Power and Water from Sun and Sea

1. Power and Water from Sun and Sea Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

2. Warum solarthermische Meerwasserentsalzung? • Großer Bedarf an Trinkwasser und Strom geht meist einher mit großem Angebot an Meerwasser und Sonne • Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung sind oft auch von Trockenheit betroffen • Ballungsräume mit hohem Bedarf an Wasser und Strom liegen oft in Küstennähe • Die Versorgung mit den (lebens-)wichtigen Gütern Wasser und Strom kann dort in Zukunft unabhängig von steigenden Rohstoffpreisen und klimaneutral sichergestellt werden. Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

3. 3 Fragen über ein erstes solarthermisches Kraftwerk zur kombinierten Erzeugung von Wasser und Strom: • Was kostet solarthermische Koerzeugung heute in einem kleinen (<5MW) Pilotkraftwerk? • Welches Entsalzungsverfahren sollte gewählt werden? • Ist die Kombination mit Meerwasserentsalzung hilfreich oder hinderlich bei der Markteinführung solarthermischer Kraftwerke? Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

4. B C Gliederung des Vortrages A Einführung in die Verfahren der Meerwasserentsalzung • Welche? • Wie funktionieren sie? • Gesamtprozess? Vorausetzungen für einen Vergleich der Verfahren • Schnittstelle des Wärme-Kraft- und des Trennprozesses • Skalierung Ergebnisse als Antworten auf die zuvor aufgeworfenen Fragen • Auswertung des Vergleichs der Entsalzungsverfahren • Kosten • Vor- und Nachteile für die Einführung von CSP Zusammenfassung D Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

5. z.B.: Phasengrenze (bei MEE) oder Membran (bei RO) A Geeignete Entsalzungsverfahren Führende Verfahren bei kleinen Kapazitäten (bis 10.000 m³/d): • Multi-Effekt-Verdampfung, MEE (thermisch) • Umkehrosmose, RO (mechanisch) Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

6. A Trennprinzip thermischer Entsalzung Entsalzungsenergie über Siedepunktserhöhung: 0,7 kWh/m³ bei 35gsalz/kgwasser Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

7. A Trennprinzip mechanischer Entsalzung Entsalzungsenergie über osmotischen Druck: 0,7 kWh/m³ bei 35gsalz/kgwasser Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

8. A Multieffektentsalzung Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

9. A Umkehrosmose mit Energierückgewinnung Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

10. A Gesamtprozess Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

11. 17% bei Ts=75°C 13% bei Ts=75°C B Leistungsverlust durch Kraft-Wärme-Kopplungbei konstantem Primärenergieeintrag von 10MW ((Ts=35°C)= 41,8%) Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

12. In den Kostenschätzungen für MEE enthalten In den Kostenschätzungen für RO enthalten B Quantifizierung der Synergien Die Kostenschätzungen für MEE- und RO-Anlagen betragen jeweils rund 1000 $/(m³/d) für Anlagen Kapazitäten von 10 000 m³/d InvestitionMEE= Effekte + Wasserfassung (Feed + Kühlwasser) + Kondensator InvestitionRO= RO + PT + Wasserfassung (Feed + Kühlwasser) + Kondensator Die Investitionssumme einer Umkehrosmoseanlage ist um die Kosten für die Kraftwerkskühlung höher als die Investitionssumme der Multi-Effekt-Anlage. Der Unterhalt dieser Komponenten muss ebenfalls addiert werden. Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

13. B B Berechnungsalgorithmus der spezifischen Wassergestehungskosten 4,8-5,6 kWh/m³ 3,9-4,6 kWh/m³ 3,2-3,4 kWh/m³ 4,1-4,4 kWh/m³ Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

14. C Die ausgewerteten Beispielstandorte Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

15. C Kosten der kombinierten Anlagemit ~3,4 MW und ~3000-3500 m³/d Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

16. C Wirkungsgrade von MEE und RO im wirtschaftlichen Optimum Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

17. C Wassergestehungskosten [$/m³] Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

18. Der Unterschied zwischen solar- und konvetionell erzeugten Wasserpreisen ist geringer als bei Strompreisen Die absolute Investitionssumme der Kombianlage ist ca. 50% größer als für das solarthermische Kraftwerk allein C Vor- und Nachteile kombinierter Wasserentsalzung für die Markteinführung von CSP • Risikodiversifikation durch Verkauf eines zweiten Produktes • Das technische Projektrisiko ist größer aufgrund der technischen Kopplung mehrerer Prozesse • In Regionen, in denen die Strompreise nicht kostendeckend sind, kann eine Kombianlage ggf. durch den Wassererlös finanzierbar sein Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

19. CSP-COGEN, MEE CSP, CSP-COGEN, MEE MEE CSP, CSP-COGEN CSP-COGEN Stromverkauf subventioniert Wasserverkauf MEE MEE-cogen CSP C Erweiterung des wirtschaftlichen Einsatzbereiches bei Kombination mit MEE water price [$/m³] Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

20. C Erweiterung des wirtschaftlichen Einsatzbereiches bei Kombination mit RO RO RO-stand-alone RO-cogen Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

21. D Zusammenfassung • Was kostet solarthermische Koerzeugung (<5MW) heute? • Eine Anlage kostet ~16 Mio $ (je ~1/3 für MWE, Solarfeld und Kraftwerk). • Die Wassergestehungskosten liegen zwischen0,80 und 1,90 $/m³ bei 7% Verzinsung. Es gibt Regionen, in denen Wasserpreise bis 2 $/m³ gezahlt werden. • Welches Verfahren sollte gewählt werden? • Die Synergien zwischen dem Wärme-Kraft-Prozess solarthermischer Kraftwerke und dem thermischen Entsalzungsverfahren sind so groß, dass sich die MEE an allen untersuchten Standorten als dasgünstigereVerfahren erweist. • Ist Wasserentsalzung Hilfe oder Hindernis bei der Einführung von CSP? • Die Kombination mitMeerwasserentsalzung bringt zahlreiche Vorteile für die Markteinführung solarthermischer Kraftwerke, vor allem durch Herstellung und Verkauf eines zusätzlichen Produktes (1.Strom, 2.Wasser). Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

22. Vielen Dank! Power and Water from Sun and Sea Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

23. A Energiewandlungen im Gesamtprozess mit MEE Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

24. A Energiewandlungen im Gesamtprozess mit RO Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

25. Assumptions Impact on… 1) Optimisation of each technology for each specific plant location is obligatory Computing procedure 2) The optimisation is carried out for the economically isolated but technically colocated desalination plant Model and computing procedure 3) The steam is charged according to the loss of electrical power caused by the condensing temperature being higher than in a reference plant at the same site. A suitable power plant model is needed. Additional technical power plant model 4) Both desalination plants have to provide the solar thermal power plant with equal service. Thus cooling facilities must be added to the RO plant. Extension of technical and economical RO-model by a cooling model 5) The absolute values of the freshwater output need to match to meet the same water demand. Computing procedure 6) The power to water ratio must be identical for both plants. With the previous point equal absolute values of the electricity output of both plants follow. Computing procedure B Basis für den Vergleich Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

26. Stromverbrauch abhängig von der Prozesskonfiguration Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal

27. Kosten der Entsalzungsanlagen Diplomvortrag Regina Wilde Betreuung: Prof. Robert Pitz-Paal