalen. Seo: De kosten van CSP moeten omlaag. Morse: De mogelijkheid van vraag-volgend stroom leveren is veel waard, zoals blijkt uit het CSPproject in Arizona. Arnold Goldman (Oprichter van Luz in de jaren 80 en BrightSource enkele jaren geleden): Nee, het is dat we het kunnen retrofitten aan bestaande centrales! Alleen zo kunnen we op korte termijn goedkoper leveren en bovendien ervaring opdoen voor stand-alone centrales die daardoor ook goedkoper kunnen worden. Ik lunch met Rainer Aringhoff, Carel Rutteman (Stichting EUKEP) en Mamfred Schreil (Von Ardenne). Plenaire Sessie: Challenging issues of CSP technology Craig Turchi (National Renewable Energy Lab NRE, USA) Water Consumption and Solar Power: The Costs and Benefits of Dry and Hybrid Cooling
Van het totale waterverbruik op de wereld is koeling in koeltorens voor thermische centrales klein, 1%. Bij CSP is het waterverbruik van trogcentrales 1000 gallons/MWh, torens 750 gal/MWh. Er is een case-study gedaan voor de Zuid-Westelijke USA. Bij luchtkoeling is het temperatuur verschil tussen de condenserende stoom en de buitenlucht 20-30 graden. De kWh kosten zijn het minst bij 18 graden luchttemperatuur. Een CSP-centrale met luchtkoeling vergt meer investering 4
dan een centrale met een koeltoren, het scheelt 3 tot 8%. Onder bepaalde omstandigheden is een gemengd systeem, een zg. hybride koeling voordelig. De exploitatiekosten zijn bij luchtkoeling iets lager. Heidi Hartmann (Argonne Nat.Lab. USA) Environmental Impact Assesment and Mitigation for CSP in the USA: Working Out the Challenges.
Over milieueffect rapportage bij CSP-centrales in de USA, die is zeer stringent. Er is een groot project hierdoor mislukt. Bij een ander trogproject is het stelsel van spiegelvelden onregelmatig, met grote openingen, wegens speciale fauna (de woestijneekhoorn e.d.). Soms treden er hinderlijke reflecties op, er werd een foto getoond van zg. glare bij de NEVADA SOLAR 1, waarschijnlijk keek de fotograaf mee vanuit een heuveltop met een laag staande zon in zijn rug. Glare blijkt een grote zorg te zijn, evenals landschapsvervuiling; mensen zijn bang dat de ‘glinsteringen’ in de woestijn het serene uitzicht zullen wegnemen. Studies moeten uitwijzen of er daadwerkelijk problemen zijn en wat de mogelijke schade is voor omstanders. Xavier Py (PROMES-CNRS, Frankrijk) Thermal Storage for CSP: from the 80's legacy to recent achievements
De 10 MW Solar 1 toren bij Barstow Cal. functioneerde in 1982-1986, gebruikte olie als warmtetransport en warmteopslagmedium met een thermocline opslagvat met 4120 ton graniet en 2060 ton zand, 20% van het volume was poreus en bevatte olie. De eerste SEGS centrale van 14MW SEGS gebruikte olie ook als warmteopslag met 2 tanks. Er was een brand en een explosie in 1999. Daarna wordt nergens meer olie als opslagmedium gebruikt. De Themis centrale bij Targasonne (Frankrijk) was een 2,5 MW toren met als medium voor transport en opslag 40% NaNO2, 7% NaNO3, 53% KNO3 (waarschijnlijk gewichtsprocenten). Soortelijke warmte: 1300 J/kgK, dichtheid: 1900 kg/m3. De Solar 2 toren in California functioneerde in 1996-1999 met gesmolten zout. De PS10 en PS20 torens bij Sevilla hebben 30 minuten opslagcapaciteit d.m.v. stoom onder hoge druk. De twee 50 MW ANDASOL centrales hebben 7,5 uur opslagcapaciteit met 2 tanks, ze gebruiken het standaard mengsel van NaNO3 en KNO3. Probleem: is er wel genoeg zout voor een wereldwijde toepassing? Alternatieve methoden en materialen: Toepassen van twee-fasen systemen: smelten en stollen. Probleem is de slechte warmtegeleiding in de vaste fase. Dit kan opgevangen worden door toepassing van folies, plaatjes of staven van aluminum of grafiet. Beton met buisjes waardoorheen de vloeistof loopt. Bewegend zand benutten als warmteopslag, dat kan in principe bij torens. Koolstof maken door afval te verhitten, de kosten kunnen negatief zijn, want er wordt betaald bij afgifte van afval. Eli Lippmann (Siemens CSP) Reducing CSP costs with precise engineering, synergies and R&D. Solel, fabrikant van receiver buizen voor trogspiegels, is door Siemens overgenomen. Er is een groot schaaleffect bij CSP-centrales. Een 50 MW centrale die nu voor 14,7 €ct/kWh produceert, zou als hij op 200 MW zou worden bemeten, voor slechts 11,9 €ct/kWh kunnen produceren. In een situatie met lagere DNI: 50 MW 20 €ct/kWh, 250 MW 14 €ct/kWh bij alle andere factoren gelijk. De belangrijkste investeringskosten die evenredig zijn met de capaciteit van de centrale zijn: spiegels 30% Power Block 22% de transportolie 17% van de totale ivestering van een 50 MW 5
trogcentrale. De meeste andere kosten (samen ongeveer 30%) zijn onafhanklijk van de grootte van de centrale. Als warmteopslag wordt toegepast geeft direct steam 2€ct/kWh reductie. Gesmolten zout als transportmedium + opslagmedium geeft 2 cent reductie. Nieuwe collectors zullen kostenreductie geven. Met goede software kan de zon beter benut worden. Juan Manuel Rodrigues Garcia (Red Electrica de Espana) MedRing: Reality or Fiction? Er komt een ring van hoogspanningsleidingen om de Middellandsezee. Turkije zit nu aanWest Europa vast, vanaf 18 september van dit jaar zijn de netten gesynchroniseerd. Er zijn verschijdene tests geweest om de netten van de landen die de ring moeten gaan vormen met elkaar te synchroniseren. Dit is vooralsnog veelal niet gelukt, vooral niet in de Noord-Afrikaanse landen. Waar sommige individuele verbindingen goed leken te gaan, ook bij gesimuleerde storingen, bleek dat het voor ‘vervolg’netten desastreuzere gevolgen te hebben, wat duidelijk aangaf dat de MedRing nog niet klaar is voor gebruik. Het heeft wel de bottlenecks in kaart gebracht, waardoor er nu meer zicht is op waar op geïnvesteerd dient te worden de komende jaren. Panel 2: CSP infrastructure, a SFERA Workshop Zhifeng Wang (CAS) CSP research in China Een 1 MW toren komt dit jaar klaar. Een 6 MW toren is over 5 jaar klaar. Een 1 MW demonstratie trogcenbrale komt in 5 jaar klaar. Dit allemaal voor research doeleinden. Mark Mehos (NREL) USA De bedragen in Amerika voor R&D voor CSP varieerden afgelopen 10 jaar enorm, met in 2004 5 M$ als dieptepunt. Daarna flink toegenomen tot het niveau 60-70 M$. Voor 2011 is 100 M$ gevraagd. Hiermee worden een heleboel nieuwe testfaciliteiten gebouwd. In 2022 moeten de CSP-kosten compatibel zijn met basislastproductie van gas- en kolencentrales. De twee Amerikaanse CSP laboratoria in NREL en Sandia werken samen onder de naam Sunlab. Er is specialisatie, NREL doet lijnfocus systemen, en Sandia puntfocussystemen. Diego Marinez-Plaza (CIEMAT) Current CSP Research in Europe Er is een Sollab consortium van zonne-energie laboratoria in Europa, het is verder uitgebreid en heet nu SFERA. Dit vormt een virtueel Europees laboratorium voor CSP. Er is coordinatie van onderzoeksfaciliteiten. Onderzoekers kunnen voorstellen indienen op een aantal laboratoria zoals: PSA Almeria, Weisman Instituut Israel, Paul Scherrer Intituut Villingen, Zwitserland, CNRS Promes met de zonneoven in Odeillo, ENEA Casaccia Italië. Men heeft 1 week gratis toegang tot de faciliteiten in deze 4 laboratoria inclusief reiskosten. Men moet proposals indienen en er wordt geselecteerd. Onderwerpen waar speciale belangstelling voor is zijn versnelde veroudering van materialen en constructies en energie-opslag. Het hele programma kost 9 M€ en duurt 4 jaar. In Frankrijk wordt de Themis toren met 3000 zon aan concentratie weer in gebruik genomen. Promes heeft ook een oven van 1 MW bij een temperatuur van 3000 K, en verder kleinere zonneovens. De zonneoven van het DLR heeft 5500 zon aan concentratie, en ook een zon simulator met 4 MW/m2 fluxdichtheid waarmee spiegels en absorbers kunnen worden getest. Op het PSA Almeria is een roterend testplatform. Het Paul Scherrer Instituut heeft een zonsimulator. Het Weissman Instituut heeft een toren met beam-down optica en testmogelijkheden van chemische processen en cyclische processen. Op ENEA Casaccia wordt onderzoek gedaan aan systemen met gesmolten zout. Op het PSA Almeria zjn veel technologien aanwezig. 6
Wes Stein (CSIRO, Australië) Australia Onderzoek met een zeer grote schotel met 500 m2 spiegeloppervlak en 13 m brandpuntsafsand, >95% van het zonlicht komt op een oppervlak met concentratie 2000 zon. Er is een computersimulator van een grote CSP-centrale voor training van ingenieurs en operateurs. Energieopslag onderzoek met Amonia dissociatie, dit is een vorm van chemische energieopslag. De testsite in New Castle bij Sydney ligt vlak aan zee en er is veel corrosie aan de metalen onderdelen. Er wordt veel energieopslag onderzoek gedaan. Er is een testopstelling voor heliostaatspiegels. Veel solar chemistry onderzoek. Er is een 200 kW Brayton cycle opstelling. Er zijn plannen voor een 250 MW CSP centrale in Australie, de voorwaarde van de regering is dat er goed wordt samengewerkt met de CSP research in het land. Op de borrel met veel drank en hapjes maak ik o.a. een praatje met Arnold Goldman en Andreas Haeberle.
Woensdag 22 september 's Morgens spijbel ik (EdMvV) en bezichtig ik samen met Addie de stad Perpignan.
Bijdrage van Marc Setzpfand: Plenary 3: experiences in recent CSP project management Henner Gladen (Solar Millennium) about lessons in Spain, USA and Egypt Kuraymat (Egypt) can be considered as an indication for Desertec feasibility technology, tender procedure. Good experiences in cooperation between Europa and Northern Africa. Necessity to create win-win situation. Scaling up to >250 MW may lead to cost reduction by developing larger constructions (tubes, mirrors) Less header lines. Less investment costs (piping, HTF, area). Less auxiliary power required. Every market has specific needs (regulations, culture). Utilities have to prepare for CSP. Utility-scale CSP plants need a paved way. Increase importance of environmental impacts on financing. Increasing number of suppliers of solar key components. Market-driven R&D to be accelerated. Nisha Desau (Tessera Solar) about developing a SunCatcher project Tesera develops dish/Sterling systems. Advantages: Lower water use Modular design Maricopa solar plant had startup issues but quickly availability has approached 98%. California state permit requirements favor faster PV permitting over CSP. 7
Marc Benmarraze (Solar Euromed) about obstacles, constraints, experience in CSP projects in Africa Projects going on in France. How do African populations benefit from the sunbelt? It's the main question. Cost opportunities in Africa: North Africa: available grid, CSP vs. fossil, bankable countries. Saharan Africa: poor/ no grid, difficult bankability, CSP vs. Diesel, Diesel in range of 12 ¢ to 45 ¢ per kWh so chance for CSP! Developers need to be pragmatic To offset risks, To get mandatory commitment of government, To convince finance community on rationale of the project. Parallel sessions 10:30 Georg Brakmann about Construction of ISCC Ain Beni Mathar in Morocco In 1999 World Bank pledged grants 200 M$ for 4 ISCCs FichtnerSolar is engineering consultant GEF sponsored by world bank 50 M$ From 450 to 472 MWe by adding solar to gas cycle Water comes from local wells Dry cooling applied Maghreb-EU gas pipeline supply (from Algeria) Question asked by me (Setzpfand): is ISCC hybridization becoming the standard for Northern Africa? o Answer: No ISCC standard expected, depends on local circumstances Daniele Consoli (ENEL) about Archimede, Priolo Demonstration on industrial scale of molten salt in PT o Steam inlet temperature equals 540 degC. o Thermal peak power at 23 MWth Mehdi Haroun (Herbert Smith) about managing risks for the financing of CSP projects in developing countries
Project financing is based upon the cash flows that are expected Feasibility study is looked at commercial but also technical point of view In Spain Debt /Equity can be up to 80/20. In Africa 70% debt is very good Back to back principle: no risk for project company but in EPC , most lenders want to see as many risks as possible passed to subcontractors
Dirk Krüger (DLR) about Kanchanaburi (Thailand) plant Direct steam generation with recirculation FIT Thailand o 19.4 ¢/kWh solar thermal guaranteed for 10 years o 9.2 ¢ /kWh onpeak in addition o 4.8 ¢ /kWh offpeak in addition
8
Marc Benmarraze (Solar EUROMED) about concentrated solar with biomass hybridation: a fully dispatchable renewable solution
EU roadmap 20% 2020 EU parliament proposal 60% in 2050 Corsica: 35% demand growth in 2015, no connection with the mainland Biomass boiler is used as backup Biomass locally sources from wood wafers and pellets from Corsica forest maintenance Questino :I ask the question where they will get all biomass from: o Answer: 250 000 tonnes per year available of which 90 000 tonnes per year is to be used
Ik (EdMvV) lunch met Pepijn van Kesteren, Martin Selig en Hartmut Schneider (Novatec Biosol) Bijdrage van Marc Setzpfand: Parallel sessions 14:00 Manajit Sengupta (NREL) about a physical method for retrieving surface radiation from satellites Why measure solar radiation? o Accurate resource assessment for feasibility o Verify plant performance o Forecast solar resource for estimating plant output o Understand resource variability How? o Ground based instruments o Satellite based models o Numerical models Best solution combine all 3! Impacts surface radiation: o 1st order: clouds, aerosols o 2nd order: vapour GOES Solar Insolation Products (GSIP) Direct calculation of DNI from given cloud properties, rather than calculating from GHI For clear sky the correlation is almost 1, but for cloudy parts it is slightly lower ) ~0.9 so still very good Birk Kraas (Solar Millennium) about viability of a CSP forecasting system for participation in the Spanish electricity market
Predicting electrical output based on DNI forecast + power plant model Electricity grid operator requires electricity production forecasts in order to be integrated into the power grid. Otherwise penalty charges may occur. Data sources: o Meteo measurement o DNI forecast Model output statistics (MOS) 2-day persistence DNI forecast Penalty prices 9
Marion Schroedter-Homscheidt (DLR) about Aerosol load and dust event mapping based on chemical transport modeling
SOLEMI irradiance database is extended with the method MATCH model data has much higher correlation than previous GACP (see figure 4 in paper) Aerosol is not just dust but also contains continental polluted Extinction threshold (number of days this is exceeded ) can be mapped
Jaime Gonzalez (S2MSolutions) about DNI forecasting using coupled WRF and MRM enhanced with a neural network for CSP applications
In mesoscale model a smaller domain is taken so that faster calculations are possible Temperature, relative humidity, pressure and cloud cover Local factors to be taken into account: fog, dust, etc, which have high influence on DNI Neural networks are learning algorithms used in many fields. The network is trained so that it adapts itself to solve any kind of problem. Relative error below 10% of DNI clear sky forecast
Manajit Sengupta (NREL) about introducing the best practices manual for CSP resource assessment from NREL
Report by NREL just published: see google or LinkedIn Reference during each project stage It is very important to estimate aerosols because they highly differ from location to location
Tomas Cebecauer (GeoModel) about quality procedure of solarGIS for provision of site-specific solar resource information
SolarGIS: MSG based satellite solar radiation model: Europa, MENA o Improvement use of multispectral MSG high resolution to distinguish cloud, snow, cloud-free Improved cloud index Implementation of SOLIS simplified clear-sky model (Ineichen, 2008) Including GEMS daily aerosols Spatial downscaling with a high-resolution digital terrain model (Ruiz Arias et al 2010) o Problems with model performance: all DNI data are underestimated o Satellite data corrections are done using bias correction and correction of frequency distribution www.solargis.info data access
John V. White (CEERT) Race against time: permitting and transmission for new CSP projects in California
Permitting, transmitting and financing are the crux of project planning Permitting challenges: o Wildlife habitat (Desert tortoise, Mojave ground squirrel) o Acquisition of habitat o Water vs dry cooling o Competing land usage o Local government entitlements/fees
10
David Itskhokine (Solar Euromed) About compatibility of CSP plants with agricultural activities Challenge of agricultural land preservation by reduction of impact o Keep land needed for CSP suitable for farming o Develop an Eco- synergy Not all CSP technologies possible: o No polluting HTF o Land for farming must be available o Shading amount must be controlled o Dismantlement must be simple Ground coverage: PV=4.5 ha/MWe, CLFR=1 ha/MWe Nikolai Dobrott (Apricum Cleanteach advisory) about solar energy as economic driver in the gulf states Consumption grows with 6% whereas production grows with 2% (CAGR) in Gulf region Power demand will outstrip supply in 2016 Solar market potential in 2020: 14 GW of peak load in SA Carlos Ramos (Mexico) Potential of solar industrial process heat in Mexico 40 to 60% of energy consumed in industrial sector is dedicated to process heat, of which 30% is between 80 and 25 degC PT good alternative Parallelle Sessie Parabolic trough Collectors Roman Bader (ETH Zürich) An Air-Based receiver for solar trough concentrators Ontwerp voor betonnen trogspiegel, 9,5 meter breed, hiermee worden folies opgespannen: een bol ETFE transparant folie, door overdruk bol gehouden waardoor de stralen binnen komen. De polymeer spiegel bestaat uit 4 membranen van Mylar, de bovenste met aluminium. Overdruk tussen de membranen zorgt voor een cirkelvorm. De parabool kan goed benaderd worden. De hoekfouten zijn <1 mrad. Het beton wordt ter plaatse gegoten waardoor de transportkosten lag zullen zijn. De RVS receiver buis gebruikt lucht als medium. De buis zit in een Faradaycup, bestaande uit spleten met secundaire concentrators van zilver op aluminium. De luchtreciever is qua efficiëntie voorlopig 20% lager dan de Schott receiver. Justin Raade (Halotechnics, USA) Development of molten salt heat transfer fluid with low melting point and high thermal stability
Nitraten die bestand zijn tegen 500 C en bij 65 C nog vloeibaar zijn. (Na, K, Li, Ca, Cs)NO3. Het mengen en meten gaat automatisch er zijn 5000 combinaties getest. Paolo Martini (Archimede Solar Energy) Archimede Solar Energy receiver tube, designed for thermodynamic solar power plants operating high temperature (up to 550 C) with molten salts as heat transfer fluid (HTF).
Productie van receivers met gesmolten zouten. De coating is stabiel in lucht tot 550 C, en wordt geprocuceerd met sputtering. Diameter is 70 mm, net als de Schott en Solel buizen. Vanaf 2008 is er productie, nu is er een verbeterd type in productie en de productiecapaciteit is groter. De ENEL 5 MW plant op Sicilië werkt al.
11
Parallelle Sessies Central Receiver Power Plants en Modelling. James Pacheco (eSolar) Performance characterization and operation of eSolar's Sierra suntower power tower pant.
Totaal 5 MW, verdeeld over 2 torens met 24360 kleine heliostaatsppiegels van slechts 1,4 m2. Temperatuur in de recever is 440 C, stoomdruk 60 bar. Fabrikaat van de receiver: Babcock Wilcock, 2 secties boven elkaar met een drum er tussen. Met de spiegels kan de warmtetoevoer worden gedoseerd over beide secties. De andere receiver is een cavity receiver (soort van Faradaykooi), in twee delen, met een gemeenschappelijke stoomketel. Het warmteverlies is laag. Het opstarten in de ochtend kost 89 minuten, de turbine heeft minimaal 30 bar aan druk nodig. Als er later in de ochtend wordt opgestart gaat het sneller: 45 minuten. De DNI is allesbepalend voor een snelle opstart. In de ochtend worden de heliostaten alleen gericht op de verdamper, en niet op de superheater. De thermische verliezen worden gemeten door af en toe de helft van de energie toe te voeren door de helft van de spiegels uit te schakelen. De totale efficiëntie is 13-14% bij een turbine-efficiëntie van 35% (dus de optische efficiëntie van het spiegelsysteem met receiver is minder dan 50%). Yashveer Maharajh (CSIR Zuid-Afrika) The desigh philosophy and construction of a high concentration compound parabolic concentrator.
De openingshoek is 90 en de concentratiefactor 1:16. De ingangs apertuur is 650 mm. De spiegel is van 2 mm soda lime glass. De concentrator wordt in een toren gebruikt, en door zeer intens licht beschenen. De spiegeldelen worden zeer heet, de hitte moet worden afgevoerd, er is een speciale kit of lijm. Een lijm met metaalschillen voor de warmtegeleiding werkt niet wegens te weinig uniformiteit. Als oplossing is uiteindelijk gekozen voor dubbel klevend plakband van 100 micron. De onderdelen werden met waterstraal gesneden, laser snijden veroorzaakt een schadelijke verworming door de verhitting. Clifford Ho (Sandia Nat.Labs.) Stochastic modelling of concentrating power plants using the Solar Advisary Model SAM.
Het SAM model voor trogspiegelveld is vrij verkrijgbaar. Deterministische modellen zijn te optimistisch, bij de Nevada Solar 1 scheelt het ruwweg 10%. In een goede berekeningsmethode varieeren de input parameters flink volgens een Monte Carlo methode. Een typische uitkomst voor de kosten van een centrale: 18-24 cent/kWh binnen 90% waarschijnlijkheid. De belangrijkste varieerende imput parameter is de DNI. Tijdens de borrel voor het diner praat ik met Carel Rutteman en stel hem voor aan Jacques de Lalaing Tijdens het galadiner zit ik aan tafel met Christoph Kost, werkzaam bij ISE Freiburg, hij heeft een deel van zijn studie in Groningen gedaan, en met een stel Amerikanen, waaronder Gregory Kolb (Sandia), die weinig fiducie heeft in het concept van eSolar met kleine torens.
12
Donderdag 23 september Plenaire Sessie: CSP amongst the other renewables, the Specifics. Josche Muth (EREC) RE-Thinking 2050- A 100% renewable energy vision for the EU. In juni 2011 komt de Europese Commissie met een roadmap voor 2050. De EREC (European Renewable Energy Commission) heeft brancheorganisaties als leden waaronder ESTELA, de branche organisatie voor CSP. De roadmap gebruikt de methodiek van Backcasting: van een ideale toekomst terugrekenen wat nu nodig is om het die te bereiken. De ideale toekomst is een 100% duurzame energievoorziening in 2050. Er komen twee scenario's waarvan een met een agressieve aanpak voor verhoging van de energie-efficiëntie. Die toekomst omvat o.a. warmtepompen voor de verwarming en koeling van gebouwen en elektrisch vervoer. De benodigde cumulatieve investering in de EU bedraagt 2800 G€ per 2050. 1060 G€ wordt bespaard aan vermeden kosten voor fossiele brandstoffen en 3800 G€ aan vermeden CO2 kosten per 2050, dus de economische baat is 2000 G€. Er moet een gemeenschappelijk methodologie voor besparing komen. In 2050 staat in Europa 1956 GW aan stroomopwekkingscapaciteit geïnstalleerd, waarvan 96 GW CSP is. Het stroomverbruik is toegenomen door de omschakeling naar electrisch wegtransport en de massale inzet van warmtepompen. In 2050 zijn in de EU 6 miljoen mensen werkzaam in de duurzame energiesector. Het is twijfelachtig of Desertec een bijdrage gaat leveren aan de Europese stroomvoorziening. Gegevens: www. Rethinking 2050.eu Na afloop praat ik even met Muth om hem op het belang van Desertec te wijzen en om hem te vertellen van het EGPA-plan, ik zal hem dit plan toesturen. Nicholas Benz (Schott-CSP en Vice voorzitter van ESTELA) CSP 2025 industry roadmap. ESTELA heeft Kearny de opdracht gegeven om de leercurve voor CSP te berekenen van alle 4 CSP technologieen. Bij PV heeft de leercurve een progress ratio van 22% (bij iedere verdubbeling van de mondiale PV-capaciteit gaan de kosten met 22% omlaag). Er werd uitgegaan van het volgend scenario: 30 GW in 2020, 60 GW aan mondiale CSP-capaciteit in 2025, met de volgende verdeling over de CSP-technologieen: troggen 50%, torens 30%, Fresnel 10%, schotels 10%. De resultaten zijn als volgt: De stroomtarieven van CSP-centrales dalen met 5 tot 30% per 2015, en met 50% in 15 jaar. De kostendaling wordt gerealiseerd door daling van de kosten van de componenten (20% effect), verder door verhoging van de efficiëntie en door schaalfactoren. Alle kostenfactoren hebben ongeveer een gelijke potentie voor daling van kosten. Het DNI-effect is groot, bij iedere verhoging van de jaarlijkse loodrechte directe instraling met 100kWh/m2/jaar gaan de kosten met 4,5% omlaag, dit is een vuistregel. Er zal stroomtransport tot 3000 km worden gedaan. Per 2020 zullen de kosten van CSP + opslag en gas in Spanje gelijk zijn. PV lijkt nu goedkoper te worden, maar kan niet vraag-volgend leveren. CSP + opslag gaat het winnen van wind + opslag in waterbekkens. CSP + opslag wint het zeker van PV + batterijen. Voor CSP is PV de grootste bedreiging. Er moet meer CSP-innovatie komen. De sleutel is energieopslag. We moeten allemaal hard aan het werk om kostendaling te realiseren. Zie www.estelasolar.eu 13
Cédric Philibert ( IEA) IEA CSP Roadmap Het IEA heeft een aantal scenario's gemaakt. In het zg. Blue Map scenario zit veel zonne-energie en verder kolen+CCS en veel kernenergie Het Blue Map High Ren scenario heeft 75% van de energie in duurzame vorm. Zonne-energie is 20-25% met PV en CSP ongeveer gelijk: dit is een politieke beslissing, ze zijn erg verschillend, en complementair, dat wil zeggen, ze vullen elkaar aan. Dit decennium is cruciaal. In dit decennium moeten de policy instruments worden gemaakt door de regeringen om een energievoorziening te krijgen die grotendeels duurzaam is. Het grote voordeel van CSP is, dat het altijd beschikbaar is (levert vraagvolgend elektriciteit) wegens de warmteopslag en de mogelijkheid om in een CSP gas of biobrandstof bij te stoken. De fossiele backup van PV bestaat uit afzonderlijke gas-centrales, en er zijn smart grids (slimme netten) nodig om PV te integreren. Grootschalige inzet van CSP vergt investeringen in HVDC verbindingen. Trogspiegels bieden de kleinste ruimte voor een verdere kostendaling. Voor de levering van elektriciteit op de piektijden, en de tijden hier omheen (de helft van de elektriciteit) zal CSP in 2020 met conventionele stroomopwekking kunnen concurreren. Met alle basislastopwekking zal dit in 2030 het geval zijn. DNI-bepalingen vanuit satelieten zijn erg onnauwkeurig. Je moet altijd lokaal de DNI meten. De DNI-kaart van SolarPaces kaart is te optimistisch. In de CSP Roadmap van het EA is een goede DNI wereldkaart. Het is onmogelijk dat Europa een 100% duurzame elektriciteitsvoorziening zal bereiken zonder een stevige inzet van elektriciteit uit de MENA landen. Er moet dus de politieke wil vanuit de EU regeringen komen om de stroom uit NA af te nemen. Tony Meier (PSI) Fuels with CSP: CSF CSF = Concentrating Solar Fuels. De chemische reactie is: zonnewarmte + CO2 + H2O → zonnebrandstof. Bij een temperatuur van 1500 K, wat bereikt kan worden bij concentraties van 3000 zon kan de efficiëntie 75% bedragen. Er zij honderden chemische cycli geanalyseerd op hun bruikbaarheid voor het produceren van zonnebrandstof. Een voorbeeld is de Zn/ZnO cyclus om waterstof te maken: ZnO + 2000K → Zn + ½O2 , Zn + H2O → H2 Een ander voorbeeld: Zn + CO2 + zonnewarmte → ZnO + CO dat in totaal 39% efficiënt is. Een reactor van 10 kW is in werking. In 2011 is een 100 kW reactor gepland. In de pauze maak ik een praatje met Josche Muth en met Cédric Philibert en beloof hun allebei om het EGPA plan op te sturen. Ik wissel kaartjes met een Frans bedrijf (la compagnie de vent, onderdeel van GDF Suez) dat o.a. CPV projecten doet. Ik neem een folder mee van Arkema, die olies levert voor warmtetransport bij wat lagere temperatuur, maar betere andere eigenschappen. Parallelle sessies Parabolic trough collectors en energy storage. Tobias März (CSP Services GmbH) Validation of two optical measurement methods for the qualification of the shape accuracy of mirror panels for concentrating solar systems.
Grootste fout die bij spiegels optreedt is een verkeerde hoek van delen van de spiegel, niet zozeer een verkeerde vorm (kromtestraal). Projectie van ruitjespatroon, met camera fotograferen en daarna analyseren. 14
Anna Heimsath (Fraunhofer ISE) Detailed optical characterization of reflector materials for CSP applications
Vergelijking tussen glazen spiegels, aluminium platen, en folies van polymeren. De beam spread van de verschillende spiegels verschilt. Polymeer reflectie heeft een dip bij golflengte > 2200 nm. Glas is goed, Al is slecht, en polymeren geven een homogene verbreding, niet veel, vergelijkbaar met de secundaire reflecties bij glas (ongeveer 1 graad). Reflectie tegen polymeren geeft twee verdelingsfuncties, de belangrijkste heeft een standaarddeviatie van Sigma1 = 1,4 graad, daarnaast is er een fractie met een erg brede verdeling: Sigma 2 = 24,3 graad. De paper is op te vragen bij anna.heimsath @ise.fraunhofer.de, zie ook www.ise.fraunhofer.de Peter Heller (DLR) A new method to characterize degradation of first surface aluminium reflectors. Presentatie door Cheryl Kennedy.
De kosten moeten dalen tot < 27$/m2 worden. De houdbaarheid moet >30 jaar zijn. Het voordeel van aluminium en polymeren is de mogelijkheid van lagere kosten. De opbouw van een aluminium spiegel is van boven naar beneden: SiO2, aangebracht met een sol-gel proces TiO2 SiO2 Al puur opgedampt Geanodiseerd aluminium glas substraat. Er treedt verwering op die begint begint bij scheuren in het oppervlak. De corosie zet zich voort onder de beschermlaag, en het aluminium verdwijnt dan. Het gevolg is een hoekverbreding tot 40 mrad (de zon is 10 mrad). Hagel heeft op NREL 30% van de glazen buitenspiegels vernield. Randy Gee (Reflectech) Development and testing of abrasion resistant hard coats for polymer film reflectors presentatie door Gary Jorgensen (NREL)
Reflectech foils. ARC (= Abrasive Resistant Coating) is een beschermlaag op het spiegelende folie van het bedrijf Reflectech. De eigenschappen van ARC worden gemeten met: weathering tests, screening tests, abrasive stress tests, ahesion tests, wrijven, en thermal cycling tests. Het equivalent van 6 jaar UV bestraling van de ARC geeft geen verlies in reflectiviteit. Ook geen verschil in het spectrum van het gereflecteerde licht. 12 jaar UV bestraling geeft ook geen verschil in spectrum Borstelen en abrasive testing met 53000 cycles geeft geen verschil. Dit is gelijk aan 50 jaar normaal schoonmaken. ARC wordt vanaf 2008 toegepast. Parallel sessions 10:30 Javier Lopeze (Ayesa) about biomasol hybrid project Main challenge of CSP is reducing cost and improving dispatchability By adding biomass the management of energy supplied to the grid is improved and the conversion efficiency of the process thermodynamics is increased Requirements for optimum site are set: 5000 tonnes of biomass required within a radius of 20 km Site is located in Andalusia 15
Ik lunch met Pepijn van Kesteren en Jim Pacheco (eSolar). Later komt Dale Rogers (eSolar) bij het gesprek. Parallelle sessies Modeling en Resource Assessment Suat Akyol (3M Duitsland) Cost impact model for using polymer film based lightweight mirror construction in CSP plant.
De breakdown van kosten van de ANDASOL 1 centrale is lastig te krijgen. Er wordt van een bepaald model uitgegaan. De breedte van de trogspiegels wordt 7 meter en in de toekomst 10 meter. Sandwich van aluminium plaat gescheiden door polymeerschuim en bedekt met 3M spiegelfolie. Met een multilayer optical film kan de reflectiecoëfficiënt verhoogd worden tot 96% en hoger, dat is groter dan zilver. Iedere 1% meer reflectie geeft 1,4 tot 1,8% meer elektriciteit. In de vergelijking van het 3M spiegelfolie met de andere spiegelsystemen is de Abrasion resistace de enige parameter die minder is. Een laag gewicht is heel belangrijk. De toekomst wordt een 10 meter brede trog van aluminium sandwich met 3M folie. De kosten: 200 euro/m2 → 190 euro/m2 = 3-4% besparing op de totale investering van de CSP plant, hierbij is het effect van lagere framekosten nog niet meegenomen. Edward Kern (Irradiance Inc. USA) Calibration methods for silicon photodiode pyranometers used in rotating shadowband radiometers (RSR)
De thermopiles die in gewone pyranometers worden gebruik zijn langzaam. Siliciumcellen zijn snel, maar hebben spectrum verstoringseffecten. Er zijn 300 silicium sensors getest tijdens meting van de gobal radiation (op horizontaal vlak). De calibratie is seizoensafhankelijk. Het King model is waarschijnlijk het beste. (In de tekst van de paper staat een fout in de temperatuurcalibratie). Norbert Geuder (CSP Services GmbH) Validation of direct beam irradiation measurements from rotation shadowband pyranometers in a different climate
Vergelijking tussen een High Presicion Meter HPM op een sun tracker versus een RSR. Een HPM is nauwkeuriger, maar heeft veel onderhoud nodig. Een RSR heeft een systematische afwijking van 3-5% . Maar de dagelijkse soiling (vervuiling) is factor 10 kleiner dan bij de HPM. Een RSR kan enkele weken onbemand blijven, maar moet gecalibreerd zijn. Dit kan op het DLR gebeuren. Zo'n calibratie moet minstens gedurende een week gebeuren, gedurende 1 maand is beter. De calibratie is ook geldig op andere locaties. Na afloop praat ik (EdMvV) met Jim Augustyn (Augustyn & Co, SOLAq BV heeft een RSR bij hem besteld) over ons meetprogramma in december. Parallel session 14:00 Ana Gracia about analysis of the radiance experimental asymmetry in relation to the solar meridian on the angular distribution models
Analysis of the obstacles’ influence on the available solar resource Radiance and luminance angular distribution are not commonly available as measured data General underestimation of solar radiance
16
Chris Gueymard (Solar consulting services) about variability in direct irradiance around the Sahara: are modeled datasets of bankable data?
CSP plants rely on DNI Are modeled datasets currently available good enough for serious resource assessments? Measurements are the best, but are expensive Modeled DNI show substantial differences of quality (30% or more are common in Europe) Differences due to: o Cloudiness o Mostly due to dust and sand!! Dust is causing elevated aerosol optical depth (AOD) (it increases and this decreases DNI) Factors affecting DNI: o Clouds o Aerosols o Water vapor o Ozone o Dust storms DNI or DHI = GHI- DIFFUSE Atmospheric data measured with a co-located sunphotometer at all sites Large seasonal and interannual variability in AOD is generally observed Current datasets would benefit from improved aerosol data taking variability of Saharan dust storms into account in general Annual value DNI over southern EU are accurate, but monthly errors and inconsistency. Compensation of large monthly errors is required which is not good for bankability DNI errors are mostly related to high variability in AOD and incorrect AOD data used as input to radiative models. AOD monthly values or climatologies used by most models are highly biased often but bias cannot be assessed in areas away from ground truth AOD sites Models should use daily values of unbiased AOD but this kind of ideal data does not exist and is still probably years away (>5 years) If it can be obtained locally hourly or daily DNI data series can be corrected Also improve algorithms for radiation transmission through tropical clouds A lot more stations measuring DNI and AOD and PW are needed over MENA with data accessible to scientists, rather than private stations owned by CSP developer, which is inaccessible I (MS) ask the following question: does the benefit outweigh the effort that is required for more accuracy ? o Answer: in EU the available data has enough accuracy, many data and interpolation models are a good estimate. But in Northern Africa, Asia, there are huge uncertainties because nothing is known about the AOD. In the near future a huge demand for certainty will exist. AOD is measured using a sun photometer (Cimel) Question I ask: how long has AOD to be measured? o Answer: depends on area, if the variability is high more timespan is required. Especially in Asia this is the case.
17
Pierre Ineichen (Univ. of Geneva) about aerosol quantification and characterization from global and beam irradiance meausurements
Water vapour and aerosol impact on the irradiance needed for clear sky models Water vapour o from spectral measurements (only few) and through ground TA and HR Aerosol load o from spectral measurements o From satellite o From ground broadband irradiance measurements AOD from global irradiance o More available data banks o More sensitive to the calibration o More sensitive to instrument specifications Four different types of aerosols are used
Parallelle Sessie: Water Desalination Massimo Moser (DLR) The MED-CSP project: potential for CSP desalination development in mediterranean countries.
Reverse Osmosis (RO) heeft veel chemicaliën nodig, het energieverbuik is 3-6 kWh/m3 aan elektriciteit. Bij 1 stap RO blijft nog vrij veel zout in het water zitten, tot 300 ppm. Soms wordt er 2-staps RO gedaan, maar dat kost natuurlijk meer energie. Bij Multiple Effect Desalination (MED) wordt gebruik gemaakt van veel-staps destillatie, gebruikmakend van de afval warmte van de condensor van een thermische centrale bij een temperatuur van 65 – 80 0C. Het stroomverbruik voor de pompen is <0.6 kWhe/m3. CSP + ontzilting kun je op twee manieren aanpakken: CSP-RO en CSP-MED. CSP-RO: Bouw de CSP-centrale diep in de woestijn, met als voordeel dat de DNI hoger is, het land gratis of zeer goedkoop, maar als nadeel dat er geen koelwater is, dus dat je luchtkoeling moet toepassen. Gebruik een deel van de stroom om aan de kust een RO-fabriek te voeden. CSP-MED: Bouw de CSP-centrale aan de kust, naast de MED-fabriek, en voed de MED met goedkope afvalwarmte van de condensor, met als voordeel dat deze energiebron “gratis” is, dat warmteopslag bij <100 C goedkoop is, dus dat de MED fabriek dag en nacht kan draaien, maar als nadeel dat de DNI aan de kust lager is, het land duurder, en de atmosfeer corrosiever. Bovendien is het Carnotrendement van de centrale lager door de hogere temperatuur in de condensor. Er zijn 10 locaties bestudeerd met een centrale van 16 MW met 8 uur opslag en bijstook met gas en een solar multiple 2, en ontzilting 8000 m3/dag. In de zomer storage is het brandstofverbruik gering. Fresnelspiegels + RO is het beste
18
Justin Zachary (Bechtel Power Corp. USA) Integration of desalination in hybrids for solar and conventional fossil fuel plants
Turbine drijft direct de RO pompen aan. Kijk naar water als primair product en beschouw elektriciteit als bijzaak. Er is geen duidelijke winnaar in de competitie tussen CSP+RO en CSP+MED Goebel: bij CSP+MED is er een corrosieprobleem! PV+RO is ook een optie. Konstantinos Mitropolos (Enolia Energy SA) Towards the integration of CSP and desalination technology in non interconnected electricity networks
CSP+desalination op eiland Kreta. Het electriciteitsprobleem bestaat vooral 's zomers. De Waterkwaliteit neemt af. Aquafiers drogen uit of verzilten. Op Kreta staat 800 MW aan fossiele centrales en 160 MW aan wind, er wordt vaak windstroom weggegooid. CSP-ontziltingsproject in Chania, NW Kreta aan de kust. De DNI is goed, >2000 kWh/m2/jaar. Het was moeilijk om een terrein te vinden. Trogspiegels, 50 MW, 7 uur opslag, maximaal 15% aan hulp brandstof toegestaan. Er is een Feed In Tarief voor CSP van 0,285 euro/kWh (er moet opslag zijn), zonder opslag een paar cent lager. Zeewaterkoeling, de centrale staat 2 km van de kust. MED met 8 stappen, 5000 m3/dag, gevoed door lage druk stoom. 4 graden temperatuurstijging van de pekel is toegestaan bij de lozing. Water wordt verkocht voor 3 euro per m3 als de energiebron duurzaam is. Julian Blanco (PSA) Expanding CSP research frontier: challenges to be adressed by combined solar power and desalination plants
CSP+RO versus CSP+MED vergelijking MED: de investering is 1050 euro/m3/dag, energieverbruik:1,5 kWhe/m3 , 65 kWht/m3 RO: de investering is 850 euro/m3/dag, energieverbruik 3 kWhe/m3. Voorbeeld: 50 MW CSP 24 uur in bedrijf, het elektrisch rendement van het powerblock is 38%. 28000 m3/dag met MED Als de waarde van elektriciteit >1,4 cent /kWh wint de MED. (opmerking van EvV: er wordt ten onrechte geen rekening ehouden met het lagere rendement van een CSP centrale die warmte moet leveren aan de MED) Ossama Rayis (Soedan) Addressing pressing water needs in the Saharan region using concentrated solar power technology
Water stres in Soedan. De DNI is zeer hoog: 3500 kWh/m2/jaar. In Darfur is een groot opgedroogd meer, daar is nu het grondwater vrij dicht bij het oppervlak, dus de pompen eisen weinig energie. Dus solar pumping vanuit trogcentrales.
19
Vrijdag 24 september Panel: Boosting CSP development by innovation Voorzitter: Nikolaus Benz (Schott Solar)
Massimo Falchetta (ENEA Italië) Status and prospects of ENEA technology for molten salt parabolic troughs
In 2010 is de Archimedes centrale opgestart met vloeibaar zout (K/Na NO3) als transport en opslagmedium. De twee opslagtanks hebben een temperatuur van 290 C en 550 C. Het 5 MWe spiegelveld is toegevoegd aan een grote Combined Cycle gascentrale. De stoomtemperatuur tot 540 C. Veel lagere opslagkosten, want delta T mag veel groter zijn dan bv. bij Andasol De grote uitdaging: het zout mag nooit bevriezen, de warmteverliezen 's nachts moeten dus beperkt worden. Voorverwarming van alle leidingen is noodzakelijk, dit gebeurt met hoge stroom door de buizen. De receivers zijn geleverd door : Archimedes Solar Energy (nu van Siemens). Er komt een 10 MW solar only centrale in de Thar woestijn in Rajestan India. Marten Selig (Novatec Biosol) Actual status of Fresnel collector systems and most recent developments. Het Areva/Ausra 5 MW Fresnelveld in Kimberlina levert direct stoom aan bestaande thermische centrale sinds 2009, stoomtemperatuur <400 C, met een superheating stap. Er wordt geen secundaire reflector toegepast, conventionele isolatie. Mirrox/PSE, kleine Fresnelvelden voor proceswarmte en koeling. De standaard Schott absorberbuis met secundaire reflector. Er is net een nieuw project goedgekeurd in Doha, Qatar 1400 m2 voor koeling in een stadion. Novatec heeft sinds 2009 een 1.4 MW centrale bij Callasparra in Spanje. Direct steam van 270 C en 55 bar, secundaire reflector. Het Zwitserse bedrijf Swiss Uitilities wordt eigenaar van een 30 MW die er naast in aanbouw is. De financiering hiervan wordt verzorgd door de Rabobank. SPG/Ferrostaal heeft sinds 2007 een 2100 m2 veld in Almeria, temperatuur tot 450 C. Ausra/Areva gaat de temperatuur verhogen naar 480 C, met hetzelfde receiver ontwerp, komt in 2011 beschikbaar Novatec stapt over op oververhitte stoom van 450 C en 100 bar met schott PTR 70 receiverbuizen, SuperNova design, is eind 2011 klaar. Het voordeel van Fresnel is de toepassing van directe stoom, dus geen transportmedium zoals dure olie of riskant vloeibaar zout. Lage kosten op de projectsite. Efficient landgebruik. Lage windweerstand. Weinig kosten voor fundering. Over het algemeen wordt door de Fresnel producenten als enige nadeel van stoom genoemd dat het niet het meest efficiënt is voor warmteopslag. De Fresnelkosten zijn duidelijk en helder voor de EPC contractors. Dit helpt om de CSP kosten omlaag te krijgen.
20
Reiner Tamme (DLR) Approaches towards improved storage systems. Opslag moet een integraal onderdeel van de plant zijn. Doel is om de opslagkosten te laten dalen tot <30 $/kWh op korte termijn en <20 $/kWh op lange termijn (<10 jaar). Andasol heeft 2 tanks met temperatuur 290 C en 390 C. Nieuwe ontwikkelingen: Toepassing van gesmolten zout als transport + warmteopslag, het Archimedes project, combinatie hiervan met oververhit stoom. Naar hogere temperaturen. Minder zout gebruiken, want de zoutkosten zijn de grootste kostenfactor. De kosten worden bepaald door de markt voor kunstmest, want dat is de belangrijkste toepassing van de nitraten. Single tank design, de zg. thermocline, met vaste stoffen die voor een deel van de benodigde warmtecapaciteit gaan zorgen. Phase-change materialen (smelten en stollen). Chemische energieopslag, hier is nog een lange ontwikkeling nodig. Packed bed met zand, grind, stenen, beton, waardoorheen hete lucht of hete vloeistof stroomt. Wegens de hogere temperaturen zijn torens geschikter dan troggen bij toepassing van opslag. Torens hebben ook meer baat bij opslag, omdat ze een variabelere dagproductie kennen en dit met opslag afgevlakt kan worden. Essentieel voor het succes van de CSP-ROADMAP (van het IEA) is het goedkoper maken van de opslag. Er zijn nog te weinig bedrijven actief hiermee. Het risico blijft de bevriezing van het gesmolten zout. Miguel Domingo (Sener, Spanje) Boosting molten salt technology for central tower by innovation. In april 2011 komt de grootste zonnetoren in bedrijf: met een receiver van 120 MWthermisch, van alle kanten (360 raden) bestraald, bestaande uit 16 panelen. Heliostaten met toren zijn 15% goedkoper dan een veld van een trogcentrale. Discussie Benz: de CSP innovatie gaat te traag (ENEA is bv. al 10 jaar bezig met het Archimedes project). Hoe krijgen we meer vaart er in? Probleem: de pilots zijn groot en duur, vooral bij de ontwikkeling van opslag. Selig: maak gebruik van ontwikkelde productiemethoden zoals in de autoindustrie. Er moeten meer EPC contractors komen. Er moeten meer projectontwikkelaars komen, dan kunnen we de productie verder opschalen. In de discussie noem ik (EdMvV) twee punten voor innovatie: 1. de integratie van de receiver met opslag en 2. opslag van zonnewarmte ondergronds in de woestijn in het kader van de 1 GW projecten van Desertec, Benz neemt dit voor kennisgeving aan zonder het panel er over te laten discussiëren.
21
Parallelle sessie: Energy Storage Jesus Lata (SENER) Single tank thermal storage design for solar thermal power plants Drijvende isolatie barrierre tussen het hete en koude deel van de tank. Gesmolten zouten zijn nu het meest economisch voor CSP warmteopslag. SENER is de specialist op dit gebied, levert aan ANDASOL: twee-tank systeem met 28500 ton zout, 1010 MWht capaciteit, 7.7 uur 50 MWe vol capaciteit. 60 massa% NaNO3 en 40% KNO3. Opslag bij 1 bar luchtdruk. Nu thermocline, 1 tank, dat bespaart tankkosten. De thermische verliezen gaan met factor 2 omlaag. Pompen hebben een constant drukverschil, dus gemakkelijker te ontwerken en goedkoper. Voordeel: goedkoop vulmateriaal mogelijk. Nadelen: warmteoverdracht in de tank en risico dat het vulmateriaal zich gaat mengen met het zout. Nieuw: een drijvende isolatiezuiger tussen het warme en het koude deel van de tank. Eisen aan het vlot: absoluut onderhoudsvrij, want je kunt er niet meer bij. Zeer preciese controle van drijfvermogen en gewicht nodig. Niet te dik, maar wel goede warmteisolatie. Niet te veel vervorming door thermische uitzetting. Diameter: 40 meter. Carbon steel huid met vulmateriaal. Dichtheid van het zout: 1840 tot 1900 kg/m3. Het uitbalanceren van het drijfvermogen is lastig. Gregory Kolb (Sandia) Evaluation of annual performance of 2-tank and thermocline thermal storage for trough plants
Toepassing van olie voor opslag is gestopt na branden in 1999 en 1996. Bij thermocline mag de hoogte-diameterverhouding H/D van de tank best kleiner dan 1 zijn. De kosten van het zout zijn ongeveer 1$/kg. Zand en gravel toepassen als vulmateriaal. Is thermocline even goed in performance en betrouwbaarheid als een twee-tank aanpak? De Andasol centrales hebben solar multiple 2 (d.w.z. bij maximale instraling wordt er 2 keer zoveel warmte geproduceerd door het spiegelveld dan de turbine kan verwerken, de rest gaat naar de opslagtank). Simulaties gemaakt van een thermocline tank met H/D = 0,25. De thermocline is bijna even goed (voorbeeld is ee 50 MW trog centrale) als 2-tank systeem, mits de olietemperatuur van de olie naar de turbine mag dalen van 390 (normaal overdag) tot 300 C bij bedrijf vanuit de tanks. Betrouwbaarheid: uitzettingseffecten in de tank zijn lastiger om mee om te gaan dan bij thermocline. Thermal ratcheting (rammelen, stoten) van het vulmateriaal kan problematisch zijn. Cara Libby (Electric Power Research Inst. USA) Design of high temperature solar thermocline storage systems
Bestudeerde systemen: trog 400 → 290 C en toren 560 C → 290 C, gewoon nitraatmengsel 25% in de tank is zout, 75% is rots en zand. Het goedkoopst per MWHt is de toren + thermocline, dat scheelt een factor 2 met Andasol. 30 $ /kWht is het laagste investerings bedrag bij een grote toren + thermocline. Thermal ratcheting is een bedreiging.
22
Stefan Zunft (DLR) Jülich solar power plant - experimental evaluation of the storage subsystem and performance calculations
De 1,5 MW toren bij Jülich heeft 700 C in de reciever en stoom van 100 bar bij 500 C. De hete lucht wordt door steen als opslag materiaal gestuurd. De stenen bestaan uit keramisch materiaal in honingraat structuur 120 m3. Temperatuur van de stenen is 680 C, maximale temperatuurdaling 120 C. Dit soort systemen worden veel in de industrie gebruikt, daar kan CSP van profiteren. 9 MWh opslagcapaciteit, 40 euro/kWh investering. Bruce Kelly (Abengoa Solar, Inc. USA) Advanced thermal energy storage for central receivers with supercritical coolants
Nitraat zout, superkritisch stoom en superkritisch CO2, packed bed thermocline, superkritische rankine cycle. 450 MWe. 2 torens met het powerblock hier tussen. 24” pijp als hoge druk tank voor de benodigde drukken. De bundels pijpen hebben een gezamenlijke isolatie. Superkritische stoom en CO2 werkt niet met thermocline opslag, dat geeft instabiliteiten. Het is duurder dan de zoutopslag. De hoge druk maakt het onacceptabel duur. Brian Iverson (Sandia) Temperature dependant mechanical property testing of nitrate thermal storage salts. Onderwerp: de vaste fase en de effecten van een bevriezingsongeluk. De thermische uitzettings coefficient van zout is 3 keer zo groot als voor staal. Meting van Tensile test, compressive strengh, E, Poissonverhouding voor 4 verschillende zoutmengsels, een ervan is 60 gewicht% NaNO3 enz. . . Alle zouten zijn veel sterker dan minerale zouten uit de natuur, tot factor 2.
Parallel session 10:30 Angél Moreno-Perez (Magtel R&D) about a cost-efficient concept suitable for places in low irradiation conditions
Mean features: o Parabolic trough o 50 MW o Thermal Energy Storage (TES) capacity 1000 MWhth Biomass resources o Vineyard: 6500 ha, 4500 t/a 2800 kWh/ha o Herbaceaous ? ha, 7400 t/a 8100 kWh/ha Number of loops has a certain optimum in LCOE (Levelized Cost Of Electricity = cost per kWh) Efficiency decreases with increasing TES capacity I (MS) ask the question: why combine biomass and solar and not put biomass where it is cheap o Answer: Problem of biomass power plant is the sourcing (logistics supply), so usually 100% biomass is not possible and other resources (CSP) are required
23
Francesco Rossi (Univ. of Sevilla) about Off-design behavior of a solar electric generating system using biomass hybridization
50 MW hybrid SEGS burning biomass
Marc Röger (DLR) about face-down solid particle receiver using recirculation Advantage: o Direct solar radiation of storage medium o High solar flux possible o Low sensitivity to peaks o No expensive high temp alloys Continuous operation of high temperature processes However: o Receiver susceptible to wind and particle loss o Part-load behavior o Thermal losses by convection Possible option: face down solid particle receiver using recirculation Receiver can drive high temperature processes continuously Also in part-load operation high efficiencies are achieved Excellent annual solar to electric efficiency up to 24% can be achieved Michael Wagner (NREL) about Assessing the impact of heat rejection technology on CSP plant revenue Options: o Dry cooling o Wet cooling (mostly used) o Parallel hybrid cooling Understand water use and performance impacts Evaluate impact on project profitability Financial model: bid price analysis o It reflects the energy price that a project developer can bid to the power purchaser given all cost, revenue and financial constraints o Indication of plant profitability o Revenue calculated with rate factors assuming SCE schedule TOD schedule shows different energy cost periods and corresponding dispatch LCOE penalty of hybrid is slightly lower than for dry cooling Bid price optimization maximizing profitability: hybrid penalty is much lower than for dry cooling o It’s not just about LCOE but about project profitability o Water reduction 70 to 80 with respect to wet cooling o Much smaller ACC design
24
Werner Platzer (Fraunhofer ISE) about the potential of medium scale solar thermal power and solar polygeneration
CSP combining with heating and cooling requirements, with matching nominal power possible Off-grid: replace diesel engines (expensive) Less complex financing Less complex components because of lower temperatures Large demand for process heat up to 400 degC, more than half of complete EU heat demand Large demand for different kinds of energy and solar provides clean alternative but: o Complete system solutions do not exist o No tailored components yet o Individual applications are highly risky, market is not mature IEA task 33: overview of collector types for process heat o Problem is how to get reliable performance data and how to get cost data Comparing small-scale CSP with PV: LCOE for CSP are much higher on the grid Off-grid system: IRR increases, because thermal storage has different price and batteries are placed in PV-system. o Chance in niche-markets o Influence of load profiles for cooling Large potential markets (MENA, India, southern Africa) Development of alternative small power blocks are under way but demonstration and adaptation to dynamical solar field conditions is necessary We need more: o Tailored products with certified performance and possibly local content o Optimized system solutions for different applications o Experience and demonstration worldwide See www.mss-csp.info
Plenaire Sessie: trends in CSP technology Marcus Eck (DLR) about Parabolic Trough collectors Most mature technology, facing increased competition from PV and other CSP technologies Cost reduction by o Increased size per unit o Lighter structure o Optimized configuration o Improved manufacturing Investor should not only demand for maturity but also bear risk for innovation Permanent feedback required from plant operators to component developers and R&D institutes
25
Robert Pitz-Paal (DLR) Emerging Concepts Selectie van interessante papers: Combined heat and power met turbines en inzet van de restwarmte voor productie van koeling. Toepassing van een 500 meter hoge schoorsteen om koude lucht te kunnen inlaten voor koeling van een CSP-centrale. Smelten/stollen gebruiken om de nachtelijke koude te benutten voor de koeling van een CSPcentrale. Toepassing van hybride koeling, luchtkoeling, maar bij te hoge luchttemperatuur wordt tijdelijk een koeltoren met waterverbruik toegepast. Wat zou je aan “goede fee” moeten vragen? Antwoord van Pitz-Paal: 1 Een goed alternatief voor de dure en minder efficiente luchtkoeling van CSP centrales 2 Lichte en goedkopere spiegels die minder dan 10 kg/m2 wegen Christian Sattler (DLR) Overview solar fuels Selectie van interessante papers: Jung op deze conferentie: Solar detoxification is al op commercieel niveau. Er bestaat een programma van SolarPaces om ontzilting te steunen. Alain Ferrierre (CNRS) Central receiver power plants Er zijn afgelopen jaar drie belangrijke roadmaps gekomen: IEA CSP Roadmap ESTELA CSP 2025 industry roadmap DOE Power Tower Technology roadmap Van de torens op de wereld zijn in bedrijf : PS10+20 bij Sevilla samen 30 MW. Verder komt Torresol Gemasolar 17 MW spoedig in bedrijf. eSolar: snel op gang gekomen 5 MW verdeeld over 2 torens. De resultaten zijn goed, ook bij schaduweffecten van wolken. Voor baseload levering aan de netten is hybridisatie met gas van groot belang, want de opslag komt te traag op gang. Het eerste beamdown systeem is in bedrijf, 100 kW. Belangrijke papers: Vergelijking van enkele toren versus multi-torens met gemeenschappelijke turbine. Bij <50 MW is de enkele toren goedkoper. Bij >100 MW is het multitower systeem beter. Heliostats worden steeds kleiner, dit is slim, want spiegels hoeven niet gekromd te zijn, en er is minder windbelasting. Heliostaatveld op een helling. Hydraulische aandrijving van heliostats Receiverafvoer: lucht onder hoge druk of atmosferisch en met vloeibaar zout. Open receivers (zoals in Jülich).
26
Marc Mehos (NREL) about commercial and demonstration CSP projects in the world Currently largest market is Europe / Spain Future largest market is US Greatest solar and land resources: MENA Unknown market: Asia and Australia Common themes: o Regulatory challenge/ uncertainty Competition from PV Cost reductions; Sargent & Lundy (2003): cost reductions will occur from learning, scale and R&D CSP deployment is expanding due to ‘favorable’ regulatory environment Regulatory and financial environment is changing (for better or worse) Competitive environment is driving cost reduction
Ik mis de slotsessie om de trein naar Barcelona te kunnen halen.
POSTERS die mij opvielen (zie Book of Abstracts): Sara Moreno Long term estimation of DNI from solar global irradiation: A correlation between monthly average beam irradiance and monthly clearness index Blz. 277 Stephanie Meyen Standardization of solar mirror reflectance measurements Blz.206 Antje Brucks Sand abbrazion testing – characterization of abbrazive resistance of optical surfaces in aris operational area's using standard and adapted methods Blz. 204 Ik heb een folder meegenomen. Paul O'Brien Energetic analysis of a steam-flashing thermal storage system Blz. 143 Fernandez-Garcia Optimization of some key aspects of CSP plants maintainance Blz.47 Anette Anthrakidis Low effort measurement method of parabolic trough efficiency Blz. 48 Bepaling van de efficientie van kleine trogspiegels door meting van de stagnatietemperatuur onder verschillende omstandigheden. Info:
[email protected]
27
Gesprekken: lunch op dinsdag: Mamfred Schreil (Von Ardenne Anlagentechnik GmbH) Von Ardenne produceert vacuumopdampapparatuur, en probeert dit te slijten bij de spiegelfabrikanten om daarmee de zilverlagen aan te brengen op glas of polymere. De Duitse natuurkundige Von Ardenne was na de oorlog gevangen genomen door de Russen, en heeft zich “verdienstelijk” gemaakt voor de atoombom van de Sovjets. Als beloning mocht hij er in de DDR bij zeer hoge uitzondering een eigen bedrijf op na houden. Hij was werkzaam op het gebied van vacuum technologie en isotopenscheiding. Borrel dinsdagavond. Andreas Haeberle (Mirrox) vertelt trots dat de opdracht voor de levering van een zonaangedreven koelinstallatie voor een voetbalstadion in Qatar rond is, Vrijdag, lunch David Harries (emcsolar, Australië) ontwikkelt schotels die concentreren op een reactorvat met CaH2 dat bij 1000 C een evenwichtsreactie met veel warmte heeft: CaH2 ↔ Ca + H2. Dit in combinatie met Stirling machines. Hij is zeer kritisch over de Australische regering, gebrek aan leiderschap, geen visie op energie en klimaat.
28
