Design of a Hybrid Geothermal and Concentrated Solar Power System with Thermal Storage
Diese Studie zeigt, dass die Integration von konzentrierter Solarthermie mit thermischer Speicherung in das Olkaria IV Geothermiekraftwerk in Kenia den Reservoirdruck effektiv abmildert und gleichzeitig technisch fundierbare sowie wirtschaftlich rentable, steuerbare Energie liefert, was durch einen internen Zinsfuß von 29,81 % und einen Nettowert der Kapitalwertmethode von über 1,7 Milliarden US-Dollar über eine Lebensdauer von 25 Jahren belegt wird.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich Kenias Olkaria IV Kraftwerk wie eine riesige, zuverlässige Kaffeemaschine vor, die mit der eigenen inneren Hitze der Erde läuft. Sie arbeitet schon seit Jahren, aber wie jede alte Maschine zeigt sie langsam ihr Alter. Die „Kaffeebohnen“ (das heiße unterirdische Wasser und der Dampf) werden etwas kühler und verlieren an Druck, was dazu führt, dass der Ertrag der Maschine jedes Jahr um etwa 0,7 % sinkt. Es ist ein langsames Leck im System, das droht, das Licht mit der Zeit schwächer werden zu lassen.
Die Forscher der Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology hatten eine brillante Idee: Was wäre, wenn wir diese geothermische Kaffeemaschine an eine riesige, superpowered Solar-Taschenlampe anschließen könnten?
Sie entwarfen ein „Hybrid“-System, bei dem das bestehende geothermische Kraftwerk durch konzentrierte Solarthermie (Concentrated Solar Power – CSP) einen Schub erhält. Denken Sie an den Solarteil als ein Team aus 3.895 riesigen, tanzenden Spiegeln (Heliostaten), die in perfekten Kreisen angeordnet sind. Diese Spiegel fangen die Sonnenstrahlen auf und lenken sie auf einen zentralen Turm, der eine spezielle Flüssigkeit erhitzt. Dies ist nicht irgendeine Flüssigkeit; es ist wie eine thermische Batterie aus geschmolzenen Salzen, die Wärme so gut speichern kann wie eine kuschelige Winterdecke.
Hier geschieht der magische Trick: Wenn die Sonne blendet, erhitzt das Solarsystem das geothermische Wasser, bevor es die Turbinen erreicht, oder es überhitzt den Dampf, nachdem dieser getrennt wurde. Es ist, als würde man der geothermischen Anlage einen Espresso verpassen, genau dann, wenn sie ihn am dringendsten braucht. Aber das wahre Genie liegt in der Speicherung. Wenn die Sonne hoch steht und die geothermische Anlage kühl läuft, speichert das Solarsystem die überschüssige Hitze in diesen geschmolzenen Salzen. Wenn dann die Sonne untergeht oder der geothermische Druck sinkt, kann die Anlage diese gespeicherte Hitze aus der „Decke“ ziehen, um den Stromfluss nach Bedarf aufrechtzuerhalten.
Das Team hat diese Idee durch leistungsstarke Computersimulationen mit den Werkzeugen SAM und MATLAB laufen lassen. Sie haben die physische Anlage noch nicht gebaut; sie haben einen perfekten digitalen Zwilling erstellt, um zu sehen, wie sie sich über 25 Jahre hinweg verhalten würde.
Die Ergebnisse dieser Simulationen waren ziemlich aufregend. Durch das Hinzufügen der Solarspiegel und der Wärmespeicher-Batterie könnte das Hybridkraftwerk in einem einzigen Jahr 22,23 % mehr Elektrizität erzeugen als das geothermische Kraftwerk allein. Über eine Lebensdauer von 25 Jahren steigt die insgesamt erzeugte Energie um 26,32 %. Im ersten Jahr des simulierten Betriebs würde das Hybridsystem 1.467.525.376 kWh Strom erzeugen, verglichen mit den 1.330.433.536 kWh, die das geothermische Kraftwerk alleine produziert.
Natürlich ist der Bau dieser supergeladenen Maschine nicht billig. Die Simulation zeigt, dass sie eine Anfangsinvestition von 886.990.336 $ erfordern würde. Das ist eine Menge Geld! Aufgrund dieser hohen Kosten belaufen sich die Kosten für die Erzeugung einer Einheit Elektrizität (die Stromgestehungskosten oder LCOE) in realen Werten auf 12,23 ¢/kWh, was etwas höher ist als die 9,80 ¢/kWh für das geothermische Kraftwerk allein.
Das Finanzbild sieht jedoch langfristig sehr vielversprechend aus. Die Simulation legt nahe, dass dieses Hybridsystem ein Geldverdiener wäre, der über seine Lebensdauer einen Kapitalwert (Net Present Value – NPV) von 1.766.798.208 $ generiert. Es weist zudem einen internen Zinsfuß (Internal Rate of Return – IRR) von 29,81 % auf, den das Modell für das 20. Jahr prognostiziert. Dies ist ein riesiger Sprung gegenüber dem internen Zinsfuß des alleinigen geothermischen Kraftwerks von nur 8,52 %.
Die Studie untersuchte auch, wie effizient die Energie genutzt wird. Der geothermische Teil allein ist mit 61,98 % am effizientesten, während der Solarteil bei 35 % liegt. Wenn man sie in diesem Hybrid-Setup mischt, pendelt sich die Gesamteffizienz bei 51,31 % ein. Das ist etwas niedriger als bei der Geothermie allein, aber der Kompromis besteht darin, dass man viel mehr Gesamtleistung erhält und ein System besitzt, das nicht darauf angewiesen ist, dass die Sonne scheint oder der Boden ewig heiß bleibt.
Kurz gesagt deuten diese Simulationen darauf hin, dass die Kombination von Kenias geothermischer Energie mit Solarenergie und thermischer Speicherung ein kluger Schachzug ist. Es behebt das Problem, dass das geothermische Kraftwerk langsam an Dampf verliert, fügt eine zuverlässige Reserve hinzu, die auch funktioniert, wenn die Sonne untergeht, und könnte das gesamte Projekt zu einem finanziellen Gewinner für das Land machen. Es ist ein Weg, das Licht heller und länger brennen zu lassen, indem man die Erde und die Sonne als Team zusammenarbeiten lässt.
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