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www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
25.11.2013
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.System Analysis and Technology Assessment 1
Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Concentrating Solar Power Plants (CSP)Jürgen KernDLR (German Aerospace Center)
GESCHÄFTSREISEPROGRAMM EXPORTINITIATIVE ERNEUERBARE ENERGIEN 24. – 28. November 2013, Dubai, VAE
www.exportinitiative.bmwi.de
Energy
Shortage of energy ?
25 cm crude oil annually on the hole surface of earth
2 millions barrels per square kilometer
Energy for Tomorrow
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25.11.2013
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.System Analysis and Technology Assessment 2
Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Power Demand http://nasa.gov
www.DLR.de • Chart 3 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
CSP Supply Power Demand www.desertec.org
www.DLR.de • Chart 4 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
25.11.2013
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.System Analysis and Technology Assessment 3
Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Electricity Demand in EU-MENA (Mediterranean)
First Slowdown: Efficiency Gains & Liberalisation
Second Slowdown: Demand Stabilisation
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1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Ele
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Wh
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r
TurkeySpain
PortugalMalta
Italiy
GreeceTunesia
MoroccoLibyaEgypt
AlgeriaJemenUAE
SyriaSaudi Arabia
QatarOman
Libanon
KuwaitJordan
IsraelIrakIran
CyprusBahrainElectrictiy Demand in multiplying, Fossile Fuels are depleting
www.DLR.de • Chart 5 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
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2000 2010 2020 2030 2040 2050
Energy Production [TWh/Jahr]
DesalinationExport Solar
PhotovoltaicWindGeothermalHydrotBiomassTide/WaveCSP Oil / GasCoalNuclear
Szenario of Energy Supply in MENA
www.DLR.de • Chart 6 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.System Analysis and Technology Assessment 4
Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Concentrating Solar Power (CSP)
www.DLR.de • Chart 7 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
Wind Power (Enercon) Hydropower (Tauernkraft) Solar Chimney (SBP)
Photovoltaic (NREL) Hot Dry Rock (Stadtwerke Urach) Biomass Power (NREL)
Renewable Energy for Power Generation
www.DLR.de • Chart 8 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
25.11.2013
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.System Analysis and Technology Assessment 5
Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Parabolic TroughLinear Fresnel Dish StirlingSolar Power Technologies Power Tower
www.DLR.de • Chart 9 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
CPVPV
Different Technologies for different use
Market available Technology proofed since 1986
Solar Power Technologies
www.DLR.de • Chart 10 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Renewable Electricity Potentials in EUMENA
www.DLR.de • Chart 11 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
Biomass (0-1) Wind (0-50)Geothermal (0-1) Hydro (0-50)
Solar (10-250)
A CSP plant of the size of Lake Nasser equals the total Middle East oilproduction
MED-CSPMED-CSP MED-CSPMED-CSP MED-CSPMED-CSP MED-CSPMED-CSP
Renewable Power – Continuous Capacity
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Time (hour of year)
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Concentrating Solar Power Conventional Power
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Time (hour of year)
Po
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W)
Photovoltaic Power Conventional Power
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Time (hour of year)
Po
we
r S
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ply
(M
W)
Wind Power Conventional Power
Solar power provided by a CSP-plant with 16 hour storage and conventional power from fuel from the same plant for constant 10 MW base load supply.
Power supplied by 10 MW PV capacity and conventional backup power from the grid needed to provide constant 10 MW base load supply.
Power supplied by 10 MW wind capacity and conventional backup power from the grid needed to provide constant 10 MW base load supply.
CSPWind PV
www.DLR.de • Chart 12 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Concentrating Solar Power (CSP) Technologies
Tower with Heliostats¬ Medium Air, Salt, Water¬ 600-1200°C
Parabolic Trough
¬ Medium Oil, Water/Steam¬ 390-550°C
Linear Fresnel
¬ Medium Water/Steam¬ 270-550°C
Parabolic Dish
¬ small & decentral < 50 kW
¬ Helium/Hydrogen¬ 600-1200°C
www.DLR.de • Chart 13 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
Status of CSP Technologies
Technology
Status Markwt•Residential•Commercial•Utility
Availability LCOE Cost Reduction Potential
Trough Commercial >1985
-C-U +++ € +
Fresnel Commercial>2009
R-C-U ++ € +++
Tower Commercial >2006
-C-U ++ €€ ++
Dish/Stirling
Demo> 1980
R-C- + €€€ ++
www.DLR.de • Chart 14 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.System Analysis and Technology Assessment 8
Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Concentrating Solar Power (CSP) PlantsSEGS, California, USA, 1986 354 MW, commercial Operation since 1986
Quelle: SANDIA Photo Database
www.DLR.de • Chart 15 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
Parabolic TroughANDASOL 1+2(+3) Guadix, Spain, 2009/2010/2011 3 x 50 MW, 7 h Storage, 3600 Full Load Hours per Year
www.solarmillennium.de
www.DLR.de • Chart 16 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Linear Fresnel
www.solarpowergroup.com
MAN Ferrostaal – Solar Power Group, 2008Demonstration, PSA, Almeria, Spain
www.DLR.de • Chart 17 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
Linear Fresnel
www.novatec-biosol.com
Novatec Puerto Errado PE1 & PE2, Spain2 + 30 MW, 2009/2010, Air Cooling
www.DLR.de • Chart 18 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Power Towers eSolar - USAPS 10 & 20 - Spain Brightsource – IL/USA
Solar Energy Dev. Cent. SEDC Negev, Israel 4-6 MW
Solar Power Complex IvanpahCA, USA – 400 MW geplant
Sierra SunTower 5 MW:24.000 Heliostats Temperatures 440° CSteamPressure 60 bar
ABENGOA Solar – San LucarPS20 150 000 m²Temperatures 250-300 °C SteamPressure 45 bar
www.DLR.de • Chart 19 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
Power TowersTORRESOL Gemasolar, Sevilla, Spanien, 201120 MW, 15 h Speicher, 5500 Volllaststunden pro Jahr
www.torresolenergy.com
www.DLR.de • Chart 20 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Latent Heat
Hot WaterPressurized - Ruths
Molten Salt Concrete
Thermal Energy Storage (TES)
www.DLR.de • Chart 21 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
Fujairah II IWPP - VAEAquasol - Spanien Abutaraba – LibyenSea-water Desalination - Multi Effect Destillation
VEOLIA / SIDEM 20033 Modules w/ 13.333 m³/d
GECOL, Libya
Sidem JV 200912 Modules w/ 38.640 m³/dADWEA, Abu Dhabi, VAE
Solare Desalinatio n 1988High-Efficient 14 StagesPlataforma Solar Almeria
www.DLR.de • Chart 22 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
CSP plants – Design & Operation Configuration
Qualities of CSP Plants:
Operating as peak, medium or base load power plant
Firm & flexible capacity
Power on demand
Spinning reserve
Combined generation of process heat for industry, cooling, desalination, etc…
www.DLR.de • Chart 23 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
PT-1: 6m x 2.3m
LF-11: 7.5m x 4m
PTC1800: 5m x 1.8m
Solar PolyTrough1200
Process Heat Collectors
> DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013www.DLR.de • Chart 26
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Solar Process Heat Installations
Steinway and Sons piano factory, New York
Collector surface 501 m² ofAbengoa IST Pt-1 collectors
Back-up by natural gas
Heating and cooling, processsteam
Humidity control of piano „action“ department
> DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013www.DLR.de • Chart 27
Solar Cooling in Doha
www.DLR.de • Chart 29 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
Solar cooling with Fresnel collectors LF of Industrial Solar
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.System Analysis and Technology Assessment 14
Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
IWMI 2006
> DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013www.DLR.de • Chart 32
Global Water Scarcity
REACCESS 2009
> DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013www.DLR.de • Chart 33
Global Potential for Concentrating Solar Power (CSP)
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Screening,Filtration
TunnelIntake
Desalination Plant Direct
Discharge
Power Plant
Heat / Power FuelFuel
Anti-Scaling Anti-FoamingAnti-Corrosion
Disinfection
> DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013www.DLR.de • Chart 34
Conventional Desalination Plant
Nano-Filtration
Horizontal Drain Intake orMicro- & Ultrafiltration
Desalination Plant
Multiport Diffuser Discharge
Power Plant
Heat / Power
Concentrating Solar Collector & Storage FuelFuel
catalanadeperforacions.com; cormix.info
> DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013www.DLR.de • Chart 35
Advanced Renewable Desalination Plant
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Desalination plants require continuous operation Conflict with the intermittent nature of renewable energies CSP offers the option of thermal energy storage (TES) Hybrid operation is possible in the same power block (no “shadow power plant” required)
A fair technology comparison has to be carried out by definition of a load profile! To Wind and PV cost, storage (if available) and back-up cost have to be considered Grid import is not for free
Wind PV CSP
Power Supply Profile - PV + Fossil Backup
0.02.55.07.5
10.012.515.017.520.022.525.0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161
Hour of the week [-]
Po
we
r [M
W]
PV Power PV Dump Fossil Backup Power Demand DES
Power Supply Profile - CSP Hybrid
0.02.55.07.5
10.012.515.017.520.022.525.0
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169
Hour of the week [-]
Po
wer
[MW
]
01002003004005006007008009001000
Sto
red
En
erg
y
[MW
h]
CSP solar CSP fossil Demand DES Stored Thermal Energy
Power Supply Profile - Wind + Fossil Backup
0.02.55.07.5
10.012.515.017.520.022.525.0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161
Hour of the week [-]
Po
wer
[M
W]
Wind Power Wind Dump Fossil Backup Power Demand DES
> DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013www.DLR.de • Chart 36
Renewable Energies for Desalination: why CSP?
RO
Solar Field Storage
PowerPlant
Water Power
fuelsolarheat
Power Only
www.dlr.de/tt/aqua-csp
Independent Operation
Site flexibility :
Inland (high DNI, dry‐cooling, electricity transmission, intake)
Coast (medium DNI, evap. Cooling, shared intake)
> DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013www.DLR.de • Chart 40
CSP-Desalination Plants: CSP-RO
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.System Analysis and Technology Assessment 17
Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
MED
Solar Field Storage
PowerPlant
Water Power
fuelsolarheat
heat
Combined Heat & Power
www.dlr.de/tt/aqua-csp
Interdependent Operation
Site constrains for the CSP plant :
Coast (medium DNI, cooling replaced by MED, shared intake)
> DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013www.DLR.de • Chart 41
CSP-Desalination Plants: CSP-MED
www.dlr.de/tt/csp-resources
Electricity Corridors MENA - Europa
Quelle: REACCESS, DLR, 2009
www.DLR.de • Chart 43 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Strategies
2006 TRANS-CSP Study of DLR
2007 DESERTEC White-Book for EU-MENA
2008 Mediterranean Solar Plan (MSP bzw. PSM)Union for the Mediterranean (UfM bzw. UpM)
2009 DESERTEC Foundation and Dii GmbH
2010 MedGrid (TransGreen), FoSG, …
2011 Morocco Solar Plan MASEN 2 GW - 2020
2011 HELIOS Griechenland 10 GW (PV)
2011 VAE MASDAR City, Shams1 and Noor 1
2012 Saudi Arabia 41 GW (25 GW CSP) – 2032
2013 Kuwait Solar Plan 2 GW ++
www.DLR.de • Chart 44 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
DESERTEC Vision Szenario für EU-MENA (DLR Studies)
Quelle: DESERTEC Foundation
www.DLR.de • Chart 45 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Selected publications
MED-CSP www.dlr.de/tt/med-csp
TRANS-CSP www.dlr.de/tt/trans-csp
AQUA-CSP www.dlr.de/tt/aqua-csp
MED-CSD www.med-csd-ec.eu/eng/
MENA Regional Water Outlook www.dlr.de/tt/menawater
Financing concentrating solar power in the Middle East and North Africa –Subsidy or investments? Energy Policy 39 (2011) 307-317http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2010.09.045
Solar electricity imports from Middle East and North Africa to EuropeEnergy Policy 42 (2012) 341-353http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2011.11.091
www.DLR.de • Chart 46 > DLR-STB-CSP > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai> Jürgen Kern > 19.11.2013
شكرا لكم على االھتمام-
Thank you very much for your attention!
www.exportinitiative.bmwi.de
Jürgen KernDLR German Aerospace CenterInstitute of Technical ThermodynamicsSystem Analysis and Technology Assessment [email protected] +49 711 6862 8119
www.DLR.de DLR-STB-CSP > Jürgen Kern > > AHK EIEE > Exportinitiative Erneuerbare Energien - Dubai
25.11.2013
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Exportinitiative Erneuerbare EnergienGeschäftsreise Qatar und VAE
Contact
Dr. Franz Trieb [email protected] +49 711 6862 - 423
Massimo Moser [email protected] +49 711 6862 - 334
Tobias Fichter [email protected] +49 711 6862 - 779
Jürgen Kern [email protected] +49 711 6862 - 8119
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)Institut für Technische ThermodynamikSystem Analyse und Technologie BewertungPfaffenwaldring 38-40 | 70569 Stuttgart | Germany
www.DLR.de/tt/
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