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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 16 Elektrotechnik / Informatik  → Institut für Elektrische Energietechnik / Rationelle Energiewandlung  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2012102242017

Titel: Economics of Hybrid Photovoltaic Power Plants
Autor(en): Breyer, Christian
Schlagworte (SWD): PhotovoltaikKraftwerkWirtschaftlichkeit
Klassifikation (DDC): 620 - Ingenieurwissenschaften (Engineering and allied operations)
Issue Date: 22-Oct-2012
Zusammenfassung: The global power supply stability is faced to several severe and fundamental threats, in particular steadily increasing power demand, diminishing and degrading fossil and nuclear energy resources, very harmful greenhouse gas emissions, significant energy injustice and a structurally misbalanced ecological footprint. Photovoltaic (PV) power systems are analysed in various aspects focusing on economic and technical considerations of supplemental and substitutional power supply to the constraint conventional power system. To infer the most relevant system approach for PV power plants several solar resources available for PV systems are compared. By combining the different solar resources and respective economics, two major PV systems are identified to be very competitive in almost all regions in the world. The experience curve concept is used as a key technique for the development of scenario assumptions on economic projections for the decade of the 2010s. Main drivers for cost reductions in PV systems are learning and production growth rate, thus several relevant aspects are discussed such as research and development investments, technical PV market potential, different PV technologies and the energetic sustainability of PV. Three major market segments for PV systems are identified: off-grid PV solutions, decentralised small scale on-grid PV systems (several kWp) and large scale PV power plants (tens of MWp). Mainly by application of ‘grid-parity’ and ‘fuel-parity’ concepts per country, local market and conventional power plant basis, the global economic market potential for all major PV system segments is derived. PV power plant hybridization potential of all relevant power technologies and the global power plant structure are analyzed regarding technical, economical and geographical feasibility. Key success criteria for hybrid PV power plants are discussed and comprehensively analysed for all adequate power plant technologies, i.e. oil, gas and coal fired power plants, wind power, solar thermal power (STEG) and hydro power plants. For the 2010s, detailed global demand curves are derived for hybrid PV-Fossil power plants on a per power plant, per country and per fuel type basis. The fundamental technical and economic potentials for hybrid PV-STEG, hybrid PV-Wind and hybrid PV-Hydro power plants are considered. The global resource availability for PV and wind power plants is excellent, thus knowing the competitive or complementary characteristic of hybrid PV-Wind power plants on a local basis is identified as being of utmost relevance. The complementarity of hybrid PV-Wind power plants is confirmed. As a result of that almost no reduction of the global economic PV market potential need to be expected and more complex power system designs on basis of hybrid PV-Wind power plants are feasible. The final target of implementing renewable power technologies into the global power system is a nearly 100% renewable power supply. Besides balancing facilities, storage options are needed, in particular for seasonal power storage. Renewable power methane (RPM) offers respective options. A comprehensive global and local analysis is performed for analysing a hybrid PV-Wind-RPM combined cycle gas turbine power system. Such a power system design might be competitive and could offer solutions for nearly all current energy system constraints including the heating and transportation sector and even the chemical industry. Summing up, hybrid PV power plants become very attractive and PV power systems will very likely evolve together with wind power to the major and final source of energy for mankind.Mehrere fundamentale Faktoren beschränken die Stabilität der weltweiten Elektrizitätsversorgung. Diese sind insbesondere die stetig zunehmende Nachfrage, sich erschöpfende fossile und nukleare Energieressourcen, Emissionen von sehr schädlichen Treibhausgasen, erhebliche Energieungerechtigkeit und ein global unausgeglichener ökologischer Fußabdruck. Photovoltaik (PV) Systeme werden hinsichtlich mehrerer Aspekte - speziell wirtschaftliche und technische - auf ihren ergänzenden und ersetzenden Energiebeitrag zum limitierten konventionellen Energiesystem untersucht. Um den optimalen Systemansatz für PV Kraftwerke abzuleiten werden mehrere solare Ressourcen, die an die jeweiligen PV Systeme angepasst sind, verglichen. Infolge der ökonomischen Bewertung der solaren Ressourcen werden zwei besonders wettbewerbsfähige PV Systeme identifiziert. Das Konzept der Erfahrungskurven wird als wesentliche Methode für wirtschaftliche Projektionen in den 2010er Jahren genutzt. Die Haupttreiber für Kostensenkungen bei PV Systemen sind die Lernrate der Technologie und die Wachstumsrate der Produktion. Für diese werden die relevanten Aspekte diskutiert: Investitionen in Forschung und Entwicklung, technisches PV Marktpotenzial, zahlreiche PV Technologien und die energetische Nachhaltigkeit der PV. Die drei wesentlichen Marktsegmente der PV sind PV Lösungen für netzferne Gebiete, dezentralisierte kleinere netzgekoppelte PV Systeme (einige kWp) und große PV Kraftwerke (Vielfaches von 10 MWp). Das weltweite ökonomische Marktpotenzial für alle wesentlichen PV Marktsegmente wird hauptsächlich durch die Anwendung der ‘grid-parity‘ und ‘fuel-parity‘ Konzepte abgeleitet. Das Hybridisierungspotenzial von PV Kraftwerken in Bezug auf alle relevanten Kraftwerksarten wird auf seine technische, wirtschaftliche und geografische Machbarkeit hin untersucht. Die wesentlichen Erfolgsfaktoren für hybride PV Kraftwerke werden diskutiert und umfassend für Öl, Gas und Kohle gefeuerte Kraftwerke, Windkraft, solarthermische Kraftwerke (STEG) und Wasserkraftwerke analysiert. Für die 2010er Jahre werden detaillierte weltweite Nachfragekurven für hybride PV-Fossile Kraftwerke unter Einbezug aller fossilen Kraftwerke, Länderdaten und Brennstoffarten ermittelt. Die fundamentalen technischen und ökonomischen Potenziale von hybriden PV-STEG, hybriden PV-Wind und hybriden PV-Wasserkraftwerken werden betrachtet. Die weltweite Ressourcenverfügbarkeit für PV und Windkraft ist exzellent, weswegen es von größter Bedeutung ist, ob sich PV und Windkraft durch eine kompetitive oder komplementäre Beziehung zueinander auszeichnen. Die Komplementarität von hybriden PV-Windkraftwerken wird bestätigt. Es ergibt sich daher keine Reduktion des globalen ökonomischen PV Marktpotenzials und Systeme auf der Basis von hybriden PV-Windkraftwerken sind sehr wahrscheinlich. Das zentrale Ziel lautet erneuerbare Kraftwerkstechnologien in das globale Elektrizitätssystem zu integrieren und dabei eine Durchdringung von 100% zu erreichen. Neben Ausgleichskapazitäten werden hierfür Speicher benötigt, insbesondere für die saisonale Elektrizitätsspeicherung. Erneuerbares Methan (RPM) bietet sich hierfür an. Eine umfassende weltweite Analyse untersucht Elektrizitätssysteme auf der Basis von hybriden PV-Wind-RPM-Gaskraftwerken. Ein solches Elektrizitätssystem könnte unter Einbezug des Wärme- und Transportsektors und sogar der Chemieindustrie wettbewerbsfähig sein und nahezu alle heutigen Beschränkungen überwinden. Hybride PV Kraftwerke stellen eine äußerst attraktive Option zur Elektrizitätsversorgung dar. Die Photovoltaik wird gemeinsam mit der Windkraft die Solar- und Windenergie als hauptsächliche und finale Energiequellen für die Menschheit etablieren.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2012102242017
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