Thermische zonne-energie blijkt de sleutel te zijn om China zijn klimaatverplichtingen na te komen. Een nieuwe studie onderzoekt de beste combinatie van hernieuwbare energiebronnen voor het leveren van de laagste kosten voor elektriciteitsnetbeheerders in twee van de Chinese provincies die het meest geschikt zijn om hernieuwbare energie op te schalen.

Chinese elektriciteitsnetbeheerders moeten investeren in hernieuwbare energie om klimaatverplichtingen na te komen. Windenergie en PV zijn de goedkoopste hernieuwbare energiebronnen, maar ze leveren alleen stroom als het winderig of zonnig is. Daarentegen, duurdere geconcentreerde zonne-energie (CSP), die zijn zonne-energie relatief goedkoop kan opslaan, en voor lange duur, kan op elk moment stroom leveren, dag of nacht.

Verrassend genoeg, duurdere CSP zou uiteindelijk minder duur kunnen blijken voor een elektriciteitssysteem met veel hernieuwbare energie vanwege de flexibele dag- en nachtdienst.

Uit de studie blijkt dat als CSP tussen de 5 en 20 procent van de geplande PV- en windenergie in de provincies Gansu en de provincie Qinghai zou vervangen, dit het grootste voordeel zou opleveren voor exploitanten van elektriciteitssystemen, vermindering van de inperking van wind en PV terwijl de operationele kosten van basislastkolengeneratoren worden verlaagd, dat moet op en neer gaan om de fluctuerende opwekking van zon en wind te verbeteren.

Eerdere studies hebben de flexibiliteitsvoordelen van CSP alleen geanalyseerd vanuit het oogpunt van het maximaliseren van de ROI voor potentiële investeerders en ontwikkelaars. De nieuwe studie helpt een leemte op te vullen in economisch onderzoek dat is ontworpen om de langetermijnvoordelen van CSP voor het algehele energiesysteem te maximaliseren.

Chinese beleidsmakers willen het beste plan weten

Een onderzoeksteam van de Tsinghua University in Peking rapporteert hun bevindingen in het juli-nummer van het tijdschrift Applied Energy, in Economische rechtvaardiging van het concentreren van zonne-energie in energiesystemen met hoge hernieuwbare energie. Ze analyseerden de kosten-batenverhouding van verschillende CSP-niveaus in plaats van de geplande variabele Hernieuwbare energie (VRE) zoals PV en wind.

Met name in twee provincies Qinghai en Gansu, die van plan zijn respectievelijk 83 procent en 104 procent van hun maximale belasting te voorzien van VRE, de auteurs ontdekten dat het vervangen van CSP voor tussen 5 en 20 procent van VRE zou resulteren in de laagste kosten voor de systeembeheerder.

Eerdere artikelen van deze onderzoekers hebben blauwdrukken voor de planning van energiesystemen geleverd aan de Chinese beleidsmakers bij de NDRC.

Hoofdauteur, Prof. Chongqing Kang, hoofd van de afdeling Electrical Engineering in Tsinghua, is de veelgeciteerde auteur van meer dan 300 studies over de planning en werking van hernieuwbare energie en energiesystemen. tweede auteur, Universitair hoofddocent Ning Zhang, is gericht op de analyse en optimalisatie van hernieuwbare energie in het energiesysteem.

"We hebben een zeer nauwe samenwerking gehad met deze regering, " Prof. Kang vertelde SolarPACES. "We hebben eerder verschillende onderzoeksstudies voorgesteld over wind en zon, en ze hebben nu meer interesse gewekt in CSP, die zich nog in de eerste ontwikkelingsfase bevindt. De reden voor de interesse is dat China een zeer agressief doel heeft gesteld voor hernieuwbare energie en wind en PV zijn al snel in ontwikkeling. Ze hebben verschillende mensen die zich richten op hernieuwbare energie bij de NDRC, dat valt onder het Energiebureau."

De studie kwantificeert het "levelized voordeel" van CSP

Het onderzoek richtte zich op het voordeel van CSP specifiek voor de energiesystemen in Qinghai en Gansu. Beide provincies hebben uitstekende zonnebronnen en goede locatiemogelijkheden voor grote zonne- of windcentrales, en zeer ambitieuze plannen voor de inzet van wind- en zonnetechnologieën.

Qinghai is van plan om 82,3 procent van de maximale belastingvraag te leveren met een gecombineerde 13 GW aan VRE; van 3 GW windenergie en 10 GW PV. Gansu is van plan om 104,3 procent van de maximale belastingvraag te leveren met een gecombineerde 27 GW aan VRE; 20 GW wind en 7 GW zon-PV.

Door het economische voordeel van CSP te combineren als een flexibele bron voor de opwekking van hernieuwbare energie die in staat is zonne-energie op aanvraag te verzenden en de beperking van windenergie en PV verder te verminderen, ze leiden een "levelized benefit"-cijfer af voor CSP.

De studie suggereert een extra energie- en flexibiliteitsvoordeel van 18 tot 30 cent per kilowattuur als CSP tussen 5 procent en maximaal 20 procent van de voorgestelde zonne-PV- en windenergie in deze provincies zou vervangen. De hogere waarde van het energie- en flexibiliteitsvoordeel van CSP rechtvaardigt de relatief hogere investeringskosten.

Ervan overtuigd dat de technische onvolwassenheid van CSP tijdelijk is

De studie komt op een moment van gedurfde plannen in China:om de wereldwijde CSP-implementatie van 2018 letterlijk te verdubbelen van 5 GW tegen 2020. Na een ronde van 1 GW van 18 demonstratieprojecten, China is van plan 5 GW aan CSP te bouwen.

Sommige initiële doelstellingen in de eerste ronde van demonstratieprojecten bleken moeilijker te bereiken dan verwacht. Verschillende projecten vielen af, niet op tijd een eerste mijlpaal kunnen bereiken.

Echter, de auteurs hebben er alle vertrouwen in dat deze groeipijnen te overwinnen zijn, opmerkend dat CSP nauwelijks is begonnen met de implementatie in vergelijking met PV en wind.

"Op dit moment kunnen niet alle onderdelen door China worden geproduceerd, dus het leerproces in het bouwproces is een beetje vertraagd, " Zei Kang. Ze benadrukten dat de opstartproblemen van CSP niet onoverkomelijk zijn:"ze zijn nog aan het leren; ontwikkeling zal in de nabije toekomst sneller gaan."

Waarom China meer uren CSP-opslag nodig heeft?

Alle geplande CSP's van China omvatten thermische energieopslag (TES). De studie merkt op:

"TES-systemen in CSP-centrales zijn momenteel minder duur (met kapitaalkosten rond de 20-70 $/kWh) dan batterij-energieopslagsystemen (met kapitaalkosten boven $ 150/kWh)"

"CSP is een nieuwe technologie die flexibel kan worden ingezet, " merkte Kang op. "Ik denk dat China die technologie niet wil missen. Dus de eerste 20 projecten, voor ongeveer 1 GW CSP, zijn om te zeggen hoe deze technologie werkt in China."

China's behoefte aan nachtstroom is relatief groter dan in andere landen, terwijl fabrieken in veel regio's de hele nacht zoemen.

"Een eerdere informele suggestie die ik heb gedaan, is dat de opslag in China langer zou moeten zijn, " zei hij. "In grote steden, zoals Peking en Shanghai, onze belasting is 's nachts ongeveer 60 procent, ongeveer zoals grote steden in de VS – maar in West-China, fabrieken werken 24 uur. De belasting 's nachts is ongeveer 80 procent van de dag, het verdwijnt niet echt, dus ze hebben langdurige opslag nodig; minstens 10 uur."

Een volledig energiesysteem wordt gesimuleerd. Dr. Zhang en Ph.D. kandidaat Ershun Du van de afdeling Electrical Engineering van Beijing aan de Tsinghua University hielp bij het ontwerpen van de analysesoftware, gebruikmakend van gegevens van energiesystemen uit de planning van de opwekking en transmissie-uitbreiding en belastingvoorspellingsgegevens.

"De analysetool of software die we gebruiken, is door ons team zelf ontwikkelde software; de ​​GOPT. Het is software voor het besturingssysteem van het stroomsysteem die het hele jaar door de verzending van het stroomsysteem kan uitvoeren, rekening houdend met een breed scala aan soorten opwekking en gedetailleerde AC / Gelijkstroomnet en praktische verzendregels", legde Du uit. "De software simuleert de werking van het elektriciteitssysteem gedurende een lange periode met behulp van voldoende VRE-outputscenario's, zodat het een betrouwbare schatting kan geven van de economische werking van het elektriciteitssysteem met wind, PV en CSP."

De gegevens zijn afkomstig van de planningsblauwdrukken voor elektriciteit voor elke provincie.

"We hebben deze analyse uitgevoerd om te simuleren of investeren in de CSP-fabrieken economisch is of niet in de provincies Qinghai en Gansu, om te rechtvaardigen hoe groot of hoeveel voordeel de CSP-centrales kunnen opleveren, " zei Du, die in 2017 gastonderzoeker was bij NREL, waar verwante studies de waarde hebben geschat die CSP aan het netwerk toevoegt binnen de West-Amerikaanse Interconnect.

Bevinding:de voordelen van CSP zijn groter dan de kosten in beide provincies

CSP bracht het grootste voordeel voor de provincie Gansu, waar het de beperkte zonne- en windenergie zou verminderen, maar ook de kosten voor bestaande kolengestookte elektriciteitsopwekking verlagen door de brandstofkosten te verlagen, oplopende kosten, en start-stop-kosten terwijl het probeert in te vullen tussen de steeds groter wordende zon en wind.

In de provincie Qinghai, het voordeel zou lager zijn. CSP zou worden gebouwd in een hoog woestijngebied waar verschillende grote rivieren ontspringen in de hoge bergen. "Het zijn twee heel verschillende energiesystemen, en we ontdekten dat CSP meer voordelen heeft in de provincie Gansu, omdat de provincie Qinghai al veel waterkracht heeft, " Du legde uit. Net als CSP, hydro is verzendbaar, waardoor het een even goede "vuller" is met PV en wind.

in Gansu, de voordeelwaarde lag tussen 24 en 30 cent per kilowattuur opwekking (0,238-0,300 $/kWh). In Quinghai, met overvloedige waterkracht, de genivelleerde uitkeringswaarde was minder dan 20 cent (0,177-0,191 $/kWh).

"We vinden dat zelfs met hogere initiële kosten om CSP te bouwen, investeren in CSP is nog steeds economisch in beide provincies vanwege het zeer hoge externe voordeel van het accommoderen van windenergie en PV, wat leidt tot lagere kosten in de loop van de tijd in de werking van het elektriciteitssysteem, " concludeerde Zhang. "Echter, Er zijn nog steeds CSP-subsidies nodig om het voordeel te internaliseren om de zware investering terug te betalen.