CSP is belangrijk voor inpassing zonnestroom in elektriciteitsvoorziening

20-06-2016   |   Evaluatiestudie van US Department of Energy

Het Amerikaanse ministerie voor energie heeft een onderzoek gepubliceerd over de technische en economische ontwikkeling van Concentrated Solar Power (CSP). Een belangrijke conclusie is dat CSP van essentiële betekenis is voor het vergroten van het aandeel van stroom uit zonne-energie in de elektriciteitsmix. VZKC-lid James Kuipers heeft de management-samenvatting van dit rapport in het Nederlands vertaald.

Op Weg naar SunShot: Het Verbeteren van de Technologie, de Prestaties en de Leveringszekerheid van Concentrating Solar Power.

Executive Summary

Sinds het verschijnen van de SunShot Vision Study (DOE 2012) is de wereldwijde toepassing van concentrating solar power (CSP) met een factor drie toegenomen tot bijna 4500 MW en in de Verenigde Staten tot 1650 MW. De groei van CSP capaciteit in de VS is primair te danken aan stimulerend beleid op het niveau van de staten en de federale overheid. De combinatie van door de staten voorgeschreven aandelen duurzame energie (Renewable Portfolio Standards RPS), een federale Investment Tax Credit (ITC) van 30% (aftrek van belasting op investeringen) en federale garantie op leningen schiep de gelegenheid voor CSP ontwikkelaars om de constructie van CSP installaties in het zuidwesten aan te zwengelen. 

IMG_1703.jpg

Figuur ES-1 laat zien dat de bouw en private- en publieke-sector onderzoek en ontwikkeling tot dramatische kostenverlagingen heeft geleid die CSP een flink eind op weg hebben geholpen richting de doelstelling van het SunShot Initiatief van het VS Department of Energy van 6 cent/kWh in 2020. Als we de geschatte investeringskosten uit de SunShot Vision Study vergelijken met de onderhavige analyse, concluderen we dat de voor 2015 voorspelde kostenverlaging voor centrale torensystemen overeen kwamen met de verwachtingen, en primair het gevolg waren van de verlaging van de kosten van heliostaten. Fig ES-1 geeft de daling in de gecorrigeerde kostprijs van elektriciteit weer voor zowel parabolische trog als torensystemen, naast de doelstelling voor 2020 van SunShot.

 

Hoewel de kosten van troggen en torens gedaald zijn, is de acceptatie en uitbouw van CSP negatief beïnvloed door de daling van de kosten van fotovoltaïsche (PV) technologie. Aan deze invloed kan tegengewicht worden geboden door de flexibiliteit van CSP met opslag van thermische energie (TES - thermal energy storage) in de vergelijking mee te nemen. Een recente studie van NREL vergeleek de gecombineerde voordelen qua bedrijfsvoering en capaciteit van CSP + TES met die van PV, voor verschillende percentages aan hernieuwbare productiecapaciteit in Californië. Uit de analyse kwam naar voren (figuur ES-2) dat bij een RPS (Renewable Portfolio Standard) van 40%, de stroom van een CSP configuratie met 6 uur TES en 30% Solar Multiple 6 cent /kWh meer waard is dan die van PV.

IMG_1704.jpg

Deze en andere vergelijkbare analyses demonstreren dat de hoge waarde van CSP-TES op het net en niet alleen de kale LCOE moeten worden meegenomen bij het evalueren van het portfolio van technische opties op het gebied van duurzame energie. Een meer omvattende methodologie - een evaluatie van de netto systeem kosten - omvat vergelijkingen van zowel de kosten als ook de netwerkwijde systeemvoordelen van uiteenlopende technologieën. De netto systeemkosten van een installatie zijn het verschil tussen de kosten op jaarbasis van de toevoeging van nieuwe conventionele of hernieuwbare productietechnologie, en de kosten die vermeden zijn door het vervangen van andere productiesystemen die evenveel capaciteit en leveringszekerheid bieden.

IMG_1705.jpg

In figuur ES-3 worden de netto systeemkosten over een jaar voor drie soorten CSP systemen en twee conventionele systemen vergeleken. De variabelen in de CSP systemen zijn de Solar Multiple SM van het collectorveld en de thermische opslagcapaciteit in uren, en ze worden aangepast aan de functie van de centrale in het net: Peaker, Intermediate of Baseload. De conventionele systemen zijn gasturbines (GT) of gecombineerde cyclus (CC). Alle configuraties moeten altijd 1500 MW met zekerheid kunnen leveren. De figuur laat zien dat in de huidige situatie van lage prijzen van aardgas en emissierechten er een tendens is om een Peaker configuratie te kiezen. Deze tendens is minder uitgesproken als die kosten hoog zijn. In dat geval steekt elke van de drie CSP configuraties zeer gunstig af tegen de conventionele alternatieven en krijgen installaties met een hoge capaciteitsfactor de voorkeur. (De capaciteitsfactor van een installatie is de verhouding tussen de werkelijke jaarlijkse productie en de productie die zou zijn geleverd als de installatie een jaar lang op nominaal vermogen zou hebben gewerkt.)

IMG_1706.jpg

De zelfde netto systeemkosten worden in figuur ES-4 voor de drie CSP configuraties vergeleken met de kosten voor een PV systeem met accu’s (waarbij een bereik aan batterij kosten en levensduren wordt verondersteld) en PV met gasturbines. Elk van deze opties heeft de zelfde beschikbare capaciteit. De figuur laat zien dat bij de huidige kosten van de technologieën de combinatie PV met gasturbines het goedkoopst is, wat geen verrassing is omdat CSP-TES en grote accu’s relatief onvolwassen technologieën zijn. De uitkomsten veranderen wanneer uitgegaan wordt van toekomstige kosten zoals worden verwacht als resultaten van het SunShot programma. Dan is de optimale configuratie van CSP goedkoper dan het hier beschouwde bereik aan PV-met-accu’s.

 

Conclusions

Sinds de publicatie van de SunShot Vision Study (DOE 2012) is de gecorrigeerde kostprijs (LCOE, levelized cost of electricity) voor CSP flink gezakt van 20,6 cent/kWh voor een parabolische trog systeem met olie en zonder warmte-opslag - destijds de nieuwste commerciële CSP installatie in de VS - naar een geprojecteerde LCOE van 12,0 cent/kWh uitgaande van een schatting door NREL van de kosten en prestaties van een gesmolten zout toren installatie met 10 uur warmte-opslag volgens de modernste technologie.

De belangrijkste reden voor deze daling van bijna 30% van de LCOE was de introductie van commerciële toepassing van CSP torentechnologie in de VS en elders. Met name in de VS is de geslaagde uitrol van 1200 MW aan nieuwe capaciteit - inclusief de eerste toren installatie met gesmolten zout - door drie factoren aangedreven. De eerste was het federale lening garantie programma dat toegang verschafte tot federaal gegarandeerd goedkoop kapitaal. De tweede was de Investment Tax Credit ITC, een korting van 30% op de investeringsbelasting voor toepassingen van zonne-energie technologie die vóór eind 2016 operationeel werden en inmiddels verlengd is tot eind 2019. De derde factor was de noodzaak voor staten in het zuidwesten van de VS om aan hun regionale verplichtingen te voldoen aangaande het aandeel hernieuwbare energie productie, de Renewable Energy Portfolio RPS. 

De kostenverlagingen zijn beslist bemoedigend. De verkrijgbaarheid van goedkope PV systemen vormt echter een geduchte uitdaging voor de voortgaande groei van CSP in de VS en wereldwijd. Om deze uitdaging met succes te pareren moeten de ontwikkelaars van CSP systemen zich blijven toeleggen op het slechten van de technologische barrières en aan de mogelijkheden tot verbetering van de kosten en prestaties werken die besproken worden in de SunShot Vision Study. Hoewel er op die gebieden flinke vooruitgang is geboekt bij zowel trogsystemen als torensystemen zijn de huidige systemen nog steeds gebonden aan conventionele Rankine-cyclus generatoren met een maximumtemperatuur van ongeveer 540 °C. Om het SunShot doel van 55% bruto cyclusrendement te halen moeten CSP systemen vooralsnog geavanceerde receiver technologieën ontwikkelen die gebruik maken van hoge temperatuur vloeistoffen of deeltjes voor het transport van de warmte, en de warmteverliezen minimaliseren. Daarnaast is de ontwikkeling en demonstratie van geavanceerde hoge-temperatuur cycli, zoals superkritische CO2 of lucht-Brayton cycli geïntegreerd met CSP collectorvelden cruciaal.

 

Het rapport: http://www.nrel.gov/docs/fy16osti/65688.pdf

Zie ook: http://cleantechnica.com/2016/05/20/doe-recaps-solar-success-story-csp-makes-the-cut/



« Terug naar nieuwsoverzicht